KLQ6100G城市公交车车身造型与总布置等设计.docx
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KLQ6100G城市公交车车身造型与总布置等设计
中文摘要
内容：
近年来，我国城市化进程加速，城市人口增加以及居住郊区化，使得交通需求量剧增。
根据我国国情，大力发展公共交通、实施公交优先是解决城市交通拥挤的主要途径和出路之一。
为了加快城市公交的发展，本课题结合KLQ6100G城市公交车的开发项目，在已有底盘的基础上，对该车的车身造型与总布置、驾驶区各部件造型与总布置、乘客区各部件造型与总布置在三维设计软件CATIA环境下进行总体设计。
在设计过程中，根据已有的经验、标准，对各部件的布置形式及尺寸做理论分析，然后根据该理论分析进行造型设计。
在理论分析和造型过程中，学习最新车身设计资料，对设计反复修改，尽量使整车外形美观、大方，在车内布置中充分利用有限空间，提高载客量，提高乘坐舒适性，尽量使车内布置更具人性化，更加合理。
关键词：
城市客车，CATIA，车身造型，总布置
Abstract
Content:
Inrecentyears,withtheaccelerationofourcountry’sdevelopmenttowardscityindustrialization,theexpandofcitypopulationandthetrandoflivinginthesuburbanareasmakethetransportationdemandincreasing.Accordingtothesituationofourcountry,developingthepublictransportationisthemainmethodtosolvingthecrowdofthecitytransportation.Inordertospeedingupthedevelopmentofthecitypublictransportation,thisthesiscombinedtheKLQ6100Gcitybusexplorationproject,onthefoundationofchassisthathasalreadyexisted,maketheshapedesignandtotalarrangeofthebody,accessoryshapedesignandtotalarrangeofthedrivercompartment,accessoryshapedesignandtotalarrangeofthepassengercompartment,anddesigninthree-dimensionalwiththesoftwareCATIA.Duringdesignprocess,firstmadeananalysistotheformofarrangementandsizesofeachparttomakethetheoriesanalysistoeachpartsaccordingtotheexperienceandstandardsfortherehasbeen,thencarryontheshapedesignaccordingtothetheoreticalanalysis.Duringtheprogressoftheoreticalanalysisandtheshapedesign,thisthesisusedthelatestbodydesigninformation,modifiedtothedesignagainandagain,madethewholecarshapebeautifulandgenerousasfaraspossible.Intheprocessofinsidearrangement,thethesismadethebestuseofthelimitedspacetocarrymorepassengers,mademorecomfort,madethebusinsidearrangetobemorehumanityandmorereasonableasfaraspossible.
Keywords:
Citybus,CATIA,Bodyshapedesign,Totalarrangement
第一章引言
1.1我国城市公交需求市场分析
2002年，我国城市公共交通运营总里程112239km，运送旅客372亿人次，公交客车保有量24.6万多辆，每万人拥有6.7标台。
城市公交车辆在全国大中型客车市场占有率达40%左右。
到2010年，我国城镇化水平将达到45%左右，而城镇化水平每提高一个百分点，城镇人口新增1000万，如此计算，我国城镇人口将由2000年的4.4亿到2010年的6.28亿人。
今后五年将有1~1.2亿的农村人口进城转为城市人口。
预计到2010年我国城市公共客车保有量将达35~40万辆，年运送旅客500亿人次。
市场需求总趋势是：
总量有所增加，主要是车辆档次水平的提高。
大型（10～18米）、中型（8～10米）、轻型（8米或以下）的车辆比例将分别为15％～20％，60％～65％，15％～20％。
从以上数据和分析可以得出，近几年我国客车市场将对城市公交车有较大需求，特别是10米车。
1.2我国城市公交车发展方向
近年来，我国随着城市化进程加速城市人口增加以及居住郊区化等带来的交通需求量的剧增，使得和道路交通设施供应、管理、技术、空间不足的矛盾突出，汽车化成为解决城市交通需求迅速增加的重要方法。
根据我国国情，大力发展公共交通、实施公交优先是解决城市交通拥挤的主要途径和出路之一。
根据建设部提出的我国城市公共交通的发展原则、方式、目标的指导意见，发展公共交通要坚持“安全、方便、舒适、快捷、经济”的基本原则，推动绿色公交、智能公交、大容量地面快速公交为重点的公共交通的科技进步，形成信息化、智能化、社会化的绿色新型的一体化公共交通。
1、大型化
由于传统铰接式的大型公共汽车占地面积较大，转向半径大，运行不灵活，己在一些人城市部分线路退出历史舞台，将逐步中11～12m长、载客100～120人左右的大型城市客车所替代。
例如：
双层巴上成功地解决了载容量大与转向灵活这对矛盾，以其良好的车内视觉效果，成为乘客旅游观光喜爱的交通工具，香港公共汽车公司就是由4000辆以层巴士为主体组成的，北京、上海、天津、重庆、深圳等都会城市已批量选用双层巴士。
相信在不久的将来，双层巴士将在我国城市得到广泛应用。
2、低地板化
低地板技术的应用，增加了城市客车的行驶稳定性和舒适性。
降低了整车的重心，方便了乘客：
尤其是儿童、老人和有行动障碍乘客的上、下车。
目前我国的低地板公交车辆还不能称作是真正的低地板客车，因为没有解决前后桥和悬挂问题。
在欧洲，低地板公共汽车技术已趋于成熟并广泛应用，在成功推出系列低地板专用车桥的基础上，致力于低地板公共汽车技术的发展。
目前德国ZF公司的低地板专用车桥、美国纽威公司的空气悬挂也已进入我国市场，我公司开发的公交车辆已开始采用低地板专用车桥和空气悬挂，降低地板离地高度，低地板客车将成为我国名优城市客车的首选产品。
结合我国的国情，低地板公共客车地板离地高度以小于600mm为宜。
3、高档化
在动力配置方面，采用大功率、大扭矩、低排放、低油耗，先进可靠的发动机，要求配置冷、暖空调，保持车内基本恒温，采用自动变速箱。
整东具有高档内饰、高档服务，以实现多功能，高附加值，高档，高效益的目标。
4、绿色环保化
一段时期以来，柴油机大功率与高污染的矛盾越来越制约着柴油机的推广应用，许多城市向柴油机提出了质疑，与传统的柴油发动机的相比，以LPG、CNG等为燃料的代用燃料车辆的排放可降低60％左右，这正迎合了当今城市环境保护的要求。
于是“绿色汽车”动力悄然走俏。
因此，代用燃料、清洁燃料城市公交车及电动车在我国今后的儿年将会有广阔的市场发展前景。
同时，低排放、大功率柴油发动机和大功率单一燃料发动机均将大有作为。
5、造型现代化
力求整车外观色彩明快，线条流畅，直接体现现代都市风貌，并成为现代都市一道亮丽的风景线，车辆内外装饰要求进行软化处理，高档豪华，装用大型双曲面全景玻璃，便于旅游观光。
6、智能化，自动化
要求减少人工操作、装有自动电子报站器、电子路牌显示、自动投市机、监视系统、IC打卡机等，这些智能化、自动化电子技术已经开始在一部分大中城市公交客车上选用，今后，导航系统、安全监测黑匣子、防盗装置等高新技术也将在城市客车上逐步应用。
1.3本课题的研究内容、依据及意义
客车车身作为汽车三大总成之一，在整车开发中占有重要的地位，是整车开发的关键环节，本课题结合ZK6830HG城市公交客车的开发项目，对该车的左侧围在CATIA环境下进行总体设计，使我们在掌握工程应用软件CATIA的使用方法的基础上了解车身造型方法和结构设计的基本原理和方法，综合运用本专业所学的专业基础理论和专业知识分析和解决车身设计中的问题，进一步培养我们理论联系实际独立分析问题和解决问题的能力，培养我们的工程设计能力。
本毕业设计主要是做10m公交车的造型与总布置设计，包括车身造型设计、车身附件设计（一部分）、驾驶区布置、乘客区布置等。
本设计以KLQ6100G客车为依据，外形尺寸为10310×2440×2900（mm）（3100不含空调），座位数为31+1，用于大型城市公交客车车身。
使用寿命约为10-12年，行驶里程约为80万km。
（1）底盘有关数据
底盘为分段式底盘、发动机后置
轴距5100mm
前悬2260mm后悬2950mm
前轮距2020mm后轮距1860mm
轮胎9.00R20-14PR
（2）底盘质量参数
整备质量参数9400kg
前轴3300kg
后轴6100kg
允许最大总质量15000kg
允许最大前轴荷5000kg
允许最大后轴荷10000kg
该客车在总布置时采用了分段直大梁底盘，以降低地板高度。
该底盘的前端纵梁（z＝0）上表面离地高度为570mm，后端离地高度870mm。
在驾驶区地板骨架采用Q23530×50×1.75的矩形钢管作为横梁。
1.4本章小结
本章作为绪论部分主要讲述了我国城市公交客车的发展方向和市场需求，为了满足这个需求，加快城市化建设步伐，在现有地盘的基础上，结合KLQ6100G城市公交车的车身开发，对该车型作车身造型设计和总布置设计。
第二章KLQ6100G车身外部造型与外部总布置设计
2.1空气动力学特性在车身造型中的应用
随着汽车车速的不断提高以及在高速行驶时保证汽车的动力性、经济性、操纵稳定性和冷却通风、降低风噪等的需要，汽车的空气动力性能越来越受到人们的重视。
空气动力学特性已成为评价汽车的重要方面。
当汽车高速行驶时气流对汽车的行驶状态产生着极大的影响。
汽车的空气动力学特性主要取决于车身造型，它主要影响汽车的动力性、燃料经济性及行驶稳定性等性能。
近年来，各国都对汽车的空气动力特性进行了深入的研究和大量的试验，力求减小正面迎风阻力和升力对高速行驶汽车性能的影响。
为了改善汽车空气动力性能，在汽车外形设计时主要采取以下措施：
1、棱角圆化
由于前围要与顶盖侧围相连，其过渡部分应用大圆弧过渡，这样可以防止气流分离和降低CD值，以减小风阻。
2、水槽形状对阻力的影响
设在风窗玻璃与侧窗交接处的前风窗立柱，又称A立柱，正好在前方来流向两侧流动的拐角处。
如A立柱外形设计成直角，则在拐角处就会因产生气流分离而阻力增加故A立柱外形应设计成圆滑过渡形。
3、表面光洁
如果车身能有一个连续光滑的表面，则可防止气流的分离而减小阻力。
因此，从造型和结构上应尽量使装在车身外的附件（如雨刮器、门把手、车灯等）隐入车身内，采用曲面玻璃并使它贴近车身表面，注意车身底部的光滑称度等。
对于必须设置在车外的附件（如外后视镜）除应使其符合流线型外，应尽可能安装在低压区，并远离分离点，以避免导致气流的过早分离而造成附加阻力。
2.2汽车车身制图
一、坐标系的确定在汽车车身设计中采用右手定则确定坐标系。
在坐标系中，X为汽车长度方向，Y为宽度方向，Z为高度方向，见图2-1。
图2-1车身坐标系
二、坐标零平面的确定
按汽车满载时确定零平面。
一般取沿车架宗梁上缘上表平面平直且较长一段所在平面作为高度方向坐标的零平面。
零平面上方为正，零平面下方为负。
本设计高度方向零平面取地板上表面且较长一段所在平面做为零平面。
将通过汽车前轮理论中心线并垂直于高度方向零平面的平面作为长度方向坐标的零平面，零平面前方为负，后方为正。
把汽车的纵向对称平面作为宽度方向坐标的零平面，零平面左侧为负，右侧为正
三、图面布置。
绘制车身图样及编制技术文件时，一般按汽车自右向左行驶方向布置图面。
坐标线的标记应包括坐标线距零平面的百分之一数值及坐标方向，数值及字母的字号为7号，坐标线间隔原则上是100mm或100mm的整数倍，本设计坐标线间隔为400mm。
四、标注
标注零线的坐标尺寸一般由最近的坐标线注出，但也可以由尺寸基准线注出，尺寸基准线与坐标线用注有尺寸值的尺寸线联系。
本设计采用两种方法相结合的标注方法，而且，在本设计中，基准线和零线是同一根线。
具体参考《汽车车身制图QC/T490-2000》。
设计图纸参阅附件《车身总布置图》。
2.3KLQ6100G公交车车身外部总布置设计
2.3.1前围布置
在保证强度的条件下该风窗形面应尽量大一点，保证驾驶员的视野良好。
其尺寸布置参照《汽车及挂车外部照明和信号装置的安装规定GB4785-1998》。
牌照安装位置参照相关国家标准。
布置形式如图2-2。
图2-2前围布置图
2.3.2左侧围布置
在满足车身强度的要求下应尽量增大玻璃形面面积，以提高乘客的视野。
侧窗立柱采用垂直形式，稳重大气，工艺简单易行。
在车身后部开设散热器隔栅，如图用于发动机冷却系统，保证发动机运转平稳并输出较大功率。
在左侧围布置中还要考虑到驾驶员左侧窗玻璃的形式，这里采用移门式，简单可靠。
为了满足零件通用化的要求，左右侧围的玻璃应尽量设计成对称，保证零件互换性。
国家标准要求风窗下缘至地板表面距离不大于770mm，本设计尺寸740mm。
具体布置如图2-3。
图2-3左侧围布置图
2.3.3右侧围布置
在右侧围设计中，其设计方法与左侧围相似，但要特别考虑到乘客门的净面积，按照《客车结构安全要求GB13094-1997》确定门宽、门高，如图2-4。
图2-4右侧围布置图
2.3.4后围布置
对于后置发动机客车，后围后门主要是为了维修发动机发方便而开设，且用于散热。
后门设计成倒梯形，美观大方，打破后围平直呆板的形象。
为了更好的通风和散热，在后围上开设了排列整齐密集的跑道形散热孔，既美观又散热，还节省材料，可谓一举三得。
后窗不能过大或过于复杂，应尽可能减少将后排座椅靠背露于外，一面影响后围视觉效果和增大玻璃费用。
后围造型中同样要面对灯具的布置，其设计依据主要还是按照国家标准然后再定相互间尺寸及在车身上的布置形式。
如图2-5。
图2-5后围布置图
2.3.5顶盖布置
顶盖的设计要注意与前、后围，左、右侧围的接合，所以其横向截面为三段圆弧。
同时还应注意安全顶窗尺寸应按照《客车结构安全要求GB13094-1997》设计其尺寸确定如图2-6。
图2-6顶盖布置图
2.4KLQ6100G公交车车身三维造型设计
2.4.1前围造型
客车前围造型能代表整车形状的特征，同时前围布置着各种零件、灯具及商标，曲面的形状变化页很复杂，应此它是一个较难设计的面，需要认真妥善处理车身表面形状、前风窗玻璃形状尺寸，车前各种附件、灯具及牌照凹槽之间的协调关系。
本设计主要是对前围的外形设计，设计主要要满足气动力学要求以及制造工艺的要求。
一、前围形面形成
前围形面是一空间曲面，如对该空间曲面从不同剖面上剖切，可以得到不同的剖切轨迹线（截面线）。
本设计前围横向曲线由三段圆弧相切构成，纵向曲线由两短圆弧构成（有关设计尺寸请查阅总布置图，本章以下有关的尺寸同样看该图）。
形面由纵向曲线绕横向曲线扫描而成，然后再与侧围及顶盖导圆角。
如图2-7。
二、风窗玻璃面形成
风窗玻璃面形成是由前围形面剪切而成，目的是为了与前围曲面结合光滑平顺，减小风阻，同时也是造型美观的需要。
首先在ZX面中做出一折线，把该折线以Y轴方向向前围形面上投影，剪切投影线所包含的曲面即可，如图2-8。
图2-7前围曲面形成图
图2-8前风窗玻璃面
三、保险杠形面形成
保险杠形面是先用类似于剪切玻璃面的方法，剪切掉前围上半部分，接着偏移剪切后的前围下半部分形面，然后再在前围形面和保险杠形面之间用连接面填充。
如图2-9。
保险杠形成如图2-10。
图2-9保险杠形面形成图
图2-10前围保险杠图
四、灯具
前大灯，包括照明灯与信号灯，采用组合灯具，与前围的结合处应遵循第二节中车身表面尽量光洁的要求，其制作过程主要还是在ZY面内做出二维形状曲线，然后沿X轴方向投影到前围及保险杠形面上，用投影线剪切该面，然后填充成形面。
如图2-11。
图2-11灯具形面形成图
2.4.2侧围造型
客车侧围造型最具有直观视觉美感，侧围造型包括前后围侧面投影，顶盖侧面投影，它们与侧围、车轮及轮罩、侧围的群边构成客车的整体“完形”。
本设计侧围形面是由的横向截面线是由两段圆弧和一段直线构成，其形面就是由该曲线沿一直线拉伸而成，如图2-12。
图2-12侧围面形成图
在XZ面上草绘矩形，然后投影到该面上，再在该拉伸形面上剪切掉投影线所围起来的形面，这些矩形面便是安装侧窗玻璃的形面。
如图2-13。
图2-13侧围风窗形成图
2.4.3后围造型
后围造型一般法则是，应注意与整体造型相呼应。
目前，发达国家客车后围已开始向“肥厚”方向发展，而前围则显得“薄”，以求达到呼应统一、整体而变化的体量感。
后围形面成型方法与前围较相似，也是由一曲线绕另一曲线扫描而成，然后再与左右侧围及顶盖平面相互导圆角而成，如图2-14。
图2-14后围主要表面形成图
后围保险杠成型方法与前围保险杠的成型方法也一样，也是由后围主要形面偏移后中间再用面填充而成。
如图2-15。
图2-15后围保险杠图
灯具形面的造型方法就是在ZY面内做出灯具布置平面图，也就是平面形状图，然后向后围形面上投影，用投影线剪切后围主要形面，然后填充。
如图2-16。
图2-16后围灯具形面形成图
2.4.4顶盖造型
顶盖面是由五段圆弧组成的曲线沿X轴方向扫略而成，然后在XY面里做两矩形投影到该面上，剪切掉投影线包围的形面，该部分就是安装安全顶窗用的。
如图2-17。
图2-17顶盖形成图
2.4.5后视镜及灯具的造型
一、后视镜
后视镜包括内、外后视镜，这里讲的主要是外后视镜。
后视镜必须可以调节方向，反射面必须位于后视镜的保持件内，在保持件周边上所有点的曲率半径都必须大于或等于2.5mm。
外形设计过程是先在一平面内草绘一条曲线，然后作出该曲线的垂面，在该垂面上画一闭合曲线，再把闭合曲线沿前一曲线扫描，作出的形面便是后视镜支架。
安装镜面的形面是用一封闭曲线沿一方向拉伸而成。
如图2-18。
图2-18后视镜支架图
其结合部分用混和操作实现柔顺连接。
如图2-19。
图2-19支架连接处图
后视镜的安装数量与位置参阅国家标准GB15084-1994。
二、灯具布置
灯具，包括远光灯、近光灯、转向信号灯、制动灯牌照灯、前位灯、后位灯、前雾灯、后雾灯、倒车灯、驻车灯、示廓灯、侧标志灯等。
这些灯具的安装位置国家标准GB4785-1998有严格规定，本设计严格按照该标准设计。
2.4.6外部各形面装配
装配中主要是选总基准面，然后把各个零件基准面对该总基准面进行偏距，旋转等操作，而不能选择不同的面作为基准，这样可以避免在后期修改过程中由于修改了某一平面，而另一部件正是以改面作为基准而引起组装尺寸链出现错误。
选择前围基准面为该部分组装总基准面，依次装配左、右侧围，顶盖及后围。
如图2-20。
图2-20车身组装图
2.5本章小结
本章主要介绍了在CATIA软件环境下对KLQ6100G城市公交客车车身造型，及造型前应注意的问题。
在造型过程中，应注意各型面的接合处应接合柔顺光滑，保证车身美观，同时降低行驶过程中气流对客车的影响；还应注意各形面的尺寸应符合相关国家及行业标准；在装配过程中，注意基准面的选择。
下表2-1说明国家标准与本设计尺寸做一对比。
表2-1客车结构安全要求GB13094－1997
项目
国标要求
本设计尺寸
说明
乘客门最少数量
2
2
车长10～12m
安全顶窗最少数量
2
2
乘客门中心距
8560×40%=3424
4757.5
不小于乘客区总长的40％
安全顶窗相邻两边间距
≥2000
5995
乘客门净高
1800
2160
乘客门净宽
650
1000
830
1300
单通道门
双通道门
安全顶窗洞口净面积
≥3.0×105mm2
490×680=333200
第三章KLQ6100G车身内部总布置设计
3.1人机工程学在车身总布置中的应用
为了使车身总布置设计符合人体尺寸和生理特征，使操作者和乘坐者感到安全、舒适、方便，就必须将人机工程学的理论引入车身总布置设计。
根据人体的测量尺寸和生理结构，确定驾驶的最舒适坐姿，座椅的形状、仪表板的布置方向盘的形式以及他们之间的相互关系。
这就是人机工程学在总布置工作中的应用目标。
一、汽车驾驶员眼椭圆
1、汽车驾驶员眼椭圆
汽车驾驶员眼椭圆是指驾驶员以正常坐姿坐在座椅中时其眼睛位置在车身中的统计分布图形。
由于这种图形为椭圆状，故称其为眼椭圆。
2、眼椭圆样板
汽车车身设计中，常将几种典型百分位的眼椭圆做成样板，以便设计和校核用。
（1）先画出眼椭圆自身坐标线X-X、Y-Y、Z-Z。
（2）根据《汽车车身与结构设计》第78页表4-1、表4-2、表4-3，查出H点水平调节量102mm，眼椭中心在自身坐标系XYZ中的位置数据X＝1.8、Z＝-5.6、Y
＝-6.4，Y
＝58.0。
从而确定了左右眼椭圆中心的位置。
（3）画长短轴。
长轴在两视图上认为等长，根据H点水平调节量及眼椭圆的百分位确定如下：
眼椭圆百分位为90％对应109mm，眼椭圆百分位为95％对应147mm，眼椭圆百分位为99％对应216mm。
短轴在两视图上并不相等。
眼椭圆百分位为90％时：
侧视图上短轴为77mm，俯视图上为82mm；眼椭圆百分位为95％时：
侧视图上短轴为86mm，俯视图上为105mm；眼椭圆百分位为99％时：
侧视图上短轴为122mm，俯视图上为145mm。
长轴在侧视图上的倾角为－6.4。
，在俯视图上的倾角为5.4。
。
至此画出眼椭圆样板。
如图3-1、图3-2。
图3-1眼椭圆侧视图
图3-2眼椭圆俯视图
二、眼椭圆样板在车身侧视图上的定位
1、根据设计已确定的水
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