汽车车身结构与设计(3)

3-1轿车的总体布置设计一、轿车车身总布置原则1)乘坐舒适性、操纵轻便性、温度调节性、视野性、安全性等方面的要求。2）整车的经济性和行驶稳定性空气动力性要求。3)对底盘各总成、发动机及电气设备的良好的接近方便性，维修保养方便性。4)在满足性能要求的前提下，尽减轻车身质量，并具有良好的冲压焊接、装配及涂装工艺性。5)按照汽车的级别、用途及法规选择各种车身附件，同时确定必装件与选装件。6)尽量扩大车内空间，尤其是要尽量增大宽度方向的尺寸。7)确保良好的密封、通风换气、隔音、隔热及防振等性能。8）必须满足国际、国内有关的各种法规和标准要求。9）充分考虑车型的系列化、通用化。二、轿车车身布置与底盘布置型式的关系前置后驱（FR）前置前驱（FF）中置后驱（MR）后置后驱（RR）全轮驱动（nWD）前置后驱（FR）国内外大多数货车(含皮卡)、部分轿车(尤其是高级轿车)和部分客车都采用这种驱动型式，但采用该型式的小型车很少。前置后驱（FR）采用了前置后驱驱动型式的整车具有如下优势：1．在拼合良好的路面上启动、加速或爬坡时，驱动轮的负荷增大(即驱动轮的附着压力增大)，其牵引性能比前置前驱型式优越；2．轴荷分配比较均匀，因而具有良好的操纵稳定性和行驶平顺性，并有利于延长轮胎的使用寿命；3．发动机、离合器和变速器等总成临近驾驶室，简化了操纵机构的布置；4．转向轮是从动轮，转向机构结构简单、便于维修。前置后驱（FR）同时，FR型式具有如下的弊端：1.由于采用传动轴装置，不仅增加车重，同时降低动力传动系的传动效率，影响了燃油经济性；2.纵置发动机、变速器和传动轴等总成的布置，使驾驶室空间减小，影响乘坐舒适性；同时，地板高度的降低也受到限制；3．在雪地或易滑路面上启动加速时，后轮推动车身，易发生摆尾现象。前置前驱（FF）这是轿车(含微型、经济型汽车)上比较盛行的驱动型式，但货车和大客车基本上不采用该型式。这种布置形式目前主要在发动机排量为2.5L以下的乘用车上得到广泛应用。前置前驱（FF）采用了前置前驱驱动型式的整车具有如下优势：1．省略传动轴装置，减轻了车重，结构比较紧凑；2．有效地利用了发动机室的空间，驾驶室内空间较为宽敞，并有利于降低地板高度，提高乘坐舒适性；3．发动机靠近驱动轮，动力传递效率高，燃油经济性好；4．发动机等总成前置，增加前轴的负荷，提高了轿车高速行驶时的操纵稳定性和制动时的方向稳定性；5．在积雪或易滑路面上行驶时，前轮牵拉车身，有利于保证方向稳定性；6．行李箱布置在汽车后部，所以有足够大的行李箱空间。前置前驱（FF）采用了前置前驱驱动型式的整车具有如下缺点：1.启动、加速或爬坡时，前轮负荷减少，导致牵引力下降；2.前桥既是转向桥，又是驱动桥，结构及工艺复杂，制造成本高、维修保养困难。3.前桥负荷较后轴重，并且前轮又是转向轮，故前轮工作条件恶劣，轮胎寿命短。中置后驱（MR）是大多数运动型轿车和方程式赛车所采用的型式。此外，某些大、中型客车也采用该型式中置后驱（MR）采用了中置后驱驱动型式的整车具有如下优势：对于运动型车1．可获得最佳的轴荷分配，操纵稳定性和行驶平顺性较好2．发动机临近驱动桥，无需传动轴，从而减轻车重，具有较高的传动效率。3．重量集中，车身平摆方向的惯性力矩小，转弯时，转向盘操作灵敏，运动性好。对于大、中型客车具有车厢内的面积利用率较高、车内噪音小、传动轴短、传动效率高等优点。中置后驱（MR）采用了中置后驱驱动型式的整车具有如下缺点：对于运动型车1.发动机的布置占据了车厢和行李箱的一部分空间，通常，车厢内只能安放2张座椅。2.对发动机的隔音和绝热效果差，乘坐舒适性有所降低。对于大、中型客车1．发动机需要特殊设计，且其冷却和防尘不易。2．远程操纵机构复杂，维修保养不便。3．地板高度难于降低。后置后驱（RR）是目前大、中型客车流行的布置型式，少数微型或普及型轿车也采用该型式后置后驱（RR）采用了后置后驱驱动型式的整车具有如下优势：1．重量集中于汽车的后部，发动机距驱动轴很近，因而驱动轮负荷大，启动加速时牵引力大，且传动效率高，燃油经济性好。2．有利于车身内部布置，车厢内的面积利用率高。3．易于将发动机与车厢隔开，减少车厢内的振动和噪声，乘坐舒适性良好。4．可在地板下设置容积很大的行李仓。后置后驱（RR）采用了后置后驱驱动型式的整车具有如下缺点：1.前轮附着力小，高速时转向不稳定，影响了操纵稳定性。2.水箱布置困难，不利于发动机的散热。3.发动机防尘困难。4.发动机和变速器等总成远离驾驶员，远程（Remote）操纵机构的布置较复杂。5.故障不宜及时判别，维修保养困难。全轮驱动（nWD）全轮驱动，是指汽车的总布置型式为全部车轮都是驱动轮。一般来说，发动机安装在汽车的前部（也有的在汽车的中部），一般在越野车和部分轿车上使用全轮驱动（nWD）全轮驱动也分两种形式：一种是全时全轮驱动，即全部时间都是全轮驱动；另一种是短时全轮驱动，它可以切断某个桥的动力，以减少燃料消耗和磨损，只在需要时再使用全轮驱动。过去只有越野车采用4轮驱动，一般的越野车，变速器后面装有手动分力器，前后车轴各装一个称为驱动桥的部件。变速器输出的扭矩通过分力器和传动轴，分别传递到前后车轴上的驱动桥，再通过驱动桥将扭矩传递到轮子上。现在有些轿车也用上4轮驱动装置，比如奥迪A4quattro、欧蓝德4驱版。现在轿车的马力都比较大，加速时重心后移，全车重量就会向后轴移动，造成前轴轻飘。前轮驱动的轿车即使在良好的路面上也会打滑，4轮驱动就可以防止这种现象发生。全轮驱动（nWD）采用了全轮驱动驱动型式的整车的主要优点是良好的驾驶操控性和行驶性，缺点是比较废油，经济性不好二、动力总成的布置动力总成包括发动机、离合器与变速器或发动机与液力变扭器。1.估算轴荷分布。（FR轿车满载时最理想的轴荷分布为前轴48%~49%，后轴52%~51%；FF的轴荷分布正好相反）。2.离地间隙值。3.前悬架和转向传动机构的布置4.一般发动机倾斜方向三、地板凸包(传动轴通道)和传动轴的布置为了保证车身地板凸包的高度最小以及后座凸包上的座垫有足够的厚度，通常采取在垂直平面内将传动轴布置成U形的方案(图3-4)，这样可以降低传动轴的轴线，同时又能保证动力总成的外廓不致减小离地间隙，而且万向节叉轴线之间的夹角也不致超过允许值。凸包与中间传动轴部分之间的最小间隙一般可取：10~15mm。在绘出传动轴的最高轮廓线之后，即可据此决定传动系以上的凸包线。进一步即可确定地板平面，在FR的轿车上，根据车身承载型式的不同，可绘出地板总成的横截面。由于传动轴作前述布置，所以前后地板往往形成不大的阶梯。确定地板平面车架或地板总成的形式取决于纵梁沿宽度方向的布置。地板高度取决于离地间隙以及纵梁和横梁的截面高度。降低轿车的地板平面的措施1、减小纵梁高度2、后桥上面的一段纵梁做成向上弯的形状3、后桥采用双曲面齿轮传动以降低传动轴等。车身中部仍免不了出现凸包，以致影响后作成员的舒适性，其他两种布置形式（FF、RR）就不存在这个问题。图3—7降低车身地板平面的措施a)x形车架b)周边式车架c)双曲面齿轮传动，传动轴分为两段d)前置前驱动e)后置后驱动四、轮罩外型尺寸的确定和踏板的布置为了绘制前轮表面，应先确定车轮跳动到极限位置和最大转向角时所占有的空间。由于车轮转向时并不占用轮罩中部，为了充分利用空间，可以将其做成嵌入轮罩内的凹部，腾出来的这一部分空间就可以用来布置离合器踏板或安放坐垫的最宽部分，这样就容许座椅降低或前移。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以容纳司机的左脚，因此，轮罩最好不凸出乘客室内。离合器踏板制动踏板油门踏板布置在地板凸包与车身内侧壁之间。在离合器踏板左侧，应当留出离合器不工作时可以放下左脚的空间。油门踏板一般比制动踏板稍低，要求油门踏板与制动踏板之间留有大于一只完整鞋底宽度（60mm）的距离。德国推荐的确定踏板布置的尺寸关系d-离合器踏板所占空间e-制动器踏板所占空f-油门踏板所占空间g-转向管柱推荐的尺寸：a=130mmb=60mmc=70mmd=260mme=200mmf=170mm五、车身内部布置车身的内部布置要保证安全性又要考虑舒适性，因此，要充分利用人体工程学的知识。除专用车以外，一般车辆内部布置均可按成年人的人体尺寸来考虑。人体基本尺寸见表3-1序号测量项目男女均值标准差均值标准差1身长1688.2581.831586.1751.292眼高1585.3261.611480.2576.023肩高1420.9854.351320.2660.964座高896.5336.12848.5231.585坐姿眼高79474.36肘到座平面245.2341.81238.6325.637上肢前伸长837.7836.81784.5037.988拳前伸长730.8747.07688.8436.799大臂长269.2116.36260.7419.7910小臂长247.0813.22225.9317.0311手长192.539.46179.009.5212肩宽426.3220.35391.7121.6713臀宽333.7522.62394.7123.9914下肢前伸长1015.9158.91976.7950.8415大腿长422.4828.44409.2135.3916小腿长401.3421.57368.6022.2117足高70.695.4665.786.9418膝臀间距550.7827.49527.7731.2819大腿平长422.9223.31431.7630.3420膝上到足底515.0824.67479.8923.6121膝弯到足底405.7919.49382.7720.83车身设计师可根据表3-1所列人体基本尺寸，制作由赛璐珞或有机玻璃、密实的纸板或胶合板裁制成的人体外形(侧面)样板(图3-12)，其比例为1：5和1：1。在外形样板各段连接处装有铰链，以便于使该样板在相同比例的图板上能处于各种不同位置，如操纵方向盘的坐姿，仰靠的坐姿等等，借以在图纸上校核内部布置尺寸是否合适。实际感受和试验都表明：乘客座椅靠近车身的中部振动最小，一般可取后座控制点(即座垫与靠背的拐点)到后轴的距离m作为评价其乘坐舒适性的指标之一(参见图3—13)。座椅尺寸基本上定下来以后，即可确定顶盖的初步轮廓，顶盖后端可由后座中间乘客头部来控制，亦即按上述座椅至顶蓬的距离i加上隔热材料层20～30mm。驾驶姿势对人体各部分夹角的合理范围人体样板(第95百分位的A=460mmB=456mm)图3-14座椅在中间位置时驾驶员最适宜的几何比例关系转向装置的布置（1）转向盘的位置布置应考虑的问题保证驾驶员能舒适地进行转向操作；（考虑转向盘平面与水平面之间的夹角）以取得转向盘前部盲区距离最小为佳；转向盘不应影响驾驶员观察仪表；照顾到转向盘周围（如风挡玻璃等）有足够的空间。布置应考虑的问题避免悬架运动与转向机构运动出现不协调现象；（转向器布置在前钢板弹簧跳动中心附近）防止转向盘后移伤及驾驶员；要求转向轴在水平面内与汽车中心线之间的夹角不得大于5°（影响踏板的布置和驾驶员腿部的操纵动作）较高的传动效率（转向摇臂与纵拉杆和转向节臂与纵杆之间的夹角布置）（2）转向器的位置制动系布置制动踏板的位置更靠近驾驶员，且制动踏板操纵轻便。传力杆件运动无干涉和死角，不能车轮跳动时自行制动。制动管路布置平行管之间的距离不小于5mm，或者完全束在一起；交叉管之间的距离应不小于20mm；不要将管子布置在车架纵梁内侧下翼上；（积水）六、轿车外廓尺寸的确定a、H点和R点H点定义：实车测得躯干与大腿相连的旋转点“胯点”位置H点的位置决定了与驾驶员操作方便、乘坐舒适相关的车内尺寸的基准R点定义：座椅调至最后、最下位置时的“胯点”以R点作为设计参考点测定的H点不超出以R点为中心的水平边长30mm、铅直边长20mm的矩形方框内范围；靠背角与设计值之间差值不大于3°。要求：b、顶盖轮廓线的