大型客車車身設(shè)計(jì)【含CATIA三維及3張CAD圖】

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附錄 1：外文翻譯公交車車身多目標(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)度和翻車安全性能。在本文中，有限元（FE）首先建立包括總線車身的強(qiáng)度，剛度和翻車碰撞性的分析模型，然后通過(guò)物理測(cè)試進(jìn)行驗(yàn)證。基于 FE 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，公共汽車車身的多目標(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。巴士車身受到強(qiáng)度和翻車安全的限制。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：公交車車身，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)引起了汽車制造商的極大關(guān)注。有兩種減輕車輛重量的方法，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）分析了中型客車車身的結(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嚭涂蛙嚪D(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?；谔娲Ｐ?，車輛的多學(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)車輛重量較輕。車輛設(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)度和翻車安全性的限制下扭轉(zhuǎn)剛度將最大化。首先，公交車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 7.86×10 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。在翻車防碰撞分析中，實(shí)施左側(cè)翻車，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，公交車車身的靜態(tài)彎曲實(shí)驗(yàn)和公交車段的翻車碰撞試驗(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，因此它們不適用于迭代優(yōu)化。因此，基于近似方法的替代模型被用于物理模型或高保真 FE 模型的存儲(chǔ)以提高效率。為了創(chuàng)建代理模型，需要一個(gè)數(shù)據(jù)集包括足夠的輸入數(shù)據(jù)和輸出響應(yīng)。通常，輸入數(shù)據(jù)由 DOE 生成，輸出響應(yīng)通過(guò)物理測(cè)試或 FE 分析獲得。圖 8顯示了創(chuàng)建 sur-一個(gè)輸出和兩個(gè)輸入之間的門控模型，其中 y 是實(shí)際響應(yīng)的估計(jì)。在本文中，選擇最佳拉丁超立方體設(shè)計(jì)（Park 1994）作為 DOE 方法。可以看出，RSM 適用于創(chuàng)建靜態(tài)響應(yīng)的替代模型（例如位移，應(yīng)力等）（Roux 等人1998）。因此，RSM 用于構(gòu)建本研究中剛度和應(yīng)力反應(yīng)的替代模型。但是對(duì)于高度非線性響應(yīng)，RSM 可能不會(huì)產(chǎn)生適當(dāng)?shù)念A(yù)測(cè)，而 RBF 可以提供很好的準(zhǔn)確性（Fang et al。2005）。然而，當(dāng)問(wèn)題出現(xiàn)嘈雜時(shí)，RSM 比 RBF 更好，因?yàn)樗鼘?dǎo)致平滑元模型的趨勢(shì)（Jin et al。2001）。由于翻轉(zhuǎn)碰撞分析中的數(shù)值噪聲和高非線性性，本文采用混合徑向基函數(shù)（HRBF）與 RSM 和 RBF 結(jié)合，創(chuàng)建了車架與后期空間碰撞之間的入侵。下面介紹 RSM，RBF 和 HRBF 的基本概念，以及替代模型的適應(yīng)性指標(biāo)。假設(shè)估計(jì)響應(yīng) y 和實(shí)際響應(yīng) y 之間的誤差為 e，則估計(jì)響應(yīng) y 表達(dá)式如下：其中φi（x）是基函數(shù)，bi 是系數(shù)，p 是項(xiàng)數(shù) RSM 中的基函數(shù)通常選自二次多項(xiàng)式。二階聚合物的全部術(shù)語(yǔ)，名義是：關(guān)于獲得 RSM 系數(shù)的細(xì)節(jié)可以在 Kutner 等人看到。 （2004）。RBF 的基函數(shù)被稱為核函數(shù)，其形式如下。需要提及的是，HRBF 被稱為 Krishnamurthy（2003）和 Fang 等人的增強(qiáng)徑向基函數(shù)（ARBF）。 （2005 年）。在他們的作品中，引入了正交條件，并使用 p + 1 個(gè)采樣點(diǎn)來(lái)獲得（5）的系數(shù)。與 ARBF 不同，本文采用 PRESS 誤差準(zhǔn)則的逐步回歸技術(shù)克服過(guò)擬合，如下所述。需要提及的是，HRBF 被稱為 Krishnamurthy（2003）和 Fang 等人的增強(qiáng)徑向基函數(shù)（ARBF）。（2005）。 在他們的作品中，引入了正交條件，并使用 p + 1 個(gè)采樣點(diǎn)來(lái)獲得（5）的系數(shù)。 與 ARBF 不同，本文采用 PRESS 誤差準(zhǔn)則的逐步回歸技術(shù)克服過(guò)擬合，如下所述。替代模型中最重要的問(wèn)題之一是過(guò)度擬合，即實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的誤差被驅(qū)動(dòng)到非常小的值，但是當(dāng)向模型引入新的設(shè)計(jì)點(diǎn)時(shí)，誤差很大。 如果在 RSM 中使用完整的二次項(xiàng)，或者選擇所有實(shí)驗(yàn)點(diǎn)作為 RBF 中的中心，則通常會(huì)發(fā)生過(guò)擬合。為了克服過(guò)度擬合，創(chuàng)建替代模型時(shí)通常使用回歸分析。本文采用逐步回歸技術(shù)（Wang and Jain 2003）。此外，過(guò)度擬合也與錯(cuò)誤標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)。在本文中，引入了預(yù)測(cè)的誤差平方和（PRESS）（Kutner 等人 2004）標(biāo)準(zhǔn)代替構(gòu)造代理模型的誤差（SSE）標(biāo)準(zhǔn)的平方和。使用 PRESS 標(biāo)準(zhǔn)，替代模型僅適用于從 n 個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的 n-1 個(gè)點(diǎn)，并且對(duì)于剩余的一個(gè)，從該模型獲得預(yù)測(cè)。 PRESS 標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生了替代模型預(yù)測(cè)的良好指示，因?yàn)楫?dāng)模型不包括在回歸中時(shí)，模型給出每個(gè)點(diǎn)上的小殘差。替代模型的擬合優(yōu)度統(tǒng)計(jì)包括 F 檢驗(yàn)和 R 平方（Kutner 等，2004）。給定顯著性水平 α，如果替代模型的 F 值大于 F 分布的臨界值，即如果 F> F a，則認(rèn)為替代模型是顯著的。 R平方度衡量替代模型的適應(yīng)度是多少。在本文中，使用三個(gè)指標(biāo)，即 R 平方 R2，調(diào)整的 R平方 R2a 和 PRESS R 平方 R2 p。R 2和 R2a 都在 0 和 1 之間，其值越接近于 1，表示替代模型具有更好的擬合度。然而，考慮到自由度，R 2 a 是替代模型的擬合質(zhì)量比 R2更好的指標(biāo)。R2P 取 0 到 1 之間的任何值，值越接近 1 表示替代模型的預(yù)測(cè)能力越好。如果三個(gè)指標(biāo)都接近 1，則替代模型的擬合和預(yù)測(cè)質(zhì)量是好的。4 優(yōu)化4.1 配方總線主體的多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題的形成如下：其中 m 是總線框架的重量; k t 是扭轉(zhuǎn)剛度; σi 是第 i 個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的 von Mises 應(yīng)力;并且 d j 是第 j 個(gè)窗柱與剩余空間之間的入侵; xl和 xu 分別是設(shè)計(jì)矢量的上限和下限。觀察到總體最大應(yīng)力的替代模型的精度差，因?yàn)樽畲髴?yīng)力的位置在設(shè)計(jì)變量發(fā)生變化時(shí)會(huì)發(fā)生變化增加響應(yīng)的非線性。因此，原始設(shè)計(jì)中應(yīng)力值最高的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)用于捕獲最大應(yīng)力。在本研究中選擇了原始設(shè)計(jì)中具有高應(yīng)力值的六個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，如圖 1 所示。 9，用 P1?P6 注釋，相應(yīng)的代理模型為 σ1?σ6。根據(jù) ECE 規(guī)則第 66 條，身體結(jié)構(gòu)與剩余空間之間不應(yīng)有入侵。翻車碰撞性分析的結(jié)果表明，碰撞側(cè)的窗柱具有侵入殘余空間的最大可能性。每邊有七個(gè)窗柱，如圖所示。 9，從前到后編號(hào)從 1 到 7，每個(gè)柱和剩余空間之間的入侵分別表示為 d 1，d 2，...，d 7。解決（ 6）是：1.考慮到制造約束，如何從總線框架中的數(shù)百個(gè)欄中選擇最重要的變量，以減少問(wèn)題的維度。2.如何獲得結(jié)構(gòu)響應(yīng)比 FE 分析更有效，克服了翻車碰撞性非線性的難度。3.如何在運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題的帕累托最優(yōu)解。以下三節(jié)介紹本文采用的相應(yīng)技術(shù)，即基于分組策略和敏感性研究的變量選擇技術(shù)，基于 DOE 的代理模型 和大約模擬方法和多目標(biāo)進(jìn)化算法。4.2 變量選擇由于總線主體的有限元模型是用殼單元構(gòu)成的，所以結(jié)構(gòu)的厚度被定義為可變的?？偩€上有數(shù)百個(gè)條，存在制造約束。因此，如果所有的厚度參數(shù)都被認(rèn)為是設(shè)計(jì)變量，那么問(wèn)題就太復(fù)雜了。為了降低復(fù)雜性，必須減少設(shè)計(jì)變量的數(shù)量。考慮到制造約束，變量被分組。主要制造約束是對(duì)稱性和均勻性。因此，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)由相同的設(shè)計(jì)變量描繪，以減少變量的數(shù)量。例如，如圖 1 所示。如圖 10 所示，深黑色的縱向和縱向條都具有對(duì)稱性和均勻性要求，因此，黑色黑色中所有縱向條的厚度可以定義為可變的，也就是稱為墊底。最后，總線框架的所有條都分開(kāi)。通過(guò)單個(gè)設(shè)計(jì)變量提取到 81 組砂。然而，并非所有變量對(duì)響應(yīng)都是重要的，有一些變量會(huì)稍微影響響應(yīng)，這可以忽略以進(jìn)一步減少問(wèn)題的維度。每個(gè)變量的意義可以通過(guò)敏感性研究來(lái)評(píng)估，描述如下。其中[K]是系統(tǒng)剛度矩陣，{u}是未知位移矢量，{P}是施加的載荷矢量。然后位移的偏導(dǎo)數(shù)可以是獲得如下。在本文中，敏感度研究由 MSC Nastran 實(shí)現(xiàn)。扭轉(zhuǎn)剛度和最大應(yīng)力響應(yīng)靈敏度的結(jié)果如圖所示。 具有較大敏感度的設(shè)計(jì)變量被認(rèn)為對(duì)響應(yīng)更為重要，并將被選擇。盡管在已發(fā)表的文獻(xiàn)中已經(jīng)推導(dǎo)出了耐碰撞響應(yīng)的敏感性（Pedersen 2003，2004），當(dāng)使用明確的有限元來(lái)解決接觸問(wèn)題時(shí)，獲得靈敏度仍然不容易（Forsberg 和 Nilsson 2007）。因此，在翻車碰撞中具有大應(yīng)變能的鋼筋被認(rèn)為是翻車安全性的重要結(jié)構(gòu)。最后，設(shè)計(jì)變量的總數(shù)減少到 31.相應(yīng)的結(jié)構(gòu)如圖 5 所示。 12，其中包括大部分的縱向條，屋頂?shù)木暥葪l，兩邊的窗和門柱等。4.3 代孕模型實(shí)驗(yàn)點(diǎn)采用最佳拉丁超立方體設(shè)計(jì)進(jìn)行采樣，通過(guò)有限元分析獲得真實(shí)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。逐步回歸技術(shù)是基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)的，用于創(chuàng)建替代模型。在本文中，RSM 用于創(chuàng)建靜態(tài)響應(yīng)的代理模型，即剛度和應(yīng)力響應(yīng)，并且 HRBF 用于構(gòu)建碰撞響應(yīng)的代理模型，即柱和殘余空間之間的入侵。之后，實(shí)施 F 檢驗(yàn)，并計(jì)算出 R 平方，以評(píng)估模型的質(zhì)量。所有替代模型的信息如表 3 所示?？梢钥闯?，F(xiàn) 檢驗(yàn)中所有替代模型的 F 值遠(yuǎn)大于 0.05 的顯著水平的臨界 F 值，這意味著所有替代型號(hào)很重要。此外，R 2，調(diào)整后的 R2和 PRESS R2都接近 1，這表明模型在實(shí)驗(yàn)點(diǎn)上足夠準(zhǔn)確，對(duì)預(yù)測(cè)也有好處。重量模型僅接近結(jié)構(gòu)質(zhì)量，其不包括窗玻璃，車身面板或乘客等的質(zhì)量。由于設(shè)計(jì)變量是殼單元的厚度，所以權(quán)重模型是線性的，如下：其中 β0 = m 0，這是所有非變量的權(quán)重結(jié)構(gòu); βi =ρi A i，其中 ρi 是材料的質(zhì)量密度，A i 是中表面的面積; n v 是設(shè)計(jì)變量的數(shù)量。可以使用預(yù)處理軟件 MSC Patran 輕松獲得權(quán)重模型的系數(shù)。因此，DOE 和逐步回歸是不必要的。為了驗(yàn)證該模型，實(shí)驗(yàn)點(diǎn)隨機(jī)生成，F(xiàn)E 分析和線性模型分別獲得的重量分別為 3,054.3 kg 和 3,054.4 kg，說(shuō)明該模型是正確的。4.4 進(jìn)化算法基于人口操作，多目標(biāo)進(jìn)化算法（MOEAs）可以在單次運(yùn)行中找到多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題的均勻分布的帕累托最優(yōu)解。 NSGA-II（Deb 等 2000）是最流行的算法之一。在 NSGA-II 中，快速非主導(dǎo)分類方法基于帕累托最優(yōu)關(guān)系對(duì)群體進(jìn)行排名，其中等級(jí)為 1 的個(gè)體是當(dāng)前群體中非主導(dǎo)的解，然后擁擠距離分配過(guò)程計(jì)算距離為每個(gè)人的每一個(gè)人保持人口的多樣性。此外，引入了結(jié)合父母和子女人口的精英策略來(lái)改善融合。然而，發(fā)現(xiàn) NSGA-II 的融合仍有待改進(jìn)（Sindhya 等，2008）。因此，Su 等人（2010）開(kāi)發(fā)了一種進(jìn)化算法 AMISS-MOP（多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題的自適應(yīng)多島搜索策略），以提高 NSGA-II 的收斂和效率。在 AMISS-MOP 中，引入歸檔集以提高算法的效率，并開(kāi)發(fā)了一種自適應(yīng)多島搜索策略，以提高搜索帕累托最優(yōu)解的性能。在算法中，人口集中在 M 代的子空間中，其中子空間的中心位于非主導(dǎo)的前沿，子空間的范圍取決于中心個(gè)體周圍的個(gè)體的密度，M 是根據(jù)中央個(gè)人的擁擠距離自適應(yīng)計(jì)算。在本文中，NSGA-II 和 AMISS-MOP都用于解決總線主體的多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題.5 結(jié)果多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題由 NSGA-II 和 AMISS-MOP 解決，其中群體大小和最大生成分別設(shè)置為100 和 300。通過(guò)兩種算法獲得的非主導(dǎo)方案如圖 1 所示。這表明 NSGA-II 獲得的非主導(dǎo)解決方案的擴(kuò)散比 AMISS-MOP 更廣泛，但是 AMISS-MOP 的收斂是下降的，比 NSGA-II。在目前的研究中，選擇 AMISS-MOP 獲得的非主導(dǎo)優(yōu)化方案進(jìn)行討論，如圖 1 所示。 14 和表 4，其中 0＃設(shè)計(jì)是原始設(shè)計(jì)。可以看出，非主導(dǎo)的最優(yōu)解的重量在2,400kg 和 3,400kg 之間，扭轉(zhuǎn)剛度在 25kNm / deg 至 55kNm / deg 之間。表 4 中的第一個(gè)設(shè)計(jì)具有最大的重量和剛度減少，即分別減少 440 kg（15.39％）和 13.85 kNm / deg（34.61％）。最后一個(gè)設(shè)計(jì)（25＃）擁有最大的剛度和重量增量，即分別增加了12.47 kNm / deg（31.18％）和 463 kg（16.19％）。設(shè)計(jì)師可以從組根據(jù)偏好觀察到，在非主導(dǎo)優(yōu)化集合中存在嚴(yán)格優(yōu)于原始設(shè)計(jì)的三種解決方案（11＃，12＃和 13＃設(shè)計(jì)），即重量較低但剛度大于原始設(shè)計(jì)。在本研究中，第 11 個(gè)設(shè)計(jì)被選為新的設(shè)計(jì)。第 11 個(gè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)變量被舍入為預(yù)定義的集合中最接近的離散值：根據(jù)最大生成，{1.0,1.5,1.75,2.0,2.5,3.0,3.5,4.0,5.0 和 6.0}設(shè)置為 100，300。通過(guò)兩種算法獲得的非主導(dǎo)方案如圖 1 所示。這表明 NSGA-II 獲得的非主導(dǎo)溶液的擴(kuò)散比 AMISS-MOP 更廣泛，但 AMISS-MOP 的收斂性優(yōu)于 NSGA-II。在目前的研究中，選擇AMISS-MOP 獲得的非主導(dǎo)優(yōu)化方案進(jìn)行討論，如圖 1 所示。14 和表 4，其中 0＃設(shè)計(jì)是原始設(shè)計(jì)。可以看出，非主導(dǎo)的最優(yōu)解的重量在 2,400kg 和 3,400kg 之間，扭轉(zhuǎn)剛度在 25kNm / deg 至 55kNm / deg 之間。表 4 中的第一個(gè)設(shè)計(jì)具有最大的重量和剛度減小，即分別減少了 440kg（15.39％）和 13.85kNm / deg（34.61％）。最后的設(shè)計(jì)（25＃）擁有最大的制造要求來(lái)獲得最終設(shè)計(jì)。最終設(shè)計(jì)通過(guò)有限元分析驗(yàn)證，結(jié)果如表 5 所示。表明最終設(shè)計(jì)優(yōu)于原始設(shè)計(jì)，其中重量減少了 76 公斤（2.66％），扭轉(zhuǎn)剛度提高了 0.42％，最大應(yīng)力降低了 50 MPa（13.77％），在翻車碰撞過(guò)程中沒(méi)有入侵。最大應(yīng)力位于關(guān)鍵點(diǎn) P4 上，如圖 3 所示。證明使用六個(gè)“關(guān)鍵點(diǎn)”來(lái)捕捉最大壓力的策略效果很好。6 結(jié)論總線主體的設(shè)計(jì)是一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，包括靜態(tài)和翻轉(zhuǎn)故障響應(yīng)。由于耗時(shí)的結(jié)構(gòu)分析，耐碰撞反應(yīng)的非線性高和經(jīng)典方法的多個(gè)目標(biāo)之間的沖突，難以解決這個(gè)問(wèn)題。通過(guò)使用近似方法構(gòu)建總線結(jié)構(gòu)響應(yīng)的代理模型并采用多目標(biāo)進(jìn)化算法來(lái)克服困難?？偩€機(jī)身的剛度和應(yīng)力的代理模型采用響應(yīng)面法建立，并且使用混合徑向基函數(shù)構(gòu)建了翻轉(zhuǎn)碰撞中的入侵，其中采用 PRESS 誤差準(zhǔn)則的逐步回歸技術(shù)來(lái)避免過(guò)度擬合。驗(yàn)證表明，本文創(chuàng)建的替代模型具有良好的準(zhǔn)確性。采用兩種進(jìn)化算法，即 NSGA-II 和 AMISS-MOP 來(lái)解決多重異議優(yōu)化問(wèn)題。結(jié)果表明，AMISS-MOP 的收斂性優(yōu)于 NSGA-II。選擇由 AMISS-MOP 獲得的帕累托最優(yōu)解的最優(yōu)解作為最終設(shè)計(jì)。結(jié)果表明，最終的設(shè)計(jì)大大提高了車身的性能。附錄 2：外文原文I大型客車車身設(shè)計(jì)摘 要大型客車由發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤、車身和電器設(shè)備等幾大部分構(gòu)成。研究表明，大型客車車身約占整車質(zhì)量的 30%～40%，在空載情況下，有 70%的燃油消耗在車身質(zhì)量上，同時(shí)，車身是汽車各組成部分中唯一具有吸收碰撞能量能力的，在碰撞發(fā)生時(shí)通過(guò)合理變形對(duì)車內(nèi)乘員進(jìn)行防護(hù)。因此對(duì)于大型客車車身的設(shè)計(jì)，能夠有效的提高車輛的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和行駛穩(wěn)定性。本文以 KLQ6100G 城市公交車為例，參照 KLQ6100G 城市公交車已有汽車底盤，用三維設(shè)計(jì)軟件（CATIA）對(duì)該公共汽車的車身造型、內(nèi)飾布置、乘客區(qū)布置等各種汽車布置進(jìn)行設(shè)計(jì)與研究。在設(shè)計(jì)該車布置時(shí)，參考以往同類型設(shè)計(jì)研究方法，對(duì)該車的各部件裝飾形式進(jìn)行了認(rèn)真分析，并嚴(yán)格按照公共汽車制造標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在能夠提高載客量的基礎(chǔ)上優(yōu)化外形設(shè)計(jì)，使其美觀大方，并且依靠?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高乘客乘坐時(shí)的舒適性，增強(qiáng)乘客的乘坐體驗(yàn)。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)大型客車車身造型及總布置的研究，有利于我國(guó)城市公交的發(fā)展。在貫徹公共交通“安全、舒適、快捷、經(jīng)濟(jì)、方便”的基本原則下，本論文有一定的應(yīng)用和參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：城市客車；CATIA；車身造型；總布置IABSTRACTContent: Large passenger cars from the engine, chassis, body and electrical equipment, and other major components. 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 vehicle's 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 passenger's 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 layoutII目 錄摘 要 ..................................................................IABSTRACT .................................................................II1 緒論 ...................................................................11.1 大型客車車身設(shè)計(jì)的研究現(xiàn)狀 ........................................11.2 我國(guó)城市公交車發(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)特征在整車外形中的應(yīng)用 ....................................................................52.2 汽車車身制圖 ............................................................................................................52.3 整車外形總布置設(shè)計(jì) ................................................................................................72.4 車身三維造型設(shè)計(jì) ..................................................................................................102.5 本章小結(jié) ..................................................................................................................173 車身內(nèi)部總布置設(shè)計(jì) .....................................................183.1 人機(jī)工程學(xué)在整車內(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 ......................................................................................................42III5.4 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 .................................................................54大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 1 -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)大型客車車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 大型客車車身設(shè)計(jì)的研究現(xiàn)狀國(guó)外汽車大公司和設(shè)計(jì)公司具備汽車創(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車身，積累了幾十年的大型客車車身開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)。國(guó)外的學(xué)者在汽車輕量化研究和拓?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)出承載式的客車車身結(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)客車車身骨架抬起，這標(biāo)志著客車車身結(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)于客車車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究的文章，文中首先對(duì)客車車身的有限元模型進(jìn)行彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度分析，然后提出了在車身質(zhì)量不增加的條件下提高車身剛度的結(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)大型客車車身進(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)某大型客車車身建立有限元模型，通過(guò)車身部分結(jié)構(gòu)靈敏度優(yōu)化后將整車質(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)大客車車身骨架進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)結(jié)果顯示車身實(shí)現(xiàn)減重 5.08%[5]。2004 年，陳茹雯運(yùn)用 ANSYS 軟件對(duì)某大型客車車身進(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)階段的客車車身結(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)和完善整車性能，減少設(shè)計(jì)重復(fù)和縮短開(kāi)發(fā)周期，為車身結(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)客車車身骨架進(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)果顯示整車質(zhì)量下降 4.26%[8]。大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 2 -1.2 我國(guó)城市公交車發(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)?11～12 米長(zhǎng)，能夠乘坐 100～120 人的乘客的大型城市專用汽車，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，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。相信城市公共汽車也將逐步變成這樣。（2）降低底盤現(xiàn)如今，公共汽車低地板技術(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)的低底盤公交車還不被稱之為真正的低底盤公交車，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，歐美汽車公司開(kāi)發(fā)的采用了一種特殊的低地板車橋，空氣懸架，降低地板高度，使得低地板公交車成為著名的城市公交車的首選。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卉嚨匕甯叨刃∮?600 毫米時(shí)為最適宜高度。（3）高端舒適，提升檔次公共汽車在配置動(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)，然后還要保證車的內(nèi)飾較好，皮質(zhì)齊全，比如冷風(fēng)暖器、使車內(nèi)可以按自身需要調(diào)節(jié)溫度，從而使車內(nèi)高端大氣，檔次得到提升，從而可以實(shí)現(xiàn)客車的多種用途。（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)大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 3 -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)。因此綠色燃料汽車將逐漸占領(lǐng)汽車市場(chǎng)。（5）汽車造型越來(lái)越新潮美觀希望可以得到外形顏色鮮艷，外觀線條流暢，的車輛。因?yàn)檫@種車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，而且車輛的內(nèi)外裝修要求軟化處理，從而使人有種豪華車的感覺(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）汽車自動(dòng)化程度更高隨著現(xiàn)代智能化發(fā)展，公共汽車也要求愈來(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的可監(jiān)管性，最終提高客車質(zhì)量。1.3 本課題的研究?jī)?nèi)容客車三大總成是是指發(fā)動(dòng)機(jī)、 底盤、車身，客車車身在客車制造過(guò)程中也占據(jù)及其重要的地位。本文以 K L Q 6 1 00G 城市公交車為例，參照 K L Q 6 1 00G 城市公交車已有汽車底盤，用三維設(shè)計(jì)軟件（CATIA）對(duì)該公共汽車的車身造型、內(nèi)飾布置、乘客區(qū)布置等各種汽車布置進(jìn)行設(shè)計(jì)與研究。在設(shè)計(jì)該車布置時(shí)，參考以往同類型設(shè)計(jì)研究方法，對(duì)該車的各部件裝飾形式進(jìn)行了認(rèn)真分析，并嚴(yán)格按照公共汽車制造標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)以 KLQ6100G 客車為依據(jù)，外形尺寸為 10310×2440×2900（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車身。一般客車使用壽命為 8 年到 12 年。(1) 底盤有關(guān)數(shù)據(jù)底盤為分段式底盤、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) 底盤質(zhì)量參數(shù)整備質(zhì)量參數(shù) 9400kg前軸 3300kg后軸 6100kg大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 4 -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該客車在總布置時(shí)采用了分段直大梁底盤，以降低地板高度。該底盤的前端縱梁（z ＝0 ）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 30×50×1.75 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)有底盤的基礎(chǔ)上，結(jié)合 KLQ6100G 城市公交車的車身開(kāi)發(fā)，對(duì)該車型進(jìn)行車身造型設(shè)計(jì)和總布置設(shè)計(jì)。大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 5 -2 車身外部造型與總布置設(shè)計(jì)2.1 空氣動(dòng)力學(xué)特征在整車外形中的應(yīng)用隨著汽車車速的提高其穩(wěn)定性安全性等可能會(huì)有降低，為了保持汽車高速行駛的穩(wěn)定性，且滿足汽車內(nèi)部通風(fēng)降噪舒適性等要求，我們需要研究汽車的空氣動(dòng)力性能?，F(xiàn)如今，對(duì)汽車動(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受力的最優(yōu)解。通過(guò)研究，當(dāng)汽車采用如下外形的時(shí)候可以減少阻力；（1）棱角圓化 車身前成面與側(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，越有利于汽車的行駛。此外，汽車車身上的一些外部裝置應(yīng)該盡可能地嵌入車身內(nèi)，而且可以采用曲面玻璃使其緊貼車身從而減小阻力。2.2 汽車車身制圖（1）首先要確定坐標(biāo)系，在汽車的車身設(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，車身高度方向是用Z 坐標(biāo)軸表示。詳情如圖 2-1。大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 6 -圖 2-1 車身坐標(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?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)人們繪制車身的樣圖時(shí)候，一般會(huì)規(guī)定一個(gè)方向，即從汽車右邊向左邊行駛過(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。大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 7 -2.3 整車外形總布置設(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。大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 8 -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)車圍類似于左側(cè)車圍的設(shè)計(jì)方法，但是因?yàn)橛覀?cè)是車門所在區(qū)，是以根據(jù)《客車結(jié)構(gòu)安全要求 GB 13094-1997》去設(shè)計(jì)車門大小，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，沒(méi)有了以往客車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。大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 9 -圖 2-5 后圍布置圖2.3.5 頂蓋布置頂蓋為車身的車頂，它的橫向截面圖在圖紙上顯示為為三段圓弧。車身安全頂窗設(shè)計(jì)應(yīng)按照規(guī)范。如圖 2-6 所示。大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 10 -圖 2-6 頂蓋布置圖2.4 車身三維造型設(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圍的縱向曲線掃描，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，并且保持客車車身前方美觀。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。大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 11 -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)杠形面圖大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 12 -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)圍造型客車側(cè)圍包括前后側(cè)投影、車頂側(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。大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 13 -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。大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 14 -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)。大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 15 -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。大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 16 -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。大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 17 -圖 2-20 車身組裝圖2.5 本章小結(jié)本章主要研究了在 CATIA 軟件中設(shè)計(jì)客車外形圖需要做的一些具體注意事項(xiàng)。其中客車結(jié)構(gòu)主要尺寸為：乘客門與安全頂窗數(shù)量都為 2；乘客門中點(diǎn)之間的距離為 4757.5mm；安全頂窗相鄰兩邊間距為 5995mm；乘客門的高度 2160mm；乘客門凈寬 830mm（單通道門）或 1300mm（雙通道門）；安全頂窗洞口凈面積490×680=3332000mm2，均達(dá)到《客車的結(jié)構(gòu)所需安全要求 GB13094-1997》。大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 18 -3 車身內(nèi)部總布置設(shè)計(jì)3.1 人機(jī)工程學(xué)在整車內(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 汽車駕駛員眼橢圓（1）汽車駕駛員眼橢圓眼橢圓即駕駛員坐在車中駕駛座位，他眼睛在車中的圖形，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分布即為橢圓形狀，故稱為汽車駕駛員眼橢圓。（2）眼橢圓樣板1）先畫眼橢圓的坐標(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)?102mm，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）畫長(zhǎng)短軸。長(zhǎng)軸在側(cè)視圖和俯視圖上的傾角分別為－6.4o 和 5.4°。如圖 3-1、圖 3-2。圖 3-1 眼橢圓側(cè)視圖大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 19 -圖 3-2 眼橢圓俯視圖3.1.2 眼橢圓樣板在車身側(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。大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 20 -圖 3-3 眼橢圓側(cè)視定位圖圖 3-4 眼橢圓俯視定位圖大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 21 -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、頭部探桿、臀盤等。其中臀盤適應(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]。在背盤和臀盤相交的地方，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。大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 22 -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。大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 23 -圖 3-7 駕駛員視野側(cè)視圖圖 3-8 駕駛員視野俯視圖大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 24 -3.3 儀表板設(shè)計(jì)客車儀表板可以傳達(dá)汽車運(yùn)行狀況，關(guān)系到行車安全和工作環(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?？蛙囘€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）線條吻合車身造型風(fēng)格。3）著色與整車內(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，并與客車的橫向零平面相互對(duì)稱。位置如圖 3-9、圖 3-10。大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 25 -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)把握汽車方向盤，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位置及尺寸，按照人體工程學(xué)設(shè)計(jì) [15]，參照《客車駕駛區(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 客車踏板以及操縱桿的布置大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 26 -結(jié)合人體工程學(xué)確定油門位置，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)《客車駕駛區(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 踏板橫向布置圖大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 27 -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 31＋1。座椅分布合理的話，可以擴(kuò)大車內(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)車輪罩上方 2－2 背對(duì)背安置。大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 28 -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，為了上下車方便這些座椅將安置在乘客后門對(duì)面。大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 29 -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，并確定了方向盤和踏板位置，具體為：方向盤直徑 484mm;角度為 70°；方向盤最低點(diǎn)到座墊 226mm；方向盤最外側(cè)到靠背 375mm；方向盤中心到座椅中心為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。大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 30 -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。大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 31 -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，。大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 32 -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)形成圖大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 33 -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。大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 34 -圖 4-9 變速器操縱桿圖 4-10 加速踏板大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 35 -圖 4-11 制動(dòng)踏板圖 4-12 離合器踏板大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 36 -圖 4-13 方向盤圖 4-14 投幣器大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 37 -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、剎車、離合器、變速器操縱桿、方向盤、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。大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 38 -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。（1）地板高度乘坐客車的人上下車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)保證乘客在車內(nèi)能自由走動(dòng)并且頭部不會(huì)與客車內(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。大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 39 -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。大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 40 -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大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 41 -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)大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 42 -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 乘客座椅裝配圖大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 43 -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。大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 44 -6 結(jié)論本論文主要做的工作有：在 CATIA 環(huán)境下對(duì)客車外形、駕駛區(qū)、乘客區(qū)等造型；確定客車結(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）客車結(jié)構(gòu)主要尺寸為：乘客門與安全頂窗數(shù)量為均 2；乘客門中點(diǎn)之間的距離為 4757.5mm；安全頂窗相鄰兩邊間距為 5995mm；乘客門的高度 2160mm；乘客門凈寬 830mm（單通道門）或 1300mm（雙通道門）；安全頂窗洞口凈面積490×680=3332000mm2。（2）儀表板的位置為儀表板下緣至地板表面距離 500mm，方向盤和踏板位置：方向盤直徑 484mm;角度為 70°；方向盤最低點(diǎn)到座墊 226mm；方向盤最外側(cè)到靠背375mm；方向盤中心到座椅中心為 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)的大型客車尺寸均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)尺寸，并通過(guò)對(duì)其車身造型以及內(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。大 型 客 車 車 身 設(shè) 計(jì)- 45 -參 考 文 獻(xiàn)[1]Kane,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):385~392.[2]Lan,F.,Chen,J.,Lin,J.Comparative analysis for 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