轿车车身设计说明书

1.1 课题研究的目的及意义

本人毕业设计的题目是奥拓微型车车身设计。在新型车研发、研制的初级阶段，经过调查研究与决策，提出整车设想并对汽车的主要参数以及发动机和车轮进行选择后，应对汽车进行总布置设计，其中车身的总布置设计是总布置设计的重要组成部分。在产品开发过程中必须根据新产品的实际情况考虑多方面的因素，进行合理的布置设计，这不仅关系到有效利用车内空间以及提高乘用舒适性，而且会影响整车，内外造型和尺寸参数，进而会影响整车性能和市场竞争力。

1.2 前人相关成果和预期目标

在轿车车身设计这一领域，国外已经十分成熟，但国内还尚不完善。对于车身外形的布置设计，涉及到车身空气动力学的知识，在这一领域前人为我们总结了许多宝贵的经验，主要是提出了一些改善汽车车身空气动力性能的措施：a.车身头部棱角圆角减少空气阻力 b.改善车身后部形状减小气动升力和空气阻力 c.发动机罩倾斜 d.顶盖弯曲 e.后窗倾斜 f.尾部翘起等。而在车身内布置方面，近来逐渐发展起来的人机工程学为汽车车身内布置提供了最好的设计工具。在国外，人体工程学在汽车设计中的应用已有多项成果。研究内容日趋广泛和深入。这些研究对解决汽车及车身设计如何适应人体特点，提高人机系统工作效率均有重要意义。人机工程学为我们进行汽车车身的内布置设计提供了有效的方法以及宝贵的经验数据，这些经验数据对于我们今后进行车身总布置设计具有很好的参考价值和实际使用意义。在国外，该学科早已起步故有丰富的人体数据和车身设计的经验，而在国内由于该学科起步较晚以及没有合适的人体数据而且缺乏经验，故尙未形成清晰的人体工程学设计方法。本次奥拓微型轿车车身总布置设计的预期目标是希望在根据奥拓基本车型数据参数以及参考前人轿车车身总布置设计经验和积累的有用数据的基础上，设计出令人满意的合格的奥拓微型轿车车身。

2 车身设计制图方法及设计原则

2.1 基本规定

1）图面布置绘制车身总图、车身线图、总成图、装置图、零件图时，一般按车辆自右向左行驶方向布置图面。

2）坐标网格具有复杂曲面及严格装配位置要求的车身设计图样均绘制在具有坐标网格的图纸上。轿车车身设计时，一般取网格间距为100mm。其坐标线的方向及距零线的距离应标注在直径为16mm的细实线圆内，坐标线以细实线绘制。

3）坐标零线的确定车身设计资料的坐标应统一。其坐标零线的确定如下：沿车架纵梁上表面较长的一段所作的水平直线或沿无车架车辆的车身地板下表面较长的一段所

作的水平直线作为高度方向坐标（Z坐标）的零线。通过车辆前轮理论中心并垂直于高度方向坐标零线所作的直线作为长度方向坐标（X坐标）的零线。车辆的对称中心线作为宽度方向坐标（Y坐标）的零线。其坐标方向规定：沿车辆的前进方向看去，X坐标零线以前为负、零线坐标以后为正；Y坐标零线以左为正、零线以右为负；Z坐标零线以上为正、零线以下为负。

2.2 车身设计制图基本方法

1）车身总布置图；

2）车身室内尺寸标注；

3）车身总线图、车身表面设计线图；

4）车身风窗制图；

5）车身零件线图；

6）车身组件线图；

7）车身结构设计线图；

8）车身结构断面设计。

2.3 设计原则

空间问题是车身总布置设计的一个重要方面。车身内部空间被分割，通常零部件总是在与乘坐者争夺空间。在总布置设计中必须找到一个妥协的解决方案。从满足驾驶员操作和乘员乘坐的要求出发，现代轿车车身设计中必须以人为中心。显然，轿车车身总布置设计的重点应放在确定室内空间大小和人体的活动空间上，又称车身室内人体工程布置设计，以改善乘坐舒适性和提高产品实用性。具体方法是利用人体工程学知识来确定乘员所必须的室内空间及操纵件、控制件装备等的布置位置，保证驾驶员操纵轻便、准确、视野宽阔和乘坐舒适、安全等。在此基础上进行整车的发动机、传动系等总成、部件，以及备胎、油箱和行李舱等的布置，以确定车身前舱和后舱的容积及尺寸，从而得到保证室内空间需求的具有最小外形尺寸的车身、满足车身轻量化的要求。

总结起来车身总布置设计的设计原则具体表现为：

1、市场目标性原则；

2、从内到外的人体优先性原则；

3、协调性原则；

4、“见缝插针”原则；

5、座位优先性原则；

6、“大多数人”原则；

7、准舒适性原则；

8、方便性原则；

9、最重要设计原则；

3 轿车车身布置与底盘布置形式的关系

3.1 轿车底盘布置形式的种类及优缺点

轿车底盘有三种常见的布置形式：发动机前置、后轮驱动（FR），发动机前置、前轮驱动（FF）和发动机后置、后轮驱动（RR）。

目前多采用传统布置（FR）和前驱动布置（FF）两种形式。由于发动机后置、后轮驱动的布置形式缺点较严重，实际上已逐渐被淘汰。传统布置形式有利于车室内部（包括行李舱）布置，而且可以提高操纵稳定性以及行驶平顺性和乘坐舒适性，所以长期以来被广泛采用于中、高级轿车上。但其缺点在于地板中部出现凸包，影响踏板布置以及整车高度的降低和质量的减轻。对于前驱动布置形式，由于取消了传动轴，可以降低地板和整车高度，如采用横置式发动机，则更方便于车室内部布置。此种布置形式对于车身总布置、降低风阻和整车轻量化等都是很有利的。纵观现在各大轿车生产商对于各类

不同底盘布置形式的轿车的生产情况，前轮驱动轿车应当是当前轿车布置形式的主流。

3.2 奥拓微型车底盘布置形式的选择

分析了各种轿车底盘布置形式的优缺点以及考虑到奥拓微型车对于室内空间的严格要求，故选择前置前驱的底盘布置形式，这样可以降低整车地板高度，使车内获得更大的空间，而且对于降低风阻和整车轻量化，提高动力性和经济性是很有好处的。为了达到上述效果，发动机采用横置式。

4 车身底板的布置

4.1 确定前后轮罩的大小及形状

作前轮转向跳动图（一般取转向角为±25°）和后轮跳动图，可以确定出前、后轮罩的空间大小形状，同时亦确定了在翼子板上的必须开口尺寸，但设计中的翼子板上的轮罩开口形状，再符合此尺寸条件下应与车身的造型风格一致。由于前轮既要跳动，又要转向，因此它的轮罩空间要大于普通的后轮，且形状复杂，对底板的布置影响大。作车轮的跳动图，必须依据车轮跳动的极限位置及最大转向角。车轮跳动的极限位置与悬架的结构形式、参数、以及橡胶缓冲限位块的允许压缩量有关。同时还要考虑车身侧倾时，车轮相对于车身的横向摆动或偏转量对轮罩宽度的影响。。对于非后转向轮，则只需根据车轮的跳动情况来确定轮罩形状，而后翼子板的轮罩开口为保持造型前后统一、协调、一般和前轮的形状一致。

4.2 充分利用室内底板空间的布置形式

由于轮罩会在底板的前后端产生凸包，对于前轮罩将会影响前排乘客的搁脚空间、姿势及驾驶员的脚踏板布置，对于后轮罩将会影响后排座椅的布置、坐垫高度和宽度。因此，从改善室内居住性出发，轮罩空间在满足转向何体跳动运动要求的前提下，应尽量减少。此外，增大轴距是有利于车内环境的。充分利用室内底板空间进行布置设计，这次设计正是采用座椅在前轴后方的布置形式。

5 车身前围的布置

车身前围将发动机舱与座舱完全隔开。在前围上固定前风窗玻璃，其车室内侧安装仪表板，车室外侧支撑发动机罩，前围下部与底板连接。将前轮前移、发动机布置位置前移或采用不同的布置形式，可使前围前移以加大前排乘员的搁脚空间和便于操纵踏板的布置，且前围设计形状简单，其中间部分由于发动机、变速箱布置而产生的凸包形状可以减少或者没有。在前围的布置设计中应保证前围板与发动机后端之间有足够的间隙，以布置转向系统得机构，制动系统和离合器系统等的管路和附件，暖风系统得风道，并且考虑其维修的方便性。而在前围的室内一侧，则装有隔热隔声和减振材料层，固定安装制动器、离合器和方向盘等操作系统得支架，以及暖气设备等。前围下部采用倾斜板与底板连接，其倾斜面位置一般与前轮轮罩相切，在侧视图上为切于轮罩线的切线（约45°角）。这样有利于前排乘员的搁角姿势和加速踏板的布置，另外可使底板前部的凸包减小，形状规整。在前围的组合结构中应合理设置进风风道，外部安装雨刮器等机构。根据发动机罩后端的高度（满足发动机舱的空间要求和发动机罩的外形），以及仪表板上表面的位置确定前围上部的高度和形状，初步确定前风窗玻璃的下沿位置，并设置玻

璃的安装止口。

6 前排驾驶室各部件的布置

6.1 踏板的布置

布置踏板所需空间受凸包外廓和车身内侧壁二者宽度的限制。离合器踏板左侧应留出位置已容纳司机的左脚（离合器在非工作状态时），因此轮罩最好不凸出于乘客室内。从左到右依次布置离合器踏板、制动踏板和油门踏板，各个踏板之间的间隙及相关的布置尺寸可参考DIN73001。油门踏板比制动踏板稍低与底板约成30度角，由于汽车行驶时驾驶员要不停的踩油门踏板，所以要求设计油门踏板时保证踏板踩下时轻便。而制动踏板则应较宽、较长，设计成与地面成一斜线角度方便驾驶员踩踏。对于本次设计的奥拓微型车，具体的相关设计参见制图（车身室内布置）。

6.2 方向盘的布置

奥拓微型车的方向盘直径参数已给，直径为375mm，而方向盘的布置主要是设计方向盘平面与水平面之间的夹角，一般取60°，故这里也取为60°角。

6.3 仪表板以及操纵件和操纵手柄的位置布置

为使驾驶员操纵方便，手控制件和操纵手柄应布置在驾驶员的手伸及界面之内，而且是最省力的部位，一般在H点以上178mm～203mm的范围是人体操纵的舒适点。通过对人体的操纵范围进行测量，得到影响驾驶员手伸及界面位置的主要因素是驾驶员座的最后H点位置，而此点的位置确定与加速踏板的位置直接有关，又是布置座椅的依据。因此，将手操纵件布置在手伸及界面内，也就是使踏板位置、手操纵件位置以及座椅位置相互有机地形成一个驾驶区域整体，从而保证驾驶员方便操纵。

由于仪表板上的手操纵件的位置就是仪表板表面的位置，考虑到仪表板的横向布置和板面整体造型、风格、以及组合仪表座的造型，便可确定仪表板的断面形状和位置。仪表板的上表面高度应由5%百分位的人体尺寸来确定，并与前风窗玻璃下沿和上端的高度相协调。

目前，从扩大活动空间出发，将仪表板下降和往前挤，已成为仪表板不知的主流，也有利于加大前方视野。此外，在仪表板前面与方向盘之间要留有足够的操纵空间。

在车辆的中心对称面，驾驶员对称面和前排乘客对称面等位置处分别作出仪表板的断面轮廓线和组合仪表座的轮廓线。在仪表板的前表面上布置各手控制及显示装置和仪表，其横向位置的确定应服从重要性原则。即各按钮、开关以及装备应按其在使用中的重要性来布置。重要的和常用的按钮、开关和仪表应布置在最佳的手操纵区域或最佳的视野范围内。组合仪表不仅要布置在视野的正前方，仪表板与视线垂直，而且各表的布置也要符合最重要性原则。这将有利于提高操纵方便性、准确性、安全性和减少驾驶疲劳。对于组合仪表座的遮光罩设计，要符合造型和遮光作用。其形状大小要能遮住从仪表表面发出的光线经前风窗玻璃的反射不能达到驾驶员眼睛所在的位置，或遮挡外界光线直接照射在仪表表面上产生的反射光线对驾驶员视觉的干扰。在仪表板的前面开设通风口，一般设置4个。其中两侧各有1个为前排乘员提供风量，而中间2个则为后排乘员提供风量。此外，在仪表板表面上设置除霜吹气口，在车内下部适当地方设置暖风出风口等。仪表板下面的弧度、形状和高度，应按95％百分位的人体尺寸来确定，同时要有足够的空间来布置制动踏板、离合器踏板等，其极限高度一般以脚踏制动器踏板旋转成直立时脚尖的上限为准。

7 车身室内布置

7.1 人机工程学在车身设计中的应用

7.1.1 人体尺寸和人体模型

人体尺寸决定了人体所占据的几何空间大小和人体的活动范围，是确定车身室内有效空间和进行内饰布置的有效依据。车身内饰布置设计中应以人体尺寸的“百分位分布值”作为设计的尺寸依据，这是人体工程学的基本设计原则之一。这里的“百分位”是指人体身高分布值的百分位，即对于身高的某一百分位分布值，则表示身高小于此值的人数所占的百分率，并将此身高分布值定义为对应于这一百分位的人体标准身高。车身设计中一般采用5％、50％和95％三种百分位的人体尺寸，分别代表矮小身材、平均身材和高大身材的人体尺寸。

表1便是根据此数据计算出的中国人人体关节数据，供车身CAD设计使用。

表1

人体模型是严格按照人体的尺寸来制作的人体模型，人体模型包括二维人体模型样板和三维H点人体模型。一般在车身室内布置设计图上采用二维人体模型样板，如图1。二维人体模型分别由人体的躯干、靠背角基准杆、大腿、小腿和脚（带鞋）等几部分组成，通过人体的各关节点来连接。与车身设计有关的人体特征点主要有： Hp点――胯点，人体躯干与大腿之间的关节点，车身设计中常称作H点。 Sp点――肩点。 Kp点――膝点，大腿与小腿之间的关节点。 Ap点――踝点，小腿与脚之间的关节点。 AHp点――踵点，人体的脚跟着地点，此时的脚踏在加速踏板上，是开始布置人体的基准。

汽车车身设计主要是以人为中心进行的，但是在实际设计过程中，为了避免身体伤害，灵活调整驾驶员驾驶姿势，节约设计经费与时间，工程上引进了更加直观的人体模型代替真人进行汽车车身设计，见图1。

图1 中国成年人杆系人体模型

7.1.2 人体的舒适姿势

7.1.2.1 人体的舒适驾驶姿势

人体驾驶的舒适和疲劳程度与设计中选择的人体各关节角度所确定的驾驶姿势有关。图2给出了驾驶员舒适驾驶姿势所要求的人体生理角度范围。由于驾驶员的舒适驾驶姿势随车型的不同而变化，往往各自选择的舒适姿势下的关节角度有较大的差别。对于轿车通常靠背角A1最大不超过33°，最舒适为23°；人体躯干与大腿的夹角A4最小以105°为宜，在110°到115°的范围为最理想；肘角A3为105°；膝角A5从112°到118°为好；脚角A6最小为87°，最大不超过130°。对于本次设计的奥拓微型车车身，人体舒适驾驶姿势的各关节的角度设计参见制图（车身室内布置）。设计的总的原则是跟据车内允许的空间，然后在允许的舒适性角度范围内选择一合适的角度。

图2 舒适驾驶姿势的人体生理角度范围

7.1.2.2 人体坐姿舒适性

坐姿舒适性的研究是将座椅设计与人体生理结构结合起来，以确定座椅满足舒适乘坐要求的几何尺寸、表面形状和结构功能特性（包括静弹性特性）。主要指人体乘坐的安定姿态和体压分布的研究。

7.1.3 汽车驾驶员眼椭圆及人车视野性设计

7.1.3.1 眼椭圆及其在车身视图上的确定方法

a．眼椭圆代表了驾驶员以正常驾驶姿势坐在座椅上，其眼睛所在位置的分布范围。是通过对驾驶员眼睛所在位置的测量、统计分析得到的，由于驾驶员眼睛的位置分布图形呈椭圆状，故称之为“眼椭圆”。在车身设计中一般采用眼椭圆样板来描述驾驶员的眼睛分布范围，见图3。

b．眼椭圆在车身内的位置确定由于人车视野性的研究必须从车内布置设计的眼椭圆出发，因此，在车身室内布置设计中，根据人体的布置位置和驾驶姿势来确定驾驶员的眼睛分布位置，是运用眼椭圆概念以确定或校核驾驶员视野的关键步骤。眼椭圆样板可根据表2～表4中的数据，按下述步骤来制作：

1）参照图3先画出眼椭圆自身坐标线X-X、Y-Y及Z-Z。

2）根据表2中H点水平调节量的大小，从表中查出眼椭圆中心在自身坐标系XYZ中的位置数据X，Z，Y左眼，Y右眼，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，由表3根据H点水平调节量及眼椭圆的百分位确定；短轴在两视图上并不相等，由表4查得。长轴在侧视图上的倾角为-6.4°，在

°。至此，两视图上的眼椭圆已画出，样板也就可以制作。

俯视图上的倾角为5.4

图3 驾驶员眼椭圆样板

表2 眼椭圆中心离X、Y、Z轴的距离

表3 眼椭圆长轴

表4 眼椭圆短轴

c．眼椭圆样板在车身侧、俯视图上的定位车身中，一般用作图法来确定眼椭圆的位置，又称眼椭圆样板定位。眼椭圆样在车身图上的定位有A类车眼椭圆定位和B类车眼椭圆定位。

A类汽车是指H点高度低于405mm且方向盘直径小于450mm的汽车。通常包括轿车、旅行车及轿车变型车；B类汽车是指H点高度在405~530mm范围内且方向盘直径在450~560mm 范围内的汽车。通常包括中型及重型载货车及一些大客车。由于本次设计是针对奥拓微型车车身进行内部布置设计，因此在此只阐述A类轿车的眼椭圆定位。

眼椭圆样板在车身侧视图上的定位步骤如下：

1）根据设计已确定的H点水平调节量及眼椭圆百分位，在样板组中选择相应的样板。

2）在车身布置的侧视图上作出垂直工作线和水平工作线：过最后H点作的垂直线；

在最后H点上方635mm的距离处作的水平线。

3) 确定眼椭圆样板自身坐标系的原点相对于垂直工作线和水平工作线的偏移量。对于靠背角可调节的驾驶员座椅，当靠背角为5°~40°范围内的某一角度时，眼椭圆样板自身坐标系的原点相对于垂直工作线和水平工作线的偏移量见表5，车身设计中，通常根据此表制出眼椭圆定位线样板。

4)确定出侧视图上眼椭圆位置：根据人体布置的靠背角，将已绘制的侧视图上眼椭圆样板置于布置图上，使其基准坐标系X-X轴和Z-Z轴分别平行于水平工作线和垂直工作线，并将坐标系的原点定位在眼椭圆定位线上的对应靠背角处，描绘出眼椭圆轮廓线，从而得到该靠背角时眼椭圆位置。

5)确定出俯视图上眼椭圆位置：在车身布置设计的俯视图上，定出X-X轴平行于车辆的对称中心线，并使其到车辆中心线的距离为(0.85W7+0.075W3);定出Y-Y轴垂直于车辆的对称中心线，并使其纵向位置与侧视图上的Z-Z轴位置对应。这样，将眼椭圆样板定位在X-X轴和Y-Y轴上，描绘出眼椭圆轮廓线，从而得到俯视图上的眼椭圆位置。这里W7表示方向盘中心到车辆对称中心线的距离;W3表示车身室内肩部宽度，一般是指通过最后H 点并在其上方不小于254mm的高度上的测量值。

图4 A类汽车眼椭圆定位

7.1.3.2 人车视野性设计

在车身布置图上，确定了代表驾驶员眼睛分布位置的的眼椭圆后，即可作出驾驶员的实际前方视野范围，见图4。显而易见，驾驶员的前方视野不仅要考虑人眼自身的视野范围，更重要的是车身设计，如前风窗开口面积，风窗倾角和位置，窗柱尺寸和位置等的设计将直接影响着前方视野性。一般车身设计中要提供前方视野参数。根据车辆驾驶时人体对前方视野的要求，可以从眼椭圆出发进行前方视野设计。

1）最小垂直视角

一般最小垂直上视角设计应能保证能观察到车辆前方12m远、5m高的信号灯，则

最小上视角α为：

5

arctan

12

h

l α-

=

+

式中h——眼睛距地面的高度，m；

l——眼睛距车辆前端的距离，m。

最小下视角不应在车辆前端产生过大的盲区。

表5 眼椭圆样板自身坐标系的原点相对于垂直工作线和水平工作线的偏移量

2）最小水平视角

轿车的水平视角一般大于70度，并随车宽的增加而增大，最小水平视角的是涉及对后视镜的布置位置确定有直接关系。

3)风窗玻璃刮扫面积及部位的校核为保证雨雪天有良好的视野，汽车风窗玻璃刮扫系统不仅应有足够的刮扫能力，而且要有正确的刮扫部位和合格的刮净率。刮扫面积足够但部位过偏并不能认为合格。校核刮扫面积和部位时，可以采用SAE眼椭圆确定法。校核时，先在侧视图与俯视图上画出第95百分位的眼椭圆。再根据表6中的规定分别作

上下左右四个切平面。这四个切平面与风窗玻璃的交线构成了为视野要求的刮扫区域或

部位，如图5。

图5 轿车前风窗玻璃刮刷区域的确定（眼椭圆法）

7.1.4 人体头部位置包络线

7.1.4.1人体头部位置包络线的一些相关概念

人体头部位置是指人体头部的前面、顶部、侧面和后部的位置，其中头顶和头的后部包括头发，用人体头部轮廓线来表示。人体头部位置包络线即为不同百分位身材的驾驶员和乘员在乘坐状态下，其头部位置轮廓线的包络线。它提供了一定百分位的驾驶员和乘员的头部位置的分布范围。由于人体头部位置包络线是在研究人体眼睛位置分布的基础上，通过对头部位置轮廓线的位置作统计分析得到的，因此头部位置包络线与眼椭圆有直接的关系。相应地，车身设计中采用不同百分位的头部位置包络线样板。常用的有99%和95%百分位的头部位置包络线样板，如图6，来描述驾驶员和乘员的头部位置。95%百分位的人体头部位置包络线表示95%的人体头部在此包络线的范围之内。头部间隙是通过测量车身室内顶衬表面或凸起面的标准切点到头部位置包络线的切线间的距离而得到的。在车身设计中应根据头部位置包络线确定最小头部间隙。

a b

c d

图6 人体头部位置包络线样板

7.1.4.2 人体头部位置包络线在车身视图上的确定

1）侧视图上

如图7为人体眼椭圆和头部位置包络线的定位样板。对于可调座椅(驾驶员位置)，当靠背角在5°～40°之间变化时，驾驶员的眼椭圆和头部位置包络线的定位线为同一条曲线。对于固定座椅(乘员位置)，当靠背角在5°～45°之间变化时，乘员的头部位置包络线的定位线根据表7中数据作出。

车身设计中，选择相应的头部位置包络线的侧视图样板，将样板上的X—X轴和Z—Z 轴的交点定位在头部位置包络线的定位线上所对应靠背角的位置上，便在侧视图上确定了头部位置包络线的位置。

表7 对于固定座椅，靠背角在5°～45°范围内时，头部位置包络线样板的 X—X 轴和Z—Z 轴的交点相对于水平工作线和垂直工作线的坐标值

2）后视图上

对于可调座椅，头部位置包络线样板的Y—Y轴垂直于车辆的中心对称线，其高度位置与

对应的侧视图上的头部位置包络线样板的X—X轴平齐。头部位置包络线样板的Z—Z 轴平行于车辆的中心对称线。对于双人座椅，则Z—Z 轴距车辆中心对称线的距离为( 0．85 W7+ 0．075 W3 ) ；对于单人座椅，则头部包络线的对称线通过人体布置的最后H点。对于固定座椅，样板上的y—y轴垂直于车辆的中心对称线，且高度上与对应侧视图上的样板X—X轴平齐。而包络线的对称线平行于车辆的中心对称线，且通过人体布置的H点。

7.2前排座（驾驶员座）H点确定

由于本次设计的捷达微型轿车，车身高度已给出，为1415mm，故人体模型从已知的顶盖内衬高度由上向下布置。在室内长度允许的条件下，根据人体舒适驾驶姿势所要求的各关节角度范围和踵点的纵向位置，将人体模型的布置位置确定出来，从而得到踵点的高度和前座H点的位置。这时应处理好底板高度、室内长度和舒适驾驶姿势之间的关系。

7.3 前排座椅的布置

对于驾驶员座椅，又称驾驶员位置设计，是实现舒适驾驶位置的关键工作。一方面对于座椅来说，即使本身具有很好的舒适特性，如果它在车内的布置位置不当，则不仅不能产生好的舒适效果，而且还会由于驾驶姿势不对或容易产生疲劳而发生驾驶事故；另一方面在有限的室内空间里，合理布置座椅位置，使人能以正常的驾驶姿势操纵，且具有充分方便、灵活的自由度是非常重要的。所以说，舒适的驾驶位置就是能保证驾驶员处于舒适的驾驶和乘坐姿势的状态，并实现驾驶员与操纵机构之间的相对位置关系。根据H点的位置及H点轨迹和座椅参考点R便可前排座椅的位置。驾驶员座椅的前后、上下调整行程与人体尺度范围和驾驶姿势有关。一般坐的姿势越低，靠背角越大，则踏板至靠背角的距离越大，座椅水平调整行程也越大。另外，乘坐姿势直接影响座椅高度，靠背角增大，则H点降低，从而座椅的高度降低，同时坐垫的倾角增大。对于前排乘员座椅，应使其布置符合95%百分位身材。

7.4 后排座的H点确定

如图8所示，在确定后座人体的H点时，应将前排座椅调整到最后位置并呈舒适驾驶姿势的靠背角度，利用二维人体模型 (95％百分位) 来布置设计。一般使后座人体的小腿与前排座椅的靠背背面相平齐，将脚布置在前座的下面，考虑对后座乘员活动空间的要求，其人体膝部与靠背面应留有一定的间隙，约30mm。有时，对于小型车身也有将人体的小腿与靠背背面相贴的布置情况。对于本次毕业设计设计的奥拓微型轿车，虽然是微型车，但室内空间也足够，而且考虑到若将后座乘客的小腿布置成与前座靠背背面相贴则不符合舒适乘坐姿势的要求，故此次设计将后座乘客膝部与靠背面应留有较大的间隙，以方便乘客的活动以提高后座乘客的乘坐舒适性同时也能方便后排座椅向前排翻折以提高行李舱的容积。根据人体的舒适乘坐姿势确定二维人体模型的平面布置，从而得到后座H点位置，同时确定后排座椅的位置

图8 前后座的H点确定

在进行后座人体布置时应注意以下几个方面的问题：

1）座椅的高度与地板上凸包形状和高度有关，应保证有足够的座垫厚度。将后轮后移，能减小地板上凸包对座椅高度的影响和增加座垫有效宽度，同时改善后座舒适性。

2）后座乘员的搁脚位置和姿势对乘坐姿势和座椅间距影响很大，采用阶梯底板布置，在前排座椅的下部留有充足的搁脚空间，则前后座椅的间距基本上取决于人体臀部至膝部的距离。这样不仅能保证坐姿低，靠背角大，而且要求的座椅间距较小，有利于小型轿车的室内布置。

3）前排座椅的靠背厚度对后座的实际有效空间影响很大，应根据轿车的级别和使用性能要求，进行合理选取，一般靠背的压缩量为20mm，对于后座，保证靠背压缩后的形状与轮罩的切面相平行有利于空间的利用。

4）布置后座人体，应保证人体的头部与车身顶盖内衬或后风窗玻璃内表面之间有足够的间隙，此间隙与坐姿、座椅布置位置、座椅高度、以及顶盖尾部的形状设计有关。

7.5 车身顶盖及前、后风窗的位置确定

由于轿车的车身高度已定，故车身顶盖的位置已定，而车身顶盖在设计时应与人体头部之间留有适当的间隙，一般头部间隙前座约50mm，后座约30mm。应该指出，这时所确定的顶盖高度线是在前座对称面上和后座边乘员所在位置的对称上的顶盖截面线。具体的顶盖及前、后风窗的位置确定见制图（车身侧、俯视图）。

7.6 后排座椅后面及后围的布置

对于本次设计的奥拓微型车，后排为单排双座椅的布置形式。为使行李舱增大，一般后围的布置与后排座椅靠背的背面相平齐，下部与地板连接。车内后部地板除轮罩凸包外，其布置应平整，后门的开口也应尽量地大。初步估计设计的后部行李箱容积为660L。

7.7 车身室内宽度的确定

由于本次车身总布置设计是在给出车身室内宽度为1660mm的情况下进行的，故车身室内宽度部分的工作可省略一部分。但车身室内宽度设计中涉及的方法与工作需要明

确。如图9所示，初步布置驾驶员座椅的中心对称线与方向盘的中心线重合，将正视的二维人体模型放置在驾驶员座的H点上，一般采用95％百分位的人体样板，布置中H点的高度由侧视图上取得。作出驾驶员头部位置包络线，考虑到头部与门上梁内表面之间或侧窗玻璃之间应留有必要的间隙，保证人体肩部与侧窗玻璃的间隙，并参考初步确定的驾驶员座处的车身侧围表面宽度，确定出车门结构的断面及位置，以及侧窗玻璃的倾斜度和断面弧度、门上梁的位置。作出侧窗玻璃的升降面，以此面的内侧布置玻璃升降机构，布置车门内板、内饰件和车门扶手(高于H点190mm～203mm)等。由此，车门内表面位置及形状得到确定，校核车门内饰表面与人体肘部、座椅端面和方向盘之间的距离，设计中可适当调整座椅的布置位置和车身侧围的形状及宽度，以使内部空间布置合理。

图9 室内宽度的确定

8 车门布置及上下车方便性

车身侧围车门的开口形状与位置，以及车门的数量直接影响着乘员上下车方便性。如图10所示，本次设计的奥拓微型轿车为四门轿车，在车门布置时，加大车门上横梁与门槛在横向布置上的偏移量，如图11，有利于改善上下车方便性。中立柱（B柱）布置在后座通道的前面，并呈适当的倾斜布置，这样有利于改善后座乘员的上下车方便性。对于前立柱（A柱）应尽量前移，从而加大前座乘员的通道空间。

9 发动机舱、行李舱的布置以及油箱、备胎的布置

9.1发动机舱的布置

以发动机及空气滤清器的高度确定发动机罩的高度和倾斜角度，及发动机罩的纵向轮廓形状。布置发动机罩后端位置，并确定与前围上部的结构关系，在保证发动机油底壳的离地间隙以及发动机等部件与发动机舱内部表面之间间隙的条件下(注意发动机罩内板或加强筋的设计)，降低发动机罩的高度有利于车身前部的造型和驾驶员前方下视野。发动机罩前端高度由散热器的高度决定，并根据风扇的位置确定出面罩的位置及形状。轮罩位置确定后，进行转向拉杆系的布置，防止转向拉杆系的布置同油底壳或其他部件发生干扰，这一点使得发动机和前轮的相对位置受到很大限制。左右翼子板间的宽度与发动机机体宽度、发动机左右侧面安装的电器设备所需空间、前轮悬架系统的结构

尺寸、车轮宽度和转向、跳动空间的大小，以及车身结构尺寸有关。合理布置各部件的位置，使车身前部总宽度满足设计要求。轿车车身宽度应由前舱和座舱两方面决定，即发动机等部件布置和人体布置而定，设计中要协调二者之间的关系。考虑到总装时如果发动机从下部安装，发动机的最宽处 ( 两侧已安装上各种电器 ) 应能通过发动机舱的最窄部位。

图10 车门开口形状及位置设计

图11 车身侧围断面形状与上下车方便性

9.2 行李舱的布置

奥拓微型车的底盘布置形式为FF（前置前驱），对于这种布置形式，车身后部为行李舱。根据整车的造型特色以及后窗下沿的高度确定行李舱盖的高度和轮廓线形状。在车身总长的控制下，确定行李舱的长度和容积 ( 应注意前后保险杠所占用车身长度 )。

初步设计行李舱的容积为660L 。具体布置见制图（车身侧、俯视图）。

9.3 油箱、备胎的布置

对于油箱、备胎的布置，应充分利用空间以保证有足够大的行李舱容积，又要布置

合理，方便备胎的拿取。这一点对于车身越小，就越显得重要。初步设计油箱的容积为30L 。

10 相关的动力性与经济性计算

10.1 动力性计算

轿车的动力性系指汽车在良好的路面上直线行驶时由汽车受到的纵向外力所决定

的所能达到的平均行驶速度。动力性指标包括最高车速max a u 、加速时间t 和最大爬坡度max i 。

10.1.1 计算最高车速

计算时max a u ，

需用到的相关公式包括：

0tq g T

t T i i F r η???=、0

0.377a g r n u i i ?=??、f F G f =?、221.15D

w a C A F u ?=、 其中：t F 为驱动力， f F 为滚动阻力， w F 为空气阻力。

公式中可以查得的相关参数有： 0i =4.529、1g i =3.583、2g i =2.166、3g i =1.333、

4g i =0.900，由于此次设计的07款捷达伙伴 CiX ，车型采用有级机械变速器，故

T η取为0.91， f 取为0.02，D C =0.34，A=1.92m 。对于车轮半径r ，通过查资料可得车轮的轮胎型号为

185/60R14，其中185 表示轮胎的断面宽度为185mm ，60表示扁平率为60%， 14表示轮辋的名义直径为14 英寸，换算成mm 单位为355.6mm 。所以轮胎直径为D=d+2H ，其中d 为轮辋直径，H 为轮胎断面高，而

100%60%H B

?=，故求得H=111mm ，所以D=557.6mm ，即求得r=278.8mm=0.2778m 。

而对于tq T 发动机转矩来说，则是根据07款捷达伙伴 CiX 采用JL368Q3 电喷发动机，

通过查出其转矩特性，然后用最小二乘法拟合得到的多项式。拟合时也采用MATLAB 编程拟合，如图12 所示。

由以上参数便可用MATLAB 编程作出汽车驱动力-行驶阻力平衡图，如图13 所示，在图上便可求得最高车速max a u =130.71km/h 。

图 12 发动机转特性拟合曲线

图 13 汽车驱动力-行驶阻力平衡图

10.1.2 计算最大爬坡度max i

计算max i 需用到的公式有：

()i t f w F F F F =-+ 、0tq g T

t T i i F r η???=、0

0.377a g r n u i i ?=??、f F G f =?、221.15D w a C A F u ?= 02sin 21.15tq g T

D a T i i C A G G f u r ηα???????=-?+? ???

、()arcsin t f w F F F G α-+=、tan i α= 根据上述公式用MATLAB 编程作出汽车的爬坡度图，如图14，即可求出最

大爬坡度max i =34.5%。

图 14 汽车的爬坡度图

10.2 经济性计算

在保证动力性的条件下，汽车以尽量少的燃油消耗量经济行驶的能力，称作汽车的燃油经济性。燃油经济性的指标是百公里燃油消耗量，为了方便起见，这里只计算等速行驶时（40km/h ）的百公里燃油消耗量，而这个指标也具有代表意义。对于此计算，首先根据JL368Q3 发动机的万有特性图查得对应于a u =40km/h ，阻力功率f w

e T P P P η+= 时的燃

油消耗率b （g/（kw.h ））。这就得首先计算e P ，由公式31360076140a D a e T G f u C A u P η??????=+ ???

可得

Pe=

kw =2.7554kw 。这样就可在万有特性图上查得对应的b=420 g/（kw.h ），再由公式

1.02s a P b Q u g

ρ?=???，其中ρ为燃油的密度（kg/l ）；g 为重力加速度（2/m s ），对于汽油发动机再此取为7.05N/L g ρ?=，所以s Q =

10.3 动力性和经济性计算结果的正确性检验

对于此次奥拓微型轿车动力性和经济性的计算，计算结果分别为：最高车速

max a u =130.71km/h ；最大爬坡度max i =34.5%；等速行驶时（40km/h ）的百公里燃油消耗量s Q =4.023 L/100km 。而查询相关的资料可以知道该车型对动力性和经济

性的要求分别为：最高车速max a u ≥120km/h ；最大爬坡度max i ≥30%；等速行驶

时（40km/h ）的百公里燃油消耗量s Q 为4 L/100km 。故可知本次的奥拓微型车

车身总布置设计动力性和经济性合格。

11 结论

通过本次的毕业设计，我对自己所学的有关专业知识有了更深和更广泛的了解和掌握，并且对于运用自己所学的专业知识来进行初步的设计和计算工作有了初步的尝试和实践，这为我以后参加工作从事专业方面的设计工作打下了坚实的基础和铺垫。在有关我这次进行的奥拓微型车车身的总布置设计中，我得到了很多宝贵的经验和收获。

下面就谈一下我在其中所获得的结论和感悟：首先，对于轿车车身总布置设计应有很深入的了解，轿车车身总布置设计是车身概念设计的重要内容。由于车身总布置设计是否合理，将直接影响着轿车的使用性能，因此在设计之前应进行整车的总布置设计，整车总布置提供了汽车的长、宽、高、轴距、轮距等的尺寸、轴荷分布范围以及水箱、动力总成、前后桥、传动轴与车轮等的轮廓尺寸和位置。据次此再进行车身的总布置设计，包括初步确定前、后悬的长度，前后风窗位置和角度、发动机罩高度、地板平面高度、前围板位置、座椅布置、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，然后绘制轿车车身总布置图。其次，在总布置设计的过程中很重要的一点就是驾驶室的布置和乘客室内空间的布置，对于这项设计工作应采用人体工程学的方法来进行，因而人体工程学就显得格外的重要，人体工程学在车身总布置设计中的运用包括：人体尺寸和人体模型、人体的舒适姿势、人体的操纵范围、驾驶员眼椭圆以及人体头部位置包络线等。在进行驾驶室的布置和乘客室内空间的布置的过程中应充分利用这些现有的数据和资料，然后结合自身车型的特点和要求进行布置设计。再有，就是设计完要进行相关的动力性和经济性的检验以验证是否符合要求，对于这项工作应严格按照设计好的轿车车身参数进行计算，若计算出的结果不符合要求，应及时设计尺寸和相关的布置形式。本次车身总布置设计设计的捷达车身与原车身的布置形式相比大部分是一致的，只不过在车身外形设计上更注重空气动力学的优化设计，比如发动机采用更大的过渡圆角，后风窗倾斜角加大为60°，均可以降低空气阻力系数Cd，从而提高了整车的动力性和经济性；而在内部布置方面，则进一部降低了地板的高度，以增大内部空间，方便车身室内的布置，为驾驶员和乘客节省出更多的活动空间，提高了乘坐的舒适性，同时由于地板高度的降低也提高了操纵稳定性。

由于设计参考资料的有限以及一些车身布置设计工作复杂程度较高，故本次设计中还存在一些问题，如驾驶室内具体各操纵件的布置和仪表台的设计须参考手伸及界面的相关表格而这些表格有些无法查到，再加上具体的位置是三维模型点无法在二维图上表示出来，故这项工作已省去，只做了相关介绍。还有就是在动力性计算中，由于旋转质量换算系数的缺失，故无法进行有关加速时间的计算，希望这些能在以后的研究中加以完善。

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