车辆工程毕业设计79轿车车身内部布置Word格式.docx

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3.3后视镜和仪表盘布置要求12

第4章轿车车身设计硬点及应用14

4.1设计硬点的意义14

4.2人体姿态舒适性相关的主要硬点的确定14

4.3人体乘坐空间主要硬点尺寸16

4.4车身布置主要硬点16

4.5本章小结18

结论20

致谢21

参考文献22

附录123

附录225

第1章绪论

1.1课题的提出

轿车车身内部布置是轿车概念设计阶段中最关键部分，轿车车身内部布置的特点是需要确定的内部布置参数和车身硬点数目繁多，空间关系和约束条件复杂，实现方法和评价指标没有明确的法规和标准，这使得设计方案具有多解性、经验性和综合性的特点。

目前人机工程学在轿车车身内部布置中的应用日趋广泛和成熟。

利用人机工程学原理进行车身设计可以满足现代轿车驾驶操纵性、乘坐舒适性、上下车方便性等方面的要求。

人机工程学以人（驾驶员、乘客）为中心，在布置设计方面从人体的生理、心理和人体的运动规律出发，研究布置方面如何适应人的需要，能够设计出一个操纵方便、舒适安全的驾驶环境和乘坐环境，因此结合人体工程学进行车身内部布置设计，认真详细地对车身内部布置设计方法进行总结和归纳，成为现代轿车企业成功研发新车型的关键。

我国的大部分轿车行业已经从过去传统落后的设计制造方法过渡到了现代以数字化设计为主的时代，并在流程中引入了强度校核、碰撞模拟以及运动仿真等。

但大部分的CAD软件由于设计和开发手段相对落后等各方面原因的限制没有真正发掘CAD巨大潜力以提高设计开发效率。

现在国内外很多轿车制造业内部已经在AUTOCAD、CATIA、UG等软件平台上开发了车身总布置系统，并形成了一套完整的轿车车身内部布置理论和方法。

但依然存在着盲目使用国外的SAE、ISO等标准进行车身室内布置，没有一套完整的适合国内轿车车身设计的标准。

我国的人机工程学正处于初始发展阶段，目前只做了一些基础性工作如对人体尺寸的测量统计和分析。

因此我国的人体工程学研究还有待于更加进一步的深入和发展。

本论文依据人机工程学原理，结合相关资料和教材，介绍了轿车内部布置的基本要求和步骤，对轿车的内部布置设计提供参考，并具有一定的意义。

1.2人机工程学在轿车车身内部布置上的应用

在内部布置设计过程中，重点工作是确定决定车型技术水平和造型风格的总布置尺寸。

在内部布置方案的确定过程中，必须以满足人机工程要求为原则把乘坐舒适性、安全性、操作方便性、上下车方便性等作为主要因素考虑。

人体工程设计的基本要求是操纵方便和舒适性，即尽最大可能的满足不同身材和姿势的驾驶者对操纵件的手足伸及性与姿势舒适性以及视野性的要求。

人机工程设计主要借助于SAE的方法和工具。

在轿车设计中的应用有如下几方面：

1．上下车方便性；

a车门开度角、车门通道尺寸

b车门框口尺寸

c车门的高度、宽度和厚度尺寸

d乘员入座后手伸及关门把手的尺寸

2．车内部空间尺寸和座椅轮廓尺寸

a前、后H点的位置及前H点的调节范围

b头部空间尺寸

c前、后排座乘坐空间

d后座舒适性尺寸

3．驾驶员视野设计

a直接前方地面视野

b交通灯视野

cA柱障碍角

d外后视镜视野

e仪表板视野

4．驶员操纵方便性

a脚踏板（油门踏板、制动踏板）的位置和活动空间

b手操纵杆（换挡杆、手制动杆）

c驾驶舱内服务元件（空调、收音机、转向开关、灯光开关等）

1.3本文研究内容

深入研究了车身内部布置工具的基本原理、相关标准、设计参考值及评价指标等，包括百分位的选择、H点的确定与座椅调节范围、操纵方便性、眼椭圆、汽车内部空间尺寸确定、上下车方便性、视野设计。

并进行了实际车型的应用设计。

从新车设计的具体要求出发，结合人机工程学的方法较好的完成了新车型车身内部布置。

运用车身总布置工具对整车视野、室内空间及操纵性如人体舒适性、风窗玻璃刮扫区域、A柱障碍角及仪表视野等进行了校核并分析。

最后，在实际工作过程中，学会运用人机工程学进行简单的轿车内部布置，对于人机工程设计、轿车内部布置设计有一定的指导意义。

1.4本章小结

本章对车身内部布置设计方法及内容、人体工程学在轿车车身内部布置的应用作了简要的叙述，最后对本课题的主要内容和意义做了阐述。

第2章基于人机工程学的轿车车身内部布置工具

在轿车设计中，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、视野性的要求。

为了达到以上性能，SAE、ISO等设计标准定义了轿车驾驶员的眼睛、头部、肢体上与车身布置有关的人体特征点。

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。

它们包括眼椭圆、头廓包络线（面）、手伸及界面等。

除人体模型外，其他设计工具都是驾驶员人体特征点（轿车驾驶员的眼睛、头部、胯部上一些与车身设计有关的特殊点）在车身坐标系中的分布图形，这些分布图形已经被做成现成的样板以供内部布置使用，所以本章主要介绍人体模型、眼椭圆、乘员及驾驶员的头廓包络线（面）。

2.1人体模型

以人体参数为基础建立的人体模型是描述人体形态特征和力学特征的有效工具，是研究、分析、评价、人机系统不可缺少的辅助手段。

用于车身设计的H点人体模型是轿车车身内部布置的重要工具之一。

利用人体模型可以进行乘舒适性校核，可以检查踏板、方向盘、座椅等部件布置的合理性。

对于轿车内部空间如头部空间、膝部空间、肩部空间、肘部空间等都要用人体模型来检查。

中国人体模型：

中国人体模型分为四个身高等级，分别为女子第5百分位，男子第5百分位（相当于女子第50百分位），男子第50百分位（相当于女子第95百分位），男子第95百分位。

按照不同的用途来分类包括：

二维杆系人体模型、二维平面人体模型、三维人体模型，如下列图所示：

图2-1二维杆系人体示意图图2-2二维平面人体示意图图2-3三维人体模型示意图

2.2眼椭圆

轿车驾驶员眼椭圆是指不同身材的驾驶员按自己的意愿将座椅调整到适意位置并以正常的驾驶姿势入座后，他们的眼睛位置在车身坐标系中的统计分布图形。

由于统计分布图形呈椭圆状，因此被称为驾驶员眼椭圆。

驾驶员眼椭圆的确立为研究轿车视野性能提供了科学的视野原点基准。

眼椭圆的中心位置、长短轴的长度和方向，与车辆类型、SgRP（H）点位置、座椅水平调节量、驾驶员比例都有关系，如图2-4所示：

图2-4三维眼椭圆示意图

适合中国人的A类车、可调节座椅眼椭圆尺寸根据中国人体数据（男女比例为1：

1；

男子平均身高为1710毫米，女子平均身高为1580毫米）计算，可以得到适合中国人的A类车、可调节座椅眼椭圆尺寸，参见表2-1。

表2-1适合中国人的A类车可调节座椅眼椭圆尺寸

百分位

TL23/mm

长轴Lx/mm

短轴Ly/mm

竖轴Lz/mm

95th

1-133

>

133

173.8

206.4

60.3

93.4

99th

242.1

287.1

85.3

132.1

眼椭圆在车身坐标系下按以下方式定位：

函数关系表达式：

β=12°

X=664mm+0.587（L6）—0.176（H30）—12.5t

Y=W20±

32.5mm

Z=638mm+H30

其中：

L6：

方向盘中心到PRP（踩点）的X方向上的距离；

W20：

座椅中心平面的Y坐标；

H30：

SgRP与AHP（踵点）在z方向上的高度差；

t：

变速器类型（1：

手动、有离合器踏板；

O：

自动、没有离合器踏板）。

侧视图中与眼椭圆中心坐标布置相关的因素见图2-5：

图2-5侧视图中与眼椭圆中心坐标布置相关的因素

眼椭圆的应用

眼椭圆是轿车视野设计的基础，但只有与视线（切线）一起使用方有意义。

以驾驶员前方下视野设计为例，进一步说明应用眼椭圆进行视野设计的原理。

如图2-6若要驾驶员前下视野不被发动机罩、前风窗下边缘、仪表板上边缘或转向盘上缘所阻挡，并能看到车头前方一定距离d以外的路面，通常的做法是：

在侧视图上，从地面上距离车头d处的一点Pd作95百分位眼椭圆的下切线Ld，则眼睛位置落在切线Ld上方的概率是95%。

如果使发动机罩、前风窗下边缘、仪表板上边缘和转向盘上缘都在切线Ld的下方，就能以95%的概率保证驾驶员的眼睛不被上述物体遮挡而能看到Pd点前方的路面，从而满足上述视野要求。

以SAE眼椭圆为理论依据，可进行如下视野设计内容：

内外视镜布置，驾驶员前方视野的设计和校核，车身A、B、C柱盲区的计算，仪表板上可视区的确定，刮水器布置和刮扫区域校核，以及遮阳带位置的确定等。

图2—6利用眼椭圆进行驾驶员前方视野设计的原理

本毕业设计眼椭圆的定位尺寸记算：

X=664mm+0.587（L6）-0.176（H30）-12.5t

=664mm+0.587×

535mm-0.176×

299mm-12.5×

=975mm

32.5mm=350mm±

32.5mm=382.5mm/317.5mm

Z=638mm+H30=638mm+299mm=945mm

2.3乘员及驾驶员的头廓包络线（面）

平均头廓线是由美国工程师协会SAE根据第50百分位身材的男女驾驶员及乘员头部特征点，在车身坐标系中的位置统计而得出的两条圆弧（侧视图、后视图），用于表示乘坐状态下的头部外廓线。

如图2-7所示：

图2-7SAE平均推荐头廓线

图2-7中的坐标轴X、Y、Z是头廓线的自身坐标系，眼椭圆样板上的自身坐标系与头廓线样板上的自身坐标系是同一坐标系。

这是因为头廓包络线是以眼椭圆为轨迹而形成。

头廓包络线是指不同百分位的驾驶员和乘员在乘坐状态下头廓的包络线。

将头廓线样板上的眼点沿着眼椭圆样板上的上半部眼椭圆运动，并保持两样板上的自身坐标系平行，描绘出头廓线运动时的包络线便是头廓包络线（图2－8）。

头廓包络线分为两种形式一种为座椅可调节式的头廓包络线，另一种为座椅不可调节式的头廓包络线。

前者适合驾驶员的头部位置和头顶空间的设计，后者适合于后排乘员的头部位置和头顶空间的设计。

图2－8侧视图中头廓包络线与眼椭圆的关系

考虑三维空间时，当将头廓线样板上的眼点沿着眼椭球运动，描绘出头廓线运动时的包络线便形成了三维头廓包络面。

考虑到驾驶员随轿车的振动，推荐头廓包络线形成的面以头廓包络面中心为基准向车外偏23毫米，驾驶员头廓包络面形状确定可表2-2示：

表2-2三维驾驶员头廓包络面数据

三维头廓包络面按如下方式定位：

（1）首先按照前述步骤确定眼椭圆中心，按表2-3对头廓包络面进行初步定位：

表2-3三维驾驶员头廓包络面中心与眼椭圆关系

座椅行程（TL23）

Xh

Yh

Zh

133mm

90.6

52.6

≤133mm

89.5

45.9

85.4

42.0

（2）然后按下述公式分别求出可调节座椅和不可调节座椅的头廓包络线中心（图2－9）：

可调节座椅：

β=12°

X=664mm+0.587（L6）–0.176（H30）–12.5t+Xh

Y=W20

Z=638mm+H30+Zh

不可调节座椅：

X=640mmsinδ+X

Z=640mmsinδ+Zh

式中：

Xh和Zh从表2-3中确定选取；

L6方向盘中心到PRP（踩点）的X方向上的距离；

W20座椅中心平面的Y坐标；

H30SgRP与AHP（踵点）在z方向上的高度差；

t变速器类型（1：

0：

头廓包络线主要用于确定驾驶员和乘员的头部空间，以便校核或设计顶盖高度和宽度。

SAE为此定义了两个关键尺寸H61、H63，分别为前排座椅有效头部空间尺寸和后排座椅有效头部空间尺寸。

根据有效头部空间（经验值H61介于900～950mm之间，H63比H61略小20mm）和顶盖内饰板厚度经验值15～25mm）以及顶盖造型，就可以由外向至内的确定H点高度，也可以进行由内至外的顶盖高度设计。

头廓包络线侧视图头廓包络线后视图

不可调节座椅

头廓包络面侧视图头廓包络面后视图

可调节座椅

图2－9头廓包络线与头廓包络面

本设计采用可调节座椅，头廓包络线中心定位尺寸为：

X=664mm+0.587（L6）–0.176（H30）–12.5t+Xh

=644mm+0.587×

535mm-0.176×

299mm-12.5×

0+90.6

=1040mm

Y=W20=350mm

Z=638mm+H30+Zh

=638mm+299mm+52.6

=989.6mm

2.4本章小结

本章详细的叙述了最新版的轿车内部布置中常用的布置工具的概念、建立方法、定位及应用，主要有人体模型、眼椭圆、头廓包络线等。

对于轿车舒适性检验、车身内部空间的设计与校核、驾驶室内操纵件的布置、视野设计与校核等都要借助于这些设计工具来进行。

第3章车身内部布置方法的应用

3.1轿车车身内部总布置设计过程

轿车车身内部布置是根据各总成型式和整车性能的要求，确定车身内部尺寸，驾驶员与乘客的操纵与乘坐空间，驾驶室各种部件和附件位置参数，以满足相关的各项性能及法规要求，并协调各种性能指标之间的矛盾，实现总体优化的布置过程；

轿车车身内部布置可以理解为在满足一定约束条件下，对其进行方案布置优化的设计过程。

需确保驾驶员与乘员的舒适性、上下车方便性、安全性，以及驾驶员的操纵方便性、视野性等。

它涉及到人机工程学、统计学等学科，体现的“以人为中心”的人-机-环境和谐的设计思想。

轿车车身内部布置过程如下：

1、深入理解整车总布置方案，熟悉底盘、电气系统的结构特点，对竞争车

型相关数据进行三坐标测量、总结和归纳，初步确定所设计车型与人机相关数据的目标值。

2、根据已搭建的底盘平台、地板、前隔板和通风罩板的位置初步确定踏板组、方向盘的中心位置及角度等参数。

3、运用踏板组和地板的相对关系，确定踵点的位置；

进行二维人体模型初步布置、建立车身内部布置工具包括眼椭圆、三维头廓包络面和手伸界面等。

4、调用SAE5%成年女性和95%成年男性人体模型，由SAE推荐的适意线或区域法来确定SgRP点位置及座椅调节行程（上下和前后）、靠背角等相关尺寸。

5、根据SgRP点位置调用头廓包络线及眼椭圆，结合内部空间控制尺寸，确定头部空间尺寸H61和H63、前后排乘坐空间、横向空间尺寸、顶盖的位置。

以及完成对车身内部宽度的确定；

再根据眼椭圆确定视野，从而定出前后风窗的倾角；

调出手伸及界面等设计布置工具设计仪表盘的断面形状、仪表盘平面角度及操纵件的布置。

6、针对以上布置进行综合分析、协调和优化，验证是否满足已设定的目标值和布置的合理性。

3.2人体模型的布置过程

通常情况下，人体布置一般采用二维与三维相结合的布置方法，所以本文采取如下布置过程：

1、选择适宜的人体样板，包括百分位和比例等。

本设计采用95%成年男性人体样板，比例采用1：

5。

2、画出加速踏板位置、地板线（先以水平线代表），确定出踵点的位置。

方法是运用以加速踏板中心为圆点，以203mm为半径的圆与地毯上表面的交点即为踵点。

注意确定踵点时要考虑地毯的厚度和压缩量（一般40%）。

3、按选定的人体模型样板以踵点为布置基准，将人体驾驶姿势摆放在车身布置图上，使人体的躯干和上、下肢处于最佳的活动范围和角度关系。

4、SAE5%成年女性和95%成年男性人体模型，由SAE推荐的适意线或区域法来确定SgRP点位置及座椅调节行程（上下和前后）、靠背角等相关尺寸，考虑座椅靠背的压缩量与厚度等因素，确定出前座舱的最后设计界限。

5、比较百分位人体布置的各关系角度变化和坐姿位置变化情况，由此确定各H点位置和座椅调节行程是否合适。

6、分析在加速踏板的全程运动中，人体姿势的变化情况。

7、画出百分位人体布置的腿部轮廓线，供设计伸腿空间用。

8、后排座人体布置方法与上述类似，只是一般布置95％百分位人体即可，着重考虑搁脚位置、姿势和腿部空间。

3.3后视镜和仪表盘布置要求

1、内外后视镜的布置

应该充分考虑人眼的视野特性，以尽量靠近驾驶员直前视线为宜。

人机工程学推荐后视镜在水平方向的位置应该处于驾驶员直前视线左右各60°

范围内，在垂直方向的位置应该处于驾驶员直前视线上下各45°

范围内。

为避免车后交通信息频繁的映入驾驶员眼内而干扰其注意力，造成驾驶员工作紧张，上述角度可以适当减小。

对于左后视镜，一般推荐镜中心与左眼点连线（或左眼椭圆切线）与驾驶员直前视线的夹角不大于55°

。

一般驾驶员对右后视镜的观察次数远少于左后视镜，可以允许驾驶员偶尔强制转动眼睛和头部来观察右侧后视镜。

故本设计考虑到驾驶员的疲劳问题，选取镜中心与左眼点连线与驾驶员直前视线的夹角为45°

2、方向盘和仪表盘的视野性布置

方向盘主要考虑方向盘平面与水平面的夹角（经验数据：

15°

～30°

）、

方向盘下缘与座椅上表面距离（（经验数据：

170～200）、在仪表板上形成的盲区最小并具有合适的操舵力特性。

仪表板特征盲区参照ADR18和SAEJ94等标准求作，本设计方向盘平面与水平面的夹角为22°

仪表盘布置方法和经验数据总结如下：

（1）、仪表盘的中心点确定：

将方向盘中心和眼椭圆中心点连线，按标准视距推荐值（最佳视距550mm、最大视距711mm）确定。

注意仪表盘的中心点和眼椭圆中心点的连线与水平线的夹角应该在30°

考虑驾驶员能够清晰的看见仪表的指示信号，本设计方向盘中心和眼椭圆中心点连线距离为700mm，仪表盘的中心点和眼椭圆中心点的连线与水平线的夹角为22°

（2）、仪表盘平面确定：

方向盘中心和眼椭圆中心点连线与仪表盘平面的夹角应在90°

±

10°

范围内，仪表盘平面与水平面夹角应在60°

～75°

选取方向盘中心和眼椭圆中心点连线与仪表盘平面的夹角为75°

，仪表盘平面与水平面夹角为68°

第4章轿车车身设计硬点及应用

4.1设计硬点的意义

设计硬点是总布置设计过程中，为保证零部件之间的协调和装配关系，及造型风格要求所确定的控制点（或坐标），控制线，控制面及控制结构的总称,俗称设计硬点，轿车车身总布置实际上是确定车身各部分之间的硬点关系，硬点是轿车零部件设计和选型，附件设计及车身设计的最重要的各项目组公共认可的尺度和设计原则。

这是使项目组分而不乱，并行设计的重要方法。

一般确定后不要轻易调整，如需调整设计硬点，需得到所有子项目组认可或协商.常用的设计硬点包括整车尺寸参数如轮距、轴距；

底盘及零和控制点等等。

轿车车身内部的各种硬点之间的约束数目众多，关系复杂，评价指标模糊。

其中很多硬点的确定是依靠设计者的经验而确定。

因此在设计一种车型时，硬点尺寸对于设计有很大的帮助意义。

车身硬点的代号、定义、测量方法：

代号采用大写英文字母+数字的形式，如H30；

其中大写英文字母和数字的含义如下：

W—宽度方向的尺寸；

H—高度方向的尺寸；

L—长度方向的尺寸