大型客車(chē)車(chē)身設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、CATIA三維模型、說(shuō)明書(shū)】

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The study shows that the large passenger car body occupies about 30% to 40% of the vehicle quality, in the case of no load, 70% of the fuel consumption in the body quality, while the body is the only part of the car with the ability to absorb collision energy Of the collision occurred in the car through a reasonable deformation of the occupant protection. Therefore, the design of large passenger car body, can effectively improve the vehicles power, fuel economy and driving stability.This paper to KLQ 6 1 00G city bus, for example, with reference to KLQ 6 1 00G city bus has a car chassis, with three-dimensional design software (CATIA) on the bus body shape, interior layout, passenger area layout and other automotive layout design and research. In the design of the car layout, with reference to the same type of design and research methods, the car parts of the decorative form awakened a careful analysis, and in strict accordance with the bus manufacturing standards for design. In the process of theoretical analysis and modeling, learn the latest body design information, the design of repeated changes in the capacity to improve the basis of the volume to optimize the shape design, so beautiful and generous, and rely on the internal structure of the design to improve passenger comfort , To enhance the passengers ride experience.Due to the acceleration of the urbanization process and the traffic demand caused by the suburbanization, the large passenger car is becoming more and more important in solving the urban traffic demand and market demand. The study on the shape and layout of large passenger cars is conducive to the development of urban public transport in China. Under the basic principle of safe, comfortable, fast, economical and convenient for public transportation, this paper has certain application and reference value.Keywords: city bus； CATIA,；body shape； total layout目 錄摘 要IABSTRACTII1 緒論1 1.1 大型客車(chē)車(chē)身設(shè)計(jì)的研究現(xiàn)狀11.2 我國(guó)城市公交車(chē)發(fā)展方向21.3 本課題的研究?jī)?nèi)容31.4 本章小結(jié)42 車(chē)身外部造型與總布置設(shè)計(jì)52.1 空氣動(dòng)力學(xué)特征在整車(chē)外形中的應(yīng)用52.2 汽車(chē)車(chē)身制圖52.3 整車(chē)外形總布置設(shè)計(jì)72.4 車(chē)身三維造型設(shè)計(jì)102.5 本章小結(jié)173 車(chē)身內(nèi)部總布置設(shè)計(jì)183.1 人機(jī)工程學(xué)在整車(chē)內(nèi)部總布置中的應(yīng)用183.2 確定駕駛員座椅H點(diǎn)位置213.3 儀表板設(shè)計(jì)243.4 確定各操縱件的位置263.5 乘客區(qū)座椅布置283.6 本章小結(jié)304 駕駛區(qū)三維造型設(shè)計(jì)314.1 儀表臺(tái)造型設(shè)計(jì)314.2 駕駛員座椅造型設(shè)計(jì)334.3 操縱件造型設(shè)計(jì)344.4 駕駛區(qū)各主要部件裝配384.5 本章小結(jié)385 乘客區(qū)三維造型設(shè)計(jì)395.1 地板設(shè)計(jì)395.2 乘客座椅及座椅支架造型設(shè)計(jì)415.3 乘客區(qū)座椅裝配425.4 本章小結(jié)436 結(jié)論44參 考 文 獻(xiàn)45附錄1：外文翻譯46附錄2：外文原文52致 謝54V大型客車(chē)車(chē)身設(shè)計(jì)1 緒論由于我國(guó)城市化進(jìn)程的加速以及居住郊區(qū)化帶來(lái)的交通需求，大型客車(chē)在解決城市交通需求和市場(chǎng)需求的角度上變得越來(lái)越重要。對(duì)大型客車(chē)車(chē)身造型及總布置的研究，有利于我國(guó)城市公交的發(fā)展。 1.1 大型客車(chē)車(chē)身設(shè)計(jì)的研究現(xiàn)狀國(guó)外汽車(chē)大公司和設(shè)計(jì)公司具備汽車(chē)創(chuàng)意和造型的能力，德國(guó)戴姆勒-克萊斯勒公司就開(kāi)發(fā)過(guò)幾十至幾百種大型客車(chē)車(chē)身，積累了幾十年的大型客車(chē)車(chē)身開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)。國(guó)外的學(xué)者在汽車(chē)輕量化研究和拓?fù)鋬?yōu)化研究方面，作了很多研究和試驗(yàn)，取得了很多重要的成果。1951年德國(guó)凱斯鮑爾公司設(shè)計(jì)出承載式的客車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)技術(shù)最早源于飛機(jī)機(jī)身設(shè)計(jì)，當(dāng)時(shí)該公司6名員工輕而易舉地把一個(gè)客車(chē)車(chē)身骨架抬起，這標(biāo)志著客車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)的輕量化邁上新臺(tái)階。1993年，Kim.T.在1993年發(fā)表了關(guān)于客車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究的文章，文中首先對(duì)客車(chē)車(chē)身的有限元模型進(jìn)行彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度分析，然后提出了在車(chē)身質(zhì)量不增加的條件下提高車(chē)身剛度的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案1。1995年,Kane等人分別用遺傳算法和蟻群優(yōu)化算法對(duì)金屬平板進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)2；2010年，A.gauchia等人運(yùn)用有限元分析、靈敏度分析和遺傳算法等技術(shù)對(duì)大型客車(chē)車(chē)身進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化3。同時(shí)在國(guó)內(nèi)，許多學(xué)者在車(chē)身結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面，基于有限元分析，多體動(dòng)力學(xué)分析和疲勞壽命分析結(jié)果，綜合考慮車(chē)身剛度、強(qiáng)度、振動(dòng)、疲勞、碰撞安全性和輕量化也做了許多研究。2001年吉林大學(xué)的林松采用了梁、板殼和彈簧單元對(duì)某大型客車(chē)車(chē)身建立有限元模型，通過(guò)車(chē)身部分結(jié)構(gòu)靈敏度優(yōu)化后將整車(chē)質(zhì)量降低了5.7%4。2003年，徐宏兵、葛如海等人運(yùn)用有限元分析技術(shù)對(duì)大客車(chē)車(chē)身骨架進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)結(jié)果顯示車(chē)身實(shí)現(xiàn)減重5.08%5。2004年，陳茹雯運(yùn)用ANSYS軟件對(duì)某大型客車(chē)車(chē)身進(jìn)行了有限元分析并進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化6。2004年，陳吉清、蘭鳳崇等人提出了概念開(kāi)發(fā)階段的客車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析方法，從而有助于在設(shè)計(jì)初期預(yù)測(cè)和完善整車(chē)性能，減少設(shè)計(jì)重復(fù)和縮短開(kāi)發(fā)周期，為車(chē)身結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇提供明確方向7。2010年，蘇瑞意、杜良進(jìn)等人對(duì)客車(chē)車(chē)身骨架進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，優(yōu)化目標(biāo)包括重量、剛度強(qiáng)度、模態(tài)和側(cè)翻安全性，優(yōu)化結(jié)果顯示整車(chē)質(zhì)量下降4.26%8。 1.2 我國(guó)城市公交車(chē)發(fā)展方向最近幾年，我國(guó)發(fā)生了天翻地覆的變化，尤其是城市化越來(lái)越迅速，城市人口越來(lái)越多，從而居住范圍越來(lái)越廣，甚至一些大城市出現(xiàn)了衛(wèi)星城居住的現(xiàn)象，為此，我們要提供足夠的交通支撐。依據(jù)現(xiàn)有的交通條件，只有大力的發(fā)展公共交通事業(yè)才是解決問(wèn)題的根本之道，城市公交為城市交通運(yùn)輸提供了難以想象的作用。（1）大型化 傳統(tǒng)鉸接式客車(chē)的面積大，轉(zhuǎn)彎半徑也大，所以在行駛時(shí)不靈活，有許多大城市已經(jīng)將其作為歷史產(chǎn)物而淘汰了，將逐步轉(zhuǎn)變?yōu)?112米長(zhǎng)，能夠乘坐100120 人的乘客的大型城市專用汽車(chē)，而不是大巴士。例如：雙層大巴成功的將的大容量和負(fù)荷對(duì)柔性彎曲這一沖突化解，做出了具有良好的視覺(jué)效果的大巴車(chē)，方便了旅游觀光乘客的游覽。香港的巴士有四千兩雙層巴士構(gòu)成了香港的交通主題，但是北京、上海、天津、重慶、深圳城市選用的都將是選擇的雙層巴士。相信城市公共汽車(chē)也將逐步變成這樣。（2）降低底盤(pán)現(xiàn)如今，公共汽車(chē)低地板技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，它大大增加了公共汽車(chē)的穩(wěn)定性，從而在一定程度上也提高了它的舒適性。本實(shí)用新型技術(shù)使汽車(chē)重心有了一定降低，從而方便了那些乘坐的乘客，特別是孩子、行動(dòng)不便的老齡人和身體殘疾的乘客。目前，中國(guó)的低底盤(pán)公交車(chē)還不被稱之為真正的低底盤(pán)公交車(chē)，因?yàn)閷?duì)于前后橋問(wèn)題，目前的技術(shù)尚不能解決，同時(shí)底盤(pán)懸掛技術(shù)也沒(méi)有得到解決。然而在歐洲，這一技術(shù)已經(jīng)在實(shí)際應(yīng)用發(fā)揮了巨大的作用。目前，歐美汽車(chē)公司開(kāi)發(fā)的采用了一種特殊的低地板車(chē)橋，空氣懸架，降低地板高度，使得低地板公交車(chē)成為著名的城市公交車(chē)的首選。結(jié)合我國(guó)的國(guó)情進(jìn)行研究分析，最終得出當(dāng)?shù)偷匕骞卉?chē)地板高度小于600毫米時(shí)為最適宜高度。（3）高端舒適，提升檔次公共汽車(chē)在配置動(dòng)力裝置時(shí)，要選擇性能較好的發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力要大，扭矩選擇要大，最好是配備較低油耗較低排放，較低的油耗的發(fā)動(dòng)機(jī)，然后還要保證車(chē)的內(nèi)飾較好，皮質(zhì)齊全，比如冷風(fēng)暖器、使車(chē)內(nèi)可以按自身需要調(diào)節(jié)溫度，從而使車(chē)內(nèi)高端大氣，檔次得到提升，從而可以實(shí)現(xiàn)客車(chē)的多種用途。（4）減少對(duì)環(huán)境污染自從工業(yè)時(shí)代以來(lái)，人們的生產(chǎn)生活對(duì)地球環(huán)境造成了越來(lái)越大的破壞與污染。而汽車(chē)使用的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)雖然動(dòng)力很大，但是他的大動(dòng)力是由于它的高油耗，他的這個(gè)矛盾阻礙了高動(dòng)力柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展，許多城市為了保證環(huán)境健康，從而抵制大功率柴油機(jī)的使用，近幾年來(lái)，誕生了許多以液化天然氣和壓縮天然氣為主要燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)，工業(yè)排放大大降低，降低了大約百分之六十，符合現(xiàn)有國(guó)家政策，是一個(gè)有前景的技術(shù)。因此綠色燃料汽車(chē)將逐漸占領(lǐng)汽車(chē)市場(chǎng)。（5）汽車(chē)造型越來(lái)越新潮美觀希望可以得到外形顏色鮮艷，外觀線條流暢，的車(chē)輛。因?yàn)檫@種車(chē)輛外觀可以直接反映現(xiàn)代城市風(fēng)景人文，成為一個(gè)風(fēng)景優(yōu)美的現(xiàn)代化城市的點(diǎn)綴，而且車(chē)輛的內(nèi)外裝修要求軟化處理，從而使人有種豪華車(chē)的感覺(jué)，表面安裝了大型雙曲全景玻璃，為旅游人群提供了便利。（6） 汽車(chē)自動(dòng)化程度更高隨著現(xiàn)代智能化發(fā)展，公共汽車(chē)也要求愈來(lái)愈智能化愈來(lái)愈自動(dòng)化，這樣不僅可以減少人力，而且還可以提升服務(wù)質(zhì)量，增強(qiáng)乘客體驗(yàn)，而且GPS定位、導(dǎo)航、智能語(yǔ)音等等技術(shù)都可以増加公共汽車(chē)的可監(jiān)管性，最終提高客車(chē)質(zhì)量。 1.3 本課題的研究?jī)?nèi)容客車(chē)三大總成是是指發(fā)動(dòng)機(jī)、 底盤(pán)、車(chē)身，客車(chē)車(chē)身在客車(chē)制造過(guò)程中也占據(jù)及其重要的地位。本文以K L Q 6 1 00G城市公交車(chē)為例，參照K L Q 6 1 00G城市公交車(chē)已有汽車(chē)底盤(pán)，用三維設(shè)計(jì)軟件（CATIA）對(duì)該公共汽車(chē)的車(chē)身造型、內(nèi)飾布置、乘客區(qū)布置等各種汽車(chē)布置進(jìn)行設(shè)計(jì)與研究。在設(shè)計(jì)該車(chē)布置時(shí)，參考以往同類型設(shè)計(jì)研究方法，對(duì)該車(chē)的各部件裝飾形式進(jìn)行了認(rèn)真分析，并嚴(yán)格按照公共汽車(chē)制造標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)以KLQ6100G客車(chē)為依據(jù)，外形尺寸為1031024402900（mm）（3100不含空調(diào)），座位數(shù)為31+1，額定載客量為76人，用于大型城市公交客車(chē)車(chē)身。一般客車(chē)使用壽命為8年到12年。(1) 底盤(pán)有關(guān)數(shù)據(jù)底盤(pán)為分段式底盤(pán)、發(fā)動(dòng)機(jī)后置軸距 5100mm前懸 2260 mm 后懸 2950 mm前輪距 2020mm 后輪距 1860mm輪胎 9.00R20-14PR(2) 底盤(pán)質(zhì)量參數(shù)整備質(zhì)量參數(shù) 9400kg前軸 3300kg后軸 6100kg允許最大總質(zhì)量 15000kg允許最大前軸荷 5000kg允許最大后軸荷 10000kg該客車(chē)在總布置時(shí)采用了分段直大梁底盤(pán)，以降低地板高度。該底盤(pán)的前端縱梁（z0）上表面離地高度為570 mm，后端離地高度870mm。在駕駛區(qū)地板骨架采用Q235 30501.75的矩形鋼管作為橫梁。 1.4 本章小結(jié)本章主要講述了我國(guó)城市公交客車(chē)的發(fā)展方向和市場(chǎng)需求，為了滿足這個(gè)需求，加快城市化建設(shè)步伐，在現(xiàn)有底盤(pán)的基礎(chǔ)上，結(jié)合KLQ6100G城市公交車(chē)的車(chē)身開(kāi)發(fā)，對(duì)該車(chē)型進(jìn)行車(chē)身造型設(shè)計(jì)和總布置設(shè)計(jì)。2 車(chē)身外部造型與總布置設(shè)計(jì) 2.1 空氣動(dòng)力學(xué)特征在整車(chē)外形中的應(yīng)用隨著汽車(chē)車(chē)速的提高其穩(wěn)定性安全性等可能會(huì)有降低，為了保持汽車(chē)高速行駛的穩(wěn)定性，且滿足汽車(chē)內(nèi)部通風(fēng)降噪舒適性等要求，我們需要研究汽車(chē)的空氣動(dòng)力性能?，F(xiàn)如今，對(duì)汽車(chē)動(dòng)力性能的研究已經(jīng)成為關(guān)鍵的一步，且該性能的好壞已經(jīng)成為車(chē)輛好壞的一個(gè)指標(biāo)。根據(jù)空氣流體學(xué)可知，隨著汽車(chē)外形的變化所受到的的阻力也不同，所以我們通過(guò)研究實(shí)驗(yàn)希望可以得到在高速行駛下汽車(chē)受力的最優(yōu)解。通過(guò)研究，當(dāng)汽車(chē)采用如下外形的時(shí)候可以減少阻力；（1）棱角圓化 車(chē)身前成面與側(cè)面需要連集成箱體裝，如果使其過(guò)渡段圓滑過(guò)渡，這樣可以降低CD值來(lái)減小風(fēng)阻。（2）水槽形狀對(duì)阻力的影響 在窗口中的擋風(fēng)玻璃和擋風(fēng)玻璃的交叉點(diǎn)上的前風(fēng)窗立柱，處于前方氣流流向兩側(cè)的拐角處。而圓滑過(guò)渡的立柱形狀，能減少因氣流分離產(chǎn)生的阻力。（3）表面光潔 由氣體阻力的形成條件可知，當(dāng)平面粗糙度大的時(shí)候，其受到的空氣阻力較大；當(dāng)平面粗糙度較小，即表面為光滑表面時(shí)，其摩擦力較小，所以表面越光滑其上受到的空氣阻力越小，越有利于汽車(chē)的行駛。此外，汽車(chē)車(chē)身上的一些外部裝置應(yīng)該盡可能地嵌入車(chē)身內(nèi)，而且可以采用曲面玻璃使其緊貼車(chē)身從而減小阻力。 2.2 汽車(chē)車(chē)身制圖（1）首先要確定坐標(biāo)系，在汽車(chē)的車(chē)身設(shè)計(jì)過(guò)程中，一般使用右手坐標(biāo)系確定坐標(biāo)。汽車(chē)的長(zhǎng)度方向用X坐標(biāo)軸表示，寬度方向用Y坐標(biāo)軸表示，車(chē)身高度方向是用Z坐標(biāo)軸表示。詳情如圖2-1。圖2-1 車(chē)身坐標(biāo)系（2）坐標(biāo)零平面的確定一般情況下，框架梁的上緣沿框架的上邊緣平面為高度方向坐標(biāo)的零平面。以零平面為基準(zhǔn)，零平面上面為正方向，零平面下方為負(fù)平面。此設(shè)計(jì)零平面為基準(zhǔn)平面，基準(zhǔn)面為地面，以上為正，以下為負(fù)。垂直于汽車(chē)?yán)碚撝虚g線高度方向的零平面作為他的基準(zhǔn)面，這基準(zhǔn)面前方的為負(fù)方向，在這個(gè)基準(zhǔn)平面的后方為正方向9。（3）圖面布置當(dāng)人們繪制車(chē)身的樣圖時(shí)候，一般會(huì)規(guī)定一個(gè)方向，即從汽車(chē)右邊向左邊行駛過(guò)程中的方向規(guī)定為正方向，并且按照這個(gè)方向編制車(chē)身技術(shù)相關(guān)的文件。百分之一線標(biāo)記坐標(biāo)數(shù)值和坐標(biāo)方向包括坐標(biāo)線從零平面和7號(hào)函數(shù)值的大小，本文設(shè)計(jì)中坐標(biāo)線間距設(shè)計(jì)為400mm。（4）圖形標(biāo)注三維制圖軟件中標(biāo)注應(yīng)該嚴(yán)格按照繪圖標(biāo)準(zhǔn)，首先，標(biāo)注的零線，其坐標(biāo)尺寸大部分時(shí)候是從離他最近的地方標(biāo)注出來(lái)，有時(shí)候也可以根據(jù)尺寸的基準(zhǔn)標(biāo)注出來(lái)，然后記住繪制導(dǎo)線先后之間是有一定聯(lián)系的，本文中設(shè)計(jì)圖形時(shí)采用了第一種方式，也采用了第二種方式。 2.3 整車(chē)外形總布置設(shè)計(jì)2.3.1前圍布置前圍布置首先要考慮車(chē)身強(qiáng)度，然后要考慮到駕駛員行進(jìn)過(guò)程中的視野是否良好，最終使風(fēng)窗面盡量最大化。其中前圍尺寸的設(shè)計(jì)應(yīng)該參照具體標(biāo)準(zhǔn)。如圖2-2所示，在前圍裝置上要考慮到車(chē)牌的安裝，其安裝也要依靠一定的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。圖2-2 前圍布置圖2.3.2左側(cè)圍布置為增大玻璃表面積來(lái)提升視野范圍，側(cè)窗立柱采用垂直形式，做到工藝簡(jiǎn)單。在對(duì)客車(chē)進(jìn)行左側(cè)的布置時(shí)還應(yīng)考慮駕駛過(guò)程中左側(cè)車(chē)窗玻璃的設(shè)計(jì)，并且左右兩側(cè)的玻璃應(yīng)對(duì)稱設(shè)計(jì)，以保證零件的互換性10。本論文中風(fēng)窗下緣至地板表面距離為740mm。詳情如圖2-3。圖2-3 左側(cè)圍布置圖2.3.3右側(cè)圍布置如圖2-4，右側(cè)車(chē)圍類似于左側(cè)車(chē)圍的設(shè)計(jì)方法，但是因?yàn)橛覀?cè)是車(chē)門(mén)所在區(qū)，是以根據(jù)客車(chē)結(jié)構(gòu)安全要求 GB 13094-1997去設(shè)計(jì)車(chē)門(mén)大小，包括寬度和高度。圖2-4 右側(cè)圍布置圖2.3.4后圍布置本論文后圍設(shè)計(jì)的倒梯形，優(yōu)雅的后門(mén)，沒(méi)有了以往客車(chē)后圍僵化呆板的感覺(jué)。為了更好的通風(fēng)和散熱，在開(kāi)放的跑道形輻射孔密集布置后，既美觀又熱，還能節(jié)省材料。后窗不宜太大或者太復(fù)雜，后排座椅靠背應(yīng)盡量暴露盡量最小化，否則這樣會(huì)影響視覺(jué)效果，而且大大增加購(gòu)買(mǎi)玻璃的成本。如圖2-5所示,對(duì)于后圍造型中關(guān)于照明設(shè)施的置放，我們同樣依憑國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)去設(shè)計(jì)它們彼此之間的尺寸以及在它們的置放方式。圖2-5 后圍布置圖2.3.5頂蓋布置頂蓋為車(chē)身的車(chē)頂，它的橫向截面圖在圖紙上顯示為為三段圓弧。車(chē)身安全頂窗設(shè)計(jì)應(yīng)按照規(guī)范。如圖2-6所示。圖2-6 頂蓋布置圖 2.4 車(chē)身三維造型設(shè)計(jì)2.4.1 前圍造型前圍里布置著各種零件、燈具及商標(biāo)，需要妥善處理車(chē)身表面形狀、前風(fēng)窗玻璃形狀尺寸以及各種照明設(shè)施的關(guān)系11。（1）前圍形面形成前圍表面為曲形空間表面，如果從不同的部分切割空間曲面，并得到不同的切割線（截面線）。設(shè)計(jì)的前橫曲線由三段圓弧組成。豎曲線由兩條短弧組成。該輪廓是由水平曲線周?chē)目v向曲線掃描，然后與兩側(cè)和頂部導(dǎo)出圓角。如圖2-7所示。圖2-7 前圍曲面形成圖（2）風(fēng)窗玻璃面形成風(fēng)窗玻璃面是由前圍形面裁剪而成，做到與前圍區(qū)面聯(lián)系光滑，以此來(lái)降低風(fēng)阻，并且保持客車(chē)車(chē)身前方美觀。如圖2-8所示，在ZX面做出折線，把折線以Y軸方向投影，剪切投影曲面。圖2-8 前風(fēng)窗玻璃面（3）保險(xiǎn)杠形面形成剪切前圍上半部分并偏移下半形面，用連接面填充，如圖2-9。保險(xiǎn)杠形成如圖2-10。圖2-9 保險(xiǎn)杠形面圖圖2-10前圍保險(xiǎn)杠圖（4）燈具前大燈由照明燈與信號(hào)燈組合而成，如圖2-11所示，先在ZY面做曲線，沿X軸投射到前圍，用投影線剪切該面并填補(bǔ)。圖2-11 燈具形面形成圖2.4.2 側(cè)圍造型客車(chē)側(cè)圍包括前后側(cè)投影、車(chē)頂側(cè)投影，整體由側(cè)圍、輪、輪蓋和側(cè)邊組成。如圖2-12，本設(shè)計(jì)中側(cè)面設(shè)計(jì)方法即為在軟件中用曲線投影拉伸。圖2-12 側(cè)圍面形成圖如圖2-13，XZ面草繪矩形，投射到面上，拉伸形面上投影線包圍的形面。圖2-13 側(cè)圍風(fēng)窗形成圖2.4.3 后圍造型后圍造型要求整體呼應(yīng)。如今客車(chē)前后圍已向前薄后肥發(fā)展，以求達(dá)到呼應(yīng)統(tǒng)一的體量感。如圖2-14，后圍的繪制方法和前圍相似，也是由曲線拉伸而成的。然后再到出圓角。圖2-14 后圍主要表面形成圖如圖2-15所示，后圍保險(xiǎn)杠成型同前圍，是由后圍主要形面偏移后中心再用面添補(bǔ)而成。圖2-15后圍保險(xiǎn)杠圖如圖2-16，設(shè)計(jì)照明設(shè)施形面，ZY面做平面圖，向后圍面投影，剪切后圍基本形面，添補(bǔ)。圖2-16 后圍燈具形面形成圖2.4.4 頂蓋造型如圖2-17，XY面做兩矩形投影，剪切形面，剩下的形面用來(lái)安放安全頂窗。圖2-17 頂蓋形成圖2.4.5 后視鏡及燈具的造型（1）后視鏡后視鏡中最重要的一點(diǎn)就是必須可以調(diào)節(jié)鏡子方向。具體設(shè)計(jì)為先繪曲線，作曲線垂面，在垂面畫(huà)閉合曲線，把曲線沿前一曲線掃描。如圖2-18，安裝鏡面是用拉伸而成的。圖2-18 后視鏡支架圖如圖2-19，其后視鏡支架與鏡面局部結(jié)合的部分采用混和操作。圖2-19 支架連接處圖（2）燈具布置包括前遠(yuǎn)光燈前后霧燈等的一系列照明設(shè)施的安裝，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)都有嚴(yán)格的規(guī)定，我們應(yīng)該按照標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格的進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.4.6 外部各形面裝配選定主基準(zhǔn)面，然后對(duì)總偏移參考基準(zhǔn)面測(cè)量所有部件距離，選擇不同的面為基準(zhǔn)能避免在修改過(guò)程中因一個(gè)平面的變化導(dǎo)致另一部分是改變表面一個(gè)基準(zhǔn)裝配尺寸鏈誤差引起的錯(cuò)誤。如圖2-20，選擇前基準(zhǔn)面裝配一般基準(zhǔn)面，左、右、頂、后壁依次裝配。 圖2-20 車(chē)身組裝圖 2.5 本章小結(jié)本章主要研究了在CATIA軟件中設(shè)計(jì)客車(chē)外形圖需要做的一些具體注意事項(xiàng)。其中客車(chē)結(jié)構(gòu)主要尺寸為：乘客門(mén)與安全頂窗數(shù)量都為2；乘客門(mén)中點(diǎn)之間的距離為4757.5mm；安全頂窗相鄰兩邊間距為5995mm；乘客門(mén)的高度2160mm；乘客門(mén)凈寬830mm（單通道門(mén)）或1300mm（雙通道門(mén)）；安全頂窗洞口凈面積490680=3332000mm2，均達(dá)到客車(chē)的結(jié)構(gòu)所需安全要求GB13094-1997。3 車(chē)身內(nèi)部總布置設(shè)計(jì) 3.1 人機(jī)工程學(xué)在整車(chē)內(nèi)部總布置中的應(yīng)用總體布局規(guī)劃必須要符合工效學(xué)的原理，滿足大多數(shù)人的身體結(jié)構(gòu)，如此才能滿足消費(fèi)者需求，方便操作，使使用者用著舒服安全。通過(guò)測(cè)量人體的各方面尺寸長(zhǎng)短以及使用習(xí)慣，找到座椅形狀、方向盤(pán)布置等間最科學(xué)的搭配，如此才真正符合工效學(xué)的原理，滿足大多數(shù)人的生理結(jié)構(gòu)12。3.1.1 汽車(chē)駕駛員眼橢圓（1）汽車(chē)駕駛員眼橢圓眼橢圓即駕駛員坐在車(chē)中駕駛座位，他眼睛在車(chē)中的圖形，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分布即為橢圓形狀，故稱為汽車(chē)駕駛員眼橢圓。（2）眼橢圓樣板1）先畫(huà)眼橢圓的坐標(biāo)線為X-X、Y-Y、Z-Z。2）測(cè)量出H點(diǎn)調(diào)節(jié)量在水平方向?yàn)?02mm，另外根據(jù)一些其他數(shù)據(jù)，確定左右眼橢圓中心位置。3）畫(huà)長(zhǎng)短軸。長(zhǎng)軸在側(cè)視圖和俯視圖上的傾角分別為6.4和5.4。如圖3-1、圖3-2。圖3-1 眼橢圓側(cè)視圖圖3-2眼橢圓俯視圖 3.1.2 眼橢圓樣板在車(chē)身側(cè)視圖上的定位（1）水平調(diào)節(jié)量得到確定以后，加上之前設(shè)計(jì)分析得出眼橢圓百分位，選擇最合適的樣板。（2）如圖所示，現(xiàn)在車(chē)身H點(diǎn)上作出垂直線，并亮出638mm。然后在這個(gè)地方作出水平工作線，如圖3-3所示。圖3-3 眼橢圓側(cè)視定位圖圖3-4 眼橢圓俯視定位圖 3.2 確定駕駛員座椅H點(diǎn)位置（1）H點(diǎn)人體模型H點(diǎn)即人軀干與腿部相交的地方，H點(diǎn)人體模型如圖3-5。圖3-5 H點(diǎn)人體模型模型的組成部分如下：背盤(pán)、頭部探桿、臀盤(pán)等。其中臀盤(pán)適應(yīng)人體背部特征。為了保證駕駛椅H點(diǎn)的設(shè)置符合駕駛員的操縱需求，需要在確定的過(guò)程中滿足工效學(xué)原理13。在背盤(pán)和臀盤(pán)相交的地方，設(shè)置有鉸接副，契合人體胯點(diǎn)處的結(jié)構(gòu)，H點(diǎn)位于鉸接線的中心處。（2）駕駛員座椅H點(diǎn)的確定以身高175，體重70公斤的標(biāo)準(zhǔn)成年男子身材為例，得出H點(diǎn)坐標(biāo)（-940，710，640）如圖所示。圖3-6 駕駛員座椅H點(diǎn)根據(jù)上文確定駕駛員視野如圖3-7、圖3-8所示。圖3-7 駕駛員視野側(cè)視圖圖3-8 駕駛員視野俯視圖 3.3 儀表板設(shè)計(jì)客車(chē)儀表板可以傳達(dá)汽車(chē)運(yùn)行狀況，關(guān)系到行車(chē)安全和工作環(huán)境。主儀表板包含水溫、機(jī)油壓力、制動(dòng)報(bào)警、燃油表、車(chē)速表及里程表。其兩側(cè)有控制板，電源開(kāi)關(guān)、燈光開(kāi)關(guān)、門(mén)開(kāi)（閉）開(kāi)關(guān)等14。相對(duì)于主儀表板，副儀表板一般用以安裝空調(diào)系統(tǒng)、電路板和駐車(chē)制動(dòng)操縱設(shè)置等，位于靠近駕駛者窗戶的下沿，駕駛位置的左邊。3.3.1 設(shè)計(jì)原則（1）安全性儀表板的布置形式、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、材料品質(zhì)以及裝備的質(zhì)量影響駕駛質(zhì)量。為了儀表板的安全，大體上要考慮這幾個(gè)因素：1)位于駕駛員面前的儀表板和內(nèi)護(hù)板，其形狀要使撞擊過(guò)來(lái)的力量達(dá)到最小。2)出于駕駛員駕駛車(chē)輛時(shí)腿部使用靈活，必須要在儀表板下面有充裕地方，這樣在應(yīng)對(duì)沖擊時(shí)，才可以保護(hù)其腿部。3）受到?jīng)_擊后，控制和操縱部分仍然能夠使用，確保客車(chē)還是可以操作。（2）操縱性儀表板是傳遞指令的部件，為保證操作，具體有以下幾個(gè)方面可以考慮。1）操縱裝置需符合工效學(xué)原理，例如變速桿與駕駛員位置的距離。2）控制裝置便于使用與維修。（3）美觀性1）優(yōu)化造型。2）線條吻合車(chē)身造型風(fēng)格。3）著色與整車(chē)內(nèi)部布置協(xié)調(diào)，材料質(zhì)地檔次高。3.3.2 確定儀表板位置駕駛員的伸及界面影響了儀表板的安裝位置，而伸及界面為橢圓空間曲面。測(cè)量駕駛員可以對(duì)汽車(chē)的最大操作范圍，觀測(cè)出能夠影響人的觀測(cè)范圍的最主要位置是圖中所示駕駛室中的H點(diǎn)的位置，根據(jù)駕駛室的主要影響位置，我們能測(cè)量出駕駛室的次要影響位置，確定儀表臺(tái)的安裝位置為：副儀表板底面高度坐標(biāo)為200mm，儲(chǔ)物箱平面長(zhǎng)度坐標(biāo)為-1785毫米，并與客車(chē)的橫向零平面相互對(duì)稱。位置如圖3-9、圖3-10。圖3-9 儀表板長(zhǎng)寬定位圖圖3-10 儀表板高度定位圖 3.4 確定各操縱件的位置3.4.1 定轉(zhuǎn)向盤(pán)的位置行駛過(guò)程中，駕駛員主要是依靠手的運(yùn)動(dòng)以及手臂的運(yùn)動(dòng)來(lái)把握汽車(chē)方向盤(pán)，所以我們從這個(gè)角度出發(fā)，設(shè)計(jì)最有利于駕駛員操作的方向盤(pán)位置及尺寸，按照人體工程學(xué)設(shè)計(jì)15，參照客車(chē)駕駛區(qū)尺寸GB / T 13053 -1991，并且結(jié)合了人機(jī)學(xué)使之符合人體工程，具體布置如圖3-8。3.4.2 客車(chē)踏板以及操縱桿的布置結(jié)合人體工程學(xué)確定油門(mén)位置，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)客車(chē)駕駛區(qū)尺寸GB/T 13053-1991進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)尺寸如圖3-11、圖3-12。圖3-11 踏板縱向布置圖圖3-12 踏板橫向布置圖總的來(lái)說(shuō)，各部件位置是統(tǒng)籌相關(guān)的，它們的尺寸關(guān)系會(huì)直接影響駕駛員的駕駛操作，因此，人機(jī)工程學(xué)在這一部分的設(shè)計(jì)中是重中之重的考慮，需要完全滿足駕駛員的操縱條件。 3.5 乘客區(qū)座椅布置本設(shè)計(jì)要求座椅布置為311。座椅分布合理的話，可以擴(kuò)大車(chē)內(nèi)的站立區(qū)域的面積，從而增加客容量。 如圖3-13所示，八張座椅分別面對(duì)面安置在車(chē)廂兩側(cè)。圖3-13 前輪罩上方座椅布置如圖3-14，后輪罩座椅的布置為單側(cè)車(chē)輪罩上方22背對(duì)背安置。圖3-14 后輪罩上方座椅布置圖圖3-14 后輪罩上方座椅布置圖如圖3-15，第三步是向面對(duì)上了年紀(jì)的老人、社會(huì)弱勢(shì)群體、身體情況不佳、孕婦以及殘疾人設(shè)置的專座，為了上下車(chē)方便這些座椅將安置在乘客后門(mén)對(duì)面。圖3-15 老弱病殘專座布置圖 3.6 本章小結(jié)本章在確定駕駛員座椅胯點(diǎn)基礎(chǔ)上定下儀表板的位置為儀表板下緣至地板表面距離500mm，并確定了方向盤(pán)和踏板位置，具體為：方向盤(pán)直徑484mm;角度為70；方向盤(pán)最低點(diǎn)到座墊226mm；方向盤(pán)最外側(cè)到靠背375mm；方向盤(pán)中心到座椅中心為0mm；踏板中心到兩側(cè)障礙物距離130mm。座椅布置為同方向座椅間距740mm；面對(duì)面座椅間距1360mm；座墊間距560mm；座墊至側(cè)圍距離30mm，均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)尺寸。4 駕駛區(qū)三維造型設(shè)計(jì) 4.1 儀表臺(tái)造型設(shè)計(jì)主儀表板基礎(chǔ)部分設(shè)計(jì)如圖4-1。先草繪一橢圓封閉曲線并拉伸，封閉拉伸體并導(dǎo)圓角。圖4-1 儀表板基礎(chǔ)部分形成圖儀表板形面設(shè)計(jì)如圖4-2所示，利用弧長(zhǎng)掃描，用形面成果剪切基本部分。圖4-2儀表盤(pán)形面生成圖 按鈕平面如圖4-3，斜線拉伸平面使其與形面截交，填充截交線。圖4-3 儀表板按鈕安裝平面形成圖物件箱形成如圖4-4所示，將類橢圓封閉曲線拉伸并剪切掉靠近前圍的部分。圖4-4 物件箱形成圖副儀表板形成如圖4-5，作封閉曲線拉伸得到拉伸，封閉兩端，在上端面剪切一孔，向內(nèi)拉伸該孔邊線形成柱面，。圖4-5 副儀表臺(tái)形成圖 4.2 駕駛員座椅造型設(shè)計(jì)駕駛座是駕駛時(shí)接觸時(shí)間最長(zhǎng)的部分，一張?jiān)O(shè)計(jì)不合適的駕駛員座椅會(huì)令駕駛員在操縱過(guò)程中不舒適，提高了駕駛員的工作疲勞強(qiáng)度，而一張良好的駕駛員座椅則不然，它能令駕駛員在操縱時(shí)精神百倍，同樣在我們的駕照考試中第一環(huán)就是調(diào)整座椅，目的也是為了改善我們的操縱過(guò)程。4.2.1 駕駛員座椅的結(jié)構(gòu)尺寸要求標(biāo)準(zhǔn)參考客車(chē)座椅QC/T 633-2000。4.2.2 駕駛員座椅的造型設(shè)計(jì)座椅上表面如圖4-6，用曲線沿直線拉伸。而圖4-7顯示的內(nèi)容為，將座墊兩側(cè)和前方平面相切并導(dǎo)圓角。圖4-6 副儀表臺(tái)形成圖圖4-7 駕駛員座椅座墊表面形成圖如圖4-8所示為靠背型面形成圖。圖4-8靠背形面形成圖 4.3 操縱件造型設(shè)計(jì)各操縱件如下圖。圖4-9 變速器操縱桿圖4-10 加速踏板圖4-11 制動(dòng)踏板圖4-12 離合器踏板圖4-13 方向盤(pán)圖4-14 投幣器 4.4 駕駛區(qū)各主要部件裝配以座椅基準(zhǔn)面為總基準(zhǔn)面，依次組裝油門(mén)、剎車(chē)、離合器、變速器操縱桿、方向盤(pán)、儀表臺(tái)。組裝后如圖4-15所示。圖4-15 駕駛區(qū)軸側(cè)圖 4.5 本章小結(jié)本章介紹了CATIA環(huán)境下儀表臺(tái)、駕駛員座椅等形成過(guò)程，并且對(duì)裝配尺寸進(jìn)行了設(shè)計(jì)。駕駛員座椅的具體尺寸：座椅高436mm，寬470mm，深410mm；座墊角5，靠背與座墊夾角94；靠背高618mm，寬440mm。5 乘客區(qū)三維造型設(shè)計(jì) 5.1 地板設(shè)計(jì)地板設(shè)計(jì)的合理與否將影響到乘客是不是能在一個(gè)安靜的乘車(chē)環(huán)境中乘坐，而包含在地板設(shè)計(jì)中的踏步設(shè)計(jì)也是非常重要的一環(huán)，它能決定除有生活自理能力的成年人以外的上了歲數(shù)的老年人亦或是還在蹣跚學(xué)步的幼童能否方便不費(fèi)力的上下車(chē)。（1）地板高度乘坐客車(chē)的人上下車(chē)的方便程度取決于地板的設(shè)計(jì)，其中最主要的是高度設(shè)計(jì)，關(guān)于地板高度應(yīng)保證乘客在車(chē)內(nèi)能自由走動(dòng)并且頭部不會(huì)與客車(chē)內(nèi)扶手與頂蓋碰撞。降低地板高度或減少踏步級(jí)數(shù)可使上下方便。如圖5-1所示，本設(shè)計(jì)配合低地板公交車(chē)專用，因此發(fā)動(dòng)機(jī)懸置高度、變速器及后橋高度決定了地板高度。圖5-1 地板高度和長(zhǎng)度方向設(shè)計(jì)（2）通道寬度為了方便乘客在交通高峰期能夠順利在客車(chē)內(nèi)部來(lái)回走動(dòng)并不發(fā)生擁擠踩踏的意外事件，因此通道寬度應(yīng)盡量拓寬，如圖5-2。圖5-2 地板寬度方向設(shè)計(jì)（3）踏步的設(shè)計(jì)不論是過(guò)高的踏板還是過(guò)低的踏板都會(huì)影響乘客的乘車(chē)體驗(yàn)，尤其對(duì)于老弱病殘等社會(huì)弱勢(shì)群體來(lái)說(shuō)更是如此，因此一個(gè)合理的踏板高度是非常重要的，應(yīng)在保證一定深度的同時(shí)降低高度。本設(shè)計(jì)尺寸參照（GB 13094-1997）見(jiàn)圖5-1、圖5-2。（4）作圖方法確定客車(chē)地板高寬，如圖5-3所示，XZ面草繪出地板平面線，沿Y軸拉伸。 圖5-3 地板平面形成圖 地板臺(tái)階輪罩如圖5-4。圖5-4 地板臺(tái)階輪罩形成圖 5.2 乘客座椅及座椅支架造型設(shè)計(jì)乘客座椅的形狀同樣影響乘客的乘車(chē)體驗(yàn)，座椅形狀的過(guò)程如圖5-5、圖5-6，用一側(cè)視封閉曲線沿Y軸拉伸，對(duì)靠背上部挖孔作為扶手，對(duì)孔導(dǎo)圓角得鏡像。圖5-5 乘客座椅形面形成圖圖5-6 乘客座椅外形乘客座椅支架如圖5-7。圖5-7 支架設(shè)計(jì) 5.3 乘客區(qū)座椅裝配參照2.4.6節(jié)提及的原理，選定主基準(zhǔn)面，然后對(duì)總偏移參考基準(zhǔn)面測(cè)量所有部件距離，選擇不同的面為基準(zhǔn)能避免在修改過(guò)程中因?qū)σ粋€(gè)平面的變化導(dǎo)致另一部分是改變表面一個(gè)基準(zhǔn)裝配尺寸鏈誤差引起的錯(cuò)誤，進(jìn)行乘客座椅裝配。裝配后如圖5-8所示。乘客站姿與坐姿如圖5-9所示。圖5-8 乘客座椅裝配圖圖5-9 站姿與坐姿 5.4 本章小結(jié)本章內(nèi)容主要對(duì)客車(chē)地板和座椅系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)完成裝配，具體尺寸如下：車(chē)內(nèi)高2180mm；高地板高640mm，一級(jí)踏步高370mm，一級(jí)踏步深638.4mm；通道寬550mm，通道地板坡度0；踏步高270mm；踏步深400mm。乘客座椅高430mm，深400mm，寬440mm(單人座)或890mm（雙人座）；座墊角5；靠背與座墊夾角93靠背高800mm。6 結(jié)論本論文主要做的工作有：在CATIA環(huán)境下對(duì)客車(chē)外形、駕駛區(qū)、乘客區(qū)等造型；確定客車(chē)結(jié)構(gòu)主要尺寸、駕駛員座椅胯點(diǎn)、儀表板、操縱件位置；得出駕駛區(qū)和乘客區(qū)以及地板等設(shè)計(jì)。具體如下。（1）客車(chē)結(jié)構(gòu)主要尺寸為：乘客門(mén)與安全頂窗數(shù)量為均2；乘客門(mén)中點(diǎn)之間的距離為4757.5mm；安全頂窗相鄰兩邊間距為5995mm；乘客門(mén)的高度2160mm；乘客門(mén)凈寬830mm（單通道門(mén)）或1300mm（雙通道門(mén)）；安全頂窗洞口凈面積490680=3332000mm2。（2）儀表板的位置為儀表板下緣至地板表面距離500mm，方向盤(pán)和踏板位置：方向盤(pán)直徑484mm;角度為70；方向盤(pán)最低點(diǎn)到座墊226mm；方向盤(pán)最外側(cè)到靠背375mm；方向盤(pán)中心到座椅中心為0mm；踏板中心至兩側(cè)障礙物距離130mm；座椅布置為同方向座椅間距740mm；面對(duì)面座椅間距1360mm；座墊間距560mm；座墊至側(cè)圍距離30mm。（3）駕駛員座椅尺寸：座椅高436mm，寬470mm，深410mm；座墊角5，靠背與座墊夾角94；靠背高618mm，寬440mm。（4）地板設(shè)計(jì)：車(chē)內(nèi)高2180mm；高地板高640mm，一級(jí)踏步高370mm，一級(jí)踏步深638.4mm；通道寬550mm，通道地板坡度0；踏步高270mm;踏步深400mm。乘客座椅尺寸：高430mm，深400mm，寬440mm(單人座)或890mm（雙人座）；座墊角5；靠背與座墊夾角93靠背高800mm。 本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的大型客車(chē)尺寸均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)尺寸，并通過(guò)對(duì)其車(chē)身造型以及內(nèi)外部總布置的造型優(yōu)化和深入了解，設(shè)計(jì)出了更經(jīng)濟(jì)安全舒適的大型客車(chē)。參 考 文 獻(xiàn)1Kane,Couro,Jouve,Francois,Schoenauer,Marc.Structral topology optimization in linear and nonlinear elasticity using genetic algorithms.American Society of Mechanical Engineers,Design Engineering Division(Publication)DE.2010(9):385392.2Lan,F.,Chen,J.,Lin,J.Comparative analysis for bus side structares and lightweight optimization.Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers,Journal of Aut omobile Engineering,2012,10.3A.Gauchia,V.Diaz,M.J.L.Boada,et al.Torsional stiffness and weight optimization of a real bus structureJ.International Journal of Automotive Technology.2010,11(1):41 -47.4林松.客車(chē)車(chē)身改型設(shè)計(jì)有限元方法的研究及應(yīng)用D.長(zhǎng)春:吉林大學(xué),2012.5徐宏兵，葛如海，王懷.大客車(chē)車(chē)身骨架輕量化改進(jìn)設(shè)計(jì)J.江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)，2013,24（6）：25-286陳茹雯.某客車(chē)車(chē)身有限元分析及拓?fù)鋬?yōu)化.南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文.2014,7.7楊志軍，吳曉明，陳塑寰，孟樹(shù)興.多工況約束下客車(chē)頂棚拓?fù)鋬?yōu)化.吉林大學(xué)學(xué)報(bào).2016,3.8蘇瑞意，杜良進(jìn)，吳章斌，等.大客車(chē)車(chē)身骨架多學(xué)科協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)J.機(jī)械工程學(xué)報(bào).2010,46 （18）：128-133.9宋群.基于全承載技術(shù)的純電動(dòng)客車(chē)設(shè)計(jì)與研究D.長(zhǎng)春：吉林大學(xué).2010.10陳文第.客車(chē)制造工藝技術(shù)M.北京:人民交通出版社,2012.10.11中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社.汽車(chē)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)匯編(客車(chē)卷)S.北京:標(biāo)準(zhǔn)出版社,2013.12汽車(chē)工程手冊(cè)編輯委員會(huì).汽車(chē)工程手冊(cè)(設(shè)計(jì)篇)M.北京:人民交通出版社,2011:721-742.13尤春風(fēng). CATIA V5機(jī)械設(shè)計(jì)M.北京:清華大學(xué)出版社 2012.14王望予.汽車(chē)設(shè)計(jì)(第3版)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2010:157-178.15龔微寒主編.汽車(chē)現(xiàn)代設(shè)計(jì)制造M.北京:人民交通出版社,2015. - 45 -附錄1：外文翻譯公交車(chē)車(chē)身多目標(biāo)優(yōu)化和基于替代模型的翻轉(zhuǎn)安全約束Yong Huh,Hyung-lck Kim,In-Hwan Shin,Jae-Mean Koo and Chang-Sung Seok韓國(guó)水原市長(zhǎng)安洞成均館大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院摘要:在設(shè)計(jì)總線主體時(shí)，要考慮輕量，剛度，強(qiáng)度和翻車(chē)安全性能。在本文中，有限元（FE）首先建立包括總線車(chē)身的強(qiáng)度，剛度和翻車(chē)碰撞性的分析模型，然后通過(guò)物理測(cè)試進(jìn)行驗(yàn)證?；贔E模型，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)創(chuàng)建響應(yīng)面法和混合徑向基函數(shù)的多個(gè)代理模型。之后，公共汽車(chē)車(chē)身的多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題（MOP）被制定為目標(biāo)是使重量最小化并使扭矩剛度最大化。巴士車(chē)身受到強(qiáng)度和翻車(chē)安全的限制。通過(guò)采用多目標(biāo)進(jìn)化算法來(lái)獲得Pareto最優(yōu)集，求解MOP。最后，選擇該集合的最優(yōu)解作為最終設(shè)計(jì)，并與原始設(shè)計(jì)進(jìn)行比較。關(guān)鍵詞：公交車(chē)車(chē)身，有限元分析，代理模型，多目標(biāo)優(yōu)化1介紹輕型設(shè)計(jì)近年來(lái)引起了汽車(chē)制造商的極大關(guān)注。有兩種減輕車(chē)輛重量的方法，第一種方法是使用較輕的材料替代鋼，如鋁合金（Saito et al。2000），第二種方法是使用最佳設(shè)計(jì)方法。由于難以獲得剛度，應(yīng)力和振動(dòng)響應(yīng)的靈敏度，許多研究者已經(jīng)研究了考慮剛度，應(yīng)力和NVH（噪聲，振動(dòng)和粗糙度）性能的車(chē)輛的最佳設(shè)計(jì)（Aguiar等2002; Lanet等人2004; Laxman等人，2009）。蘭等人（2004）分析了中型客車(chē)車(chē)身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，剛度和低階振動(dòng)，并根據(jù)敏感性研究實(shí)施了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以減輕重量。 Laxman等人（2009）開(kāi)發(fā)了一種兩階段輕量化設(shè)計(jì)方法，其中第一階段是使用尺寸優(yōu)化技術(shù)將剛體和模態(tài)頻率約束最小化白車(chē)身（BIW）的重量，第二階段是改善屋頂由于工程經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)改變幾個(gè)部件的材料來(lái)破壞性能。滾動(dòng)碰撞分析非常重要，因?yàn)楣财?chē)和客車(chē)翻轉(zhuǎn)是最危險(xiǎn)的事故類型之一。 因此近年來(lái)受到很多關(guān)注。 馬丁內(nèi)斯等人 （2003）根據(jù)考慮到乘員的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和有限元（FE）分析，分析了翻車(chē)事故中的傷害類型。 Park和Yoo（2008）利用簡(jiǎn)單的波束元素建模了一個(gè)總線車(chē)身的翻轉(zhuǎn)有限元模型，以減少模擬時(shí)間。 Guler等人 （2007）研究了座椅結(jié)構(gòu)以及乘客和行李重量對(duì)翻車(chē)安全性的影響。然而，由于非線性高，碰撞響應(yīng)的敏感性不容易被發(fā)現(xiàn)（Forsberg和Nilsson 2007）。此外，碰撞分析是耗時(shí)的。因此，難以解決包括碰撞響應(yīng)在內(nèi)的優(yōu)化問(wèn)題。一種有效的方法是使用替代模型來(lái)代替碰撞響應(yīng)（Redhe et al.2002; Craig et al.2005; Forsberg and Nilsson 2005）。代數(shù)模型由一系列基函數(shù)組成，可用于構(gòu)建實(shí)際結(jié)構(gòu)響應(yīng)的全局或中等近似。常用于已發(fā)表文獻(xiàn)的多種替代模型，例如響應(yīng)面法（RSM）（Roux et al。1998），Kriging模型（Forsberg和Nilsson 2005）和徑向基函數(shù)（RBF）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型（Park和Sandberg 1993）等。基于替代模型，車(chē)輛的多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化（MDO）包括耐撞性響應(yīng)已被廣泛研究。Sobieski等（2001）和Craig等人（2002）構(gòu)建了NVH的響應(yīng)面模型和設(shè)計(jì)抗碰撞響應(yīng)最優(yōu)車(chē)輛重量較輕。車(chē)輛設(shè)計(jì)優(yōu)化問(wèn)題通常有多個(gè)目標(biāo)。多目標(biāo)問(wèn)題的最優(yōu)結(jié)果不是一個(gè)單一的解決方案，而是一組權(quán)衡解決方案，也稱為帕累托最優(yōu)解，帕累托集合或帕累托前沿。傳統(tǒng)上，多目標(biāo)問(wèn)題被解決為使用聚合方法的單個(gè)成本函數(shù)問(wèn)題，例如加權(quán)和方法，其通過(guò)將每個(gè)目標(biāo)預(yù)先乘以用戶定義的權(quán)重因子來(lái)將一組目標(biāo)定標(biāo)為單個(gè)目標(biāo)。但經(jīng)典方法在運(yùn)行中無(wú)法獲得多于一個(gè)的帕累托最優(yōu)解。此外，難以獲得均勻的帕累托最優(yōu)解的集合，例如，加權(quán)和方法中的權(quán)重向量的均勻選擇不一定在帕累托最優(yōu)前沿找到均勻的解，并且也找不到定位的解在帕累托最優(yōu)陣線的非凸部分（Deb 2005）。與古典方法不同，進(jìn)化算法（EAs）可以直接用其基于人口的操作來(lái)解決多目標(biāo)問(wèn)題，并在運(yùn)行中獲得全局最優(yōu)解。近年來(lái)已經(jīng)開(kāi)發(fā)了各種各樣的EA。其中大部分是基于遺傳算法，例如NSGA-II（Debet al。2000），SPEA2（Zitzler et al.2001），PESA等。然而，還針對(duì)多目標(biāo)優(yōu)化開(kāi)發(fā)了其他相對(duì)較新的基于群體的演化算法，例如粒子群優(yōu)化（Coello et al。2004; Hart和Vlahopoulos 2010）和免疫算法（Tan et al。2008; Gong et al。2008）等.基于代理模型，可以通過(guò)EA有效地解決包含碰撞響應(yīng)的車(chē)輛的多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題。 廖等 （2008）考慮了BIW（Body In White）作為目標(biāo)的重量，加速特性和趾板入侵，全部由響應(yīng)面法制定，并采用NSGA-II算法搜索帕累托最優(yōu)解。王等。 （2010）構(gòu)建了使用粒子群優(yōu)化的車(chē)輛多目標(biāo)優(yōu)化的碰撞響應(yīng)（即敏感時(shí)區(qū)和吸收能量的加速度）的基于時(shí)間的元模型。在目前的研究中，基于代理模型進(jìn)行了集成總線主體的多目標(biāo)優(yōu)化。重量應(yīng)盡量減少，并且在靜強(qiáng)度和翻車(chē)安全性的限制下扭轉(zhuǎn)剛度將最大化。首先，公交車(chē)身體的有限元模型由殼單元構(gòu)成，并通過(guò)物理測(cè)試驗(yàn)證。然后，選擇殼單元的厚度作為設(shè)計(jì)變量。根據(jù)制造的對(duì)稱性和均勻性要求，將變量分組，然后根據(jù)敏感性研究進(jìn)行篩選，以選擇最重要的變量。之后，使用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE），即最佳拉丁超立方體設(shè)計(jì)（Park 1994）來(lái)探索設(shè)計(jì)空間。接下來(lái)，通過(guò)基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的逐步回歸技術(shù)創(chuàng)建替代模型，其中使用響應(yīng)面法和混合徑向基函數(shù)。最后，通過(guò)使用NSGA-II和AMISS-MOP算法解決了多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，并獲得了Pareto最優(yōu)解。選擇帕累托集合的最優(yōu)解作為最終設(shè)計(jì)，并與原始設(shè)計(jì)進(jìn)行比較，以證明本文中使用的方法的優(yōu)點(diǎn)。2 FE模型和驗(yàn)證2.1有限元模型構(gòu)建了總線框架的兩個(gè)FE模型。第一個(gè)模型是靜態(tài)分析，包括扭轉(zhuǎn)剛度分析和應(yīng)力分析，如圖1所示。第二種模型用于翻轉(zhuǎn)分析，其中考慮了前后擋風(fēng)玻璃和屋頂板的影響，如圖1所示。所使用的求解器分別是MSC Nastran和LS-DYNA。本文使用的材料為合金鋼，彈性模量為210GPa，質(zhì)量密度為7.8610 3 kg / m 3，泊松比為0.3，屈服應(yīng)力為510 MPa。材料的塑性應(yīng)變應(yīng)力如表1所示。在扭轉(zhuǎn)剛度分析中，前右空氣彈簧支撐件被迫上升5毫米，而后左軸空氣彈簧支撐件在后軸固定的同時(shí)被迫下降5毫米。然后，通過(guò)有限元分析獲得空氣彈簧支撐件的反作用力，扭轉(zhuǎn)剛度如下計(jì)算其中f是反作用力，L是左右空氣彈簧支撐件的中心之間的距離，d是強(qiáng)制位移，即d = 5mm。在應(yīng)力分析中，考慮到最佳情況，其中考慮滿負(fù)荷，僅支撐三個(gè)輪胎，即前右輪胎是懸掛的，掛起。為確保沒(méi)有塑性變形，最大應(yīng)力應(yīng)小于屈服應(yīng)力。在翻車(chē)防碰撞分析中，實(shí)施左側(cè)翻車(chē)，以獲得總線主體對(duì)剩余空間的結(jié)構(gòu)入侵。根據(jù)歐洲經(jīng)委會(huì)第66號(hào)（聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)1996年），巴士機(jī)構(gòu)的任何一種結(jié)構(gòu)均不得侵入剩余空間。2.2驗(yàn)證為了確認(rèn)有限元模型的準(zhǔn)確性，公交車(chē)車(chē)身的靜態(tài)彎曲實(shí)驗(yàn)和公交車(chē)段的翻車(chē)碰撞試驗(yàn)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。應(yīng)該注意的是，測(cè)試用例與上一節(jié)提到的優(yōu)化情況不同。圖3顯示了靜態(tài)彎曲實(shí)驗(yàn)的場(chǎng)景，前后軸支撐，乘客和行李地板均勻分別裝載了1320公斤和840公斤。在這種情況下，對(duì)母線上四個(gè)位置的von Mises應(yīng)力進(jìn)行了測(cè)試，然后與FE模型給出的結(jié)果進(jìn)行了比較。比較如圖1所示。 4，這表明模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的差異很小。最大差異發(fā)生在第二個(gè)測(cè)試點(diǎn)，差異為10.67。因此，本文建立的靜態(tài)FE模型被認(rèn)為是足夠的?？偩€部分的翻車(chē)碰撞試驗(yàn)是以歐洲經(jīng)委會(huì)第66號(hào)作為指導(dǎo)。兩個(gè)加速度傳感器位于前柱和后柱抵靠碰撞側(cè)。通過(guò)測(cè)試和仿真獲得的加速度在圖1中進(jìn)行了比較。這表明兩條曲線的趨勢(shì)相同，峰值加速度值接近。圖6顯示了母線段最終變形的比較。這表明變形是相似的。為了量化比較變形，柱子的變形角度（見(jiàn)圖7，也表明具有高應(yīng)變能的區(qū)域）進(jìn)行了測(cè)量和比較。 表2顯示了兩個(gè)傳感器的峰值加速度值和平均變形角度。 這表明，翻轉(zhuǎn)模擬和測(cè)試之間的最大差異為16.4，因此本文建立的翻轉(zhuǎn)有限元模型被認(rèn)為適合于優(yōu)化設(shè)計(jì)。3近似方法輸入數(shù)據(jù)與工程設(shè)計(jì)問(wèn)題的輸出響應(yīng)之間的真實(shí)數(shù)學(xué)關(guān)系通常太復(fù)雜，無(wú)法獲得。因此，響應(yīng)通常通過(guò)物理測(cè)試或FE分析獲得。然而，這兩種方法都是耗時(shí)的，