1、 本 科 畢 業(yè) 設 計大型城市客車車身總布置設計The packaging of large-scale city bus學院名稱： 汽車與交通工程學院專業(yè)班級： 車輛工程013班學生姓名： 張振華指導教師姓名： 張敏中指導教師職稱： 副教授2005年6月大型城市客車車身總布置設計專業(yè)班級：車輛工程013班 學生姓名：張振華指導教師：張敏中 職稱：副教授摘要 汽車車身總布置是汽車概念設計階段的一項相當重要的方案設計工作。在車身總布置過程中，需要確定的特征參數(shù)繁多，空間關系和約束條件復雜，設計方案具有多解性、經(jīng)驗性和綜合性。如何高效的進行汽車車身總布置，應當是整個汽車設計周期中急需解決的一個環(huán)

2、節(jié)。本文介紹了某大型低地板城市客車總布置設計，詳細敘述了總布置方案設計的全過程，特別是利用人體工程學進行了駕駛員和乘客的位置確定。關鍵詞 城市客車、車身總布置、人體工程學The packaging of large-scale city busAbstract Auto-body packaging is a very important scheme design task during the automobile conceptual design phase. There are so many feature parameters to be determined in the pr

3、ocess of auto-body packaging; while spatial relations and constraint conditions are complex, implementation methods and evaluation indices are fuzzy. It results in the design scheme being multiresolution, experiential and compromising. So how to process the auto-body packaging highly efficiently is

4、a big problem to be solved immediately in the automobile overall design cycle. This paper has referred the packaging design of the large-scale, low floor city bus, and introduced the whole process of packaging scheme design in detail, especially utilizing the Ergonomics to design the position of the

5、 drivers and passengers.Keywords City bus，Auto-body Packaging，Ergonomics目錄第一章 車身總布置設計概述 . 1第二章 設計簡介 . 2第三章 車身總布置的設計、計算及繪圖 . 23.1 車身坐標系的確定 . 23.2 確定地板高度 . 33.3 確定駕駛員座椅位置 . 33.4 眼橢圓（Eyellipse ） . 63.5 布置各種操縱桿件、踏板的位置 . 83.6 儀表板的布置 . 103.7 前輪罩的設計 . 113.8 乘客區(qū)座椅的布置 . 113.9 乘客門的布置設計 . 133.10 踏步的設計 . 13 總結和

6、體會 . . 14 致 謝 . 15 參考文獻 . 16 附表 . . 17第一章 車身總布置設計概述在擴大汽車的服務領域和滿足各方面多樣化要求的前提下，作為汽車三大總成之一的車身，已經(jīng)后來居上越來越處于主導地位。據(jù)統(tǒng)計，客車、轎車和多數(shù)專用汽車車身的質(zhì)量約占整車質(zhì)量的4060，貨車車身質(zhì)量約占整車質(zhì)量的1630，其各車型的車身占整車制造成本的百分比甚至還略超過以上給出的上限值。因此，僅從這個意義上來衡量汽車車身，其經(jīng)濟效益也遠遠高于其它兩個總成。綜觀世界汽車工業(yè)改革，可以看出，現(xiàn)代汽車是沿著“底盤”“發(fā)動機”“車身”逐步發(fā)展完善過來的。這個發(fā)展過程不以人的主觀意識為轉移，而在很大程度上取決于

7、當時的科學技術水平和物質(zhì)生活條件。車身設計造型涉及諸如空氣動力學，人體工程學、制造工藝學、美學、計算機圖形學、結構學、材料學等學科，它是一種技術和勞動密集型相結合的產(chǎn)品，它的制造成本約占汽車總成本的一半，其設計成本比重在整車總設計中已屬最大部分，所以車身設計成為制約著汽車制造和新車型開發(fā)的關鍵。由于汽車使用功能的多樣性，車身設計、結構和體制等均有其特點，其有關設備投資費用較高，技術難度也較大，所以發(fā)達國家歷來都極為重視車身技術的開發(fā)，雖然車身屬于汽車上的三大總成之一，但除了只在整車總布置受制于汽車上的其它總成部件以外，很多方面(如：外形，制圖與結構設計計算方法，制造與裝配工藝以及所采用的材料等

8、 均與其它總成大相徑庭。汽車車身是載運乘客或貨物的活動建筑物，相當于一個臨時住所或流動倉庫，但又受到質(zhì)量和空間的限制。其涉及面很廣，如：車身造型藝術，內(nèi)部裝飾，取暖通風，防震隔音，密封，照明，座椅設計，人體工程等方面；車身材料有逐漸擴大非金屬的趨勢。車身零部件的加工方法也是各式各樣(如：冷沖壓，各種型式的焊接、噴漆、電鍍、塑料成形等 。綜合起來看，由于汽車車身的獨特性，使得生產(chǎn)工藝、結構力學、人體工程、技術美學、用戶心理、交通運輸工程、企業(yè)管理乃至供銷等各種彼此分別很大的學科甚至很多非技術領域的知識緊密結合在一起。車身總布置屬于汽車設計工作的一部分，它是在整車總布置的基礎上進行的。整車的總布置

9、提供了汽車長、寬、高、軸距、輪距等控制尺寸。軸荷分配以及水箱、動力總成、前橋、后橋、傳動軸與車輪等的輪廓尺寸和位置。據(jù)此再參考同類車型的有關數(shù)據(jù)作為參考，即可以初步確定前懸和后懸的長度，前后風窗位置和角度，發(fā)動機罩的高度，前圍板位置，座椅位置，內(nèi)部空間控制尺寸，方向盤位置角度與操縱機構和踏板的相互位置等。然后在此基礎上按滿載情況繪制1：5車身總布置圖。第二章 設計簡介本次設計的要求是以6110型11米低地板城市客車底盤（具體參數(shù)見附表，結構見附圖）為基礎，改裝為用于城市公交客運的大型客車。設計11米低地板城市客車，初步定位市區(qū)主干道的客運市場上。因為市區(qū)主干道寬敞，路況較好，同時也是城市的窗口

10、，人流量大，市場前景可觀。作為城市客車，它要求：座位數(shù)在40座左右；車身空間充裕，給人以視覺舒適感；乘客區(qū)有較多的扶手及站立空間；地板高度應盡可能的降低，方便乘客上下車；駕駛區(qū)安排合理，駕駛員操縱靈活、安全?；谝陨蠋c，本著“自下而上、從前到后、由內(nèi)向外、以人體為中心”的原則，進行設計。在設計過程中，充分應用了人體模型去模擬坐姿以定出符合人體生理要求的座椅位置。主要控制尺寸：總長：11177mm 總寬：2480mm總高：3200mm 軸距：5700mm 輪距：前：2020mm 后：1860mm 接近角：8離去角：7 第三章 車身總布置的設計、計算及繪圖3.1 車身坐標系的確定關于坐標系，汽車

11、車身制圖（QC/T490-2000）有如下的規(guī)定：1 坐標系的確定：用右手定則確定坐標系，X 為汽車的長度方向，Y 為汽車的寬度方向，Z 為汽車的高度方向。2 零平面的確定：（按汽車滿載時確定）零平面平行于圖樣的邊框線。 高度方向的零平面：一般取沿車架縱梁上緣上表面平直且較長的一段所在的平面，無車架的車輛可沿車身地板下表面平直且較長的一段所在的平面作為高度方向的零平面。記作0Z ，0Z 上方為正，下方為負。 寬度方向的零平面：取汽車的縱向對稱中心平面。記作0Y ，0Y 的右側為正，左側為負。（順著汽車行駛的方向） 長度方向的零平面：取過前輪理論中線心并垂直于高度零平面的平面。記作0X ，0X

12、的后方為正，前方為負。3 坐標平面：平行于零平面的平面，它是用來確定車身各部分相對位置關系。 4 坐標線：坐標平面在投影平面上積聚而成的直線，用細實線表示，間隔為100mm或其整數(shù)倍。 5 坐標線的標記：每一根坐標線的一端（在0#圖紙幅面以下的圖樣中）或兩端（在0#圖紙幅面及其以上的圖樣中）都應注有表示該坐標線距離零平面距離百分之一的數(shù)值標記和表示該坐標線方向的字母標記。數(shù)值和字母標記的字號為7號字且一律水平書寫。例如“-4X ”表示該坐標線為位于長度零平面之前，距離0X 為400mm 的長度方向坐標線。6 圖面布置：主視圖按汽車自右向左行駛方向布置圖面3.2 確定地板高度原則：在保證必要的間

13、隙條件下盡量減小地板高度。設計：要求過道處地板離地高度為650mm 。已知輪胎的規(guī)格為10.0020 16層級，車輪型式為7.520（10孔）。查GB9744-97載重汽車輪胎，可知，車輪的靜力半徑為502mm ，自由半徑為527.5mm 。又已知車輪的軸心位置，即可以確定地面的位置。再根據(jù)過道地板離地高度為650mm ，可得到過道地板平面在車身坐標系中的位置，從而進行下一步的設計。3.3 確定駕駛員座椅位置這是本次設計的重點：駕駛員座椅與操縱機構的相對位置關系稱為駕駛員位置（driving position）。在進行車身總布置設計時，重要的一環(huán)就是駕駛位置，確定坐在駕駛員座椅上的人與汽車操縱

14、機構之間的位置關系，它是汽車人體工程學中的一個重要研究課題。尺寸是相互關聯(lián)的, 它們之間按人體工程學上的某些關系緊密結合在一起。也就是說，駕駛位置是一個整體的有機整體，并不是象一個簡單函數(shù)那樣由幾個獨立因素簡單決定的。所有參數(shù)互相關聯(lián)，確定了駕駛員的位置。設計方法：由人體工程學的理論可知，車身布置不能以適合中等身材的人體尺寸為依據(jù)。采用“平均人”的設計方法，既不能準確地確定車身的最大或最小尺寸邊界，也不能確切地回答 某一車身布置是否適合大多數(shù)人的身材 的問題。新的設計觀點，車身布置應適合不同身材的一群人80%或90%的大多數(shù)人。由數(shù)理統(tǒng)計可知，可引入“百分位”的概念，它表示對應于每一種身材尺寸

15、都可以求得小于該尺寸的人數(shù)所占的百分數(shù)，如95%百分位身高是182cm ，表示有95%的人的身高低于在182cm 。在進行工作空間、操作位置的綜合設計和分析時，常常不僅需要單一的某項人體尺寸，并且需要同時考慮和應用多個相互關聯(lián)的人體尺寸。于是人們將人體尺寸進行分析整理，合理歸并，并將人體關節(jié)實際的復雜轉動簡化為繞固定軸的簡單幾何學轉動。并將人體體表輪廓尺寸按一定的比例換算成人體關節(jié)點的尺寸。從而設計制作出各個關節(jié)均可活動的二維人體模板。二維人體模板是H 點人體模型的平面表達，是一種理想的輔助設計工具。人體模板一般由軀干、上臂、前臂、手、大腿、小腿、腳（帶鞋）等幾個板塊組成，通過模擬人體各關節(jié)的

16、平面鉸接相連，各板塊均可繞鉸接點轉動，以便擺成各種姿勢。在車身布置設計中通常需要用到第95、50、5百分位三種人體模板。分別代表大、中、小身材的人體。并且為適應車身總布置圖的比例還要制成各種比例（如11、12、15等）。借助人體模板，使人車界面在初步設計階段就可以得到模擬，能夠比較詳細地觀察分析人車的相對位置關系。以便盡早識別和排除錯誤的和不合理的設計位置。由GB/T15759-1995人體模板尺寸可查得并計算出人體模板各部尺寸（見附表）為了更合理的進行駕駛位置的設計布置，采用女子第5百分位、男子第95百分位的尺寸制作人體模板。 原則：確定駕駛姿態(tài)角的舒適范圍 在研究5% 百分位的人體模型時，

17、由于在此百分位內(nèi)的人個子矮小，在擺人體模型時，假如方向盤固定不動的話，5% 百分位的人不能在舒適的范圍內(nèi)。解決的方法：1）方向盤可調(diào)。即方向盤可以做成一個可繞軸旋轉的形式。通過調(diào)整方向盤的角度達到符合要求的尺寸。最后H.P （-1180，-705，880）G 點（-1080，-705，805）駕駛員座椅規(guī)格與尺寸（參見GB/T 13057-91）(見附表 3.4 眼橢圓（Eyellipse ）SAE 眼橢圓Eyellipse 是美國汽車工程師協(xié)會車身工程委員會人體模型分會提出的術語，由眼睛（Eye ）和橢圓（Ellipse ）兩個詞合成。該術語用來描述汽車駕駛員以正常駕駛姿勢坐在座椅上時，他們

18、的眼睛位置在車身坐標中的分布范圍的統(tǒng)計表示法。由于身材、坐姿及駕駛習慣等方面的差異，一群汽車駕駛員的眼睛位置不可能是某個固定的點，而是分布在一定的范圍內(nèi)，因此必須用統(tǒng)計的方法來描述這個分布范圍。美國汽車工程師協(xié)會車身工程委員會人體模型分會對美國各州（包括少數(shù)歐洲、亞洲其他國籍）的2300名男女駕駛員以正常駕駛姿勢坐在車中時他們的眼睛位置進行攝影測量并對獲得的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析，得出的結論是：在汽車的側視圖和俯視圖上，駕駛員眼睛位置的分布均服從二維正態(tài)分布。眼橢圓是駕駛員視線的出處，是汽車視野性分析、設計的基準。一切與視野性相關的布置設計均應以此為依據(jù)。第X 百分位眼橢圓表示：若在投影圖中任意作

19、一條該眼橢圓的切線，則有X%的駕駛員的眼睛位置分布在切線的含有眼橢圓的一側，而有1-X%的駕駛員的眼睛位置分布在切線的不含有眼橢圓的另一側。眼橢圓在車身布置圖上的畫法 1 眼橢圓樣板的繪制 建立眼橢圓自身坐標系, X -X 軸向前為負，向后為正，Y -Y 軸向右為負，向左為正，Z -Z 軸向下為負，向上為正； 根據(jù)H 點的水平調(diào)節(jié)量Hx , 查附表, 確定眼橢圓中心在自身坐標系XYZ 中的位置數(shù)據(jù)X ，Z ，Y 左眼，Y 右眼，確定左右眼橢圓的中心位置； 根據(jù)H 點的水平調(diào)節(jié)量Hx , 查附表, 確定眼橢圓的長短軸. Hx=105，故X=1.8Z=-5.6Y 左眼=-6.4Y 右眼=58.0長

20、軸=147 短軸（側視圖）=86 短軸（俯視圖）=105 確定眼橢圓的方向角在側視圖上眼橢圓長軸的傾角為 -6.4（前低后高）。 在俯視圖上眼橢圓長軸的傾角為5.4（向右偏轉）。 至此，可以制作出眼橢圓樣板。2 眼橢圓樣板在車身標準圖上的定位確定眼橢圓自身坐標原點在車身坐標中的位置 在側視圖中的定位在側視圖上作垂直工作線和水平工作線兩線的交點即為靠背角為25時眼橢圓自身坐標原點。垂直工作線：過最后H 點（即R 點）所作的垂直線。水平工作線：在最后H 點（即R 點）上方距R 點635mm 所作的水平線。在側視圖中確定眼橢圓自身坐標原點的位置根據(jù)座椅靠背角，在附表中查得眼橢圓自身坐標原點相對于垂直

21、工作線和水平工作線的偏移量。即可確定眼橢圓自身坐標原點在側視圖中的位置?？勘辰?12 故, 水平偏移=-118.3 垂直偏移=23.3 在俯視圖上確定眼橢圓自身坐標原點的位置將左右眼橢圓中心連線的中點置于H 點上, 且保持X -X 軸與汽車縱向中心線相平行。下圖既是此次總布置設計的眼橢圓樣板. 3.5 布置各種操縱桿件、踏板的位置操縱桿件和踏板的位置也是以座椅的位置為基準，布置原則是必須在駕駛員最大工作范圍內(nèi)，盡量在最佳操縱空間內(nèi)。由國標GB/T13053-1991客車駕駛區(qū)尺寸（見附表）中規(guī)定，變速桿手柄和駐車制動手柄在任意時，距駕駛區(qū)的其它零件或操縱桿的距離不小于50，且變速桿手柄在任意時

22、均應位于轉向盤下面和駕駛員右邊，在R點之前，不低于座椅表面，投影平面上距離不大于600，故而初步布置手柄制動手柄為（-1450，-350，780），變速桿手柄位置（-1384，-205，1023），此時的操縱桿布置還需經(jīng)手伸界面校核。 由人體工程學，駕駛因子：G=0.0018Hz-0.0197+0.0027D +0.0106-0.0011Wx +0.0024Wz +0.0027-3.0853XX其中： 計算手伸界面：G=0.0018Hz-0.0197+0.0027D +0.0106-0.0011Wx +0.0024Wz +0.0027-3.0853=1.2554d=786-99*G=786-9

23、9*1.2554=661.7154Hx=610d -Hx=661.7154-610=51.71540則基準面HR 縱向地位于最后H 點處，本次設計駕駛員男女比例取為90/10。則新的原點O 坐標為：X=X（H.P. ）=-1180Y=Y（H.P. ）=-705Z=Z（H.P. ）=880手制動手柄位置（M ）：（-1450，-350，780）變速桿手柄位置（N ）；（-1384，-205，1023）則在新的坐標系為：M （270，355，-100）N （204，500，143）查附表表男女比例為90/10得：M 極限位置572.25270，故在手伸界面內(nèi)，手制動操縱桿件布置合理；N 極限位置5

24、71.5204，故在手伸界面內(nèi)，變速器桿布置合理。下面進行腳踏板的布置設計：對于需要一定踏板力的離合器踏板，制動踏板來說，僅確定與座椅的距離還不夠，還必須考慮它們相對于座椅的高度差。因為踏板相對于座椅的高度差決定了腳掌踩在踏板力Pk 的大小，一般來說Pk 的大小隨座椅高度的增加而增大，這是由于座椅高度增加使駕駛員的腿和踏板支桿幾乎可成一直線，駕駛員背部得到有力的支承。為此，踏板相對于座椅表面的最佳位置是在兩者高度差hp=100300mm 范圍內(nèi)。同時參照國標GB/T13053-1991客車駕駛區(qū)尺寸有關制動器、油門、離合器、踏板中心的要求，使它們不太遠，并使油門踏板低于制動踏板。油門與制動器踏

25、板布置在同一側，即右側，這樣符合人們的習慣，安全性能好。具體位置坐標如下具體坐標如下：油門踏板坐標： A （-1983，-365，523）制動器踏板坐標： B （-1983，-525，565）離合器踏板坐標： C （-1914，-880，555）踏板位置對駕駛員施于踏板上的力的影響如下圖所示： 3.6 儀表板的布置在儀表板的設計中，最大程度地滿足人機工程學要求，從人的生理及心理需求出發(fā)，進行儀表板的布置、造型與結構等方面的設計，以保證駕駛員視覺與操的需要，保證駕駛員與乘員的安全。且儀表板的安全性、操縱性在設計中要特別考慮，因為在行車過程中，儀表板也是造成對駕駛員及乘客人身傷害的主要部件。若操縱

26、性良好，可以提高操縱效能，提高安全性。儀表板的位置應在駕駛員良好的視野范圍內(nèi)，一般使其法線與駕駛員水平視線成30 左右的夾角。儀表板面距駕駛員的眼睛位置不應太遠，一般不應大與710mm ，同時儀表板各開關按鈕的間隔以60-90mm 為宜。儀表板面的角度還應當保證當陽光入射時光線平行于儀表面不致于產(chǎn)生反光，故應以深色為主。同時考慮到人的眼睛自然視角為上下15，頭部自然視角為上下30，也就是在水平線上下45范圍內(nèi)布置儀表板是比較合理的。3.7 前輪罩的設計通過畫轉向輪跳動圖確定，轉向輪上跳并轉向至極限位置時占用的空間，從而決定輪罩形狀及翼子板開孔形狀，并可檢查轉向輪與縱拉桿，車間的運動間隙是否足夠

27、。但由于畫此圖比較難也很難確定范圍，故可根據(jù)經(jīng)驗來取值。由經(jīng)驗可知，大小等于擋塊距車架距離加上一拳高。該車前懸采用獨力懸架，所以可確定不發(fā)生干涉輪罩的半徑不小于650mm 輪罩寬度不小于450mm 。本車選取輪罩半徑為680mm ，罩寬550mm 。轉向輪跳動圖如下 3.8 乘客區(qū)座椅的布置由底盤參數(shù)可知，整車允許最大總質(zhì)量Mt 為14460kg ，整車整備質(zhì)量Mk 為9600kg ，裝載貨物質(zhì)量M W =Mt-Mk=14460-9600=4860kg。GB12428-90客車裝載質(zhì)量計算方法，定義每位成員的平均質(zhì)量M R 為60kg ，故本車的額定乘員人數(shù)N=MW /MR =4860/60=

28、81人。確定座椅布置方案：方案一：采用2+2排列，即在車兩側布置兩排座椅，側圍厚50mm, 座椅寬度800mm （雙人），座椅至側圍距離30mm ，通道寬度最大為2480-50*2-30*2-800*2=720mm 方案二：采用2+1排列，乘客門一側采用單人座椅，另一側采用雙人座椅，由于布置較緊湊，將由于輪罩影響乘客舒適性的座椅方向改成反方向。圖中虛線所畫為反向座椅。座椅寬度400mm （單人）、800mm （雙人），通道寬度最大為2480-50*2-30*2-400-800=1120mm 方案三：布置座椅與方案二相同，但不用反向布置而是采用適當升高局部地板的位置。通道寬度最大為2480-50

29、*2-30*2-400-800=1120mm 方案四：采用1+1排列，增加站立面積，滿足城市公交客流量大的需求。通道寬度最大為2480-50*2-30*2-400*2=1520mm 綜合比較以上四個方案，選擇方案四，來進行本次設計的乘客區(qū)座椅布置。座椅數(shù)為37+1座。乘客座椅的規(guī)格與尺寸，參見附表 GB/T13059-91客車乘客座椅尺寸規(guī)格。3.9 乘客門的布置設計在社會日益發(fā)展的今天，外擺式車門由于它有自己獨特的優(yōu)點，在越來越來多使用，本車也可以采用。但考慮到成本的控制，前、后門均采用內(nèi)擺式車門。門框尺寸為：前 1000mm2260mm 后 1250mm2260mm 。3.10 踏步的設計

30、根據(jù)低地板設計開始收到了重視，它不僅可以改善車的動力性，同時也可以大大的方便殘疾和老弱病殘人，更多的考慮了大多數(shù)人的要求，更具有普及性，符合大眾的需求。對于客車，在空載時的第一級踏板離地高度應在300-400mm , 最高不宜超過450mm 。根據(jù)第一級高度和地板高度可確定踏板的級數(shù)，本車采用二級踏板，前：一級踏板高度為350mm ，踏步深為550mm ，踏步高為300mm 。后：一級踏步高為350mm ，踏步深為740mm ，踏步高為300mm ?？偨Y和體會時間過的真快，歷經(jīng)三個多月的畢業(yè)設計即將結束了，大學四年的學習生涯也已告終。在這次設計中，我的主要任務是大型低地板城市客車的車身總布置設

31、計?？粗言O計好的客車，我覺得很高興。盡管在設計中遇到了很多麻煩，但通過這次設計，使我對客車車身布置及設計的過程有了初步的了解。我即將畢業(yè)，走向工作崗位，而且從事的亦是客車制造業(yè)。所以，此次畢業(yè)設計為我盡快適應日后的工作打下了基礎。但是由于時間的關系以及車身牽涉到的知識面很多，故在設計中難免有些粗糙，敬請老師諒解。致 謝在本次設計過程中，由始至終都得到了導師張敏中副教授的悉心指導。他淵博的理論知識、嚴謹?shù)闹螌W風格使我受益匪淺。在整個過程中張老師始終給予我極大的幫助，從其思考和分析問題的方法中，我得到了許多有益的啟示。在此，謹向張老師表示衷心的感謝，希望在日后還能有機會得到他的指點。同時也對在課題的完成過程中給予幫助的其他老師和同學表示感謝，正是由于他們的大力支持，我才能夠順利完成畢業(yè)設計工作。參考文獻1、黃天澤、黃金陵. 汽車車身結構與設計. 機械工業(yè)出版社. 1997.2、王望予. 汽車設計(第3版. 機械工業(yè)出版社