節(jié)油競技車H3總布置設計【含CAD圖紙+PDF圖】

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SY-025-BY-2 畢業(yè)設計（論文）任務書 學生姓名 張光輝 系部 汽車工程學院 專業(yè)、班級 車輛工程 07-4班 指導教師姓名 李涵武 職稱 副教授 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是■否 題目名稱 節(jié)油競技車H3總布置設計 一、設計（論文）目的、意義 所設計的節(jié)能競技車用于參加節(jié)能競技比賽，設計按比賽主辦方的要求完成，設計目的在于使整車油耗相對很低，即每升汽油行駛里程較高。 本課題的選擇充分考慮了研究課題對汽車車輛工程專業(yè)學生學習和工作的指導作用，對本課題的研究能夠使學生了解專用汽車改裝設計方法，通過本課題的研究學生可以完成理論課程的實踐總結，獲得一定的工程設計工作方法。 二、設計（論文）內容、技術要求（研究方法） 進行一種三輪乘用車的總體設計；面向單件生產； 主要進行整車的總布置設計； 要求：確定整車參數（重點混合動力系統(tǒng)）、完成總布置設計；不進行總成部件的詳細設計；未詳述指標和要求按“汽車設計”。 對整車參數計算仿真分析；以驗證所完成的總體設計滿足設計任務書的要求。 要求整車性能滿足參賽比賽規(guī)則要求；性能指標達到400km/l。 三、設計（論文）完成后應提交的成果 全部圖紙均要求計算機繪圖；合計圖量A0 3張； 提交設計說明書1份，字數大于1.5萬字；符合規(guī)范要求； 四、設計（論文）進度安排 1、調研、資料收集，調研與分析、完成開題報告 第1、2周 2、方案設計與分析 方案分析論證研討會 第3周 3、總體參數的選定 第4周 4、整車各總成的布置 第5、6周 5、運動校核 第7周 6、期中檢查 設計修正（一） 第8周 7、完成設計圖紙 第9、10周 8、整車性能計算分析；整車設計修正（二）；第11周 9、完成畢業(yè)設計說明書 第12周 10、提交指導教師審核、設計修正（三） 第13、14周、 11、設計評閱、設計修正（四） 第15周、第16周 12、畢業(yè)設計答辯 第17周 五、主要參考資料 1、 期刊類：道路與公路類，筑路機械或工程機械類，交通工程類，有關大學學報等（五年內）。 2、 科技圖書和教材：機械設計類、制圖類、及相關專業(yè)書； 推薦：徐達.專用汽車結構與設計.北京：北京理工大學出版社； 3、 設計手冊：機械設計手冊等； 4、 網絡資源：檢索關鍵詞：自卸汽車，專用汽車改裝設計等； 其它：相關產品廣告，參觀有關產品展覽會。 六、備注 指導教師簽字： 年 月 日 教研室主任簽字： 年 月 日 SY-025-BY-3 畢業(yè)設計（論文）開題報告 學生姓名 張光輝 系部 汽車工程學院 專業(yè)、班級 車輛工程 07-4班 指導教師姓名 李涵武 職稱 副教授 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是否 題目名稱 節(jié)油競技車H3總布置設計 一、 課題研究現狀、選題目的和意義 由于世界范圍內石油資源的短缺,節(jié)約使用石油產品,已成為人們的共識。目前,節(jié)油技術在汽車設計、制造以及使用方面已得到了廣泛的應用,并朝著多元化的趨勢發(fā)展。讓人記憶猶新的1973年石油危機,曾觸發(fā)石油價格上升4倍以上,從此汽車業(yè)開始了降低燃油消耗量的長期努力。到目前為止,節(jié)油技術在汽車設計、制造以及使用方面已得到了廣泛的應用,并朝著多元化的趨勢發(fā)展 選題背景 本田節(jié)能競技大賽是將參賽團隊設計制作的汽車在規(guī)定時間、規(guī)定路線下，行駛一定距離，并由此換算出一升油能夠行駛的公里數，耗油量少則勝出的一項賽事。其中參加比賽的車輛均搭載由本田技研工業(yè)投資有限公司開發(fā)的Honda彎梁車的125cc化油器低油耗四沖程發(fā)動機。 Honda節(jié)能競技大賽于1981年在日本創(chuàng)辦，至今已有30年的歷史。比賽要求參賽車輛使用統(tǒng)一的Honda低油耗汽油發(fā)動機，發(fā)動機以外的車架和車身等完全由各車隊獨自創(chuàng)作，每支參賽隊帶來的都是世界上獨一無二的賽車。賽車在指定的賽道內跑完賽程，比賽誰消耗的燃油最少。由于有著極高的樂趣性和廣泛的參與性，中國作為繼日本泰國之后的第三個舉辦地，于2006年在上海舉行了試行大賽，2007年11月11日，第1屆Honda中國節(jié)能競技大賽在上海國際賽車場圓滿舉行，2008年11月16日，第2屆Honda中國節(jié)能競技大賽在上海國際賽車場勝利舉辦。Honda節(jié)能競技大賽的目的是通過比賽提高社會的節(jié)能和環(huán)保意識，參賽車隊通過各項獨創(chuàng)技術不斷挖掘一升汽油的無限潛能，從中體會到節(jié)能的重要性。同時，比賽也為參賽者提供體驗親手制作賽車的樂趣的機會，提高實踐能力。Honda創(chuàng)始人本田宗一郎曾說，節(jié)能競技大賽的宗旨在于“讓肩負著人類未來的年輕人通過思考和實踐來體會 目的和意義 20世紀80年代以來對汽車安全性、行駛平順性、操縱穩(wěn)定性、乘坐舒適性的要求越來越高， 然而，汽車本身是一個復雜的多體系統(tǒng)集合，外界載荷的作用更加復雜、多變，人、車、環(huán)境三位一體的相互作用，致使汽車動力學模型的建立、分析、求解始終是一個難題)基于以往的解決方法，需經過多輪樣車試制，反復的道路模擬試驗和整車性能試驗，不僅花費大量的人力、物力，延長設計周期，而且有些試驗因其危險性而難以進行) 因此對車輛的動力學性能進行計算機仿真顯得十分必要)。本設計是以參賽車輛為項目驅動，以節(jié)油和完成比賽為目標來進行汽車的總體布置已達到學習和制造驗證相結合的效果。 課題研究現狀 汽車總布置設計是通過對整車設計的總體規(guī)劃來確立車身、底盤、動力總成等系統(tǒng)之間的配置關系、重量、法規(guī)和整車的性能指標。總布置設計首先是確定設計硬點（Hardpoint）。設計硬點是將底盤、車身以及其它零部件之間的協調關系，通過基本的線、面和基準點，以及控制結構和參數來表達。在主要設計硬點確立以后，造型、車身、底盤等設計就有了共同參照的依據和遵循的規(guī)范，各個子項目分頭展開。還需要兼顧到運動機構和非運動部件的關系有機的協調，避免零部件之間的運動學干涉、人機工程學和舒適性設計等等。 總體設計包含多個學科需要在各種條件要求下做出平衡和取舍，這就產生了很多總體設計的方法。經驗設計是以已有產品的經驗數據為依據，運用一些帶有經驗常數或安全系數的經驗公式進行設計計算的一種傳統(tǒng)的設計方法。這種設計由于缺乏精確的設計數據和科學的計算方法，使所設計的產品不是過于笨重就是可靠性差。一種新車型的開發(fā)，往往要經過設計—試制—試驗—改進設計—試制—試驗等二次或多次循環(huán)。反復修改圖紙，完善設計后才能定型，設計周期長，質量差，消耗大。隨著測試技術的發(fā)展與完善，在汽車設計過程中引進新的測試技術，和各種專用的試驗設備，進行科學實驗，從各方面對產品的結構、性能和零部件的強度、壽命進行測試。同時廣泛采用近代數學物理分析方法，對產品及其總成、零部件進行全面的技術分析、研究，這樣就使汽車設計發(fā)展到以科學實驗和技術分析為基礎的階段。電子計算機的出現和在工程設計中的推廣應用，使汽車設計技術飛躍發(fā)展，設計過程完全改觀。汽車結構參數及性能參數等的優(yōu)化選擇與匹配，零部件的強度核算與壽命預測，產品有關方面的模擬計算或仿真分析，都在計算機上進行。這種利用計算機及其外部設備進行產品設計的方法，統(tǒng)稱為計算機輔助設計(CAD)。隨著計算機在汽車設計中的推廣應用，一些近代的數學物理方法和基礎理論方面的新成就，在汽車設計中也日益得到廣泛應用?，F代汽車設計，除傳統(tǒng)的方法和計算機輔助設計方法外，還引進了最優(yōu)化設計、可靠性設計、有限元分析、計算機模擬計算或仿真分析、模態(tài)分析等現代設計方法與分析手段，甚至還引進了雷達防撞、衛(wèi)星導航、智能化電子儀表及顯示系統(tǒng)等商新技術。 數字化產品開發(fā)可使企業(yè)各部門同時在同一個產品模型上工作、因而可以減少大量不必要的等待時間。減少或避免與傳統(tǒng)產品開發(fā)過程業(yè)務（例如反復制作模型，并對原型進行手工實驗分析）上所投入的時間和費用。同時還能在設計過程中及早地發(fā)現和解決問題。例如美國克萊斯勒汽車公司采用“克萊斯勒數據可視化”軟件在新產品98型汽車上發(fā)現1500多處零件干涉，并在制作的第一個實物模型之前進行了修改和調整，結果避免了大量時間浪費和失誤。 在人機工程中CAD技術得到了廣泛的應用。其中如UG/CATIA等建模軟件都制作了基于汽車的人機工程學模塊，西化大學的吳超碩士曾經提出通過UGS 對主圖板上的H 點位置進行驗算確定后，由于二維人體模型不能滿足“人－車－環(huán)境”中三維位置驗證的需要，而三維人體模型在駕駛員座椅位置布置時的作用是無可替代的。CATIA V5 的人體模型是基于最佳人體模型系統(tǒng)建立起來的，具有直觀、數字化和交互式的特點，能夠被用于非常精確地人體仿真、虛擬人體與工作環(huán)境之間的關系的驗證。 上海大眾的王海波吳鳳艷李炭認為想要設計好一款車的總布置人機工程尤為重要，而要想做好人機工程需從兩個方面加以注意a．掌握人體尺寸的測量數據，其中不但包括靜態(tài)尺寸，還需包括動態(tài)尺寸；不但要劃分年齡及高矮，還需區(qū)分人體特征，如胖瘦、腿長短等；以此為基礎，進行統(tǒng)計分析，建立標準的中國人體模型數據庫。對中國人的活動能力大小進行研究，其中最關鍵的是手操縱力、腳操縱力等。 在確定汽車軸距輪距的過程中應該著力解決轉彎內偏角、側傾、側翻、輪胎側滑、操縱平穩(wěn)性等行駛安全參數之間的平衡。其中在國家質檢總局的關于汽車側翻的報告上提出如下結論(1)通過建模仿真的分析方法，可以有效輔助汽車缺陷等引起的風險的評估研究。(2)通過仿真試驗對風險模式分析可知，只要不駛離道路，正常情況下單向急轉不易引起側翻。(3)一旦車輛轉向側滑撞上路肩或駛入路外高附著系數區(qū)域，絆倒側翻容易發(fā)生。 長安大學的趙巖認為節(jié)能車在轉向盤保持一固定轉角正。緩慢加速或以不同車速等速行駛時，隨著車速的增加，不足轉向汽車的轉向半徑R增大；中性轉向汽車的轉向半徑R維持不變：而過多轉向汽車的轉向半徑R則越來越小。操縱穩(wěn)定性良好的汽車應具有適度的不足轉向特性。一般汽車不應具有不足轉向特性，也不應具有中性轉向特性，因為中性轉向特性汽車在使用條件變動時，有可能轉變?yōu)檫^多轉向特性。武漢理工大學的楊燦還從adams模態(tài)分析中得出如下結論1)汽車在不同的路面以不同的車速行駛，其行駛平順性各不相同，汽車的行駛車速及路譜對汽車行駛平順性有重大影響；2)調整節(jié)能車懸架結構參數，能夠明顯改善節(jié)能車在特定賽道和已規(guī)定車速行駛的平順性：3)改變整車的固有頻率可以減小路面不平所激起的車身振動或使車身振動的峰值頻率偏離原對應的某階模態(tài)頻率，以改善汽車的行駛平順性。 目前，國內的整車總布置設計，與底盤及動力系統(tǒng)的狀況相似，設計和匹配試驗的能力和發(fā)達的國家比較，雖然進行了部分的數字化開發(fā)技術但還存在一定的差距。本文嘗試以前沿的研發(fā)技術為參考大量運用目前已經成熟的電腦建模技術，虛擬樣機技術對所設計的方案進行裝配、制造、模擬以求最大限度的節(jié)省設計制造工程中的時間。 二、設計（論文）的基本內容、擬解決的主要問題 1．2論文的主要研究內容 1．確定所研發(fā)節(jié)能競技車的總體設計方案。 2. 學習三維建模軟件UG6.0和機械動態(tài)仿真軟件adams2010以期望達到能熟練運用完成方案的實施和實驗模擬工作。 3．節(jié)能競技車轉向機構、制動機構、車輪定位、車架、驅動機構的匹配，各機構設計硬點的確定。 4．對節(jié)能競技車的行駛模式以及駕駛模式進行研究與實車實驗，確定較為合理的輪距、軸距參數確定合理的轉彎半徑。確定制造方案。 5．對節(jié)能競技車進行實車滑行實驗，得到實車滾動阻力系數和空氣阻力系數，為節(jié)能競技車的建模仿真提供依據。 6．對節(jié)能競技車進行整車實體建模，并基于此模型對加速——滑行駕駛模式進行仿真分析。 UG/ADAMS軟件的學習 三． 技術路線（研究方法） 貯備相關知識 方案的討論實驗和驗證選出最優(yōu)方案 方案的驗證（通過虛擬軟件）收集必要的參數 方案的建模和部分構件的裝配 設計方案的提出 部分結構方案的設計 確定各個設計硬點，總布置草圖的繪制并將其3d化 工程圖的繪制 四、進度安排 1、 調研、資料收集，調研與分析、完成開題報告 第1、2周 記錄部分技術收集，對ug/adams學習 2、方案設計與分析 方案分析論證研討會各個方案的試提出 3 周 3、總體參數的選定 第4周 4、整車各總成的布置 第5、6周 5、運動校核 第7周 6、期中檢查 設計修正（一） 第8周 7、完成設計圖紙 第9、10周 8、整車性能計算分析；整車設計修正（二）；第11周 9、完成畢業(yè)設計說明書 第12周 10、提交指導教師審核、設計修正（三） 第13、14周、 11、設計評閱、設計修正（四） 第15周、第16周 12、畢業(yè)設計答辯 第17周 五、參考文獻 吳光強，張曙.《汽車數字化開發(fā)技術》[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009. 郎代兵，劉曉泉 .《汽車自動化設計》 [M] .北京：清華大學出版社，2006. 李增剛 .《adams入門詳解與實例》[M].北京：國防工業(yè)出版社 ， 2006. 冉振亞，龐 迪，趙樹恩，韓兆運 .《pro/e、ADAMS軟件在汽車操縱穩(wěn)定性中的應用》[J]. 重慶大學學報：2005. 吳海波，王鳳艷，李炭 .《轎車總布置過程中人機工程的初步探討》[J]. 上海大眾有限公司：2004，06,05. 李廣宇，王收軍，蘇越.《基于UG和ADAMS平臺下汽車焊裝夾具干涉的分析與解決》[J]. 機床與液壓：2008，12 田鳳霞，司景萍，萬方軍，陳有余.《基于UG、ANSYS和ADAMS的聯合仿真研究》[J].公路與汽運：2010， 11. 張建輝 . 《基于ADAMS的汽車操縱穩(wěn)定性研究》[D] . 長安大學：2008. 蔣國平，王國林，周孔亢 .《獨立懸架轉向梯形斷開點位置的優(yōu)化設計》[J]. 農業(yè)機械學報：2007,2. 張健 ，雷雨成 .《虛擬現實技術在汽車總體設計中的應用》[J].新技術新工藝：2001，4. 趙巖.《節(jié)能競技車的研發(fā)與技術研究》[D].長安大學：2008. 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計算機應用能力；對實驗結果的分析能力（或綜合分析能力、技術經濟分析能力） 10 6 插圖（圖紙）質量；設計說明書撰寫水平；設計的實用性與科學性；創(chuàng)新性 20 7 設計規(guī)范化程度（設計欄目齊全合理、SI制的使用等） 5 8 科學素養(yǎng)、學習態(tài)度、紀律表現；畢業(yè)論文進度 10 得 分 X= 評 語：（參照上述評價項目給出評語，注意反映該論文的特點） 工作態(tài)度： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 研究能力或設計能力：強□ 較強□ 一般□ 較弱□ 很弱□ 工作量： 大□ 較大□ 適中□ 較少□ 很少□ 說明書規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 圖紙規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 成果質量（設計方案、設計方法、正確性） 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 其他： 指導教師簽字： 年 月 日 畢業(yè)設計評閱人評分表 學生 姓名 張光輝 專業(yè) 班級 車輛07-4班 指導教 師姓名 李涵武 職稱 副教授 題目 節(jié)能競技車H3的總體設計 評閱組或預答辯組成員姓名 齊曉杰 李涵武 林明 王永梅 田芳 出席 人數 序號 評 價 項 目 滿分 得分 1 選題與專業(yè)培養(yǎng)目標的符合程度，綜合訓練情況；題目難易度 10 2 題目工作量；題目與工程實踐、社會實際、科研與實驗室建設等的結合程度 10 3 綜合運用知識能力（設計涉及學科范圍，內容深廣度及問題難易度）；應用文獻資料能力 15 4 設計（實驗）能力；計算能力（數據運算與處理能力）；外文應用能力 25 5 計算機應用能力；對實驗結果的分析能力（或綜合分析能力、技術經濟分析能力） 15 6 插圖（圖紙）質量；設計說明書撰寫水平；設計的實用性與科學性；創(chuàng)新性 20 7 設計規(guī)范化程度（設計欄目齊全合理、SI制的使用等） 5 得 分 Y= 評 語：（參照上述評價項目給出評語，注意反映該論文的特點） 回答問題： 正確□ 基本正確□ 基本不正確□ 不能回答所提問題□ 研究能力或設計能力：強□ 較強□ 一般□ 較弱□ 很弱□ 工作量： 大□ 較大□ 適中□ 較少□ 很少□ 說明書規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 圖紙規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 成果質量（設計方案、設計方法、正確性） 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 其他： 　 評閱人或預答辯組長簽字： 年 月 日 注：畢業(yè)設計（論文）評閱可以采用2名評閱教師評閱或集體評閱或預答辯等形式。 畢業(yè)設計答辯評分表 學生 姓名 張光輝 專業(yè) 班級 車輛07-4班 指導 教師 李涵武 職 稱 副教授 題目 節(jié)能競技車H3的總體設計 答辯 時間 月 日 時 答辯組 成員姓名 齊曉杰 李涵武 林明 王永梅 田芳 出席 人數 序號 評 審 指 標 滿 分 得 分 1 選題與專業(yè)培養(yǎng)目標的符合程度，綜合訓練情況，題目難易度、工作量、與實際的結合程度 10 2 設計（實驗）能力、對實驗結果的分析能力、計算能力、綜合運用知識能力 10 3 應用文獻資料、計算機、外文的能力 10 4 設計說明書撰寫水平、圖紙質量，設計的規(guī)范化程度（設計欄目齊全合理、SI制的使用等）、實用性、科學性和創(chuàng)新性 15 5 畢業(yè)設計答辯準備情況 5 6 畢業(yè)設計自述情況 20 7 畢業(yè)設計答辯回答問題情況 30 總 分 Z= 答辯過程記錄、評語： 自述思路與表達能力：好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 回答問題： 正確□ 基本正確□ 基本不正確□ 不能回答所提問題□ 研究能力或設計能力：強□ 較強□ 一般□ 較弱□ 很弱□ 工作量： 大□ 較大□ 適中□ 較少□ 很少□ 說明書規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 圖紙規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 成果質量（設計方案、設計方法、正確性） 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 其他： 　 答辯組長簽字： 年 月 日 畢業(yè)設計（論文）成績評定表 學生姓名 張光輝 性別 男 院系 汽車與交通工程學院 專業(yè) 車輛工程 班級 07-4班 設計（論文）題目 節(jié)能競技車H3的總體設計 平時成績評分（開題、中檢、出勤） 指導教師姓名 職稱 指導教師 評分（X） 評閱教師姓名 職稱 評閱教師 評分（Y） 答辯組組長 職稱 答辯組 評分（Z） 畢業(yè)設計（論文）成績 百分制 五級分制 答辯委員會評語： 答辯委員會主任簽字（蓋章）： 院系公章： 年 月 日 注：1、平時成績（開題、中檢、出勤）評分按十分制填寫，指導教師、評閱教師、答辯組評分按百分制填寫，畢業(yè)設計（論文）成績百分制=W+0.2X+0.2Y+0.5Z 2、評語中應當包括學生畢業(yè)設計（論文）選題質量、能力水平、設計（論文）水平、設計（論文）撰寫質量、學生在畢業(yè)設計（論文）實施或寫作過程中的學習態(tài)度及學生答辯情況等內容的評價。 優(yōu)秀畢業(yè)設計（論文）推薦表 題 目 類別 學生姓名 院（系）、專業(yè)、班級 指導教師 職 稱 設計成果明細： 答辯委員會評語： 答辯委員會主任簽字（蓋章）： 院、系公章： 年 月 日 備 注： 注：“類別”欄填寫畢業(yè)論文、畢業(yè)設計、其它 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 目 錄 第1章 緒論 1 1.1 概述 1 1.1.1 研究背景 1 1.1.2研究的目的和意義 1 1.1.3課題和現狀 2 第2章 節(jié)能競技車總體設計方案確定 5 2.1整車設計目標 5 2.2駕駛室形式的選擇 6 2.3車架材料的選定 7 2.4車架形式的選定 8 2.5驅動形式的選擇 8 2.6轉向形式的選擇 9 2.7 制動系統(tǒng)的選擇 11 2.8車輪型號與輪胎的選擇 11 2.9本章小結 12 第3章 參數的收集和計算 13 3.1 參數的影響 13 3.2 設計參數的要求和目標 13 3.3 參數的計算及思路 14 3.3.1人機工程參數的計算 14 3.3.2轉彎特性相關參數計算 17 3.3.3質心幾何坐標的測量 19 3.3.4抗側翻性的計算 21 3.4各總成的相關計算 22 3.4.1制動總成的相關計算 22 3.4.2發(fā)動機最大功率及其轉速 23 3.4.3發(fā)動機最大扭矩 23 3.4.4變速器檔位數傳動比的選擇 23 3.5整車滾動阻力和空氣阻力對節(jié)油能力的影響 24 3.6本章小結 26 第4章 基于UG的H3號車總體設計 28 4.1 UG軟件的產品介紹 28 4.2 UG設計界面 28 4.2.1設計流程 29 4.2.2 參數的選擇 29 4.3 基于UG的各部件的設計 31 4.3.1 主體尺寸的確定 32 4.3.2 轉向總成的設計 34 4.3.3制動總成的設計 36 4.3.4驅動部分的建模 37 4.3.4車身部分的建模 40 4.4 H3號車的總體裝配 41 4.5 H3號車的人機效應 41 4.6本章小結 45 第5章 基于ADAMS的運動校核 46 5.1 ADAMS簡介 46 5.2運動校核的目標 46 5.3運動校核的流程 47 5.4校核完成后對轉向的改良 51 5.5本章小結 52 結 論 53 參考文獻 54 致謝 56 附錄 57 第1章 緒 論 1.1 概述 由于世界范圍內石油資源的短缺,節(jié)約使用石油產品,已成為人們的共識。目前,節(jié)油技術在汽車設計、制造以及使用方面已得到了廣泛的應用,并朝著多元化的趨勢發(fā)展。讓人記憶猶新的1973年石油危機,曾觸發(fā)石油價格上升4倍以上,從此汽車業(yè)開始了降低燃油消耗量的長期努力。到目前為止,節(jié)油技術在汽車設計、制造以及使用方面已得到了廣泛的應用,并朝著多元化的趨勢發(fā)展 1.1.1 研究背景 本田節(jié)能競技大賽是將參賽團隊設計制作的汽車在規(guī)定時間、規(guī)定路線下，行駛一定距離，并由此換算出一升油能夠行駛的公里數，耗油量少則勝出的一項賽事。其中參加比賽的車輛均搭載由本田技研工業(yè)投資有限公司開發(fā)的Honda彎梁車的125cc化油器低油耗四沖程發(fā)動機。 Honda節(jié)能競技大賽于1981年在日本創(chuàng)辦，至今已有30年的歷史。比賽要求參賽車輛使用統(tǒng)一的Honda低油耗汽油發(fā)動機，發(fā)動機以外的車架和車身等完全由各車隊獨自創(chuàng)作，每支參賽隊帶來的都是世界上獨一無二的賽車。賽車在指定的賽道內跑完賽程，比賽誰消耗的燃油最少。由于有著極高的樂趣性和廣泛的參與性，中國作為繼日本泰國之后的第三個舉辦地，于2006年在上海舉行了試行大賽，2007年11月11日，第1屆Honda中國節(jié)能競技大賽在上海國際賽車場圓滿舉行，2008年11月16日，第2屆Honda中國節(jié)能競技大賽在上海國際賽車場勝利舉辦。Honda節(jié)能競技大賽的目的是通過比賽提高社會的節(jié)能和環(huán)保意識，參賽車隊通過各項獨創(chuàng)技術不斷挖掘一升汽油的無限潛能，從中體會到節(jié)能的重要性。同時，比賽也為參賽者提供體驗親手制作賽車的樂趣的機會，提高實踐能力。Honda創(chuàng)始人本田宗一郎曾說，節(jié)能競技大賽的宗旨在于“讓肩負著人類未來的年輕人通過思考和實踐來體會 1.1.2研究的目的和意義 20世紀80年代以來對汽車安全性、行駛平順性、操縱穩(wěn)定性、乘坐舒適性的要求越來越高， 然而，汽車本身是一個復雜的多體系統(tǒng)集合，外界載荷的作用更加復雜、多變，人、車、環(huán)境三位一體的相互作用，致使汽車動力學模型的建立、分析、求解始終是一個難題)基于以往的解決方法，需經過多輪樣車試制，反復的道路模擬試驗和整車性能試驗，不僅花費大量的人力、物力，延長設計周期，而且有些試驗因其危險性而難以進行) 因此對車輛的動力學性能進行計算機仿真顯得十分必要)。本設計是以參賽車輛為項目驅動，以節(jié)油和完成比賽為目標來進行汽車的總體布置已達到學習和制造驗證相結合的效果。 1.1.3課題和現狀 汽車總布置設計是通過對整車設計的總體規(guī)劃來確立車身、底盤、動力總成等系統(tǒng)之間的配置關系、重量、法規(guī)和整車的性能指標?？偛贾迷O計首先是確定設計硬點（Hardpoint）。設計硬點是將底盤、車身以及其它零部件之間的協調關系，通過基本的線、面和基準點，以及控制結構和參數來表達。在主要設計硬點確立以后，造型、車身、底盤等設計就有了共同參照的依據和遵循的規(guī)范，各個子項目分頭展開。還需要兼顧到運動機構和非運動部件的關系有機的協調，避免零部件之間的運動學干涉、人機工程學和舒適性設計等等。 總體設計包含多個學科需要在各種條件要求下做出平衡和取舍，這就產生了很多總體設計的方法。經驗設計是以已有產品的經驗數據為依據，運用一些帶有經驗常數或安全系數的經驗公式進行設計計算的一種傳統(tǒng)的設計方法。這種設計由于缺乏精確的設計數據和科學的計算方法，使所設計的產品不是過于笨重就是可靠性差。一種新車型的開發(fā)，往往要經過設計—試制—試驗—改進設計—試制—試驗等二次或多次循環(huán)。反復修改圖紙，完善設計后才能定型，設計周期長，質量差，消耗大。隨著測試技術的發(fā)展與完善，在汽車設計過程中引進新的測試技術，和各種專用的試驗設備，進行科學實驗，從各方面對產品的結構、性能和零部件的強度、壽命進行測試。同時廣泛采用近代數學物理分析方法，對產品及其總成、零部件進行全面的技術分析、研究，這樣就使汽車設計發(fā)展到以科學實驗和技術分析為基礎的階段。電子計算機的出現和在工程設計中的推廣應用，使汽車設計技術飛躍發(fā)展，設計過程完全改觀。汽車結構參數及性能參數等的優(yōu)化選擇與匹配，零部件的強度核算與壽命預測，產品有關方面的模擬計算或仿真分析，都在計算機上進行。這種利用計算機及其外部設備進行產品設計的方法，統(tǒng)稱為計算機輔助設計(CAD)。隨著計算機在汽車設計中的推廣應用，一些近代的數學物理方法和基礎理論方面的新成就，在汽車設計中也日益得到廣泛應用?，F代汽車設計，除傳統(tǒng)的方法和計算機輔助設計方法外，還引進了最優(yōu)化設計、可靠性設計、有限元分析、計算機模擬計算或仿真分析、模態(tài)分析等現代設計方法與分析手段，甚至還引進了雷達防撞、衛(wèi)星導航、智能化電子儀表及顯示系統(tǒng)等商新技術。 數字化產品開發(fā)可使企業(yè)各部門同時在同一個產品模型上工作、因而可以減少大量不必要的等待時間。減少或避免與傳統(tǒng)產品開發(fā)過程業(yè)務（例如反復制作模型，并對原型進行手工實驗分析）上所投入的時間和費用。同時還能在設計過程中及早地發(fā)現和解決問題。例如美國克萊斯勒汽車公司采用“克萊斯勒數據可視化”軟件在新產品98型汽車上發(fā)現1500多處零件干涉，并在制作的第一個實物模型之前進行了修改和調整，結果避免了大量時間浪費和失誤。 在人機工程中CAD技術得到了廣泛的應用。其中如UG/CATIA等建模軟件都制作了基于汽車的人機工程學模塊，西化大學的吳超碩士曾經提出通過UGS 對主圖板上的H 點位置進行驗算確定后，由于二維人體模型不能滿足“人－車－環(huán)境”中三維位置驗證的需要，而三維人體模型在駕駛員座椅位置布置時的作用是無可替代的。CATIA V5 的人體模型是基于最佳人體模型系統(tǒng)建立起來的，具有直觀、數字化和交互式的特點，能夠被用于非常精確地人體仿真、虛擬人體與工作環(huán)境之間的關系的驗證。 上海大眾的王海波吳鳳艷李炭認為想要設計好一款車的總布置人機工程尤為重要，而要想做好人機工程需從兩個方面加以注意a．掌握人體尺寸的測量數據，其中不但包括靜態(tài)尺寸，還需包括動態(tài)尺寸；不但要劃分年齡及高矮，還需區(qū)分人體特征，如胖瘦、腿長短等；以此為基礎，進行統(tǒng)計分析，建立標準的中國人體模型數據庫。對中國人的活動能力大小進行研究，其中最關鍵的是手操縱力、腳操縱力等。 在確定汽車軸距輪距的過程中應該著力解決轉彎內偏角、側傾、側翻、輪胎側滑、操縱平穩(wěn)性等行駛安全參數之間的平衡。其中在國家質檢總局的關于汽車側翻的報告上提出如下結論（1）通過建模仿真的分析方法，可以有效輔助汽車缺陷等引起的風險的評估研究。（2）通過仿真試驗對風險模式分析可知，只要不駛離道路，正常情況下單向急轉不易引起側翻。（3）一旦車輛轉向側滑撞上路肩或駛入路外高附著系數區(qū)域，絆倒側翻容易發(fā)生。 長安大學的趙巖認為節(jié)能車在轉向盤保持一固定轉角正。緩慢加速或以不同車速等速行駛時，隨著車速的增加，不足轉向汽車的轉向半徑R增大；中性轉向汽車的轉向半徑R維持不變：而過多轉向汽車的轉向半徑R則越來越小。操縱穩(wěn)定性良好的汽車應具有適度的不足轉向特性。一般汽車不應具有不足轉向特性，也不應具有中性轉向特性，因為中性轉向特性汽車在使用條件變動時，有可能轉變?yōu)檫^多轉向特性。武漢理工大學的楊燦還從adams模態(tài)分析中得出如下結論1)汽車在不同的路面以不同的車速行駛，其行駛平順性各不相同，汽車的行駛車速及路譜對汽車行駛平順性有重大影響；2)調整節(jié)能車懸架結構參數，能夠明顯改善節(jié)能車在特定賽道和已規(guī)定車速行駛的平順性：3)改變整車的固有頻率可以減小路面不平所激起的車身振動或使車身振動的峰值頻率偏離原對應的某階模態(tài)頻率，以改善汽車的行駛平順性。 目前，國內的整車總布置設計，與底盤及動力系統(tǒng)的狀況相似，設計和匹配試驗的能力和發(fā)達的國家比較，雖然進行了部分的數字化開發(fā)技術但還存在一定的差距。本文嘗試以前沿的研發(fā)技術為參考大量運用目前已經成熟的電腦建模技術，虛擬樣機技術對所設計的方案進行裝配、制造、模擬以求最大限度的節(jié)省設計制造工程中的時間。  第2章 節(jié)能競技車總體設計方案確定 2.1整車設計目標 量產車的新車型在設計之初需要明確設計目標。主要是根據市場調研和設計要求結合公司的人員的技術水平提出對某型號車的設計原則和設計目標其中包括目標成本、通用性、載客量適用范圍等等。其中總體設計工作應滿足如下要求： （1）汽車的各項性能、成本等，要求達到企業(yè)在商品設計計劃中所確定的目標。 （2）嚴格遵守和貫徹有關法規(guī)、標準中的規(guī)定，注意不要侵犯專利。 （3）盡最大貫徹三化即標準化、系列化、通用化。 （4）進行有關的運動校核，保證正確的運動并避免運動干涉。 （5）拆裝與維修方便。 由于是參加節(jié)能競技大賽，所以設計目標有很大的不同。根據參賽的要求首先要保證大賽要求的設計。本次比賽由本田公司承辦，大賽委員會對整車參數的設計有如下的要求如下表 ： 表2.1總體尺寸表 全高 1.8m以下 排氣管 超出車身10cm以上 軸距 1.0以上 全長 3m3.5以下 輪距 0.5以上 倒視鏡 可以看到車尾其面積小于 40cm2 全寬 2.5m以下 座椅 要求臀部和地面之間有隔板 同時本田公司對其提供的發(fā)動機也有如下的要求： （1）同時要求搭載HONGDA wh125-6市售風影發(fā)動機 （2）化油器部分要求一小時自然吸油一升，不能有增壓裝置 （3）油路要保證透明且油路系統(tǒng)不能有電磁閥 （4）曲軸部分只能加工不能更換 根據大賽要求和參賽目標制定如下設計目標: 表2.2目標尺寸表 性能目標：一升97號汽油1000公里。 整車質量：50kg以下 整車長度：3200mm以下 整車寬度：500mm以上 搭載人員：一人且體重不超過50kg 整車高度：控制在650mm以下 視野要求：保證駕駛員有九十度教的視野范圍，可以看到800mm的物體。 照明設備：無（比賽時） 剎車部分：兩套獨立剎車系統(tǒng) 安全性： 保證發(fā)生事故時駕駛員可以獨自從駕駛室出入，駕駛員和發(fā)動機之間需要有一個隔熱裝置 2.2駕駛室形式的選擇 本節(jié)對節(jié)油車車的總體形式的選擇進行了概括性的論述，對各形式的優(yōu)缺點進行了簡單的評估并從中選擇最適合的方案進行更進一步的論證。節(jié)能車的形式跟普通汽車的形式有很大差別的，因為其生產的目的是節(jié)油也就是說可以在設計上犧牲掉部分動力性、安全性、舒適性、和操縱性。經過對以往比賽的調查研究和通過理論分析可以大體上把整車的形式分為如下幾種形式。四輪行駛兩輪驅動、三輪行駛一輪驅動、三輪行駛兩輪驅動、兩輪行駛兩輪輔助的形式。當然發(fā)動機也有前置和后置兩種情況與其組合。下面對比一下各個布置的優(yōu)缺點。 1.前兩輪后兩輪 不論是前兩輪驅動還是后兩輪驅動都無法回避轉彎時兩輪的速度差的問題，也就是說需要設計一個非常小的差速器且滿足摩托車發(fā)動機經過變速后輸出的轉矩。首先需要設計一個差速器和半軸還要最大限度的降低傳動效率的損失，第二點還要找到可以加工的單位如果找不到的話，還要自行加工且精度要求越高越好。即便做了下來它的傳動效率損失和三輪相比也是非常大的而且四輪車的行駛和轉彎時的阻力也是較三輪車大的。也就是說除了穩(wěn)定性好之外是沒有其它優(yōu)點的。 2.前一輪后兩輪 這種布置形式在其他隊伍中是有才用的而且也取得了很好的成績的如簡圖2.3所示。它具有如下的優(yōu)點（1）轉向輕便,（2）因為和正向三輪車有很多相似的地方所以構件采購容易加工上也比較方便。（3）不需要加工車車輪定位結構如內傾、外傾、前束、后傾等。缺點（1）行駛穩(wěn)定性不好在高速下容易翻車。（2）轉彎時前軸受徑向力力比較大，如要采用這種形式需要對前輪進行加固工藝上比較困難。（3）如果是發(fā)動機前置整車高度會上升且駕駛員視線難以保證，且需要差速器等機構。（4）如果是后輪驅動會遇到與前兩輪驅動一樣的問題。（5）運用空氣動力學相關知識分析較優(yōu)秀的風阻系數模型應該是仿水滴形這樣前一輪的布置方式很難達到。 圖2.3 前一輪后兩輪示意圖 3.前兩輪后一輪 這種布置形式也被俗稱逆三輪車在各種節(jié)能車大賽上被廣泛的運用如圖2.4所示，也就是說在實際比賽中已經被驗證是很實用的。經過理論上的研究也可以得出如下的優(yōu)缺點。它的優(yōu)點有（1）直線行駛平穩(wěn)。（2）后輪驅動不需另行設計差速系統(tǒng)傳動效率高。（3）行駛阻力和四輪車相比要小得多。（4）轉彎時前軸所受側向力要有比單輪時小的多（5）空氣動力學外形可以得到結構上的保證，充分利用現有的空間保證了前寬后窄的外形設計。 2.3車架材料的選定 車架材料的選定應該同時考慮重量、強度、加工難易程度和價格等因素。因為從節(jié)油性的角度出發(fā)希望車架越輕越好，但從完成比賽的角度出發(fā)強度應該越高越好，這樣就要在強度和價格上做出取舍。經過調研可供選擇的材料有，方形鋼管、原型鋼管、鋁型材、鋁板、鋁管、鈦合金管材。如果是承載式車身的話還可以用碳纖維。但綜合經費承擔能力最終選擇了鋁型材作為車架的主要材料，鋁型材有如下優(yōu)點。（1）鋁合金的密度是鋼的密度的1/2強度卻接近于或超過鋼。（2）成本上也比其他高強度材料要便宜得多成本上易于實現。（3）加工上沒有困難也可以代工。 圖2.4 前兩輪后一輪簡圖 2.4車架形式的選定 車架的形式大體上分為整體式如圖2.5、箱型如圖2.6、梯形式2.7、衍架式如圖2.8，他們均具有各自的優(yōu)缺點。衍架式車架剛度高、整體強度高、轉彎時抗側向力能力強，缺點是重量難以控制。邊梁式車間優(yōu)點是結構簡單、加工容易、質量輕，缺點是剛度低、強度難以保證。整體式車身具有邊梁式和衍架式的所有優(yōu)點，缺點是造價高昂且自行完成困難。經過論證決定采用衍架式車架。 2.5驅動形式的選擇 因為采用了前兩輪后一輪的布置形式所以驅動形式決定采用發(fā)動機后置后輪驅動，這樣駕駛員的視線可以得到保障也不需要安裝差速結構同時也可以對質心的位置進行配重（駕駛員在前）且降低了制作的難度。（1）發(fā)動機由于采用了統(tǒng)一標準配置所以不存在選型問題但可以對其變速器和箱體進行改造和輕量化。（2）變速機構決定拆掉原有變速器以一排行星齒輪代替，其優(yōu)點是去掉了多余的重量提供了一個更優(yōu)的傳動比同時行星齒輪的傳動更穩(wěn)定占用空間也比較小缺點是重量比較大、可能需要再加工。（3）檔位決定以一個傳動比行駛主要考慮結構的復雜性和加工能力的局限。 圖2.5碳纖維無骨架符合車身 2.6轉向形式的選擇 轉向形式以使駕駛員操縱方便，轉彎靈活加工難度小為目標?？蛇x的方案有中央支撐式和阿卡曼式，其中中央支撐式有轉彎費力操縱不靈活的弊端。阿卡曼式轉向機構的特點就是在該車全程轉彎過程中瞬時圓心始終保持不變且圓心在后軸的延長線上。由于前輪載荷不是很大且附著力非常的小，所以過彎時地面阻力不會很大不需要助力裝置，只需要適當延長轉向臂就可以達到要求。但是在這里也要考慮傳動比的大小因為這影響到駕駛員的操縱習慣反省時間即閉環(huán)控制的精確程度。通過汽車理論的學習可以確定不轉向對駕駛員的操縱需求是最舒服的。 圖2.6鋁制箱型車架 圖2.7鋼管梯形車架 圖2.8衍架式車身 2.7 制動系統(tǒng)的選擇 制動系統(tǒng)由大賽規(guī)則確定要求即在11°的斜坡上能保證停留，而且制動系統(tǒng)對平時訓練整車的操縱安全性都有很高的保證。經過調查研究決定采用兩套高效V閘其價格性對便宜質量與其它制動件相比較輕，因為前軸的定位尺寸控制嚴格所以決定采用后剎系統(tǒng)。 2.8車輪型號與輪胎的選擇 在技能經濟車的研發(fā)過程當中，車輪的型號的選取也是非常重要的環(huán)節(jié)，因為它關系到滾動阻力的大小，迎風面積的大小，操縱穩(wěn)定性的保證等等 。 首先要選擇車輪的的尺寸，這和迎風面積，轉動慣量，接近角有直接關系。大車輪滾動阻力大穩(wěn)定性好，小車輪滾動阻力小操縱靈活但穩(wěn)定性差。輪胎的選擇遵循滾動阻力小可承受高壓，高載荷，測偏剛度大的輪胎。經過論證決定選擇20inch自行車輪圈輪胎采用米其林寬面高壓光胎。需要注意的是自行車輪胎和車軸是不受側向力的而節(jié)能競技車的車輪和車軸是要受側向力的。根據車輛類型、總質量、道路條件、車速及其他特殊要求，合理地選擇輪胎。 輪胎選擇的好壞直接影響整車的使用性能，如動力性、經濟性、通過性、安全性等。因此必須按使用要求、道路條件和國家標準進行合理的選擇。一般在汽車滿載時，輪胎所受的靜負荷應等于小于它的額定負荷（約 0.9—1.0） 。這主要根據車輛的使用情況和道路條件而定，在條件比較好的情況下－不超載、道路條件好，輪胎的靜負荷可與額定負荷相等或相近，氣壓也可選高一點，這樣會提高整車的經濟性能。由于是節(jié)油車大賽所以經濟性非常的重要，這樣胎壓的要求就會很高正常的乘用轎車胎壓一般夏季2.0-2.5，冬季偏高一點兒，而H2號車的胎壓 在8.0~9.0以上這是因為自行車輪胎可承受高壓的特性，其中高級的米其林告訴光胎可以承受更高的胎壓據資料上顯示可達到14.0這就為經濟型節(jié)油能力提供了很好的數據。輪胎選擇的另一個關鍵因素是車速。隨著高速公路的發(fā)展和道路條件的改善，現代汽車的車速越來越高，對于輪胎來說，車速越高，輪胎的發(fā)熱量也越大，致使輪胎的磨損和壽命都受到影響。輪胎的額定負荷能力是在一定車速下給定的，超過該車速長期使用合適輪胎的壽命急劇下降。 但比賽是的車速不會很高因為要熄火滑行最高車速是跟據最低車速制定的所以對輪胎的影響很小。 2.9本章小結 本章對H3號節(jié)能車的布置形式、驅動形式、材料的選型、轉向方式的確定都做了論證和對比并根據自身的要求進行了選擇，為接下來的后續(xù)計算奠定了基礎和確定了方向。  第3章 參數的收集和計算 3.1 參數的影響 H3號車的總布置主要參數包括整車的長、寬、高、離地間隙、軸距、輪距以及車架的最長最寬尺寸。以及發(fā)動機的額定功率，變速器的最大最大最小傳動比等等。在設計之初可以確定幾個設計硬點，其他尺寸在保證設計硬點的基礎上可以有所變化。硬點尺寸直接關系到整車的性能。整車的主要尺寸對整車的性能有如下影響： 軸距L： 對整備質量、總長、最小轉彎半徑、縱向通過半徑有影響， 還對軸荷分配有影響。過短時會使制動 、上坡、加速時軸荷轉移過大，使汽車制動性和操縱性變壞，縱向角振動大。 輪距：對整車的整寬、總質量、側傾剛度、最小轉彎半徑有關。輪距大有利于剛度上升，橫向穩(wěn)定性變好，但輪距不宜過大。 前懸：（因為本車為了節(jié)油盡可能的提高了整車的剛度所以取消了懸架機構，這樣前懸就被用來定義前軸到整車最前端的部分。） 通過性、碰撞安全性、視野 范圍、接近角等。 質量系數y軸荷分配：質量系數反映了汽車的設計工藝水平，軸荷分配對輪胎的磨損均勻和壽命相近，要保證驅動的符合，從動軸的負荷減小，有利提高通過性和減小滾動阻力。 3.2 設計參數的要求和目標 本次比賽有本田公司承辦大賽委員會對整車參數的設計有的要求如表2.1所示：由于H3號車的結構保留了大部分的原有H2的結構設計，所以我們可以在原有尺寸上對其進行優(yōu)化 。 H2號車的尺寸 、全高——0.75m、軸距——1.6m、全長——3.1m 、輪距——0.84m。 在確定尺寸前要明確優(yōu)化的前提條件即如何優(yōu)化，如果把總體設計分為兩個指標即性能指標和節(jié)油指標則對明確整車的設計側重點有很大的幫助。 完成比賽性能指標： （1） 剎車制動性 （1）行駛穩(wěn)定性：轉彎特性：側傾、側偏、側翻 （2）加速和起步時的平順性 （3）故障率：驅動部分，制動部分 （4）車架：剛度和撓度 （5）車軸的強度 節(jié)油性能指標： （1）車輪：左右車輪主銷內傾角、前束、后傾的參數一致性。各軸載荷的平均分配。輪胎測偏剛度的確定。 （2）車架：輕量化 （3）車身：空氣阻力系數Cd值、迎風面積、車身總體質量。 （4）發(fā)動機：最優(yōu)傳動比的選擇、機體的輕量化、傳動形式的選擇。 （5）駕駛員：體重、身高、操縱能力。 3.3 參數的計算及思路 明確了幾項參數指標后可以對計算的總體思路有了大略的方向即在滿足駕駛員操縱性舒適性的基礎上，盡可能的縮短輪距和軸距并降低整車高度，同時還要保證整車的行駛性能。如圖3.1。 圖3.1 總布置尺寸示意圖 3.3.1人機工程參數的計算 人機參數的計算方向應該是頭高下降在發(fā)動機臥高和立高平面內并保持視線高度與龍門高度成2.1的關系。這樣既能保持車身能降低最低的距離而且可以最大限度的保證可以看到0.8m的物體（比賽要求）。經過對九名駕駛員進行質心測量和坐姿高度與其他尺寸的測量，可以得到圖表進行分析。下表為駕駛員躺臥駕駛姿勢是隨頭高的下降個關鍵尺寸的變化。圖3.2描述了駕駛員眼高的變化曲線，附圖3.3描述了駕駛員大腿寬度的變化曲，圖3.4描繪了所收集的駕駛員數據的膝寬曲線。前軸的位置應該在膝蓋前后位置選擇。通過對上表的計算分析對隨人身坐高的下降對其它其它尺寸的影響有如下結論。駕駛員高度每下降60mm,質心降低10mm,高度降低30mm,視線降低20mm,前懸伸長10mm，龍門前身20mm(龍門位置在髖部)。為了保證駕駛員操縱的舒適性和軸距設置的合理性前軸（龍門的位置）應該在膝蓋和髖部之間選擇。 表3.1后備駕駛員尺寸圖表 （單位：mm） 號碼 1號 2號 3號 4號 5號 頭高 450 400 450 400 450 400 450 400 450 400 眼高 355 330 380 330 360 305 385 290 360 310 膝高 250 250 220 220 210 190 160 160 150 150 腳尖高 220 220 245 245 235 235 250 250 260 260 背至腳尖 1444 1520 1500 1520 1460 1520 1340 1430 250 1440 手至膝 340 320 300 320 260 280 240 270 142 300 拳前伸長 501 508 522 512 498 480 520 518 510 510 膝寬 200 200 201 201 230 230 220 220 210 210 小腿寬 220 220 230 230 220 220 230 230 230 230 大腿寬 250 250 250 250 240 240 250 250 250 250 髖寬 340 340 320 320 335 335 340 340 350 350 膝至腳底 460 460 440 450 460 460 470 470 440 440 體重 60kg 44.9kg 50kg 47.3kg 45kg 身高 1550 1580 1610 1500 1580 號碼 6號 7號 8號 9號 頭高 450 400 450 400 450 400 450 400 眼高 350 330 380 330 360 305 385 290 膝高 150 150 120 200 200 170 170 170 腳尖高 250 250 260 260 220 220 255 255 背至腳尖 1444 1520 1500 1520 1460 1520 1340 1430 手至膝 340 320 300 320 260 280 240 270 拳前伸長 501 508 522 512 498 480 520 518 膝寬 200 200 201 201 230 230 220 220 小腿寬 220 220 230 230 220 220 230 230 大腿寬 250 250 250 250 240 240 250 250 髖寬 340 340 320 320 335 335 340 340 膝至腳底 460 460 440 450 460 460 470 470 體重 50.9kg 44.8kg 51kg 48.3kg 身高 1550 1580 1610 1500 圖3.2描述了駕駛員眼高的變化曲線，附圖3.3描述了駕駛員大腿寬度的變化曲，附表3.4描繪了所收集的駕駛員數據的膝寬曲線。前軸的位置應該在膝蓋前后位置選擇。通過對上表的計算分析對隨人身坐高的下降對其它其它尺寸的影響有如下結論。駕駛員高度每下降60mm,質心降低10mm,高度降低30mm,視線降低20mm,前懸伸長10mm，龍門前身20mm(龍門位置在髖部)。為了保證駕駛員操縱的舒適性和軸距設置的合理性前軸（龍門的位置）應該在膝蓋和髖部之間選擇。 圖3.2 眼高變化折線圖 圖3.3 髖部寬度變化圖 圖3.4 膝寬變化圖 圖3.5高155cmCATIA人偶 3.3.2轉彎特性相關參數計算 轉彎特性的計算主要是為了選擇最優(yōu)的輪軸距而引用的，有第二章總體布置的形式轉向機構選擇了阿卡曼是轉向機構，而阿卡曼是機構來自于阿卡曼定理即全部車輪繞同一瞬心O回轉，瞬時中心始終在后軸的延長線上。轉向特性公式3.1和轉彎半徑與轉向角公式3.2可以很好的解釋輪軸距的關系。主銷傾角軸線與地面相接點間距離與輪距尺寸接近，這里還有一段尺寸c為接地點與輪胎接地點距離。c值不能太小因為太小的話主銷旋轉過程中會使輪胎與路面產生較大的摩擦。表3.2描述了內偏角與整車寬度的關系。即內偏角越大需要預留的轉彎空間也相應的增大。 圖3.6 轉彎特性簡圖 cota= cotβ- BL （3.1） Rmin=Lsinαmax （3.2） 式中：B——主銷傾角延長線間的距離； L——軸距； A——前輪內偏角； ——前輪外偏角； R——最小轉彎半徑。 表3.2內偏角與整車寬度的關系表 α L 1500 1550 1600 車輪前端橫向掃過距離 10° R=8640 R=8929 R=9217 M=40 11° R=7640 R=8123 R=-8385 M=45 12° R=7210 R=7455 R=7659 M=52 13° R=6860 R=6890 R=7112 M=56 14° R=6200 R=6510 R=6614 M=60 15° R=6100 R=5918 R=6812 M M=6565 經過計算發(fā)現在設計最小轉彎半徑8800mm的情況下內偏角隨軸距L的增加而增加而內外偏角的差之和B/L的值有關，同時如果希望將車輪納入車身中的話我們會發(fā)現輪距增加會增大外偏角而其角度越大車身和車輪的距離就會越大這樣才能保證其最大偏角。經過計算發(fā)現偏角每增加0.74°距離d相應增加3.228mm。 初步將輪距B定為600mm 3.3.3質心幾何坐標的測量 質心的位置對整車各個尺寸的確定是不可或缺重要的參量。需要測量的參量有： LZ1——質心距前軸的水平距離 LZ2——質心距后軸的水平距離 a1——質心距左前輪接地點的水平距離 a2——質心距右前輪接地點的水平距離 Hg——質心距地面的高度 水平面即x y平面上質心的幾何位置，可以根據測量的數據進行計算。如設質心到前軸的距離為a那么到后軸的為根據公式可列如下方程表達其平衡關系。 G1‘=G×ba+b=G1 （3.3） G2’=G×aa+b=G2 （3.4） 式中：G1‘——地面對前軸的支持反力； G2’——地面對后軸的支持反力； G1——前軸載荷； G2——后軸載荷； A——質心到前軸距離； B——質心到后軸距離。 測量原理：質量反應法 測量工具：磅秤或車輪負荷計，精度0.1%，卷尺，精度0.1%。 測量步驟：（1）將后軸放置于已調整好的秤臺上，前軸停放在另一秤臺上或支撐物上，并保持在同一水平面上。在前軸和后軸相同高度處分別標識記號點hi測定后軸軸重G2 （或前軸軸重G1）軸距L記號點高度hi和個輪的靜載半徑rs。（2）抬高汽車前軸（或后軸），使其縱向傾角分別為11°、18°、20°測量每次抬高到規(guī)定角度時的軸重G2α（或前軸重G1α）和抬高高度hiα。測量示意圖3.6. 圖3.7 用質量反應法測質心高度示意圖 質心高度hg按下式計算: hgα=rs+?GIαG0LL?hα2-1 （3.5） 式中：hgα——汽車抬高到某一規(guī)定角度的質心高度 rs ——汽車個車輪靜載半徑均值 ?GIα——汽車抬高到某一規(guī)定角度時，未被抬高車軸重增量 G0——汽車總重 L——汽車軸距 ?hα——汽車抬高到某一規(guī)定角度時，前后軸左右記號點離地高度增量均值絕對值之和 最后有： hg=i=13hg1α/3 先后對H2號車進行了5次測量每次3組數據，但前兩次公式和測量條件有錯誤舍去。第3,4次角度變化太小在后期側翻計算中不符合實際情況舍去，第5次測量實驗得到數據符合側翻公式，也符合實際行駛情況。所以保留第5組數據作為理論依據。 質心位置計算 （z方向）如式3.5、3.4 X Y平面內的質心位置計算: G=890+330=1220 a+b=1550 890=1220×a1550 330=1220×b1550 a=1.131m=1131mm b=0.419m=419mm 3.3.4抗側翻性的計算 側向傾翻是指在本車以一定速度過彎時，由離心力使外側車輪附著力減少直至為零產生側翻的情況。 當離心力力矩 F×H>G×a 傾翻 （3.6） F×H

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