汽车工程毕业论文1汽车车身总布置设计.docx
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汽车工程毕业论文1汽车车身总布置设计
汽车车身总布置设计毕业论文
汽车工程
3.6SAE人体模型28
3.7结论29
第4章轿车车身总布置30
4.1人体功能尺寸30
4.2人体模板关节角度的调节范围34
4.3座椅的布置37
4.3.1输入已知整车控制参数及边界条件37
4.3.2踵点的确定38
4.3.3确定H点位置39
4.3.4确定座椅水平和垂直调节范围41
4.3.5仪表板的布置41
4.4驾驶员的眼椭圆及视野校核42
4.4.1眼椭圆的定义42
4.4.2眼椭圆的意义43
4.4.3眼椭圆的含义43
4.4.4眼椭圆的样板43
4.4.5眼椭圆制作步骤43
4.4.6眼椭圆的定位44
4.4.7眼椭圆的应用46
4.5头廓包络47
4.5.1概述47
4.5.2头廓包络面的尺寸48
4.5.3头部包络面的定位49
4.6前方视野校核50
4.6.1前风窗开口视野校核50
结束语54
参考文献56
致谢57
附录58
II
本科生毕业设计（论文）
第1章绪论
1.1车身总布置设计概述
汽车诞生一百多年来，其技术经过不断地发展，到现在已经成为集传统工业和高新科技为一身的典型的机电产品，而围绕汽车工业的庞大工业体系也发展成为世界上屈指可数的企业群体。
随着汽车工业的蓬勃发展，车身作为汽车三大总成之一，已经在汽车设计过程中越来越趋于主导地位。
据统计，客车、轿车和多
数专用汽车车身的质量约占整车质量的40％～60％，有些车型的车身占整车制造成本的百分比甚至还要略高一些[1]。
因此，仅从这一点来说汽车车身的经济效益也要高于其它两个总成。
在汽车制造过程中车身设计是重要环节，而车身的总布置又是其中的重要组成部分。
车身总布置的任务是在车身内部有限的空间内把人员和货物安排在最恰当的位置，既要满足乘坐舒适性又要保证最大承载质量，尽可能的提高车身有效面积利用率，将车内空间发挥到极致，达到节能减排降低成本的目的。
对于不同用途的汽车总部置设计也是不同的，即使是同一类车，因其用途、性能要求以及所选的各总成的类型尺寸的不同，总布置设计也是千差万别的。
车身总布置是在整车总布置的基础上进行的。
整车的总布置提供了汽车长、宽、高、各部分总成的相对位置和乘客室的尺寸、轴距、轮距等控制尺寸、轴荷分配以及水箱、动力总成、前桥、后桥、传动轴与车轮等的轮廓尺寸和位置。
据此再参考同类车型的有关数据作为参考，即可以初步确定汽车的基本形状，前悬和后悬的长度，前后风窗位置和角度，发动机罩的高度，前围板位置，座椅位置，内部空间控制尺寸，方向盘位置角度与操纵机构和踏板的相互位置等[2]。
车身总布置设计指导思想是“以人为本”。
在汽车设计中，车身内部布置应当能够满足驾驶员和乘员的乘坐舒适性、操纵性、行车安全性、视野性等要求。
为
了达到以上性能。
SAE、ISO、GB等定义了汽车驾驶员的眼睛、头部、肢体上一些与车身布置有关的人体特征点[3]。
当驾驶员以正常驾驶姿势入座后，测取人体特征点，经统计处理后，便可得到各种百分位身材男女驾驶员的人体特征点分布图形。
这些图形称为车身内部布置设计工具。
它们包括人体模型、眼椭圆、头廓包络线、手伸及界面等。
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本科生毕业设计（论文）
1.2本设计采用的绘图软件介绍
1.2.1CATIA简介
CATIA是由法国著名飞机制造公司Dassau1t开发并由IBM公司负责销售的
CAD/CAM/CAE/PDM应用系统。
围绕数字化产品和电子商务集成概念进行系统结构设计的CATIAV5版本，可为数字化企业建立一个针对产品整个开发过程的工作环境。
在这个环境中，可以对产品开发过程的各个方面进行仿真，并能够实
现工程人员和非工程人员之间的电子通信[4]。
作为世界领先的软件，CATIA可以帮助用户完成大到飞机小到螺丝刀的设计及制造，它提供了完备的设计能力：
从2D到3D到技术指标化建模，同时，作为一个完全集成化的软件系统，CATIA将机械设计、工程分析及仿真和加工等功能有机地结合，为用户提供严密的无纸工作环境从而达到缩短设计生产时间、
提高加工质量及降低费用的效果。
目前汽车工业正在向DMA-电子模型装配的方向发展。
在建造物理样机
之前建立电子样机并进行测试能节省大量的开发成本和开发时间。
但是要成功实施DMA需要一个集成的环境，以用于取得设计目标和管理所有相关的
数据。
CATIA提供了这样的环境。
全球已有1000多个汽车制造公司陆续地把CATIA作为他们设计和制造流程的核心系统。
Daimler-Chrysler,BMW,Ferrari,Fiat,Porsche,Renault,和Volkswagen已经体会到了CATIA给他们带来的技术创新和竞争优势[5]。
CATIA为汽车设计师和工程师提供了丰富的功能，包括3D实体造型、曲面造型和线架造型。
系统提供的创新技术可以自动进行3D设计的参数化。
系统还具有灵活的混合建模、虚拟产品开发、以流程驱动设计和在设计阶段
进行有限元分析等能力。
工程师首先在计算机上进行每个部件的检查，并在
计算机的模拟帮助下进行分析，然后才需要物理样机。
以这种方式，CATI
A和ENOVIA可以加快工程和制造的各个阶段，从曲面和外形风格建模到底盘和电路系统等等。
CATIA不仅仅是用来看一个要制造的汽车。
它还可以用来模拟整个工
厂、整个流程、整个制造过程，甚至各个过程所涉及到的人的因素。
利用C
ATIA强大的仿真功能，制造商可以看到部件和子装配是如何装配在一起的，以及人体在装配车间的活动。
通过分析这些结果，可以明显减少不合理的设
计，显著减少开发周期和成本。
使用ENOVIA，公司不但可以提高设计质量，还降低了开发成本和周期，以便对市场的变化做出快速的反应[6]。
作为汽车制造商，只有通过持续的创新，快速推出新的产品，才能在市场上占领领导
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本科生毕业设计（论文）
地位。
这也许就是为什么世界上前25位的汽车制造商有18家选择CATIA
的原因。
1.1.2CATIA的功能特点
1、装配设计（ASS）
CATIA装配设计可以使设计师建立并管理基于3D零件机械装配件。
装配件可以由多个主动或被动模型中的零件组成。
零件间的接触自动地对连接进行定义，方便了CATIA运动机构产品进行早期分析。
基于先前定义零件的辅助零件定义
和依据其之间接触进行自动放置，可加快装配件的设计进度，后续应用可利用此模型进行进一步的设计、分析、制造等。
2、高级曲面设计（ASU）
CATIA高级曲面设计模块提供了可便于用户建立、修改和光顺零件设计所需曲面的一套工具。
高级曲面设计产品的强项在于其生成几何的精确度和其处理理想外形而无需关心其复杂度的能力。
无论是出于美观的原因还是技术原因，曲面的质量都是很重要的。
3、CATIA逆向工程模块（CGO）
CATIA可使设计师将物理样机转换到CATIADesigns下并转变为字样机，并将测量设计数据转换为CATIA数据。
该产品同时提供了一套有价值的工具来管理大量的点数据，以便进行过滤、采样、偏移、特征线提取、剖截面和体外点剔除
等。
由点数据云团到几何模型支持由CATIA曲线和曲线生成点数据云团[7]。
反过来，也可由点数据云团到CATIA曲线和曲面。
4、自由外形设计（FRF）
CATIA自由外形设计产品提供设计师一系列工具，来实施风格或外形定义或复杂的曲线和曲面定义。
对NURBS的支持使得曲面的建立和修形以及与其它CAD系统的数据交换更加轻而易举。
5、创成式外形建模（GSM）
创成式外形建模产品是曲面设计的一个工具，通过对设计方法和技术规范的捕捉和重新使用，可以加速设计过程，在曲面技术规范编辑器中对设计意图进行捕捉，使用户在设计周期中任何时候方便快速地实施重大设计更改。
3
1.1.3CATIA软件发展
本科生毕业设计（论文）
作为世界领先的软件，CATIA是有法国著名飞机制造公司Dassau1t开发的并由IBM公司负责销售的。
由于CATIA为成功实施DMA提供了一个集成环境，以用于取得设计目标和管理所有相关的数据，所以全球已有1000多个汽车制造公司陆续地把CATIA作为他们设计和制造流程的核心系统。
Daimler-Chrysler,BMW,Ferrari,Fiat,Porsche,Renault,和Volkswagen已经体会到了CATIA给他们带来的技术创新和竞争优势。
CATIA为汽车设计师和工程师提供了丰富的功能，包括3D实体造型、曲面造型和线架造型。
系统提供的创新技术可以自动进行3D设计的参数化。
系统还具有灵活的混合建模、虚拟产品开发、以流程驱动设计和在设计阶段
进行有限元分析等能力。
工程师首先在计算机上进行每个部件的检查，并在
计算机的模拟帮助下进行分析，然后才需要物理样机。
以这种方式，CATI
A和ENOVIA可以加快工程和制造的各个阶段，从曲面和外形风格建模到底盘和电路系统等等。
作为汽车制造商，只有通过持续的创新，快速推出新的
产品，才能在市场上占领领导地位。
这也许就是为什么世界上前25位的汽车制造商有18家选择CATIA的原因。
1.1.4CATIA人机工程功能在产品设计中的应用
CATIA还具有人机工程功能。
为了在进行产品设计过程中就很好的解决
“人—机—环境”之间的问题，CATIA最早提出了人机设计与分析解决方案，在CATIAV5中集成为四个模块：
人体模型构造HBR模块，人体行为分析
HAA模块，人体模型测量编辑HME模块，人体姿态分析HPA模块。
HBR
在虚拟环境中建立和管理标准的数字化“虚拟”人体模型，以在产品生命周
期的早期进行人机工程的交互式分析。
HBR提供的工具包括：
人体模型生成、性别和身高的百分比定义、人机工程学产品生成、人机工程学控制技术、动
作生成以及高级视觉仿真等。
一个友好的用户接口确保了人体因素分析能够
由非人体分析专家进行研究。
有效的将HBR、HAA、HME及HPA结合起来可以生成更高级的人体模型，得到更详尽的分析结果，使设计更符合人机工
程学对舒适性、功能性以及安全性的要求。
这些产品的结合可以为设计人员
提供人机工程设计详细的解决方案。
HAA作为HBR的辅助模块，可以对处于虚拟环境中的人机互动进行特定的分析。
其优点在于能够精确的预测人的
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行为。
他提供了多种高效的人机工程学分析工具和方法，可以全面分析人机互动过程中的全部因素。
HME允许设计人员通过大量的先进人体测量学工具生成高级的用户自定义的人体模型。
该模型依靠它的指定目标人群，可以
用于评价设计与其目标的吻合程度。
HME能够满足专业人机工程分析师、技术支持维护工程师等不同设计人员的需要。
HPA可以定性和定量地分析人的各种姿态。
人的整个身体及各种姿态可以从各方面被全面系统地反复检查
和分析并可以与已公布的舒适性数据库中数据进行比较，确定相关人体的舒适度与可操作性。
可快速发现有问题的区域，重新作出分析，并进行姿态优
化。
HPA允许设计人员根据自己的实际应用，建立起自己的实际应用，建立起自己的舒适度和强度数据库设计，来满足不同的需要。
在各种不同的产品设计过程中，人机工程学对产品设计的指导意义，最终体现在人机系统的设计，人和机时构成人机系统的两个组成部分，在掌握
人体主要尺寸的基础上，根据各种作业的不同特点，对产品进行人性化设计，使产品最大程度的满足操作的舒适性、方便性、安全性。
同时也不能忽略对
操作环境的考虑，如照明环境、温度气候小环境、噪声环境、振动。
如此才能创造出人—机—环境互相协调而舒适高效的工作环境，从而提高工作效率。
另外，通过人们已经熟悉的形状、颜色、材料、位置的组合来表示操作过程符合人的行动特点，减少操作人员的学习过程，使机器符合操作人员的经验、行为特征和操作想象，从而也能够减少操作出错。
作为成熟的CAD/CAM软件，CATIA把人体测量学中的各种知识和理论直接嵌入程序内部，使的在实际设计过程中，只需报人体模型直接放入所
考虑的机械设备或工程设计之中，省去了做人体模型的繁复工作。
CATIA的人体模型可根据选取的百分位数或具体的人体数据做实时调整。
CATIA还可以快速、便捷的调整虚拟人不同的作业姿态，以满足不同作业姿态下的空间
尺寸测定。
在人机工程学中以人为本的设计理念思想指导下，满足人体一般作业空间概略设计需要。
但对于受作业空间限制的设计，则需要满足各种姿势下人体功能尺寸。
在苏州奥杰汽车技术有限公司的这段日子中，公司对我们进行了CATI
A培训，是我们对CATIA的知识有了初步的了解，尤其是对逆向的部分，
有了深刻的了解，了解了何为逆向，逆向的基本步骤，逆向的意义等等知识。
逆向就是在根据已有的东西和结果，通过分析来推导出具体的实现方法。
C
ATIA不仅能够还原实物原型，而且还能够在此基础上进行设计修改，制造出新的产品。
本次毕设设计的是A00级轿车，但到底何为A00级轿车，是按什么划分
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等级的呢。
目前，国内的汽车分级方法多以价格为主、技术规格为辅。
我们也常听到诸如A级、B级车之例的说法，这是参考德国轿车的分级标准。
按德国汽车分级标准，等级划分主要依据轴距、排量、重量、性能等参数，字母顺序越靠后，该级别的车轴距越长、排量和重量越大，轿车的豪华程度也随之提高。
本次毕业设计的A00级轿车是小型轿车，参照本公司给东风汽车新研发的电动车2010设计的，该款电动车与今年全球规模最大的上海车展亮
相。
此款电动车最高时速80公里，百公里能耗100kwh（度），按生活用电计算约为6元。
其动力能源由磷酸铁锂电池提供，续航里程110公里至180公里，循环寿命可达1500次，单车按照最低续航里程110公里，按每天平均行驶50公里计算，电池可用八年。
随着城市纯电动汽车设施配备逐步完善，EJ02还具备电池快换系统续电功能。
业内人士认为，在目前汽柴油价格逼近8元/升的现状下，对于每天上班距离在50公里以内的上班族来说，EJ02是他们应对高油价时代的最安全经济的代步利器。
同时，EJ02采用满足碰撞安全技术要求的铝合金骨架，整车重量770-850
千克，在保证行驶安全的前提下，可最大限度的降低整车自重，有效节省动力源，延长单次充电的续航里程。
同时，后置后驱设计更加优化了车辆坡道
性能，长2695mm，宽1520mm，其最小转弯达直径8.6米。
这样的设计不仅可以缓解城市交通拥堵的现状，还能让用户行动自如。
东风股份是东风公司新能源汽车事业的主要担当者，早在2005年就着手新能源汽车的自主研发，相继推出“东风天翼”纯电动客车、物流车，以及“帅客MPV”、“奥丁SUV”、微型客车、物流车、环卫车等12款纯电动车型，EJ02的正式亮相，不仅丰富了东风股份纯电动家族的产品线，还填补了东风公司
纯电动微轿的空白。
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图1-1东风电动车
1.3研究本课题的意义
汽车诞生一百多年来，其技术经过不断地发展，到现在已经成为集传统工业和高新科技为一身的典型的机电产品，而围绕汽车工业的庞大工业体系也发展成为世界上屈指可数的企业群体。
尽管在各个国家都有许多传统的机械工业陷入困境，甚至面临巨大的危机，但汽车工业却一直保持着良好的发展势头，其发展水平也被公认为衡量一个国家总体科学技术水平的标志之一。
汽车车身总布置是在整车总布置的基础上进行的，其指导思想是“以人为本”。
在汽车设计中，车身内部布置应当能够满足驾驶员和乘员的乘坐舒适性、操纵性、行车安全性、视野性等要求。
为了达到以上性能。
SAE、ISO、GB等定义了汽车驾驶员的眼睛、头部、肢体上一些与车身布置有关的人体特征点。
当驾驶员以正常
驾驶姿势入座后，测取人体特征点，经统计处理后，便可得到各种百分位身材男女驾驶员的人体特征点分布图形。
这些图形称为车身内部布置设计工具。
它们包括人体模型、眼椭圆、头廓包络线、手伸及界面等（如图1.1所示）。
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目前，国内外汽车生产实践证明：
整车生产能力的发展取决于车身的生产能力；汽车的更新换代在很大程度上也取决于车身；在基本车型达到饱和的情况下，只有依赖车身改型才能打开销路。
所以车身设计在整车设计中占有重要地位。
因
此在本次毕业设计中我选择了A00级轿车驾驶员的设计及优化（车身总布置）这个课题。
1.4毕业设计内容
本毕业设计题目为A00级轿车驾驶员布置设计及优化，目的是培养我们综合运用所学知识解决A00级轿车驾驶员布置设计及优化问题。
具体内容：
1．了解人体舒适坐姿要求及舒适操纵力要求；
2．了解驾驶员相关车辆尺寸定义；
3．了解驾驶员布置的空间尺寸要求；
4．学习CATIA软件绘制驾驶员布置图；
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第2章车身设计方法
2.1传统的车身设计方法
汽车自诞生至今已有112年的历史,在这漫长的发展过程中，车身设计方法不断改进和完善，已形成了一套成熟的传统设计方法。
传统车身设计方法的特点
在于：
在设计的每一个阶段都要反复进行平面图形和立体模型的制作过程。
例如，在初步设计阶段，要绘制彩色效果图和1：
5油泥模型；在技术设计阶段要制作1：
1油泥外模型和1：
1车身内部模型；在生产准备阶段要绘制1：
1的主图板和制作1：
1的车身主模型[8]。
传统的车身设计方法的主要问题在于：
（1）车身开发及生产准备的周期长，大约需要4年左右的时间。
而且对于汽车这类复杂的几何形体初始设计的可信度低，为了产品定型，只有依靠样车逐步修改设计，直到满
足各种要求为止，有时修改设计会持续到生产准备后期，迫使生产准备大量返工，造成浪费。
（2）费时费力，工作强度大。
传统的车身设计及开发要求美工人员、工程技术人员及工人通力合作。
无论是绘制车身图样还是制作立体模型，都要付
出大量艰苦的劳动。
另外，生产准备过程中工艺设计、冲模制造、研配以及调试都将耗费大量的手工劳动和时间。
（3）设计精度低。
其主要原因是在设计和生产
准备的各个环节之间信息的传递是一种“移形”，原始数据经过多次移形传递，由于各种人为及设备造成的误差在所难免，导致加工出的冲模精度无法保证，只有
依靠最后的手工研配来解决[9]。
2.2现代设计方法
从七十年代起，计算机辅助设计已经进入了汽车外形设计这一领域，今天更是普遍应用，并已成为目前国内外车厂进行汽车造型设计的常规手段。
计算机辅助设计及制造技术是将计算机迅速、准确处理信息的特点与人类创造性思维能力及推理判断能力巧妙结合起来，用计算机绘图、数据库、智能模拟技术，为现代设计提供了理想的手段。
计算机和数控加工技术的配合，可用来精确制造机械零件和对产品进行自行检验和装配，这就是计算机辅助制造。
近年来这一技术与计算机技术一起得到了突飞猛进的发展，并在汽车车身设计制造中率先应用，引起了汽车设计制造技术革命性的大变革[10]。
车身开发中采用CAD或CATIA技术将会带来传统方法无可比拟的优点，主要表现在：
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1、提高了设计精度。
造型一旦完成并建立数学模型存人数据库，就可以实现多方共享，为生产准备、模具设计制造提供便捷、详细、准确的数据，使模具加
工精度大为提高。
2、缩短了开发设计和制造的周期。
车身数模可直接用来冲模设计，以提高冲模设计的精度和成功率。
取消了两次油泥模型、主模型以及工艺模型的制作，使
人力、物力和时间大为减少。
3、可将造型设计直接用于强度、刚度有限元分析以及碰撞安全性分析，也可以对车型进行空气动力学模拟。
这样使初始设计可信度大为提高。
4、设计修改以及在原设计基础上的改型和换型均比较容易。
总之，基于CAD和CATIA它能提高产品的质量和缩短产品的研制周期等诸多优点，其正在受到极大的关注和飞速的发展。
它从根本上改变了过去用手工绘图、依靠图纸组织生产的模式。
它对传统产业的改造、新兴技术产业的兴起和发展，以及增强企业在国际市场的竞争力等方面，都起着巨大的作用。
2.3整车布置的基准线——零线的确定
确定整车的零线（三维坐标面的交线）、正负方向及标注方式，均应在汽车满载状态下进行、绘制时应将汽车车头向左侧（如图3-1）。
1、汽车中心线：
通过左右前轮中心，并垂直于车架平面线的平面，在侧视
和俯视图上的投影线即为X坐标线，前为“-”、后为“+”，该线标记为X。
0
2、汽车中心线：
通过汽车纵向中心线的铅垂面，在前视和俯视图上的投影线，
前视图中右侧为“+”、右侧为“-”，标记为Y。
0
3、车架上平面线：
车架纵梁上翼面上较长的一段平面或承载式车身中部地板或边梁的上缘面，并与水平面平行时，在前视和侧视图上的投影线，即为Z坐标
线。
上为“+”、下为“-”，标记为Z。
0
4、地面线：
地平面在侧视图和前视图上的投影线，称为地面线。
此线是标注汽车高度、接近角、离去角、离地间隙和货台高度等尺寸的基准线。
5、前轮垂直线：
通过左、右前轮中心，并垂直于地面的平面，在侧视图和俯视图上的投影线，称为前轮垂直线。
此线用来作为标注汽车轴距和前悬的基准线。
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当车架与地面平行时，前轮垂直直线与前轮中心线重合（如乘用车）。
6、在新车设计时，整车的坐标线确定后，车身（车头、驾驶室）、车架的坐标线也确定了，三者是统一的。
7、如果用现有的车身、车架拼装新车型，则三者的坐标线不一定一致。
因为所选用的车身、车架已有自己的坐标线，而布置在新车上时，其坐标线不一定与
新车的坐标线重合，因布置上的需要会造成差值，在设计时应记住这一差值，作为设计的原始数据。
原车身、车架的坐标不随新车的坐标而变动。
8、整车零线的画法
上述的
X、Y、
Z三条线，统称为三个方向的零线。
000
在绘制总布置图时，先确定零线的位置。
一般是从侧视图上开始，根据整车的前悬及车架上表面至地面的高度，确定X和Z坐标线的交点，然后通过该点画
一水平线和一垂直线，分别代表
X和Z。
需要时可画出网格线，间距为200mm
00
或400mm，便于绘图时坐标点的换算或量取。
俯视图和前视图坐标线的画法可照此法处理，但须保证X、Y、Z三个坐标线互相垂直。
地面线可暂时不画，待前、后轮中心至车架上表面距离确定后，再以前、后轮中心为圆心，以车轮静力半径为半径，分别画两个圆弧，则两圆弧的切线即为
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地干线。
图3-1整车总布置图坐标系
2.4本设计采用的设计方法
2.4.1概念设计
根据任务书要求和预期达到设计目的采用的设计方法：
1、确立本次设计主方向；
2、市场调研：
通过国内外畅销客车车型对比分
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