一辆汽车的18大穴位,整车布置中典型断面的应用

小鹏汽车

在汽车的总布置设计中,应用典型断面可以有效的将整车外部尺寸、内部尺寸、整车结构功能要求、视野法规要求、人机工程要求、制造工艺等关系相结合。因此,汽车车身的典型断面堪比一辆汽车的重要脉络上的穴位,在现代汽车设计中占有重要地位。本文将介绍典型断面的应用中最实用的18个。

随着现代科技的发展,国内汽车厂商的激烈竞争,很多大型企业正在加速完善并引进先进的车辆设计的流程。其目的是缩短车辆设计的周期,降低产品的成本和提高产品的质量,以此达到增加销售量、扩充市场占有率来提高公司利润的目的。对目前发展迅速的新能源汽车企业来讲,有必要借鉴并吸收这一传统汽车制造业中积累的成果。

整车开发设计周期中重点是在车辆设计的初级阶段,好得初级阶段设计可以有效规避中后期开发中遇到的问题,同时降低后期零部件设变数量,缩短和降低不必要的开发时间、开发成本。在汽车总布置设计中应用典型断面,可以有效的在整车开发初级阶段把市场调查得到的关键性数据同外观内饰设计要求、工程要求、法规要求、人机工程等结合起来,提高效率,减少设计过程中的反复,控制并降低开发中存在的问题及风险。

典型断面与总布置设计硬点

总布置硬点及目标可分为以下几类:

整车尺寸控制硬点,如整车长宽高、轮距、轴距、接近离去角及内部空间尺寸;

性能控制硬点,如动力总成中心点、传动轴夹角长度、轮心位置、轮胎跳动参数;

车身控制硬点,玻璃倾角、车门开启角度等;

法规要求,灯具位置法规、后视镜视野法规、牌照板、轮护板等法规;

人机工程目标,如乘员坐姿的舒适性,操纵、上下车的方便性,上下视野、A柱障碍角;

工程要求,同工程部门协调确保整车结构合理,无运动干涉,或是否需要增加额外的工艺满足要求等。

“典型断面”用来表达车身外板、内板、内饰板等在特定位置和方向上的尺寸大小、结构形式、连接方式。典型断面的运用主要体现在 2个方面:一是自身的尺寸、结构、连接方式;二是典型断面在整车中的位置,同其他典型断面的关系。典型断面的尺寸、结构、连接方式是分析能否满足工程要求的依据,有了断面的尺寸、结构就可以借助CAE分析是否满足车身刚度要求、是否满足现有的冲压工序要求、在生产线上的焊接工艺和装配工序如何。因为制造工艺方面的修改周期长、投资大,所以典型断面有很大的继承性,一般来说大多数断面只是沿用以往的断面或局部修改,只有非常必要或工艺改进后才考虑从新开发断面。典型断面的位置则有很大的可变性,它直接将一辆车的外部尺寸和内部尺寸联系起来,影响到是否能通过视野要求、法规要求,决定了乘员上下车的方便性。这部分工作是总布置的重中之重。当l8个典型断面位置确定以后,总布置关于内外部尺寸、视野、法规和人机工程方面的要求应该都已得到了检查和保证。

典型断面的运用

整车控制的18个典型断面是T01A 、T02A 、TO3A 、T04A 、T05B、T06A、T07A、T08A、T10A 、T13A 、T15 A 、T16A、T17B、T19A、T19B、T22A、T24A和 T26A,这18个典型断面由6个整车纵向中心断面和12个侧围断面组成。

▲部分典型断面所在位置

1) 六个纵向中心断面的确定

典型断面 T01A

▲前风挡上边中心断面

总布置设计中,通过此断面控制前风挡倾角,阳光入射角,向上视野角度;头部包罗与顶棚间隙,在碰撞安全性方面要校核安全带约束状态下的头部运动轨迹与断面 T01A的安全距离。

典型断面 T03A

▲后风挡上边中心断面

总布置设计中,通过此断面控制后风挡倾角,阳光入射角,向上后视野角度,是否满足后视镜视野区域;在乘坐舒适性方面决定第二排乘员头部空间(H63)。

典型断面 T22A

▲后风挡下边中心断面

此断面直接影响到行李舱和后风挡的设计,也包括乘员的向下视野要求、后视镜区域、后雨刮空间布置,在造型设计中总布置须为此断面在高度区间内找到一个平衡点。

典型断面 T11A

▲前保险杠中心断面

设计此断面时,需考虑防撞吸能泡沫的厚度,前保险杠的碰撞高度范围,行人大小腿保护;同时校核保险杠是否满足低速碰撞要求,牌照板安装位置的法规要求,确定接近角的大小。检查从保险杠到动力总成之间的空间是否可以安装冷凝器和散热器,散热器开口大小是否足够,并保证留有足够的动力总成运动间隙。

典型断面T04A:

▲前风挡下边中心断面

这个断面提供了引擎罩、前风挡、防火墙、仪表板、雨刮电机等交界处的断面结构形状。这个断面相当复杂,它的位置直接影响到发动机舱、仪表板、前风挡的设计,也是造型控制C点位置。同时该断面还受到前减震器高度,机舱附件,动力总成顶点高度的影响,这些设计硬点把断面推高,而乘员的向下视野要求却把断面限制在一定的高度以下,总布置设计必须在高度区间内找到一个平衡点。

典型断面 T26A

▲后保险杠中心断面

总布置设计需要考虑防撞吸能的泡沫的厚度,后保险杠的碰撞高度范围。通过 T22A断面可以校核保险杠的高度是否满足国标的强制法规要求,牌照板安装位置的法规要求,确定离去角的大小,牌照灯入射光线的法规要求。检查从保险杠到后悬架之间的空间是否可以安装备胎结构,并保证留有足够的后悬架运动间隙。此外该断面还控制着搬运行李要通过的最小高度,是人机工程方便性的一个重要参数。

在确定上面 6个典型断面后,同乘员人体模板结合就得到整车的侧视图。整车的外部和内部尺寸通过典型断面得到统一。把外形和内饰设计的数据同视图结合,就会发现设计中的潜在问题。

▲整车的侧视图

2) 前视图方向的典型断面 02A,05A和22A的确定

典型断面 T18A

前门槛横向断面。它给出了地板同门框的连接方式,以及车门内外板、内饰板结构。该断面同座椅和乘员的布置密切相关。它控制乘员出入车门的台阶高度 (H130)和宽度,决定了乘员的臀部空间(W3)。

典型断面 T05A

车门腰线横向断面。它给出了车门内外板和内饰板以及运动件窗玻璃结构关系。可以确定车内的肩部空间(W5)。并且要检查是否满足乘员侧面向下视野要求。

典型断面 T02A

车顶蓬乘员头部横向断面。它表达了车顶外板,内饰板同车门内外板和窗玻璃的结构关系。可以确定侧向头部空间(W27)。乘员上下车的有效最大高度(H11)。通过该断面还可以校核乘员侧向向上视野要求。

▲T02A、T05A和T18A三个典型断面同乘员人体模板结合得到整车的前视图

整车横向外部和内部尺寸通过典型断面得到统一确定。 同时这 3个断面的位置确定了侧围的曲线形状,可以校核车门玻璃能否合理的保证升降功能。结合踏板所在的前轮罩横向断面可以校核踏板区的舒适性及可操作性。

3) 俯视方向 T07A、T08A、T09A

▲俯视图中的经典断面

典型断面 T07A

A柱上部断面。它提供了A柱断面尺寸以及同前风挡和前门结构的关系。控制乘员上下车方便性尺寸 H15。根据断面T07A要校核A柱6度角盲区;07A、04A和01A形成的前风挡要确定雨刮刮扫范围要求。

典型断面 T08A

B柱上部断面。它提供了B柱断面尺寸以及同后门结构、前门结构的关系。根据断面 08A要校核B柱盲区;

典型断面 T09A

C柱上部断面。它提供了 C柱断面尺寸以及同后风挡、后门结构的关系。根据断面要校核 C柱单眼盲区;确定10A、03A和 06A形成的后风挡弧度是否满足制造要求。

典型断面T14A

T14A为A柱下部铰链处断面。它提供了A柱同前翼子板,前门内外板的结构关系,并控制乘员出入的L18(座垫到开启车门内饰距离),可以用于校核前门同翼子板的运动关系。

典型断面T15C

T15C为B柱门锁处断面。它提供了B柱同前门内外板和后门内外板的结构关系,并控制乘员出入的L19(座垫到开启的后车门内饰距离),可以用于校核后门同关闭的前车门的运动关系。

典型断面T16A

T16A为C柱后门锁处断面。它提供了 C后翼子板、后门内外板和内饰板的结构关系,可以用于校核后门同后翼子板的运动关系。

典型断面 T16B

T16B为C柱后轮罩处断面。它处于后排座垫与后轮罩非常狭窄的空间之中,结构紧凑,既要满足强度要求,又要尽可能的扩大乘客舱空间。

典型断面 T02A、T07A、T08A、T14A、T15A、T05、T18、T09A、T16A形成了空间的前后门门框,确定了关于乘客上下车方便性的所有数据 。

典型断面的布置设计,确保了整车内外部数据满足设计要求、强制法规要求、视野要求等,并且在此基础上进一步完成其他控制断面。保证了整车的顺利开发,减少了工程和设计上的反复。目前已有车型开发实践证明了典型断面能很好的结合设计要求、法规要求和工艺要求。

虽然目前新能源汽车与传统燃油车在动力构成及配套系统存在差异,但以上整车设计的理念依然可以适用,通过典型断面的运用能够有力地控制开发工作进度,提高效率,保证最终的设计结果尽可能与最初的设计总布置目标一致,确保新能源汽车开发从一开始就能进行最优化设计。

参考文献:

1.卢金火,赵紫剑,梁国贵.轿车车身主断面设计方法.汽车技术,2006(9):9-13.

2.崔建昆,周伟.轿车车门断面设计的原则和方法.上海理工大学学报,2008,30(5):489-492.

3.赵宏军.人机工程在汽车总布置设计中的运用.工程技术:文摘版,2016(12):286.

4.马思伟.整车布置及典型截面在其中的应用.http://wenku.baidu.com/link?url=iPQ2l2a-np99g6sI1Fs89089zdEW0jh5_V-L8QFHIsOuDzm6nlGzWm71mDj7mo0UylsGjrgxATcq6JGDkuxVcj30E7ixe4IuI6kiatAerZS,2015.

5.赵尚文.基于典型截面的汽车总布置设计方法研究.装备制造技术,2008(8):53-56.

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