第三章车身总布置设计

第三章车身总布置设计§3-1 概述车身总布置在很大程度上受制于整车（底盘）总布置的发动机位置。

一、车身总布置与整车总布置的关系在整车总布置和底盘总布置基础上进行，受发动机的位置制约很大。

需整车总布置提供：①汽车总长La、总宽Ba，总高Ha、轴距L、轮距B、前悬L F、后悬L R……等控制尺寸；②轴荷分布范围；③底盘各总成的位置和轮廓尺寸——包括动力总成、水箱、前后桥、传动轴、车轮、悬架、转向系等；④乘员数及行李舱要求；⑤使用要求及操纵机构的相互位置等。

二、车身总布置的工作内容①根据整车设计要求确定车身各部分尺寸包括：乘客门、司机门、安全门、行李舱、地板高、侧窗数量及高度、内高、内宽等；②确定整车外形——前后围、车顶、侧围的大致曲线和尺寸，前后风窗位置与角度等；③驾驶区布置——方向盘位置（角度）、仪表板、驾驶员位置及操纵机构和踏板的相互位置；④乘客区布置——座椅布置、通道宽度、内高等；⑤空调系统的位置——制冷、采暖、除霜、通风换气、空气净化装置的位置及管道位置；⑥行李舱大小及位置；⑦视野设计校核；⑧乘客上下车方便性确定；⑨安全性设计——被动安全性（安全带、扶手、软化等）。

三、车身总布置的主要依据①整车（底盘）总布置的有关参数和发动机布置；②整车的使用条件和用户要求；③国家、行业有关标准、法规；④人机工程学的要求；⑤制造、工艺条件等。

四、车身总部布置的工作程序①车身主要尺寸参数的确定——外廓尺寸和有关总布置尺寸；②车厢内平面布置；③座椅和操纵机构布置；④驾驶区布置——仪表台（板）、驾驶座、空调控制板、操作辅助设备、视野校核等；⑤客车横截面布置——踏步、地板、内高、座椅、侧窗、内行李架、灯具、空调管道等；⑥备胎、油箱、电瓶、行李舱等布置；⑦必要的校核——确定尺寸、位置的需要。

如：发动机舱门、行李舱门、视野、车门等的运动校核。

经过上述工作，即可画出1∶5车身总布置图。

注意：上述各阶段往往反复交叉进行，很多尺寸（位置）需要反复推敲，修改后方能确定。

§3-2轿车车身总布置设计一、概述科学技术的发展，促进了轿车车身设计技术的变革和进步。

特别是计算机技术的快速发展使CAD/CAE技术在汽车领域得到了广泛的应用，为现代轿车车身设计与制造提供了新的手段。

而人机工程学的发展，使得车身设计越来越体现人性化特征。

目前，轿车车身设计通过运用多种高科技设计出丰富多彩的车型，更好地满足各类客户的各种要求。

轿车车身设计也迈入了一个高科技、高性能和多样化的时代。

1.轿车车身设计的特点轿车车身是整车的重要组成部分，它与底盘密切相关，因此车身设计不能只考虑车身的条件，必须在充分考虑整车总布置的情况下进行。

①亨利²福特提出“3S”和“4M”原则。

②遵循“三化”原则，即标准化、通用化和系列化。

③车身在材料、加工、装配、结构及设计等方面与其它总成有很大差异。

2.轿车车身设计的要求轿车车身设计不仅要求造型美观，更重要的是要实现相应的功能。

其设计主要考虑使用性、人机工程学、环保节能及空气动力学等方面的要求。

①造型美观。

②性能良好a.舒适性b.安全性c.可靠性d.视野性e.乘坐方便性f.操纵方便性③良好的空气动力特性。

④制造容易，维修、拆装方便。

3.现代轿车车身设计方法轿车车身的设计通常分为概念设计(Concept design) 和工程设计(Engineering design)两个阶段进行。

①概念设计概念设计是产品设计的前期工作，是指从构思产品到确定设计的技术指标，下达产品设计任务书为止这一阶段的设计。

包括设计任务书的全部内容和一个批准的三维模型。

概念设计是多部门（包括设计、研究、工艺及销售部门等）同时进行，也称为“同时工程”。

概念设计的主要内容：明确开发目的产品使用调查造型设计及基本尺寸产品的目标成本制定产品设计任务书在概念设计中，硬指标尺寸的确定是概念设计的重要内容。

车厢内的许多布置尺寸都与H点有关。

②工程设计在进行完概念设计后即可进行工程设计。

国外轿车车身设计以三维模型为基础，首先进行1：1内、外部模型和实物制作，模型制作和局部构件试验同时进行。

当车身内外模型批准时，试验工作也基本完成，根据车身样图设计的样车试验验证再进行适当修改，就可以作为指导生产的图样。

国内的做法是从小比例的三维模型做起，其次则是进行车身试验工作（包括风洞试验、碰撞试验等）。

与国外最大的区别在国内制作模型和模型、局部构件试验不能同时进行。

根据图样设计的样车进行试验，发现问题后再修改十分困难，这样就延长了设计周期。

③ CAX技术随着计算机技术的快速发展，计算机技术在轿车车身技术中的应用越来越广泛，全面使用了CAX技术，其中X泛指多方面，如：CAD、CAE、CAM、CAT等。

利用CAX技术，轿车车身的开发流程已经过渡到并行为主的开发方式。

CAS 艺术构思图CAD 三维模型和结构设计 CAE优化设计试制试验定型CAPP工艺设计CAD模具设计投入生产铸件毛坯准备CAM机械加工装配调整二、总布置设计1.轿车车身总布置原则①根据人机工程学的要求布置。

②良好的空气动力特性。

③与整车协调，确保良好的密封、隔声隔热等性能。

④满足要求的情况下减小车身外形尺寸，尽量加大车室内空间。

⑤尽可能减小车身重量，并具有良好的冲压、焊接、装配及涂装工艺性。

⑥满足相关法规要求；⑦考虑车型的通用化、系列化；⑧协调性原则——注意外形个部分协调，符合比例规律；⑨综合性原则——综合考虑，达到最优匹配；⑩“见缝插针”原则——对一些尺寸斤斤计较，极小的空间也可能提高乘坐舒适性。

“大多数人”原则——座椅尺寸等按绝大多数人的身材为依据。

方便性原则——主要指操作、维修及上下车方便性。

“大多数人”原则——座椅尺寸等按绝大多数人的身材为依据。

方便性原则——主要指操作、维修及上下车方便性。

2.轿车车身总布置的内容：①确定车身内部、外部尺寸。

②确定乘坐与操纵空间。

③校核各项性能及法规要求的尺寸数据。

④确定车身的悬置形式及位置。

⑤确定发动机、传动系占用的空间，并对有关总成提出反要求。

⑥确定备胎、燃油箱，以及各种液罐、蓄电池及行李舱的位置。

⑦确定由于车身附件及其它装置的特殊要求引起的车身结构及布置的变动。

3.车身外形尺寸①外形整体尺寸的确定车身外形尺寸包括总长、总高、总宽、轴距、轮距、前悬及后悬长、前风窗倾斜度、后风窗倾斜度及最小离地间隙等。

确定外廓尺寸时必须先明确轿车的类型和用途，还应符合有关标准及法规的规定。

AUDI A4的外形尺寸②分型面的确定分型面就是车身各部件之间相连接的曲面，如发动机罩与侧围的贴合面等。

分型面与车身的美观有很大关系，决定了轿车车身设计的成败。

分型面的多少还决定模具的数量，影响装配精度等。

不同类型的轿车分型面有很大差异，汽车的整体美观也有很大差异4.车厢内部布置设计车厢内的布置包括很多部件，如仪表板、方向盘、变速杆、座椅、扶手等，其位置和布置形式、尺寸关系到驾驶的安全性、乘坐舒适性及操作方便性等，所以布置形式和尺寸应充分结合人机工程学的要求进行。

确定轿车车身与驾驶区内部尺寸时，常以实际的H点为基准，有关H 点和人机工程学的详细介绍见“第四章人体工程学在车身设计中的应用”。

AUDI A2的车身内部尺寸轿车驾驶室的布置对驾驶员的操纵方便性以及驾驶安全性非常重要，其布置包括：方向盘、踏板、操纵杆、驾驶员座椅、仪表板等。

其尺寸参数及位置应根据不同等级的车型而异。

但在满足相关标准及法规的前提下，应充分满足人机工程学的要求，给驾驶员一个舒适的操作空间。

轿车驾驶员座椅及操纵空间尺寸5.仪表板的布置仪表板上布置有各类仪表、指示灯和控制系统，是汽车运动时的监控中心，通过仪表板上的指示数据，驾驶员可以知道汽车的运动状况。

所以仪表板布置的好坏直接关系到驾驶员工作环境的好坏及行车安全。

仪表板的空间布置应使驾驶员不必转动头和眼睛，不必移动身体就能看清楚。

仪表板与人体的距离最好是710mm左右，上沿视线与水平视线夹角不大于10°，下沿视线与水平视线夹角不大于45 °，通常仪表板与竖直面夹角不大于30 °。

如右图所示。

仪表板上的仪表指示着汽车的工作状态。

应将最常用、最主要的仪表尽可能安排在视野中心3 °的最优视区。

当仪表很多时可用颜色区分功能。

进行仪表板布置时，还应注意以下几个问题：a.仪表板与综合开关及操纵手柄的关系。

按ISO4040规定，操作手柄活动范围为：在转向盘上表面向下170mm，直径约为转向盘直径两端各加100mm的范围内。

b.仪表板与转向盘之间的最小距离应大于80mm。

c.除霜口的布置应对称、均匀。

d.确定仪表板下部轮廓尺寸时，要考虑两个活动空间：一为驾驶员脚踏离合器与制动踏板的膝部活动空间。

二为驾驶员进出时，越过门槛的膝部活动空间。

e.对仪表板内部各总成之间的位置及运动进行校核。

三、骨架设计轿车骨架不同于客车骨架，轿车骨架是由薄壁的冲压件相互焊接成一个整体。

承载式的车身提高了轿车的碰撞被动安全性，同时有利于进行轻量化和结构优化设计。

①车身骨架的特点车身骨架是轿车承载的主要部件，必须具有足够的强度和合适的刚度。

基于碰撞、翻滚等安全性的需要，应使乘客区部位刚度较大，而在前部、后部等有一定的吸能变形区。

特点如下：a.外力直接作用于骨架上。

b.所有构件连接成一个整体，共同承担外力作用c.没有多余的不受力构件。

d.足够的强度和合适的刚度。

e.所有机组(总成)都必须悬置于骨架承载结构的几何节点处。

②车身骨架优化设计车身骨架作为主要承载构件，设计时要注意它的界面形状、受力方向、力的传递和力矩的作用位置等。

必要时可利用有限元法分析，精确计算，以达到最佳结构的目的。

车身固有频率应达到以下几个目标值：弯曲38～40Hz，扭转33 ～35Hz。

通过以下几个措施可使骨架结构进一步优化：a.应力较大部位使用加强件，形成变截面。

b.构成刚性节点的部位截面稍大c.发动机舱形成封闭结构。

e.车身地板尽量不开孔，若需要，设计成盲孔。

f.轿车以15m/s正面碰撞时，纵梁没有塑性变形。

不同形式的骨架结构对碰撞时力的吸收和分散各不相同轿车车身骨架设计是一个非常复杂的过程，设计的结构既要与车身造型相协调，又要兼顾到底盘元件以及车身内部元件的安装，同时又要具有足够的刚度和强度，以保证车身骨架能承受外力的作用和在发生碰撞时乘客有足够的生存空间。

AUDI A8 全铝车身骨架近年来，轻量化设计成为车身设计的一个重要目标。

轻量化的车身提高了汽车燃油经济性，降低了成本，提高了产品竞争力。

但车身的轻量化必须以不损害轿车的其他性能为前提。

四、内饰设计车室内可见的影响外观的零部件都可称为内饰件，如仪表板、地板、扶手、内壁装饰板等。

轿车内饰设计的好坏影响着乘员的精神状态。