毕业设计红旗世纪星轿车车身总布置设计.docx

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毕业设计红旗世纪星轿车车身总布置设计

摘要

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，其发展水品也被公认为衡量一个国家总体科学技术水平的标志之一。

在汽车制造过程中汽车总部置是重要环节，而车身的总部置又是其中的重要组成部分。

不同用途的汽车总部置设计是不同的，即使同一类车，因其用途和性能要求不同，所选的各总成的类型及尺寸不同，经过总布置设计，汽车各部分总成的相对位置和乘客室的尺寸既可以确定，按这些总成的外部轮廓并考虑到适当的间隙，就可以确定汽车的基本形状。

车身总布置设计是汽车总布置设计的重要组成部分。

在一个企业中，汽车总部置通常由整车部门负责，而车身总部置由通常有车身部门负责，两个部门的任务必须相互配合，协同工作。

车身总布置的任务是把人员和货物安排在恰当的位置。

关键词：

人机工程学；人体模型；眼椭圆。

Abstract

Theautomobilehasbeenborn100formanyyears,itstechnologypassesthroughdevelopsunceasingly,alreadybecomesthecollectiontraditionindustryandthehighnewtechnologytothepresentwasbodymodelmechanicalandelectricalproducts,butrevolvestheautomobileindustrythehugeindustrialsystemalsotodevelopintointheworldtheveryfewenterprisegroup.Althoughallhasmanytraditionalmechanicalindustriesineachcountrytofallintothedifficultposition,evenfacesthehugecrisis,buttheautomobileindustrycontinuouslyispreservingthegooddevelopmentmomentumactually,itdevelopsstandardalsotorecognizeforweighsoneofnationaloverallscienceandtechnologylevelsymbols.Auto-bodypackagingisaveryimportantschemedesigntaskduringtheautomobileconceptualdesignphase.

Theautomobilealwaysinstallsinpartsintheautomobilemanufactureprocessistheimportantlink,buttheautomobilebodyalwaysinstallsinpartsalsoisimportantconstituent.Thedifferentuseautomobilealwaysinstallsinpartsthedesignisdifferent,evenifidenticalkindofvehicle,becauseitsuseandtheperformancerequirementaredifferent,electsvariousunitstypeandthesizearedifferent,passthroughalwaysarrangethedesign,theautomobilevariouspartofunitrelativepositionandalreadymaydeterminewhilethereceptionroomsize,andconsideredaccordingtotheseunitexterioroutlinethesuitablegap,maydeterminetheautomobilethebasicshape.

Theautomobilebodyalwaysarrangesthedesignistheautomobilealwaysarrangesthedesigntheimportantconstituent.Inanenterprise,theautomobilealwaysinstallsinpartsisusuallyresponsiblebytheentirevehicledepartment,buttheautomobilebodyalwaysinstallsinpartsbyusuallyhastheautomobilebodydepartmenttoberesponsible,twodepartment'sdutiesmustcoordinatemutually,jointoperation.Theautomobilebodyalwaysarrangesthedutyisthepersonnelandthecargoarrangementintheappropriateposition.

Keywords：

Ergonomics；manmodel；eyellipse.

第1章绪论

题目研究的意义

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，其发展水品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）。

图1.1车身布置工具在车身总部置中的应用

本设计的车型是红旗世纪星，红旗世纪星沿袭了红旗系列轿车一贯的宽大乘坐空间之特性，使之成为国内首选公务、商务用车。

外型由著名的德国保时捷公司设计，在红旗轿车传统的"国"字脸的基础上，添加了时代元素，庄重硬朗，稳健大气，充满阳刚之美与成熟魅力，尽显出"飓风之子"卓然出众的气质和强者风范。

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红旗世纪星轿车车身总布置设计这个课题。

本次设计的任务

整在汽车制造过程中汽车总部置是重要环节，而车身的总部置又是其中的重要组成部分。

不同用途的汽车总部置设计是不同的，即使同一类车，因其用途和性能要求不同，所选的各总成的类型及尺寸不同，经过总布置设计，汽车各部分总成的相对位置和乘客室的尺寸既可以确定，按这些总成的外部轮廓并考虑到适当的间隙，就可以确定汽车的基本形状。

汽车总体设计除了考虑基本车型以外，还要考虑一系列变型车方案。

因此，某种汽车的总体设计只是企业统一的产品规划的组成部分。

现代化大型汽车企业集团的产品规划是所谓“平台化和模块化”战略，其基本构思是采用为数不多的构造模块拼成尽可能多的各种车型，就需要将各种构造模块选配组合，纳入特定的汽车平台之中。

例如，发动机就是个模块，可以用一种发动机装载企业生产的不同车型上。

车身总布置设计是汽车总布置设计的重要组成部分。

在一个企业中，汽车总部置通常由整车部门负责，而车身总部置由通常有车身部门负责，两个部门的任务必须相互配合，协同工作。

车身总布置的任务是把人员和货物安排在恰当的位置。

毕业设计的应用意义通过红旗世纪星轿车车身总布置设计，初步掌握利用计算机辅助设计红旗世纪星轿车车身总布置设计的方法。

利于改善红旗世纪星轿车车身总布置设计改善其市场竞争地位并获得更大的经济效益。

为了给人们设计出更优质的汽车。

本次毕业设计的题目是红旗世纪星轿车车身总布置设计。

设计任务要求：

（1）结合汽车设计，汽车车身设计所学的内容，对红旗轿世纪星车车进行车身总布置设计。

（2）各部分布置要协调一致，内部布置要符合人机工程学的要求，外形要符合有关法规的要求，同时要兼顾空气动力学及美学的要求。

（3）完成设计图纸一套，包括内部布置图及外形图；前左车门外板零件图。

有关尺寸要标注正确。

（4）说明书一份；外文翻译一篇。

本次设计预期达到的目的

（1）了解汽车总体设计与车身总体设计的关系

（2）掌握轿车身总体设计的基本要求；

（3）学习用已学过的知识进行轿车车身总布置设计；

（4）能进行有关的运动校核及汽车基本性能的计算；

（5）学会查找有关汽车资料；

（6）查阅相关车型的最新设计。

第2章

汽车造型设计

汽车造型的发展史

1）汽车外形发展的影响因素

汽车外形的确定取决于如下几个因素：

机械工程学、人机工程学、空气动力学以及电子学等，各个学科的发展和完善促进了汽车外形的发展。

汽车主要要求动力性、舒适性、安全性和经济性。

在此前提下，首要的问题是机械工程学要求，其中发动机和底盘的设计、各部件的布置和安装一直是汽车发展的一个重要方面。

完成总布置设计之后，可根据发动机、变速器的大小和驱动形式确定大致的车身形式，然后涉及车身的设计与制造，这些都属于机械工程学的范畴。

其次是人机工程学要求。

汽车是由人来驾驶和乘坐的，必须保证安全性和舒适性。

首先要确保乘员的空间，保证乘坐的舒适性、驾驶的方便性，并尽量确保驾驶员的视野性，另外还包括上下车的方便性。

从广义上讲，人机工程学还包括对步行者安全性的保证，它涉及到车身外部的尺寸和形状问题。

机械工程学和人机工程学起着决定汽车基本骨架的作用，应该说是来自于汽车内部对车身设计及造型设计的制约。

电子学在汽车上的应用，为汽车的多功能化及性能的提高，提供了必要的条件。

如制动安全性、操纵性及乘坐舒适性等，使汽车的性能得到了很大的提高。

随着汽车工业的发展，电子学将是影响汽车工业的最重要的学科之一，它对汽车外形，特别是汽车室内造型有很大的影响。

随着车速的提高，空气动力学尤为重要，主要还是侧重在空气动力学的应用。

分析表明，汽车所受到的空气阻力与汽车行驶速度的平方成正比，因此必须在车身外形上下工夫，尽量减少空气阻力。

空气阻力分为汽车横截面面积所决定的迎面阻力，以及由车身外形所决定的形状阻力，这些都是与汽车造型密切相关的。

从空气动力学的角度出发，还有升力的问题和受横向风时的不稳定问题，它们都是影响汽车外形发展和设计的重要因素。

此外，一个国家、一个民族、一个厂家乃至一个设计者都有各自的特色，这也同样影响了汽车造型。

只是在具体表现形式上有微妙的变化。

总之，协调以上诸要素，是汽车造型设计者的首要任务，也是促进汽车发展的重要因素。

上述各要素，在汽车工业发展的不同时期都有所侧重。

比如，在汽车制造技术尚未成熟的初期，机械工程学要素是其重点，使汽车能行驶即可。

随着科学技术的不断进步，就逐步开始尝试把诸要素统一于汽车上。

研究汽车造型的演变历史，就会发现，同一时代的汽车造型，总是有共同之处，一般可大致分为五个阶段，即箱型汽车、甲虫型汽车、船型汽车、鱼型汽车和楔型汽车。

现以轿车为例予以叙述。

2）汽车外形的发展过程

（1）箱型汽车

1886年德国工程师戈特利布·戴姆勒制造的戴姆勒一号车被认为是世界第一辆汽车，如图2.1所示。

该车是发动机后置、后轮驱动的四轮车，后轮比前轮约大一倍，利用转向拉杆转向，速度为10km/h左右。

曾经有人把当时的汽车称为“没有马的马车”，这就是箱型汽车的原始型。

原始的箱型汽车，发动机功率仅有1~2HP，能乘坐2～3人，当时的汽车只是绅士贵族的娱乐工具。

由于车速的提高，迎面风使乘员难以忍受，因此需要考虑改变汽车的外形。

1903年美国福特公司制造的A型车，在该车坐席前设一块挡风板，如图2.2。

迎面宋的风遇到挡风板，便向上方吹去，吹不着车上的乘员。

图2．1戴姆勒一号图2.2挡风板的功用

后来，又在汽车上设置风挡玻璃，没有车门，发动机前置，发动机为双缸，速度可达50~60km/h，但这时仍没有脱离马车造型，是技术和设计均未成熟的产物。

汽车基本造型的确立是1915年福特T型汽车。

在此之前，马车造型的汽车，从整体上看可以称为箱型，只是没有车门和车篷。

1900年德国开始制造双缸发动机。

1905年开始生产四缸发动机，这时才出现了木结构的箱型汽车。

但此时的箱型车重量大、成本高，所以仍以马车造型为主。

图2.31915年美国生产的福特T型汽车

真正的箱型汽车是以1915年福特公司生产的T型汽车开始的。

如图2.3它确立了以后汽车的基本造型。

特别是1913年福特汽车公司创建了最早的流水作业汽车生产装配线，并开始装配T型车，这种车型由于开始采用当时最先进的大批量生产的组织形式，加之其结构设计的简化，因而造价低廉，这样就有可能把汽车的使用范围推广到更多方面，汽车不再是上层社会的奢侈品，而是一般中产阶级和富裕农民的运输工具。

因此，汽车很快进入家庭。

福特公司不但创立了大批量生产汽车的方式，并且开始考虑到发动机、变速器及车轮系统等，结构不变，而仅仅改变车身外形即现在所谓的“变型”车。

随着人们生活水平的提高，人们对汽车各方面的要求也越来越高。

为调动用户购买汽车的积极性，制造者已经注意到了用户对汽车外观的审美要求，意识到汽车造型对销售的促进作用。

同时用户也产生了多样化的要求，但在当时并未形成汽车造型的整体手段，仅能局部地改善某些零件的外观，如在前部散热器罩、翼子板等的形状和轮罩上进行装饰性的改进。

人们使用交通工具是为了更快地到达目的地，汽车的速度是衡量汽车性能的主要标志之一。

提高车速，就要有相应的大功率发动机，但这还不够。

分析表明，在汽车高速行驶时空气阻力是一个主要问题。

车速为50km/h左右时，相对风速15m/s，空气阻力还不大成问题。

而在设计时速100km/h以上的汽车时，则要考虑空气阻力的问题，赛车是从1900年，实用车是从1910年开始考虑了空气阻力问题。

减小空气阻力的方法之一是减小迎风面的面积，1900年的汽车车体几乎与马车同高，为2.7m；1910年降到2.4m，1920年为1.9m。

由于车身内要坐人，所以车身高度降到1.3~1.4m，基本上就芦到了最低限度。

现代汽车为降低高度，离地间隙已达到130mm以下，再降潜力就已经不大了。

车身宽度越窄，空气阻力越小。

按理说，应该逐渐变窄，但是实际上，却是逐渐加宽，开始只有1.3m左右，不久就扩大到1.5m，横坐两个人的汽车车宽应达到1.6m左右，横坐三人的大型车达到1.8~2.0m。

加宽车身能增加汽车行驶的横向稳定性，但是车身截面积增加，导致空气阻力增大。

因此将车身横截面从初期的四方形逐渐变成椭圆形，如图2.4。

在保证所需空间的同时，减小了截面积，从而降低了空气阻力。

如图2.4汽车车身的横截面的变化

降低车高不仅可以给人以快速的感觉，更重要的是可以减小空气阻力，提高车速。

随着车顶高度的降低，前窗玻璃不断变窄，影响前方视野，乘员也感到十分憋闷，因此靠提高发动机功率来克服空气阻力的传统方法，再一次受到重视，发动机罩很长，但由于前方视野差，驾驶困难，舒适性差，历时10年到1930年前后，就很快消失了。

箱型汽车与以前相比，棱角部分都变成为圆滑过渡了。

因为箱型汽车有“移动住宅’’的特点，适于作为家庭用车，至今仍有其实用价值。

（2）甲虫型汽车

为减小空气阻力，需减小迎风面面积，但是空气阻力还包括形状阻力。

它是由汽车外形形状引起的空气涡流所造成的阻力。

形状阻力占有很大比重，前窗玻璃、车顶，特别是汽车后部，产生空气涡流，这些涡流起着阻碍汽车前进的作用。

人们经常看到行进中的汽车从排气管排出的白烟在汽车尾部缭绕，这就是尾部产生的涡流现象。

这种空气涡流如果很强，就是龙卷风，具有极大的能量。

汽车产生涡流，需要消耗汽车的发动机的能量。

1911年，卡门在以一定速度范围流动的水中立起一根柱子，发现柱子后部产生涡流。

1920年，德国人保尔·亚莱用风洞对有名的卓别林号飞艇进行了空气阻力研究，证明正面形状和侧面形状对空气阻力的影响很大。

物体所受的空气阻力与迎面面积成正比，并与速度的平方成反比。

而亚莱更进一步引进了物体形状决定的空气阻力系数的概念。

亚莱发现，前端方形的物体比前圆后尖的物体的空气阻力系数要大得多，从而找到了减小形状阻力的途径。

1934年，美国密执安大学的雷依教授采用风洞和模型汽车，测出各种车身的空气阻力系数。

不久，有更多的航空流体力学学者从事汽车车身空气阻力的研究，其成果被大量地应用到汽车设计上。

汽车车身制造技术的进步也起到了很大的作用，以往的车身是在木制骨架上蒙盖铁板或布，但自从有了汽车钢板冲压技术以后，就开始生产具有许多柔和曲线的流线型车身。

甲虫型汽车就是在这样的情况下出现的。

1934年，大量生产的克莱斯勒·气流牌小客车首先采用流线型。

该车侧面形状与雷依教授风洞试验的第三种模型相似，如图2.5。

该车使以往分散的发动机罩、前翼子板、头灯等成为一体，消除凸凹部分，但仍保留前翼子板，并设有上下车脚踏板，保险杠向前突出，这就是甲虫型汽车的初型。

图2.51934年克莱斯勒气流牌子小客车图2.6伏克斯瓦根甲壳虫行小客车

流线型车身的“甲虫型车”的大量生产是1937年年从伏克斯瓦根开始的，如图2.6。

该车车身重视机能与合理性，因此同福特的T型车一样有较强的生命力，T型车曾持续了整２０年；伏克斯瓦根从1937年起连续生产了30年。

德国的波尔舍博士采用轻便的扭杠弹簧，后置小型风冷水平对置四缸发动机，从而使甲虫的自然美被如实地运用到车身造型上。

甲虫型汽车也有明显的缺点。

尽管它具有流线型，空气阻力较小，但是与箱型汽车相比，乘员的活动空间明显变得狭小，特别是后排乘员，头顶上几乎没有空间。

它的另一个缺点是对横向风的不稳定性。

所谓横向风稳定性，就是风力怎样作用于车身侧面的问题。

当横向风作用在车身侧面时，汽车纵截面的形状决定风的作用中心，即风压中心。

横向稳定性问题就是由风压中心与车身重心的相互位置而产生的。

箱型汽车的纵断面，明显是后部大，风压中心在车身重心之后。

但甲虫型汽车，因追求流线型，风压中心向前移，位于车身重心之前。

受到横向风的影响时，箱型车开始是随风偏离行使路线，但接着是车尾继续随风偏移，而车头则转向迎风，最后使车子回到原来的路线。

甲虫型车受到横向风作用后，车身前部随风偏离原来的行使路线，如图2.7，因此是不稳定的。

特别是车速超过100km/h后，容易失去行使的稳定性。

同时，甲虫型汽车忽略了人机工程学。

图2.7甲壳虫型汽车和箱型汽车的恒丰稳定性

３）船型汽车

在第二次世界大战中发展起来的人机工程学被应用于汽车上，福特公司于1949年开发出了福特V8，如图2.8。

它与甲虫型车有很大的区别。

第一次驾驶该车的驾驶员，被其轻便的操纵性所倾倒，后排的乘员则对其舒适性惊叹不止。

应该说在汽车设计上，以人为主体的设计思想，是从这时开始的。

即让设计师置身于驾驶员及乘员的位置，来设计便于操纵、乘坐舒适的汽车，并从理论上解释了两轮之间的乘坐位置的颠簸最小，采用了将整个车室置于两轮之间的设计方法，前方为发动机室，后部为行李舱，这样非常接近于船的造型，故称之为船型汽车。

图2.81949年的福特V8型小客车

如图2.9（a），这种船型汽车的室宽就是车身的宽度，而且发动机罩与前翼子板形成一体；以往是两翼子板带乘车踏板，因此车室的宽度较车身窄很多，如图2.9（b）。

而船型汽车在不增加长度的情况下，扩大了车身的空间。

后翼子板与行李舱也成为一体，使得车身侧面从前到后成为一个平面，减小了侧面的形状阻力。

图2.9前翼子板处理办法的演变

船型汽车的视野性也比甲虫型车好得多，除了四角上的窗框影响视线外，四面都可以看到外面，因此福特V8受到了顾客的欢迎。

该车既考虑了人机工程学，又考虑了空气动力学的影响，对今后的车身外形影响很大。

船型车如果采用普通发动机前置，风压中心大体上与汽车重心一致。

与甲虫型车比较，增加了车身的纵向面积，从而使风压中心后移，增加了高速行驶的稳定性。

其次进行的就是改善驾驶员的视野性。

甲虫型车全盛时期大约为年，而船型汽车从1949年开始，已历经50多年，仍在沿用。

证明了这种平直外形确实是十分优秀的，没有什么可改的。

以后，又在视野性上进行了一些改进，即前后窗的倾斜度逐渐加大，以减小空气阻力。

1930年以前，前后窗没有倾斜，基本上是垂直的。

注重了空气动力学之后，其倾斜角逐渐加大。

甲虫型汽车的背部形状一般称为“滑背”，船型的称为“阶梯背”，比其倾斜度更大的称为“半斜背”或斜背。

斜背式汽车已接近后面将要介绍的鱼型车。

另外是采用大圆弧风挡玻璃，将风挡玻璃由驾驶员的前方扩展到侧面，视野性大大改善。

后来有将这种玻璃应用于后窗，取得了良好的效果。

但是这种玻璃流行了年，后来由于立柱强度不够，撞车或倾翻事故时，容易发生车身弯曲和车顶分离的危险。

后来还出现过后窗玻璃的反倾斜的造型，但不久也被淘汰了。

4）鱼型汽车

船型汽车有人机工程学方面的优越性，因此具有强大的生命力，成为世界汽车的基本车型。

但是船型车尾部过分向后伸出，并形成阶梯状，也会产生空气涡流，尽管它没有箱型车严重。

因此由阶梯状的标准型，逐渐将后车窗倾斜，倾斜的极限，即成为苗条的鱼型。

斜背式车身就是鱼型车身的典型。

鱼型车亦属于流线型，它与甲虫型车相比，有两方面要注意：

一是鱼型是由船型演变而来的，它考虑了人机工程学的应用；二是这期间汽车风洞试验的方法发生了相当大的变化。

因此，斜背式是以更深入的科学研究为基础的新式流线型。

甲虫型汽车没有考虑到路面的影响，随着汽车风洞试验方法的进步，逐步制造出经过锤炼的流线型。

在充分考虑汽车特有的诸条件的基础上，建立了新的汽车流线型理论体系，斜背式就是这样的研究成果。

最早问世的斜背式汽车是1952年通用汽车公司制造的别克小轿车，1958年英国阿斯顿·马丁公司生产的斜背式轿车，累计生产了1110辆，如图2.10

图2.10英国阿斯顿马丁

鱼型车与甲虫型车相比，两者的区别在于：

首先，二者都属于流线型，但甲虫型车是由箱型车进化而来的，车身高。

从空气动力学观点看，前后翼子板和两侧踏板等发生卡门涡流的因素很多。

鱼型车是从船型车进化来的，车身低，没有阶梯，前后翼子板与车体几乎成一体，并且鱼型车倾斜比较平缓，尾部较长，围绕车身的气流也比较千顺，不会产生涡流。

鱼型车身比甲虫型车低、长、美观，具有鲤鱼的造型。

它的横截面