市内公交车车身总布置设计.docx

1、市内公交车车身总布置设计摘 要伴随着社会科技的不断前进，现代汽车车身总布置也在迅速变革与发展。人机工程学、空气动力学和现代化制造方法的发展促使汽车车身总布置的不断更新和完善，传统与创新艺术风格的有机结合也影响着车身总布置的美学实践。然而，每一款新车型的问世都离不开车身总布置和它的设计工具，汽车车身总布置是汽车概念设计阶段的一项相当重要的方案设计工作。本文介绍了某大型低地板城市客车总布置设计，详细叙述了总布置方案设计的全过程，特别是利用人体工程学进行了驾驶员和乘客的位置确定，使驾驶员及乘客座椅等车内设施符合人机工程学，保证驾驶员和乘客有安全、舒适的乘坐环境。设计此款公交车的目的是初步定位市区主干

2、道的客运市场上。以其优势竞争市区主干道客运市场，并占领一定的市场份额。关键词：车身总布置设计；人机工程学;城市公交车AbstractFollows the social science and technology unceasing advance, the modern automobile body is always arranging also in the rapid transformation and the development.The man-machine engineering, the aerodynamics and the modernized manufact

3、ure method development urges the unceasing renewal and the consummation which the automobile body always arranges, traditional and the innovation artistic style organic synthesis is also affecting esthetics practice which the automobile body always arranges.However, each section new vehicle being pu

4、blished cannot leave the automobile body always to arrange and its design tool, the automobile body total arrangement is an automobile conceptual design stage quite important project design work.This paper has referred the packaging design of the large-scale, low floor city bus, and introduced the w

5、hole process of packaging scheme design in detail, especially utilizing the Ergonomics to design the position of the drivers and passengers, Facilities accords with man-machine engineering , ensures that the pilot and the passenger have safe , comfortable riding in within making the pilot and the pa

6、ssenger seat wait for a bus environment. The downtown area turnpike road passenger transport marketplace designing that this money public transit vehicle purpose is that the first step fixes position is upper. And the marketplace competing for downtown area turnpike road passenger transport with who

7、se advantage, captures certain market share.Key words：Auto-body general arrangement；Ergonomics ;City bus第1章 绪 论车身总布置设计概述在扩大汽车的服务领域和满足各方面多样化要求的前提下，作为汽车三大总成之一的车身，已经后来居上越来越处于主导地位。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4060，货车车身质量约占整车质量的1630，其各车型的车身占整车制造成本的百分比甚至还略超过以上给出的上限值。因此，仅从这个意义上来衡量汽车车身，其经济效益也远远高于其它两个总成。综观世界汽

8、车工业改革，可以看出，现代汽车是沿着“底盘”“发动机”“车身”逐步发展完善过来的。这个发展过程不以人的主观意识为转移，而在很大程度上取决于当时的科学技术水平和物质生活条件。车身设计造型涉及诸如空气动力学，人体工程学、制造工艺学、美学、计算机图形学、结构学、材料学等学科，它是一种技术和劳动密集型相结合的产品，它的制造成本约占汽车总成本的一半，其设计成本比重在整车总设计中已属最大部分，所以车身设计成为制约着汽车制造和新车型开发的关键。由于汽车使用功能的多样性，车身设计、结构和体制等均有其特点，其有关设备投资费用较高，技术难度也较大，所以发达国家历来都极为重视车身技术的开发，虽然车身属于汽车上的三大

9、总成之一，但除了只在整车总布置受制于汽车上的其它总成部件以外，很多方面(如：外形，制图与结构设计计算方法，制造与装配工艺以及所采用的材料等)均与其它总成大相径庭。汽车车身是载运乘客或货物的活动建筑物，相当于一个临时住所或流动仓库，但又受到质量和空间的限制。其涉及面很广，如：车身造型艺术，内部装饰，取暖通风，防震隔音，密封，照明，座椅设计，人体工程等方面；车身材料有逐渐扩大非金属的趋势。车身零部件的加工方法也是各式各样(如：冷冲压，各种型式的焊接、喷漆、电镀、塑料成形等)。综合起来看，由于汽车车身的独特性，使得生产工艺、结构力学、人体工程、技术美学、用户心理、交通运输工程、企业管理乃至供销等各种

10、彼此分别很大的学科甚至很多非技术领域的知识紧密结合在一起。车身总布置属于汽车设计工作的一部分，它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、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。本次设计的简介本次设计的要求是以6110型11米低地板城市客车底盘为基础，改装为用于城市公交客运的大型客车。设计11米低地板城市客车，初步定位市区主干道的客

11、运市场上。因为市区主干道宽敞，路况较好，同时也是城市的窗口，人流量大，市场前景可观。作为城市客车，它要求：座位数在35座左右；车身空间充裕，给人以视觉舒适感；乘客区有较多的扶手及站立空间；地板高度应尽可能的降低，方便乘客上下车；驾驶区安排合理，驾驶员操纵灵活、安全。基于以上几点，本着“自下而上、从前到后、由内向外、以人体为中心”的原则，进行设计。在设计过程中，充分应用了人体模型去模拟坐姿以定出符合人体生理要求的座椅位置。主要尺寸：总长：10000mm 总宽：2500mm 总高：3200mm 轴距：5690mm轮距：前轮2000mm 后轮1800mm 接近角：10 离去角：7本设计采用的绘图软件

12、介绍CAXA电子图板简介CAXA是我国制造业信息化CAD/CAM/PLM领域自主知识产权软件的优秀代表和知名品牌。CAXA十多年来坚持“软件服务制造业”理念，开发出20多个系列软件产品，覆盖了制造业信息化设计、工艺、制造和管理四大领域，曾连续五年荣获“国产十佳优秀软件”以及中国软件行业协会20年“金软件奖”等荣誉；CAXA始终坚持走市场化的道路，截至2004年底已累计成功销售正版软件超过150,000套，赢得广大企业用户与工程技术人员的信任和好评。目前，二维CAD系统一般分为两种，一种是传统的CAD系统，这类CAD系统没有视图概念，采用解析几何的原理缓图，绘图速度较慢，学习起来比较困难。例如:

13、早期的AUTOCAD等。另一种是新一代拟人化的CAD系统，这类CAD系统通过模仿工程师绘图的方法，采用画法几何原理在计算机上实现了多视图概念，利用长对正、宽相等、高平齐等方法来进行图形的定位;采用多视图参数化的算法来方便图形的修改和系列化产品设计，采用大昼的图库来方便装配图的绘制，通过图纸管理的功能来方便图纸的查询和统计;通过快速的尺寸标注和图形编辑手段来加快绘图速度。例如:CAXA电子图板，这就是一套从底层开发的、全中文的、完全符合国标并尊重中国机械工程师设计习惯的拟人化CAD软件，这套电子图板只需在普通微机上运行即可，例如:486个人PC机。CAXA人电子图板就是这样一套高品质、低价位的C

14、AD软件，它高效、方便、智能，可帮助设计人员进行零件图、装配图、工艺图表、平面包装等设计，适合所有需要二维绘图的场合帮助设计人员将精力集中在设计构思上，彻底解放手汇画图。 CAXA电子图板突出的功能还体现在以下几个方面： 1、方便的明细表与零件序号联动 在进行零件序号标注时可自动生成明细表，并且将标准件的数据自动填写到明细表栏中，例如:在中间插入零件序号，则其后的零件序号和明细表会自动进行排序;若对明细表进行操作，则零件序号也会相应地变动。使用者可自行设计明细表格式，并可随时修改明细表内容。 2、全开放的用户建库手段 使用者不需要懂编程，只需把图形制出来，标上尺寸，即可建立自己的参量图库。 3

15、、先进的局部参数化设计 可对任意复杂的零件图或装配图进行编辑修改，在欠约束或过约束的情况下都能给出合理的结果，在设计产品时，只需将精力集中在产品的构思上而不必关心具体的尺寸细节，产品设计定形之后，选取要修改的图形部分，输入准确的尺寸值，系统则根据输入的尺寸值自动修改图形，并且保持几何约束关系不变，对于复杂的二维图形的修改，局部参数化设计更具优势。 4、快捷的通用数据接口 通过DXF接口和HPGL接口可与其它CAD软件进行图纸数据交换。可继承用户在其它CAD系统上所做的工作。1997年是机械部的CAD推广年，1550.工程已进入实施阶段，不少企业和院校都面临着如何选择CAD软件的问题。尤其是院校

16、，机械专业制图教学课程改革更离不开CAD。我们在选择应用CAXA电子图板半年多的时间里，彻底告别了图板，实现了设计领域一场革命，同时也取得了可观的经济效益和社会效益。应用CAD技术实现机械制图现代化，是观念的突破和创新。CAD可以绘制任意二维和三维图形，并且同传统的手工绘图相比，用CAXA绘图速度更快、精度更高、而且便于个性，它已经在航空航天、造船、建筑、机械、电子、化工、美工、轻纺等很多领域得到了广泛应用，并取得了丰硕的成果和巨大的经济效益。 CAXA具有良好的用户界面，通过交互菜单或命令行方式便可以进行各种操作。它的多文档设计环境，让非计算机专业人员也能很快地学会使用。在不断实践的过程中更

17、好地掌握它的各种应用和开发技巧，从而不断提高工作效率。 CAXA具有广泛的适应性，它可以在各种操作系统支持的微型计算机和工作站上运行，并支持分辨率由320200到20481024的各种图形显示设备40多种，以及数字仪和鼠标器30多种，绘图仪和打印机数十种，这就为AutoCAD的普及创造了条件。CAXA的特点1、设计、编程集成化 “CAXA线切割xp”可以完成绘图设计、加工代码生成、连机通讯等功能，集图纸设计和代码编程于一体。 2、更完善的数据接口 “CAXA线切割xp”可直接读取EXB格式文件、DWG格式文件、任意版本的DXF格式文件以及IGES格式、DAT格式等各种类型的文件，使得所有CAD

18、软件生成的图形都能直接读入“CAXA线切割xp”，这样不管用户的数据来自何方，均可利用“CAXA线切割xp”完成加工编程，生成加工代码。 3、图纸、代码的打印 “CAXA线切割xp”可在软件内直接从打印机上输出图纸和生成的代码。其中代码还允许用户进行排版、修改等操作，加强了图纸、代码的管理功能。 4、互交式的图像矢量化功能 位图矢量化一直是用户很欢迎的一个实用功能，新版本对它也进行了加强和改进，新的位图矢量化功能能够接受的图形格式更多、更常见，它可以适用于BMP、GIF、JPG、PNG等格式的图形，而且在矢量化后您可以调出原图进行对比，在原图的基础上对矢量化后的轮廓进行修正。 齿轮、花键加工功

19、能 解决任意参数的齿轮加工问题。输入任意的模数、齿数等齿轮相关参数，由软件自动生成齿轮、花键的加工代码。 5、完善的通讯方式 可以将电脑与机床直接连机，将加工代码发送到机床的控制器。“CAXA线切割V2”提供了电报头通讯、光电头通讯、串口通讯等多种通讯方式，能与国产的所有机床连接。 6、电子图板 “CAXA线切割xp”包含了“CAXA电子图板xp”的全部功能，相当于您同时拥有了一套电子图板，除了用于线切割，您还可以用它设计零件和管理图纸。国内的高等院校和科研院所在CAXA支撑和应用软件的开发上担任极其重要的角色。在优化设计，华中理工大学的优化程序库OPB及机械零部分的优化设计程序早在80年代末

20、就在工矿企业中推广，对广大工程技术人员了解和使用CAD技术起到促进作用。在二维交互绘图系统方面，不少自主版权的软件都已有经在国内行业中推广使用，在三维造型和几何设计方面，北京航空航天大学的PANDA、金银花系统，清华大学和华中理工大学共同研制的CADMIS等都实现了参数化特征造型、曲面造型、数控加工和有限元分析的集成，但商品化程度还较低。在有限元分析方面，大连理工大学研制成分析软件IFEAS并与华中理工大学的有限元前后处理系统GH-FEM实现了集成。在数控编程方面，南京航空航天大学的超人CAD/CAM、华中理工大不的GHNC均可实现复杂曲面的造型和数控代码的自生成和加工仿真。工程数据库有浙江大

21、学的OSCAR、华中理工大学的GH-EDBMS等。另外，在应用领域，如通用机械零件设计、冲压和注塑模具设计和制造、汽车外形设计、汽轮机片设计分析等方面我国均研制出了实用的CAD软件。本次设计主要内容及预期达到的目的随着国内外市内公交车的发展趋势，结合我国的实际国情和生产力水平，完成市内公交车车身总布置设计使整车的内部结构更加美观、紧凑。在设计方案上要合理、结构正确、符合标准，图文基本达到工程使用要求。在满足汽车总布置设计的理论要求的同时还要做到紧凑又不失舒适，有良好的操作性，整体视觉效果好。设计要充分体现人性化。通过本次设计，加深对汽车车身总布置的了解，通过绘制总布置图，对车身总布置设计的设计

22、过程和绘图软件熟练掌握，并对总布置设计工具的画法基本掌握这。第2章 车身设计方法传统的车身设计方法自从汽车问世100多年来，车身设计方法不断改进和完善，已形成了一整套传统的设计方法。传统的车身设计方法的特点在于：在设计的每一个阶段初步设计、技术设计、生产准备阶段，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。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。在国外发达国家依靠传统的车身设计方法开发一种新型号的

23、轿车，大约需要4年左右的时间。时间长的原因主要是对于汽车这类复杂的几何形体初始设计的可信度太低，据统计，手工设计的可信度只有25左右。为了产品定型，只有依靠行样车试制及分析验证，逐步修改设计，直到满足各种要求为止，一般要经过三轮试制和修改。有时为了加速车身设计开发的周期，在产品完全定型之前，交叉进行生产准备工作。但是，有时修改设计的工作会持续到生产准备后期，往往由于不得不更改设计，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

24、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”，而且同一尺寸经过多次移形传递，例如由主图板制作主模型，由主模型加工艺补充制造工艺模型，由凸的工艺模型翻成凹的工艺模型，再由工艺模型反靠加工冲模。原始数据经过这些环节的转换，各种人为的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。现代设计方法计算机辅助设计及制造（CAD/CAM）技术是将计算机迅速、准确地处理信息的特点与人类的创造性思维能力及推理判断能力巧妙地结合起来，用计算机硬件、软件的新成就，特别是计算机绘图、数据库、智

25、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（CAM）。近来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。车身开发中采用CAD/CAM技术将会带来传统方法无可比拟的优点，主要表现在：1、提高了设计精度。造型一旦完成并建立了车身外表面的数学模型，并存人数据库，经过计算机管理可以多方共享，为生产准备、工装模具设计制造提供方便、详尽、准确的原始数据，消除了中间数据形式的多次转换，使模具的加工精度大大提高。并可减少以至取消凸凹模之间的研配

26、，使调试、修改的工作量大为减小。2、缩短了设计开发和制造周期。车身表面数学模型可以直接用来进行冲模设计，以提高冲模设计的成功率。另外，模具的加工直接引用CAD的结果，大大提高了模具制造的效率。当然由于取消了两次油泥模型、主模型以及工艺模型的制作过程，也使人力、物力和时间大为节约。3、减轻了设计开发人员的劳动强度，改善于他们的工作环境和劳动条件。4、可以很方便地将造型设计结果用于强度、刚度有限元分析计算以及碰撞安全性分析，也可以比较方便地对所设计车型进行空气动力学模拟。这样使得初始设计的可信度大为提高。在此基础上一般只要试制一轮样车作为验证，产品即可定型投产。5、设计修改以及在原设计基础上的改型

27、和换型均比较容易。总之，CAD/CAM技术的不断发展和广泛应用，不仅仅在于它能提高产品的质量和缩短产品的研制周期，更重要的是CAD/CAM技术是当代最杰出的工程技术成就之一，它从根本上改变了过去用手工绘图、依靠图纸组织生产过程的模式。因此它对传统产业的改造、新兴技术和产业的兴起和发展，对增强企业在国际市场的竞争力等方面，都有着巨大的作用。正在受到极大的关注和飞速的发展。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。但1990年才开始使用三维设计软件, 1995年后才真正大量使用三维CAD设计软件. 现在常见的过程

28、始于模型制作阶段，通过三坐标测量机测量，得到模型上离散的点集，将点集数据输入计算机，运用CAD将其连成光顺的曲线，建立数字化模型，进行初步设计和可行性分析，即相当于胶带图效果；然后通过专门的CAD设计软件，用曲线建立起整个车身的表面数学模型，设计人员在电脑前可以进行任意的修改，再通过数控铣床制造1:1全尺寸模型，供设计人员进行修改和定型；然后再通过测量机对全尺寸模型进行测量，将数据输入计算机建立汽车外形数学模型，并用图形显示终端显示出来，模型的三维曲面视图可以旋转,在不同的角度观察不同地方，十分直观。而且可以数控加工. 在这里，CAD的运用不但使人从繁重的劳动解脱出来，缩短了设计周期，而且能够

29、保证设计精度，降低了设计开发的成本。提高了开发质量, 缩短了开发周期。 最新的设计, 将是高速,高质量和低成本的开发设计方法, 可能是在采用虚拟设计技术等先进技术的情况下应用所有的省钱有效的方法和工具. 采用不同方法可以获得不同的结果, 但必须考虑条件和成本. 采用声、光、电和CAD三维实体建模、虚拟现实环境等技术，实现产品开发设计的方法，称为虚拟设计。其优点：可以利用虚拟现实环境，实现产品工作性能和外观的检查和评估，减少开发周期，提高开发质量。汽车造型的基本知识：1、汽车主要尺寸汽车设计中由总体设计师确定的外形尺寸包括：长、宽、高、轴距、轮距、前后悬长和离地距等。汽车尺寸所要考虑的因素主要是

30、主要零部件的布置和使用性能要求。使用性能要求则主要由汽车所针对的目标市场级别而定。通常，美国车的尺寸比欧、日的标准大很多，这主要是因为美国地大车少，油价低廉，对于汽车空间的要求远大于对省油性能的要求。日本则正好相反，为了改善道路拥挤情况，日本政府对汽车的税收等级是以外形尺寸（主要是占地面积长*宽）来划分的，车身越大使用费用越高。因此日本汽车造型设计所追求的是“空间利用率”，即在有限的车身尺寸下争取最大的内厢空间。可以说日本车紧凑的目的是为了符合法规；欧洲人也热衷于小型车，但他们造小车的主要目的是省油和使用方便；而美国人的生活环境决定了他们用不着把汽车造得太紧凑。汽车的长、宽、高、轴距是影响乘坐

31、空间的四要素，但这只是基础，要在尺寸不大的车身上设计出空间充裕的座舱，还必须精心设计车厢轮廓。这就是所谓的“利用率”问题，而它又与全车的整体布局息息相关，并且要保证设计的人机工程学要求。2、汽车车架车架的作用是承受载荷，包括汽车自身零部件的重量和行驶时所受的冲击、扭曲、惯性力等。现有的车架种类有大梁式、承载式、钢管式及特殊材料一体成型式等。 大梁式车架的优点是钢梁提供很强的承载能力和抗扭刚度，而且结构简单，开发容易，生产工艺的要求也较低。适用于要求有大载重量的货车、中大型客车，以及对车架刚度要求很高的车辆，如越野车；承载式车架的意念是用金属制成坚固的车身，再将发动机、悬架等机械零件直接安装在车

32、身上。承载式车车架是目前轿车的主流，因为这种结构将车架和车身二合为一，重量轻，可利用空间大，重心低，而且冲压成型的制造方式十分适合现代化的大批量生产；有一些高级客车也有这样的结构. 但承载式车身结构, 一般都设计有副车架, 用于定位左右悬架和发动机按装. 钢管式车架就是用很多钢管焊接成一个框架，再将零部件装在这个框架上。它的生产工艺简单，很适合小规模的工作坊作业；铝合金车架将铝合金条梁焊接、铆接或贴合在一起组成一个框架，其最大优点是轻（相同刚度的情况下）。但是成本高，不宜大量生产； 碳纤维车架是用碳纤维浇铸成一体化的底板、坐舱和引擎舱结构，再装上机械零件和车身复盖件。碳纤维车架的刚度极高，重量比其它任何车架都要轻，重心也可以造得很低。将来大梁式和承载式车架是占绝大多数的主流车架形式，并在承载式车架的底部加焊类似大型横梁的补强结构，增强其刚度。3、汽车造型与总布置的关系汽车布置是指如何安排一部汽车的各个组成部分在整车中所处的相对位置，即全车的总体布置。布置方案一般是由总工程师决定的，但对于车身造型设计师，很好地理解甚至具备确定总体布置的能力也十分重要，这是因为与其他工业产品相比，汽车构