汽车姿态研究.doc
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1、重庆大学本科学生毕业设计(论文)汽车姿态研究学 生: 学 号:指导教师:校外指导教师: 专 业:机械设计制造及其自动化重庆大学机械工程学院二O一二年六月Graduation Design(Thesis) of Chongqing UniversityVehicle Attitude ResearchUndergraduate: Supervisor: Lecturer Assistant Supervisor: Major: Mechanical Design and Manufacture and AutomationCollege of Mechanical EngineeringChon
2、gqing UniversityJune 2012摘 要整车姿态具体指汽车基于地面在各种状态下的前后倾角、车身与轮系及地面各方间隙、腰线、窗台线与整车的比例关系等。整车姿态设计是汽车设计过程中的一个重要步骤。汽车姿态参数设计合理,才能更充分发挥汽车的性能,满足消费者的使用及审美要求。本文以长安金牛星(F202)为设计车型,重点研究了车身静态下各状态前后倾角的参数设定过程。首先描述了整车姿态包括的主要内容和设计要求,包括汽车的通过性和车身离地高度的设计要求和腰线设计等,并分析了某些车型的腰线设计带给消费者的不同视觉效果。其次分析了整车姿态对人机和法规的影响,重点分析了改变汽车姿态角对整车视野的影
3、响,论述了整车姿态的重要性。最后通过计算轮胎压缩量和悬架位移来确定地面线,最终得出达到满足要求的整车姿态。关键词:整车姿态,地面线,法规,人机ABSTRACTVehicle attitude is specifically referring to the front rake and caster angle, clearance among vehicle body and gear train and ground, waist-line and the proportional relationship between the sill line and the vehicle, et
4、c. in a variety state of the ground. Vehicle attitude design is an important step of the car design. Only if the vehicle attitude parameters designed reasonable, you can make the motor vehicles give a full play to the performance, and meet consumers use and aesthetic requirements.This article takes
5、Changan Taurus as design vehicle type, and it focuses on the research of the front rake and caster angle parameters setting process under a static body in a variety of state.Firstly, describes the main content and design requirements which the vehicle attitude includes, such as through sexual, body
6、height from the ground of the design requirements and the waist-line design, etc. and analyzes some car waist-line designs different visual effects to the consumers.Secondly analyzes the effect of attitude on man-machine and vehicle regulations, analyzes the influence of changing the vehicle attitud
7、e angle to the vision Field, and discusses the importance of vehicle attitude.Finally, by calculating the tire compression and suspension displacement to determine the ground line, at last obtained the vehicle attitude which meets the requirements.Key Words:Vehicle attitude, Ground line, Man-machine
8、, Regulations目 录中文摘要IABSTRACTII1 绪论11.1 课题研究的背景和意义11.1.1 本课题研究的背景11.1.2 本课题研究的意义11.2 本课题研究的历史和现状21.3 课题任务、重点研究内容、实现途径31.3.1 论文的课题任务31.3.2 论文的重点研究内容和方法31.3.3 论文的实现途径32 整车姿态分析52.1 姿态角分析52.1.1 地面线定义52.1.2 姿态角定义52.2 车身离地高度62.2.1 车身离地高度定义62.2.2 保险杠离地间隙62.2.3 翼子板边缘到轮心的距离72.2.4 摇杆门槛离地高度92.3 通过性92.3.1 通过概述9
9、2.3.2 最小离地间隙102.3.3 接近角和离去角122.3.4 车轮半径132.3.5 纵向通过性132.3.6 横向通过性142.3.7 通过性总结142.4 腰线设计152.5 本章小结183 整车姿态与人机和法规193.1 整车姿态对人机的影响193.1.1 进出方便性分析193.1.2 后备箱人机工程评价203.2 整车姿态对法规的影响213.2.1 后视镜的相关术语和定义213.2.2 汽车后视镜基于地面线的安装要求243.3 本章小结294 整车姿态的确定304.1 轴荷的设计和计算304.1.1 整车姿态相关参数定义304.1.2 轴荷的设计要求324.1.3 在参考车基础
10、上加长轴距、前后悬后质量分布、质心位置344.2 轮胎的选型以及压缩量的计算364.2.1 轮胎的选择364.2.2 轮胎压缩量的计算384.3 悬架弹簧参数的设计原理404.3.1 空载状态下轮心的坐标推导404.3.2 满载状态下悬架弹簧行程计算及轮心的坐标推导404.4 地面线的绘制414.5 本章小结415 结论与展望425.1 结论425.2 展望42致谢43参考文献441 绪论1.1 课题研究的背景和意义1.1.1 本课题研究的背景汽车在人们的生活中起着越来越重要的作用,较之以往,汽车姿态的研究也在不断的进步和发展。最早的汽车只是在汽车的外观方面突破,随着车辆的增多,人们对汽车的追
11、求也在不断提高。在追求外观的同时对汽车性能也有了更多的追求。汽车姿态研究涉及到的方面十分广泛。查阅相关文献,发现对汽车姿态研究方面的论文比较少,大多不是很全面。如某车型的汽车姿态研究中对整车姿态没有明确定义,虽然也提及到地面线,但两者关系比较模糊,没有分析地面线是通过何种方式影响整车姿态,也没有对地面线进行深入研究,而且,大多数论文都以研究汽车行驶姿态为主题,如汽车行驶姿态的研究一文中是检验汽车在各种行驶状态下的姿态是否满足要求。但是,行驶姿态的研究是一个验算过程,而设计概念初期也需要对整车姿态进行估计和验算。本文研究的姿态是在设计概念初期确定的姿态。1.1.2 本课题研究的意义整车姿态是汽车
12、设计的重要参数之一,它涉及法规、人机、造型、整车视野、悬架行程及刚度、碰撞、泊车性及通过性等诸多要素1。具体指汽车基于地面在各种状态下的前后倾角、车身与轮系及地面各方间隙、腰线窗台线与整车的比例关系等2。其中地面线在整车姿态中起着举足轻重作用,首先法规方面:如GB 15084-2006汽车后视镜的性能和安装要求、GB 4785-2007汽车及挂车外部照明和光信号装置的安装规定、GB 15741-1995汽车和挂车号牌板(架)及其位置等法规均是基于整车姿态进行的试验或检测6;人机方面:地面线对人机的影响方面很广,其中主要包括:1.前后门槛高度;2.后备箱货物举升高度;3.后备箱手柄高度;4.前后
13、门外开手柄高度;5审美方面要求等。基于整车姿态的需要,在整车概念设计阶段就必须确定地面线的位置和倾角4。因地面线主要通过悬架参数的调节以及载荷分布来确定,所以在设计过程中,需要首先确定前后悬架参数、轴荷分布及轮胎型号等参数4。同时计算出汽车各种承载状态下的地面线,验证其是否能够满足整车的人机、法规、审美等方面要求。一般通过两三次调整上述参数,就能达到比较理想的效果,所以对整车姿态的研究过程其实就是对地面线的设定过程4。1.2 本课题研究的历史和现状1885年,德国人卡尔本茨研制成功以汽油机为动力的三轮汽车,采用金属管车架,安装一台0.9马力汽油机,工作容积785ml,最高车速可达15公里/小时
14、。同年,戴姆勒把这种发动机安装在他为妻子43岁生日而购买的四轮马车上,创造了第一辆四轮汽车12。图1.1 第一辆四轮车随着人们生活水平的提高,消费者对汽车的要求也越来越高。早先,人们并不关注汽车的姿态研究,汽车只是起着单一的代步作用。车身的发展源于对空气阻力和遮风挡雨的研究。乘车时间增多促使消费者对汽车的舒适性提出要求3。当人们不再满足于代步,多功能化的汽车受到消费者的青睐。既能载人又能载物的汽车诞生了13。对于客车或者是货车,载重能力是消费者考核的一个重要方面。提升汽车的载重能力需考虑车轮的承载能力,底盘和车身的高度,汽车的坠尾情况 ,以及汽车的动力性要求等等14。这就需要对汽车姿态进行研究
15、,包括如何确定汽车的地面线?汽车姿态角在什么范围对汽车行驶状况最为有利?前后车门打开离地高度应该怎么设置?汽车的内外凸与地面线的关系等等。当汽车流量多时,汽车安全事故发生的频率亦随之增加,汽车的安全性受到人们的高度重视。包括前后车灯、车牌、汽车保护装置基于地面的安放位置要求 ,后视镜的安放位置要求,两车碰撞的高度性要求,汽车的泊车性要求等等。这些都是对整车姿态的进一步的深入研究,也是对整车性能的一次次挑战。所以整车姿态的研究不管是在过去还是在现在都有它的时代意义。相比过去,现在的汽车已经有了较大的改变。如长安逸动,不仅是在外形上还是在性能上都更能满足消费者的需求,从原始的汽车到现代汽车的逐渐完
16、善,整车姿态的研究在这整个过程中都扮演着至关重要的角色。虽然自古以来就有对汽车姿态的研究,但是相关文献比较少,大多都不全面,对汽车姿态研究也不深入,对设计状态汽车的姿态研究甚少,大多都是点到为止。本文是对汽车姿态研究的补充和说明,也是对汽车研究的进一步完善。整车姿态的确定对汽车的设计十分重要,是设计汽车的基石。本文研究的姿态是汽车设计概念初期时基于地面线确定的各种汽车姿态。图1.2 EADO逸动1.3 课题任务、重点研究内容、实现途径1.3.1 论文的课题任务本次设计紧密联系工程实际,其方案来源、选用均以实际车型及用户使用要求、条件为基础而选定。具体任务安排如下:掌握整车姿态控制的相关理论与研
17、究方法;总结地面线对人机、法规、造型等方面的影响;理解地面线与悬架弹簧的影响整车姿态的基本原理;进行轮胎的选择以及压缩量的计算;计算悬架弹簧参数并进行推导;完成地面线的绘制。1.3.2 论文的重点研究内容和方法结合F202(长安金牛星)车型,重点研究整车姿态的确定以及对人机、法规的影响。其中包括整备质量估计、轴荷分布计算、总布置相关法规研读,轮胎的选型以及压缩量的计算,并绘制各种承载状态下的地面线。1.3.3 论文的实现途径F202车型的相关数据由长安汽车公司提供。本次课题研究参照国家相关法律法规和公司产品设计要求。本人系长安汽车3+1学生,毕业设计地点分配在商用汽车研究院技术总布置室,该论文
18、由学校指导老师和长安汽车公司指导老师共同指导完成。通过查阅相关资料,分析整车姿态包括的内容及影响因素,最后得出地面线是确定整车姿态的关键因素,本次课题深入对地面线的研究,首先研究地面线对人机和法规等方面的影响,然后重点分析地面线,并提出了确定地面线的方法。以CM9参考车型,在参考车型上增加长、宽、高,得出研究车型(F202)的外形尺寸,并通过计算增加的质量计算出设计车辆的重量。通过计算轴荷确定单胎承受的重量,并参照参考车来确定轮胎的选型。选型完毕后通过轮胎压缩量的经验公式计算出轮胎的压缩量。之后,通过悬架的位移和姿态角,确定出汽车在空载、满载、设计载荷状态下的轮心位置。这里悬架的位移由底盘中心
19、和总布置所共同协商来达到满足要求的整车姿态。最后结合轮胎的压缩量和轮心位置画出相应的地面线。地面线完成后还需要通过专家评审和油泥模型来进行验证,通过反复修改,最终设计出满足要求的地面线。2 整车姿态分析整车姿态包含的内容十分广泛,主要包括车身离地高度,通过性,腰线设计等。其影响因素主要包括三个方面:机械工程学、人机工程学和空气动力学 44。具体来说需要满足以下几个方面要求:(1)人机工程视野、空间、心理影响,信息交互与信息获取是否流畅;(2)空气风阻与下压力要求;(3)行驶性能要求离地间隙、接近角与离去角、通过半径等;(4)美学是否符合目标用户群的大众审美观,造型语义是否契合车辆精神;(5)安
20、全要求是否符合道路交通安全法规45。外形好看只是整车外观的一个方面。整车质量及质心的布置,影响到燃油经济性和动力性。整车重心的位置影响汽车的操纵性和平顺性。整车布置过程中要求轮眉不应与轮胎包络发生干涉。车门的打开高度要符合路况要求,门槛高度影响乘客上下车安全性和方便性。2.1 姿态角分析2.1.1 地面线定义汽车由于自重,导致轮胎与地面发生挤压变形,这时,若以轮胎为参考对象,得出地面横断面的原状地面称为汽车的地面线,可以用于描述地面的起伏情况31。如图2.1 所示。图2.1 地面线2.1.2 姿态角定义一般地,将白车身侧围下裙边直线段部分定义为整车坐标的水平方向,整车坐标水平方向与地面线的夹角
21、即为整车姿态角()(见图2.2 )图2.2 汽车姿态角2.2 车身离地高度2.2.1 车身离地高度定义车身离地高度36包括:保险杠规定点离地间隙(From point specified on bumper to the ground)、翼子板边缘离地间隙(From ground to fender lip)、摇杆门槛离地高度(From rocker sill to the ground)、翼子板边缘到轮心距离(From the fender lip to the wheel center)、保险杠离地间隙(From bumper to the ground)。如图2.3 所示:图2.3 车身
22、离地高度2.2.2 保险杠离地间隙保险杠是汽车的重要组成部分,它位于汽车的车头和车尾下方,在碰撞过程中起到安全保护作用,同时,与车身浑然一体,美观大方。此外,挡泥板的安装位置也是有相应的要求的,随着车辆的增多,能够在拥挤的街道争得一席泊车之地是相当重要的。这时就需要用充分利用空间,让车子尽量向路边靠,前保险杠的安装位置决定了停靠时车头往里走的距离。如果前保险杠离地间隙过小,通过性就会变差,很容易撞坏保险杠,同时在泊车时需要的空间也会变大,不利于泊车。后保险杠的作用同前保险杠的原理一样,所以安装保险杠时,一定要注意保险杠离地间隙是否符合路况要求,以及泊车路沿高度,避免保险杠的不正当损坏。图2.4
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