第九讲车身总体布置ppt课件.ppt

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1、车身总体布置,中北大学机械工程学院,车身总体布置,汽车总体设计的任务（1）正确选择性能指标、重量和尺寸参数，提总体设计 方案。（2）对各部件进行合理布置，并进行运动校核。（3）对汽车性能进行精确控制和计算，保证主要性能指标的实现。（4）协调各种矛盾。,车身总布置内容,确定车身内部、外部尺寸。确定乘坐与操纵空间。校核各项性能及法规要求的尺寸数据。确定车身的悬置形式及位置。确定发动机、传动系占用的空间，并对有关总成提出反要求。确定备胎、燃油箱，以及各种液罐、蓄电池及行李舱的位置。确定由于车身附件及其它装置的特殊要求引起的车身结构及 布置的变动。,车身布置要求,造型美观 良好的性能：舒适性、安全性、

2、可靠性、视野性、乘坐上下车和操作方便性、以及满足车身底盘的装配工艺和装配空间性等 良好的空气动力特性 拆装维修的方便性 与整车协调，确保良好的密封、隔声隔热等性能。,车身布置要求,（6）满足要求的情况下减小车身外形尺寸，尽量加大车室内空间。（7）尽可能减小车身重量，并具有良好的冲压、焊接、装配及涂装工艺性。（8）满足相关法规要求；（9）考虑车型的通用化、系列化；（10）协调性原则注意外形个部分协调，符合比例规律；（11）综合性原则综合考虑，达到最优匹配；（12）“见缝插针”原则对一些尺寸斤斤计较，极小的空间也可能提高乘坐舒适性；（13）“大多数人”原则座椅尺寸等按绝大多数人的身材为依据。,车身

3、总布置,三维坐标的基准线（面）,确定整车的基准线应在汽车满载状态下进行 绘图时应将汽车前部绘的左侧。,绘制要求,1）车架上平面线：车架纵梁上翼较长的一段平面或承载式车身中部地板或边梁的上缘面在侧（前）视图上的投影线。作为垂直方向尺寸的基准线（面），即z坐标线。向上为“+”、向下为“-”2）前轮中心线通过左右前轮中心，并垂直于车架平面线的平面，在侧视图和俯视 图上的投影线。纵向方向尺寸的基准线（面），即x坐标线向前为“-”，向后为“+”3）汽车纵向垂直对称平面在俯视图和前视图上的投影线。作为横向尺寸的基准线（面），即y坐标线向左为“+”、向右为“-”,轿车总布置基准线坐标系,前轮中心,X,O,Z

4、,地面线,Z,总布置基准线坐标系画法,前轮垂直线,后轮垂直线,O,总布置基准线坐标系,F,后轴中心线,O,42：轿车和总质量小的公 路用车辆 44：越野汽车 62 总质量在1926t的公 路用汽车 64 66：越野汽车 84：2632t的公路用 汽车 88：越野汽车,汽车驱动形式,车身总体布置,车身总体布置,（1）发动机前置前驱动 a、可以减小汽车侧向滑动；b、越过障碍的能力高；c、动力总成结构紧凑；特点：d、有利于提高乘坐舒适性（车内地板凸包高度可以降 低）e、有利于提高汽车的机动性；（轴距可以缩短）f、有利于发动机散热，操纵机构简单；g、行李箱空间大；,结构与制造工艺均复杂；（采用等速万向

5、节等）前轮工作条件恶劣，轮胎寿命短；（前桥负荷较后 轴重）主要缺点：汽车爬坡能力降低；发生正面碰撞事故，发动机及其附件损失较大，维修 费用 高。,车身总体布置,（2）发动机前置后驱动 a、轴荷分配合理；b、有利于减少制造成本；（不需要采用等速 万向节）c、行驶平稳，操纵平稳；特点：d、采暖机构简单，且管路短供暖效率高；e、发动机冷却条件好；比较容易维修 f、爬坡能力强；g、行李箱空间大；,a、地板上有凸起的通道，影响了乘坐舒适 性；b、汽车正面与其它物体发动碰撞易导致发动 机进入客厢，会使前排乘员受到严重伤害；c、汽车的总长较长，整车整备质量增大，影响汽车的燃油经济性和动力性。应用：中高级和高

6、级轿车（客厢较长，乘坐空间宽敞，行驶平稳）,车身总体布置,主要缺点：,（3）发动机后置后驱动 a、结构紧凑：（发动机、离合器、变速器和主减速器布 置成一体）无传动轴；b、改善了驾驶员视野；（汽车前部高度有条件降低）c、整车整备质量小；特点：d、客厢内地板比较平整；e、乘客座椅能够布置在舒适区内；f、爬坡能力强；g、汽车轴距短，机动性能好。,a、后桥负荷重，分配不合理；b、前轮附着力小，高速行驶时转向不稳定，影 响操纵稳定性；c、行李箱在前部，行李箱空间不够大；d、操纵机构复杂；发动机冷却不好 应用：较少,缺点,车身总体布置,货车布置形式,（1）长、短头 a:发动机位于前轴之上、驾驶室之间 b:

7、发动机位于前轴上、部分深入驾驶室,车身布置,（2）平头 a:发动机位于前轴之上、驾驶室正下方 b:发动机位于前轴之上、驾驶室后下方,客车的布置形式,客车的布置形式分为（1）发动机前置前轮驱动（2）发动机前置后轮驱动（3）发动机后置分为：（4）发动机中置分为：,后横置后轮驱动,后纵置后轮驱动,中纵置后轮驱动,中侧置后轮驱动,中横置后轮驱动,大客车的布置形式 1:发动机前置后桥驱动 2:发动机后置后桥驱动 3:发动机中置后桥驱动,1:发动机前置后桥驱动,优点：1、通用性好与货车通用部件多；2、发动机冷却条件好，维修、拆装方便；3、传动系及操纵机构简单，易 于布置。缺点：1、发动机凸出于地板平面之上

8、，车厢面积利率低；2、轴荷分配不利，前悬短、后 悬长、转向沉重，影 响安全；3、传动轴从地板下通过，使地板高度，上下车方便性；4、车内噪声大、振动大，隔 热隔烟性差，乘座舒适性；5、乘客门布置在轴间，削弱了车身刚度；6、传动轴长（一般三节），临界转速低，易共振。,2:发动机中置后桥驱动,优点 1、车厢面积利用率最高，Fmax；2、车内噪声小、发动机与车厢隔绝较好；3、传动轴短，轴间重量分配良好；4、外形设计和座椅布置不受发动机限制；5、车门可开在前轮之前，适合单人管理。缺点：1、发动机冷却较差，水箱布置困难；2、地板高度高、重心高（为保证发动机安装空间）；3、发动机易被尘土弄脏，保养维修困难；

9、4、寒冷地区使用，发动机保温困难；5、远距离操纵，机构复杂；6、对地板密封要求高，否则噪声、气味、热量易进入车厢。,3:发动机后置后桥驱动,优点 1、发动机与车厢隔绝最好，废气不会进入车厢；2、车身振动、噪声小、舒适性好；3、轴间重量分配良好，面积利用率高，F；4、易于在车厢外检修发动机，能在地板下形成较大的行李 舱；5、地板可以降到最低高度，使上下车和车内行走大为方便。缺点：1、发动机散热较差，需要冷却效果强的散热器；2、远距离操纵，机构复杂。（随结构的改进，机电液一体化 技术的发展，该问题已逐步解决）。,汽车主要参数的选择,汽车主要尺寸的确定 外廓尺寸 轴距 汽车的主要尺寸：轮距 前悬、后

10、悬 货车车头长度和车箱尺寸等,汽车主要尺寸位置参数设计,（1）外廓尺寸长宽高等处决于整车性能的要求（2）外廓尺寸影响汽车的轴距和轮距、影响发动机、底盘等位置和尺寸（3）车身侧面的倾斜角影响上下车（4）方向柱和水平面夹角由操作力确定，大型货车操作力大，夹角越大。,三、确定轿车车身的外形尺寸,图5-8轿车外轮廓尺寸的标注1离地间隙2车门玻璃倾角3接近角4前悬5轴距6后悬7全长8行李箱开启时的车辆长度 9前风窗倾角10离去角11总高12空车行李箱盖开启时车辆高度13前部两侧车门开启时车辆高度14前轮距15在前R点处的车身宽度16后轮距17总宽18后部两侧门开启时车辆总宽,内部布置尺寸,前轮距B1和后

11、轮距B2 汽车总宽 影响 总质量 最小转弯直径 侧倾刚度 确定总原则：受汽车总宽不得超过2.5m限制，轮距不宜 过大。前轮距B1：应能布置下发动机、车架、前悬架和前轮，等相应总成并保证前 轮有足够的转向空间，同时转向杆系与车架、车轮间有足够的运动间隙。后轮距B2：应考虑两纵梁之间的宽度、悬架宽度和轮胎宽度及们之间应留有必要的间隙。,（2）各类汽车的轴距和轮距,（3）前悬LF和后悬LR 1）整车协调性 2）轴荷分配的要求 3）安装要求 4）通过性要求 5）撞车安全性 前悬LF：主要受保险杠发动机风扇等部件影响 后悬LR：发动机后置考虑发动机等部件等影响,确定原 则：,各部件的布置,影响,布置,1

12、发动机的布置,（1）发动机的上下位置,离地间隙驾驶员视野,轿车：发动机油底壳至路面的距离，应保证满载状态下最小离地间隙的要求。货车：通常将发动机布置在前轴上方，考虑到悬架缓冲 前轴的最大向上跳动量达70 100mm，这就要求 发动机有足够高的位置，以防 止前轴碰坏发动机 油底壳。,二、各部件的布置 1、动力总成（发动机-离合器-变速器）布置,前轮中心,注：发动机曲轴中心线一般设计成与车架上平面线向下有一个小夹角E（货车14；轿车34），即前高后低，以减小传动轴夹角1！,发动机前置后驱动,标注方法：用气缸体前端面与曲轴中心线交点K到地面高度尺 寸b来标明发动机高度，位置 C 表示前后位置,四、动

13、力传动系统的布置,图5-12动力总成布置简图1发动机罩与发动机零件之间的间隙2散热器3前横梁4发动机舱的冷却和通风的进出孔5风扇护罩 6油底壳7前悬置横梁8发动机油底壳与横梁之间的间隙9发动机与前围板之间的间隙10箱形截面横梁 11发动机前悬置点12曲轴中心的位置及其在空间的布置13排气系统14纵梁之间的距离,影响,布置,（2）发动机的前后位置,汽车的轴荷分配 轿车前排座位的乘坐舒适性 传动轴长度和夹角 货车的面积利用率,1）减小传动轴夹角：前置后轮驱动汽车的发动机常布置成向后倾斜状，使曲轴中心线与水平线之间形成14夹角，轿车多在34之间。2）前纵梁之间的距离：发动机前置后轮驱动的轿车，必须考

14、虑吊装在发动机上的所有总成（如发动机、空调装置的压缩机等）以及从下面将发动机安装到汽车上的可能性。还应保证在修理和技术维护情况下，从上面安装发动机的可能性。（详见书本P141及图5-12）,（3）发动机的左右位置,影响,底盘承载系统的受力 发动机悬置支架的统一性,布置,发动机曲轴中心线在一般情况下与汽车中心线一致。少数汽车如44汽车，考虑到前桥是驱动桥，为了使前驱动桥的主减速器总成上跳动不与发动机发生运动干涉，将发动机和前桥主减速器向相反方向偏移。,发动机和动力总成布置,条件,两端夹角相等在满载静止时不大于4、最大不得大于7。,布置,常将后桥主减速器的轴线向上翘起。在轿车布置中：在侧视图上常将

15、传动轴布置成U形方案。可降低传动轴轴线的离地高度，有利于减小客厢地板凸包高度和保证后排中间座椅座垫处有足够的厚度。罩壳与中间传动轴之间的最小间隙一般应在1015mm,万向节传动轴传动的条件：,2传动系的布置,发动机位置确定,动力总成位置也随之而定（包括发动机、离合器、变速器在内）,U形万向节传动轴,3转向装置的布置,（1）转向盘的位置,布置应考虑的问题,a 保证驾驶员能舒适地进行转向操作；（考虑转向盘平面与水平面之间的夹角）b 转向盘不应影响驾驶员观察仪表；c 照顾到转向盘周围（如风挡玻璃等）有足够的空间。,B,B,A1,转向摇臂,转向节臂,纵拉杆,纵拉杆,转向摇臂,转向杆系结构,转向杆系悬架

16、导向机构运动协调校核,4制动系布置,制动踏板的位置,更靠近驾驶员，且制动踏板操纵轻便。,传力杆件,运动无干涉和死角，车轮跳动时不自行制动。,制动管路布置,（1）平行管之间的距离不小于5mm，或者完全束在一起；（2）交叉管之间的距离应不小20mm；（3）不要将管子布置在车架纵梁内侧 下翼上；（积水）,5座椅、踏板的布置,离合器踏板 制动踏板 油门踏板,布置在地板凸包与车身内侧壁之间。,在离合器踏板左侧，应当留出离合器不工作时可以放下左脚的空间。,油门踏板一般比制动踏板稍低，要求油门踏板与制动踏板之间留有大于一只完整鞋底宽度（60mm）的距离。,德国推荐的确定踏板布置的尺寸关系（DIN7300）,

17、a=130;b=60;c=70;d=260;e=200;f=170,6油箱、备胎、行李箱和蓄电池的布置,（1）油箱,油箱的容积,汽车最大续驶里程（一般200600km）来确定,油箱的布置,1）应远离消声器和排气管（轿车要求油箱距排气管的距离大于300mm否则应加装有效的隔热装置；油箱距踝露的电器接头及开关的距离不得小于200mm）；2）不应当布置在发动机舱内；3）轿车油箱常布置在行李箱内；4）货车油箱布置在纵梁上,（2）备胎,（1）轿车备胎常布置在行李箱内；（2）客车、货车布置在车辆的侧面或后面。,布置,（3）行李箱,（4）蓄电池的布置,轿车行李箱有效容积,1）中级轿车为0.40.7m32）高

18、级轿车为0.70.9m3。,轿车行李箱布置,1）行李箱底部应尽量平整（能整齐地安放手提箱）2）客货两用轿车将后排座椅设计成可翻式，翻转后后部形成一个有效容积很大的行李箱。,布置,1）蓄电池与起动机应位于同侧；2）缩短线路；3）还要考虑拆装方便性和良好的接近性；,7 内部布置尺寸（人机布置）,（1）轿车内部布置尺寸（P148）,1、踏板等布置,（1）踏板布置要满足国标规定；（2）制动踏板和离合器踏板要和地板有合适的高度；（3）油门踏板布置高度低于制动和离合器踏板，可以接地以改善提高长期行驶的疲劳。,1、踏板布置,（1）油门踏板布置有效行程应在人脚腕伸张的舒适范围900到1100左右；（2）油门踏

19、板布置考虑其接触关键点比如踏点和踵点的位置，这些关键点是人机校核的关键数据之一；（3）踏板和座椅间的相对位置很重要，它决定了人员脚操作上的舒适性（4）根据座垫和踏板的高度差hp，一般驾驶员可发挥出的力PP=9801960N，力PP随hp。原因：hp靠背反力。,1、踏板布置,油门踏板布置考虑其接触关键点比如踏点和踵点的位置，这些关键点是人机校核的关键数据之一，和设计H点构成最重要的基准点,2、方向盘布置,（1）倾角影响驾驶员施加到方向盘上的力的大小。rPK，rPK 原因：r很小时，从手臂直到肩膀的 肌肉都参加工作；r很大时，只有手臂到胳膊肘 这一段肌肉在用力。（2）低位布置：多用于轿车方向盘倾角

20、r=4080；（3）高位布置：用于厢式车、中大型车等商用车辆，r=1530。（4）注意：在上述结论下方向盘并不能 安装到极限位置，因为这两个角度都不 能满 足人手的自然工作条件：1570（5）决定驾驶员发出的转向力矩M=PKd和方向盘角速度。d小传递力矩不大，但能保证转向柱有较大角速度；d大传递力矩大，但转向角速度小。,2、方向盘布置,（6）小直径方向盘（d=280350mm）一般用于运动车、赛车，这类车传递转向力矩是次要的，重要的是迅速转向。（7）一般：轻型车d=350420mm；载重车、客车的 d=430600mm,小汽车方向盘,卡、客车方向盘,2、方向盘布置,考虑安全性性：方向柱离躯干中

21、心距离（50百分位）不低于300mm（300400），离大腿线距离不小于50 mm（50100）,3、仪表板布置,（1）仪表板布置应满足驾驶员手伸界面需要，仪表板按钮布置操作范围；（2）仪表板布置应满足驾驶员事业需求，仪表的特征平面和视线夹角最好布置在与垂直角在（侧视7080）范围内，在正视图布置在视野水平150范围内；（3）仪表板布置要同方向盘一起考虑，减小仪表盘和方向盘的干扰盲区；（4）操作手柄的台面高度合适，以离开手肘一定距离以便布置操作手柄，手肘操作屈伸角应在（8001200）左右；（5）操作柄球头离台面应高于30mm以上,人体工程学操作范围1眼点2肩点3人体工程学操作范围中心E4胯点

22、H,手伸界面,3、仪表板设计,3、仪表板布置,4、座椅布置H点,（1）确定座椅布置H点的行程和升程；（2）确定坐垫和靠背的调节角；（3）用5%女子人体模型作为最前设计H点，95%人体模型确定最后设计H点；（4）确定座椅设计参考点和汽车纵向对称中心的距离；（5）确定汽车座椅设计的设计参考SgRP点；,H点适意线：X97.5=936.6+0.613879*Z-0.00186247*Z2 X2.5=687.1+0.895336*Z-0.00210494*Z2,驾驶姿势对人体各部分夹角的合理范围,人体样板(第95百分位的A=460mm B=456mm),4、确定眼椭圆的布置,（1）确定眼椭圆的中心坐标

23、（2）确定眼椭圆的其他轴长参数等，确定眼椭圆“睛点的位置”（3）进行驾驶员视野校核,4、确定眼椭圆参数,1、整车支柱盲区校核,5、确定头部包络线,包络线顶端距离车顶蒙皮应不小于65mm（基于95%百分为SgRP点为参考）,6.驾驶员室内操作手伸及最大空间界面的确定,图3-36与手伸及界面有关的驾驶室内尺寸,1)测量驾驶室的以下几项尺寸Wx、Wz、Hz、D、(图3-36)。2)计算综合因子G值：3)计算手伸及界面的基准面HR纵向离踵点的距离d，如图3-35所示，即4)建立三个正交平面组成的坐标系：基准面HR、驾驶员座椅对称平面以及通过最后H点的水平面，如图3-35所示。5)测量车辆上欲检验的操作

24、钮件在上述坐标系中的坐标值。6)根据2)中算出的G值及已确定的男女驾驶员比例，从ISO3958标准所制定的表中找到相应的表格。,利用该标准检验驾驶员手伸及界面的步骤：,6.驾驶员室内操作手伸及最大空间界面的确定,图3-35汽车驾驶员的手伸及界面,7、地板平面位置与轮罩外形尺寸,图5-13车身地板总成的横截面,7、地板平面位置与轮罩外形尺寸,图5-14各种不同车架形式下地板总成的截面a)周边车架b)X形车架c)梯形车架d)承载地板,7、地板平面位置与轮罩外形尺寸,图5-15降低车身地板平面的措施a)X形车架b)固定式车架c)用准双曲面齿轮传动并将传动分成两段d)前置前驱动e)后置后驱动,7、地板

25、平面位置与轮罩外形尺寸,图5-16非转向轮轮罩横截面尺寸,8、轿车车身横截面尺寸,(1)顶盖轮廓线的确定(2)车身横截面小客车车身的横向轮廓是由侧门及顶盖的轮廓形成的，侧门轮廓取决于汽车的宽度外廓尺寸、车身内部的横向轮廓尺寸和门洞的形状,8 轿车横截面侧围合顶盖尺寸的确定,（1）H点和R点,H点定义：实车测得躯干与大腿相连的旋转点“胯点”位置,H点的位置决定了与驾驶员操作方便、乘坐舒适相关的车内尺寸的基准,R点定义：座椅调至最后、最下位置时的“胯点”,以R点作为设计参考点,1）测定的H点不超出以R点为中心的水平边长30mm、铅直边长20mm的矩形方框内范围；2）靠背角与设计值之间差值不大于3。

26、,要求：,（2）顶盖轮廓线的确定,1）首先将座椅放置在高度方向和长度方向的平 均位置处；2）然后确定H点，并引出一条与铅垂线成8的 斜线；3）再从H点沿8斜线方向截取 765mm的F点；4）F点相当第50百分位驾驶员的头 部最高点；5）从F点垂直向上截取100135mm为车顶内饰线。,车顶内饰线确定,车顶：包括钢板、隔离层蒙面等，厚度为15-25mm。,顶盖的纵向轮廓线,1）汽车顶盖横剖面上最高点：再增加20-40mm；（因顶盖轮廓是上凸的曲面，并对称于汽车的纵 轴线）2）用同样的方法找出后排座椅上方最高点；3）前、后座椅上方两点连线即为顶盖的纵向轮廓线。,确定：,1）将在确定顶盖纵向轮廓时求

27、得的左、右座椅乘员头部上方顶盖上的点，画到横截面图上；2）再加上顶盖纵向轮廓线上的点，共三点即可画出顶盖横向轮廓线。,车身侧壁倾斜度的确定：,考虑上、下车的方便性。,1）车门上、下槛边缘之间的间距为100150mm时（上窄下宽），乘员上身只倾斜010即可入座。2）但此间距过大会使汽车上下比例失调，影响外观，且玻璃升降占用车门内空间大，并影响肩部和玻璃之间的间隙（要求大于100mm）、肘部和车门内表面之间的间隙（要求大于70mm）。,（3）车身横截面,轿车车身横截面由顶盖、车门和地板的外形来形成。,8、横截面设计上下车方便性,图5-2车门立柱对入座方便性的影响,图5-3车身侧壁的倾斜度对上下车方

28、便性的影响,8、横截面上下车方便性,图5-4k值对车门形状的影响,9汽车座椅安全带的位置,将乘员的身体约束在座椅上，在汽车发生碰撞时，避免乘员飞离座椅与汽车内饰件发生剧烈的二次碰撞，使伤亡减到最低的程度。,作用:,统计数据表明，佩带座椅安全带使碰撞事故中乘员伤亡率减少1530。,1）腰带在车体上固定点位置：腰带固定点与H点的 连线与水平线之间的夹角在座椅各调节位置时 应为45030，并要求固定装置的宽度应大于350mm。结构上无法实现时宽度可减少300mm。2）肩带固定点的位置：肩带固定点的位置应在下图所示的阴影线范围内。,9、安全带位置,图5-28安全带的固定位置,安全带布置,安全带固定位置

29、,安全气囊,汽车安全气囊作为一种辅助的乘员约束系统，主要用来缓冲在前碰事故中乘员头部的运动，防止与车内饰件的二次碰撞，同时分散对乘员胸部的冲击力。其单独使用可以减少18的死亡 率，而与安全带配合使用时则可以减少47的死亡率，达到最佳 的保护效果。,安全气囊展开过程,图5-29进风口的形式,车身布置,（1）最后绘制线形图和效果图（2）线图参数需完整,车身总布置（运动校核）,进行总布置设计时（1）转向轮与转向盘（转向一致性）（2）转向轮和后轮和翼子板（跳动）（3）转向杆系和悬架工作产生转向干涉（4）制动时前轴扭转产生转向干涉（防制动偏跑）（5）驾驶区空间的校核（舒适性）下面以书本上介绍的转向轮和后轮和翼子板（跳动）画法为例进行运动校核（书本P144）,整车出发进行运动学校核,对一些关键零部件进行运动干涉检查,作业,（1）发动机前置前轮驱动的布置形式，如今在乘用车上得到广泛采用，其原因究竟是什么？而发动机后置后轮驱动的布置形式在客车上得到广泛采用，其原因又是什么？（2）简单说明一下发动机前置后驱轿车为什么在动力传动轴的布置中常采取U形布置（3）简要说明一下应用于车身正碰碰撞缓冲设计和吸能措施,