汽车姿态研究.doc

重庆大学本科学生毕业设计（论文）汽车姿态研究学 生： 学 号：指导教师：校外指导教师： 专 业：机械设计制造及其自动化重庆大学机械工程学院二O一二年六月Graduation Design（Thesis） of Chongqing UniversityVehicle Attitude ResearchUndergraduate: Supervisor: Lecturer Assistant Supervisor: Major: Mechanical Design and Manufacture and AutomationCollege of Mechanical EngineeringChongqing UniversityJune 2012摘 要整车姿态具体指汽车基于地面在各种状态下的前后倾角、车身与轮系及地面各方间隙、腰线、窗台线与整车的比例关系等。整车姿态设计是汽车设计过程中的一个重要步骤。汽车姿态参数设计合理，才能更充分发挥汽车的性能，满足消费者的使用及审美要求。本文以长安金牛星（F202）为设计车型，重点研究了车身静态下各状态前后倾角的参数设定过程。首先描述了整车姿态包括的主要内容和设计要求，包括汽车的通过性和车身离地高度的设计要求和腰线设计等，并分析了某些车型的腰线设计带给消费者的不同视觉效果。其次分析了整车姿态对人机和法规的影响，重点分析了改变汽车姿态角对整车视野的影响，论述了整车姿态的重要性。最后通过计算轮胎压缩量和悬架位移来确定地面线，最终得出达到满足要求的整车姿态。关键词：整车姿态，地面线，法规，人机ABSTRACTVehicle attitude is specifically referring to the front rake and caster angle, clearance among vehicle body and gear train and ground, waist-line and the proportional relationship between the sill line and the vehicle, etc. in a variety state of the ground. Vehicle attitude design is an important step of the car design. Only if the vehicle attitude parameters designed reasonable, you can make the motor vehicles give a full play to the performance, and meet consumers use and aesthetic requirements.This article takes Changan Taurus as design vehicle type, and it focuses on the research of the front rake and caster angle parameters setting process under a static body in a variety of state.Firstly, describes the main content and design requirements which the vehicle attitude includes, such as through sexual, body height from the ground of the design requirements and the waist-line design, etc. and analyzes some car waist-line designs different visual effects to the consumers.Secondly analyzes the effect of attitude on man-machine and vehicle regulations, analyzes the influence of changing the vehicle attitude angle to the vision Field, and discusses the importance of vehicle attitude.Finally, by calculating the tire compression and suspension displacement to determine the ground line, at last obtained the vehicle attitude which meets the requirements.Key Words：Vehicle attitude, Ground line, Man-machine, Regulations目 录中文摘要IABSTRACTII1 绪论11.1 课题研究的背景和意义11.1.1 本课题研究的背景11.1.2 本课题研究的意义11.2 本课题研究的历史和现状21.3 课题任务、重点研究内容、实现途径31.3.1 论文的课题任务31.3.2 论文的重点研究内容和方法31.3.3 论文的实现途径32 整车姿态分析52.1 姿态角分析52.1.1 地面线定义52.1.2 姿态角定义52.2 车身离地高度62.2.1 车身离地高度定义62.2.2 保险杠离地间隙62.2.3 翼子板边缘到轮心的距离72.2.4 摇杆门槛离地高度92.3 通过性92.3.1 通过概述92.3.2 最小离地间隙102.3.3 接近角和离去角122.3.4 车轮半径132.3.5 纵向通过性132.3.6 横向通过性142.3.7 通过性总结142.4 腰线设计152.5 本章小结183 整车姿态与人机和法规193.1 整车姿态对人机的影响193.1.1 进出方便性分析193.1.2 后备箱人机工程评价203.2 整车姿态对法规的影响213.2.1 后视镜的相关术语和定义213.2.2 汽车后视镜基于地面线的安装要求243.3 本章小结294 整车姿态的确定304.1 轴荷的设计和计算304.1.1 整车姿态相关参数定义304.1.2 轴荷的设计要求324.1.3 在参考车基础上加长轴距、前后悬后质量分布、质心位置344.2 轮胎的选型以及压缩量的计算364.2.1 轮胎的选择364.2.2 轮胎压缩量的计算384.3 悬架弹簧参数的设计原理404.3.1 空载状态下轮心的坐标推导404.3.2 满载状态下悬架弹簧行程计算及轮心的坐标推导404.4 地面线的绘制414.5 本章小结415 结论与展望425.1 结论425.2 展望42致谢43参考文献441 绪论1.1 课题研究的背景和意义1.1.1 本课题研究的背景汽车在人们的生活中起着越来越重要的作用，较之以往，汽车姿态的研究也在不断的进步和发展。最早的汽车只是在汽车的外观方面突破，随着车辆的增多，人们对汽车的追求也在不断提高。在追求外观的同时对汽车性能也有了更多的追求。汽车姿态研究涉及到的方面十分广泛。查阅相关文献，发现对汽车姿态研究方面的论文比较少，大多不是很全面。如某车型的汽车姿态研究中对整车姿态没有明确定义，虽然也提及到地面线，但两者关系比较模糊，没有分析地面线是通过何种方式影响整车姿态，也没有对地面线进行深入研究，而且，大多数论文都以研究汽车行驶姿态为主题，如汽车行驶姿态的研究一文中是检验汽车在各种行驶状态下的姿态是否满足要求。但是，行驶姿态的研究是一个验算过程，而设计概念初期也需要对整车姿态进行估计和验算。本文研究的姿态是在设计概念初期确定的姿态。1.1.2 本课题研究的意义整车姿态是汽车设计的重要参数之一，它涉及法规、人机、造型、整车视野、悬架行程及刚度、碰撞、泊车性及通过性等诸多要素1。具体指汽车基于地面在各种状态下的前后倾角、车身与轮系及地面各方间隙、腰线窗台线与整车的比例关系等2。其中地面线在整车姿态中起着举足轻重作用，首先法规方面：如GB 15084-2006汽车后视镜的性能和安装要求、GB 4785-2007汽车及挂车外部照明和光信号装置的安装规定、GB 15741-1995汽车和挂车号牌板（架）及其位置等法规均是基于整车姿态进行的试验或检测6；人机方面：地面线对人机的影响方面很广，其中主要包括：1.前后门槛高度；2.后备箱货物举升高度；3.后备箱手柄高度；4.前后门外开手柄高度；5审美方面要求等。基于整车姿态的需要，在整车概念设计阶段就必须确定地面线的位置和倾角4。因地面线主要通过悬架参数的调节以及载荷分布来确定，所以在设计过程中，需要首先确定前后悬架参数、轴荷分布及轮胎型号等参数4。同时计算出汽车各种承载状态下的地面线，验证其是否能够满足整车的人机、法规、审美等方面要求。一般通过两三次调整上述参数，就能达到比较理想的效果，所以对整车姿态的研究过程其实就是对地面线的设定过程4。1.2 本课题研究的历史和现状1885年，德国人卡尔本茨研制成功以汽油机为动力的三轮汽车，采用金属管车架，安装一台0.9马力汽油机，工作容积785ml，最高车速可达15公里/小时。同年，戴姆勒把这种发动机安装在他为妻子43岁生日而购买的四轮马车上，创造了第一辆四轮汽车12。图1.1 第一辆四轮车随着人们生活水平的提高，消费者对汽车的要求也越来越高。早先，人们并不关注汽车的姿态研究，汽车只是起着单一的代步作用。车身的发展源于对空气阻力和遮风挡雨的研究。乘车时间增多促使消费者对汽车的舒适性提出要求3。当人们不再满足于代步，多功能化的汽车受到消费者的青睐。既能载人又能载物的汽车诞生了13。对于客车或者是货车，载重能力是消费者考核的一个重要方面。提升汽车的载重能力需考虑车轮的承载能力，底盘和车身的高度，汽车的坠尾情况 ，以及汽车的动力性要求等等14。这就需要对汽车姿态进行研究，包括如何确定汽车的地面线？汽车姿态角在什么范围对汽车行驶状况最为有利？前后车门打开离地高度应该怎么设置？汽车的内外凸与地面线的关系等等。当汽车流量多时，汽车安全事故发生的频率亦随之增加，汽车的安全性受到人们的高度重视。包括前后车灯、车牌、汽车保护装置基于地面的安放位置要求 ，后视镜的安放位置要求，两车碰撞的高度性要求，汽车的泊车性要求等等。这些都是对整车姿态的进一步的深入研究，也是对整车性能的一次次挑战。所以整车姿态的研究不管是在过去还是在现在都有它的时代意义。相比过去，现在的汽车已经有了较大的改变。如长安逸动，不仅是在外形上还是在性能上都更能满足消费者的需求，从原始的汽车到现代汽车的逐渐完善，整车姿态的研究在这整个过程中都扮演着至关重要的角色。虽然自古以来就有对汽车姿态的研究，但是相关文献比较少，大多都不全面，对汽车姿态研究也不深入，对设计状态汽车的姿态研究甚少，大多都是点到为止。本文是对汽车姿态研究的补充和说明，也是对汽车研究的进一步完善。整车姿态的确定对汽车的设计十分重要，是设计汽车的基石。本文研究的姿态是汽车设计概念初期时基于地面线确定的各种汽车姿态。图1.2 EADO逸动1.3 课题任务、重点研究内容、实现途径1.3.1 论文的课题任务本次设计紧密联系工程实际，其方案来源、选用均以实际车型及用户使用要求、条件为基础而选定。具体任务安排如下：掌握整车姿态控制的相关理论与研究方法；总结地面线对人机、法规、造型等方面的影响；理解地面线与悬架弹簧的影响整车姿态的基本原理；进行轮胎的选择以及压缩量的计算；计算悬架弹簧参数并进行推导；完成地面线的绘制。1.3.2 论文的重点研究内容和方法结合F202（长安金牛星）车型，重点研究整车姿态的确定以及对人机、法规的影响。其中包括整备质量估计、轴荷分布计算、总布置相关法规研读，轮胎的选型以及压缩量的计算，并绘制各种承载状态下的地面线。1.3.3 论文的实现途径F202车型的相关数据由长安汽车公司提供。本次课题研究参照国家相关法律法规和公司产品设计要求。本人系长安汽车3+1学生，毕业设计地点分配在商用汽车研究院技术总布置室，该论文由学校指导老师和长安汽车公司指导老师共同指导完成。通过查阅相关资料，分析整车姿态包括的内容及影响因素，最后得出地面线是确定整车姿态的关键因素，本次课题深入对地面线的研究，首先研究地面线对人机和法规等方面的影响，然后重点分析地面线，并提出了确定地面线的方法。以CM9参考车型，在参考车型上增加长、宽、高，得出研究车型（F202）的外形尺寸，并通过计算增加的质量计算出设计车辆的重量。通过计算轴荷确定单胎承受的重量，并参照参考车来确定轮胎的选型。选型完毕后通过轮胎压缩量的经验公式计算出轮胎的压缩量。之后，通过悬架的位移和姿态角，确定出汽车在空载、满载、设计载荷状态下的轮心位置。这里悬架的位移由底盘中心和总布置所共同协商来达到满足要求的整车姿态。最后结合轮胎的压缩量和轮心位置画出相应的地面线。地面线完成后还需要通过专家评审和油泥模型来进行验证，通过反复修改，最终设计出满足要求的地面线。2 整车姿态分析整车姿态包含的内容十分广泛，主要包括车身离地高度，通过性，腰线设计等。其影响因素主要包括三个方面：机械工程学、人机工程学和空气动力学 44。具体来说需要满足以下几个方面要求：（1）人机工程视野、空间、心理影响，信息交互与信息获取是否流畅；（2）空气风阻与下压力要求；（3）行驶性能要求离地间隙、接近角与离去角、通过半径等；（4）美学是否符合目标用户群的大众审美观，造型语义是否契合车辆精神；（5）安全要求是否符合道路交通安全法规45。外形好看只是整车外观的一个方面。整车质量及质心的布置，影响到燃油经济性和动力性。整车重心的位置影响汽车的操纵性和平顺性。整车布置过程中要求轮眉不应与轮胎包络发生干涉。车门的打开高度要符合路况要求，门槛高度影响乘客上下车安全性和方便性。2.1 姿态角分析2.1.1 地面线定义汽车由于自重，导致轮胎与地面发生挤压变形，这时，若以轮胎为参考对象，得出地面横断面的原状地面称为汽车的地面线，可以用于描述地面的起伏情况31。如图2.1 所示。图2.1 地面线2.1.2 姿态角定义一般地，将白车身侧围下裙边直线段部分定义为整车坐标的水平方向，整车坐标水平方向与地面线的夹角即为整车姿态角()（见图2.2 ）图2.2 汽车姿态角2.2 车身离地高度2.2.1 车身离地高度定义车身离地高度36包括：保险杠规定点离地间隙（From point specified on bumper to the ground）、翼子板边缘离地间隙（From ground to fender lip）、摇杆门槛离地高度（From rocker sill to the ground）、翼子板边缘到轮心距离（From the fender lip to the wheel center）、保险杠离地间隙（From bumper to the ground）。如图2.3 所示：图2.3 车身离地高度2.2.2 保险杠离地间隙保险杠是汽车的重要组成部分，它位于汽车的车头和车尾下方，在碰撞过程中起到安全保护作用，同时，与车身浑然一体，美观大方。此外，挡泥板的安装位置也是有相应的要求的，随着车辆的增多，能够在拥挤的街道争得一席泊车之地是相当重要的。这时就需要用充分利用空间，让车子尽量向路边靠，前保险杠的安装位置决定了停靠时车头往里走的距离。如果前保险杠离地间隙过小，通过性就会变差，很容易撞坏保险杠，同时在泊车时需要的空间也会变大，不利于泊车。后保险杠的作用同前保险杠的原理一样，所以安装保险杠时，一定要注意保险杠离地间隙是否符合路况要求，以及泊车路沿高度，避免保险杠的不正当损坏。图2.4 泊车性2.2.3 翼子板边缘到轮心的距离翼子板是包裹汽车轮胎的部分，起到挡泥防水的作用。翼子板边缘到轮心的距离为轮眉间隙和车轮静力半径之和，轮胎的选型决定了轮胎的半径，由此可知，翼子板边缘到轮心的距离变化主要是由轮眉间隙决定的。轮胎轮眉间隙整备质量下表征车身与车轮匹配的外观特性参数（见图2.6 ），特别地，轮胎轮眉间隙值等于轮胎与护轮板功能区间隙值S减去护轮板内部间隙值D（见图2.5 ）。轮眉轮胎图2.5 轮胎轮眉间隙轮眉最前端轮眉最后端过轮心垂直于地面法向上轮眉最上端高图2.6 车轮外观特性参数轮心到轮眉距离（WC-FLP）地面线法向上，轮心到其对应轮眉可视外表面的最小距离（见图2.6 ）静力半径（SR）地面线法向上，轮心到地面的距离（见图2.6 ）过大的轮眉间隙使得车身与轮胎不谐调，影响整车外观，同时造成车身不稳，影响汽车的行驶性能，翼子板也不能很好的起到挡泥防水作用。图2.7 后轮轮眉间隙过大（左）前轮轮眉间隙过大（右）轮眉间隙过小，可能会造成轮眉容易和车轮发生干涉，影响汽车的行驶。所以轮胎到轮眉的间隙应该合理选择，不应过大，也不宜过小。图2.8 轮眉间隙小2.2.4 摇杆门槛离地高度摇杆门槛离地高度通常是由车型和路况共同决定的。对于SUV型汽车而言，摇杆门槛离地高度较大，对路面要求低，通过性好。而对于跑车，摇杆门槛离地高度较小，通过性较差，对路面要求高。相对的，摇杆门槛离地高度过大会造成车体重心偏高，操纵性和稳定性下降，相对而言车门门槛增高，上下车相对困难。摇杆门槛离地高度过小，稳定性和操纵性增强，同时车门门槛相对下降，根据路面情况，在路沿较高的情况下，可能造成车门打开困难，甚至损坏车门。所以针对不同的汽车，摇杆门槛离地高度的设计是十分重要的。2.3 通过性2.3.1 通过概述汽车的通过性又称越野性，是指汽车能以足够高的平均车速通过各种坏路及无路地带的能力32。如通过松软地面（松软的土壤、沙漠、雪地、沼泽地）、坎坷不平地段和各种障碍（陡坡、侧坡、壕沟、台阶）等33。尤其是军用、农用、工地及林区使用的汽车，要求有良好的通过性。图2.9 汽车的通过性汽车通过性的主要评价指标34是指：最小离地间隙h、接近角与离去角（和）、纵向通过半径、横向通过半径和车轮半径r。图2.10 汽车通过性几何参数2.3.2 最小离地间隙汽车满载（允许最大荷载质量）静止的情况下，其底盘最突出部位与水平地面的距离35。它以毫米为单位，一般来说，最小离地间隙轿车车身最低点一般是变速箱或者机油底壳的下方，越野车的最低点一般是前后桥的差速器。图2.11 最小离地间隙图2.12 SUV型车（左）和跑车（右）的离地间隙由图可知，不同类型的汽车，由于侧重的功用不同，其离地间隙也是不同的，SUV型的汽车的离地间隙明显比跑车的离地间隙大。这样设计是因为SUV型的汽车侧重于对路面要求低得情况，其通过性要求高；而相对的，跑车要求的是速度和稳定性，其操纵性要好，但是它的通过性差，对路面的要求高。图2.13 底盘与地面摩擦由此我们看出车型的不同，最小离地间隙的差别是很大的。最小离地间隙小的操控性好，但容易挂底盘，路况好的选底盘低的跑起来比较稳，速度能发挥出来，这类的代表就是跑车。最小离地间隙大的通过性好，但稳定性不好。路况差的就选底盘高的，这样比较安全，这类的代表就是越野车型。2.3.3 接近角和离去角接近角与离去角32，是指汽车满载静止时，在车身前、后端部下方突出点分别向前后车轮所引的切线与路面之间的夹角，它们均以角度为单位，其数值越大，汽车通过小丘、鞍形洼地和壕沟时不发生挂碰的能力越强。从汽车前端突出点向前轮引切线，该切线与路面的夹角称为接近角。从汽车后端突出点向后轮引切线，该切线与路面的夹角称为离去角。图2.14 接近角离去角接近角对汽车的通过性能影响很大，接近角对于爬坡的汽车起着重要的作用，如果接近角过小，就容易发生触头事故而引起“触头失效”，反之，接近角越大，汽车的通过性能就越好，但是接近角与前保险杠的位置是息息相关的，过大的接近角不仅影响外观，也对碰撞的安全性产生影响33。图2.15 汽车接近角同理，在下坡过程中，离去角同样起着十分重要的作用。当汽车从坡道上滑下来时，它的离去角越大，后保险杠就越不容易被卡住。但是，离去角不像接近角可以直接决定它是否能通过一个坡度，当车辆开上土坡并离去时，即使后保险杠稍碰到坡面上，由于汽车存在惯性，所以仍然可以通过。图2.16 离去角接近角和离去角对汽车的通过性影响很大，汽车只有具有较大的接近角和离去角，其通过性才有可能好。越野车的接近角和离去角比跑车的大。同时，汽车的最大爬坡度不能超过它的接近角，汽车的最大下坡度也不可能超过它的离去角。2.3.4 车轮半径车轮半径，即车轮（轮胎）的工作半径。一般说，在驱动车轮与地面间的附着力足够大的情况下，车轮半径越大，汽车通过台阶、断墙等垂直障碍物的高度和壕沟的宽度越大。但是汽车轮胎增大，整车质量也会随之增加，这样会使汽车耗油量增加，同时过大的车轮半径使得汽车重心升高，稳定性和操纵性变差；轮胎过小，越过障碍的能力就会下降，相对的稳定性和舒适性上升，针对不同的车型应选择与之相应的轮胎半径。2.3.5 纵向通过性纵向通过半径，是指与汽车前后车轮及两轴之间最低相切的圆弧半径。它的单位尺米，它的数值越小，通过小丘、横脊、拱桥等障碍物的能力越强46。在汽车侧视图上作出与前后车轮及两轴中间轮廓线相切之圆的半径，称之为纵向通过半径，用符号R表示。它表示了汽车能够无碰撞地越过小丘、拱桥等纵向凸起障碍物的轮廓尺寸。R越小，汽车的通过性越好。图2.17 纵向通过半径图2.18 纵向通过性2.3.6 横向通过性横向通过半径，是指汽车前桥或后桥左右两车轮和车桥的最低点上切线圆弧的半径。横向通过半径取决于汽车的轮距和最小离地间隙。轮距越小，最小离地间隙越大，则横向通过半径越小，汽车通过小丘、纵向突脊的能力越强。在汽车的正视图上所作与左右车轮及与两轮之间轮廓线相切的圆之半径，称为横向通过半径，用符号R表示。它表示了汽车通过小丘及凸起路面等横向凸起障碍物的能力，R越小，通过性越好。图2.19 横向通过性离地间隙小，横向通过半径过大的汽车，在通过拱桥、小丘及凸起的路面时，容易发生车辆中间低部零件与障碍的碰擦。2.3.7 通过性总结对于越野车来说，通过性好越好，翻越大坡就越容易，可以通过一定深度的河流，并且可以崎岖不平的山路上高速行驶。进入城市时，上下马路牙子停车也不必担心了。而对于轿车来说，由于底盘较低，汽车的传动部件，散热器、三元崔化等装置都安装在汽车的底盘上，特别是三元催化器，大多数内部都是蜂窝陶器形成的催化剂承载体，拖底碰撞后容易破碎，使催化器和排气系统堵塞，直接影响车辆的尾气净化。合理设计通过性参数对汽车的行驶性能起着重要作用。2.4 腰线设计汽车腰线是汽车外形的重要型线之一，也是组成汽车外形的不可缺少的特征线。其特征是值得研究的。汽车腰线有很强的表达语义的功能，是构成汽车外形的重要的造型元素，不仅可以很强的刺激用户的视知觉，还是车身结构的重要组成部分。和其他自然界的事物一样，汽车腰线也在一定程度上反映了汽车的姿态，腰线是一个重要的衡量尺度，表征着汽车的形态语义36。我们可以把车头比喻成汽车的脸，而腰线则代表着汽车的身材，拥有漂亮的腰线，无疑可以给汽车的外形加上不少分，因此一款车的侧面造型同样重要。侧面造型越漂亮，腰线越突出，越提神，汽车的外形就越漂亮。早些年的汽车造型讲究圆润，很多汽车其实并没有腰线。比如说老马六、老君威。图2.20 老款马六（左）和老款君威（右）近年来，汽车越来越突出对腰线的设计，腰线所处的位置也是各有千秋。有的汽车的腰线在轮眉上方起始，相对的，有的汽车的腰线则平行拉手或者从拉手上下方经过。同时，他们的造型也是不一样的，有的汽车腰线很浅，不突出，有的腰线像斧凿刀刻般突出，有的腰线整体呈曲线走向，有的腰线像一条刀刃般划过。腰线是至关重要的一条曲面特征线，它的走势突出了一款车整体风格。图2.21 宝马5系（左）和逸动（中）科鲁兹（右）宝马5系的腰线非常有层次感，而且形成了明暗的对比效果。它的设计对汽车的发展提供了重要的参考方向，并在一定程度上影响了汽车腰线设计的潮流趋势。逸动的腰线设计也是劲朗的风格的。它的腰线比起宝马的腰线来说，只是位置不同，宝马5的腰线是穿过门把手，而它的腰线则更靠上一点。科鲁兹的腰线和逸动的腰线比较像。整个车子看起来充满了动感。图2.22 大众尚酷大众尚酷有着向外扩张的后翼子板和逐渐收紧的腰部。腰线迎合掐腰设计，他的腰线一笔带过，并一直延伸到尾灯的位置，看起来流动性特别强。图2.23 凯越凯越的腰线不是很突出。不过它的腰线却很长，并且一直延伸，贯穿整个车身。图2.24 腾翼C50腾翼C50的腰线从后向前逐渐加深，看起来十分有霸气。图2.25 马自达5马自达5的腰线有一种波涛起伏的感觉，少了一分骨感，多了一种妩媚感。图2.26 索纳塔索纳塔的车门把手不在一条线上，但是由于有一条倾斜的腰线贯穿始终，使得整个车子看起来十分和谐。图2.27 悦动悦动的腰线若隐若现，少了那根突出的腰线，整个车的动感相对上面的车型，都大大降低了，但柔和度和亲和感增强了。可见不同的腰线设计，带给汽车不同的韵味，腰线的设计在一定程度上影响着车的美观，同时腰线设计也与空气动力学和风阻系数有着重要关系，由于篇幅有限，这里就不加叙述了。2.5 本章小结本章分析了整车姿态包含的内容，以及影响整车姿态的因素。首先阐明了车身离地高度包括的具体内容，它不仅对碰撞安全，还有泊车安全等起着重要作用，而且对通过性也有一定的影响。然后本章重点介绍了汽车的通过性，地面通过性的评价指标，讨论了最小离地间隙、接近角离去角、纵向通过半径、横向通过半径等影响汽车通过性的因素。并通过实例来说明了汽车通过性理论在实践中的应用。此外，本章还对部分腰线的设计进行了探讨，通过实例说明了腰线在整车姿态中的重要性。3 整车姿态与人机和法规3.1 整车姿态对人机的影响在汽车设计时，我们必须充分考虑到人机工程的需要，除了保证乘员的安全和舒适性，还要尽可能的考虑整车尺寸，保证整车性能。设计时，一般采用“5百分位”15的人体模型作为样板，通过模拟该模型的人机情况，并由此找出最优的设计方案1617。3.1.1 进出方便性分析对于驾驶室地板较高的车辆，乘员进出车内必须借助车梯和扶手，合理选择车梯设计参数（各级踏板高度、宽度、深度）和扶手的空间排列非常重要18。图3.1 进出方便性人机规范了前后门槛高度的设计。过高的门槛使得上下车困难，门槛过低，会使汽车开关门受到路况的限制。同时，车辆的类型，一定程度上确定了底盘的高度，底盘的高度在一定程度上又限制了门槛的高度。如对SUV型汽车而言，其底盘相对较高，门槛相应的也比跑车高，跑车则正好相反19。 图3.2 SUV型车（左）和跑车（右）门槛高度关注残疾人上下车方便性的无障碍设计理念。主要通过一些特殊设计方案（例如：超低入口地板）方便进出，并采用一些特殊装置（例如：轮椅固定装置）来增强安全性20。图3.3 增加车梯的汽车同时前后门外内开手柄高度也要符合人机的要求，对人体模型进行分析和比较，并选择满足大多数人要求的前后门外内开手柄高度21。图3.4 车门打开3.1.2 后备箱人机工程评价对于后备箱，首先要考虑后备箱的体积，以能容纳最大货物量同时占取最小空间为准。其次考虑后备箱对人机的影响22。图3.5 后备箱打开在人机方面，后备箱外开手柄的高度要根据人体模型满足大多数人的要求，不能过高也不能过低，以最省力最好打开为原则。同时打开后，要考虑后背箱举升高度，95%的男性不能碰头，而且关门时5%的女性能够够得着后备箱手柄。后备箱举升高度和手柄高度是相互制约的，选择合适的后备箱手柄高度和手柄高度是对设计者的经验和能力的一项重大考验2325。3.2 整车姿态对法规的影响3.2.1 后视镜的相关术语和定义前方视野26前风窗开口上沿高度：使驾驶员能够方便地观察车头前方12m远、5m高的交通信号灯。前风窗开口下沿高度：应保证前方地面盲区长度在许可范围内；对于轿车和微型车，前方上下视野会影响驾驶员颈部的舒适性；对于商用车，前方地面盲区需要进行控制，必要时可借助前下视镜来改善，所以需要做出各种条件下的上下视野线，以方便前风窗布置27。图3.6 前挡风玻璃上下开口高度不同的姿态下，前后挡风玻璃的开口是不同的。如图3.7 所示，对于整姿态角较小的车型（左），前风窗开口上下的高度相对较低，对于姿态角较大的车型而言却正好相反，这样做的目的是为了视野更加开阔。图3.7 姿态角相对较小的车（左）和姿态角相对较大的车（右）内后视野和侧视野28汽车要求透过后风窗也要看到一定范围的视野，侧视野反映的是靠近车窗一侧的乘员向侧方上下观察时能看到的最大范围，取决于侧窗的垂直高度及其布置。如图所示：图3.8 整车侧视野后视镜30驾驶员后方视野是驾驶员借助后视镜间接观察到的范围，一般分为两种：驾驶员借助车外后视镜看到的外后视野；驾驶员借助车内后视镜看到的内后视野。汽车后视镜布置应充分考虑人眼的视觉特性，以尽量靠近驾驶员直前视线为宜。这样，驾驶员不用经常转动眼睛和头部就能获得足够的信息。驾驶员侧后视镜镜中心与靠近视镜一侧眼点连线（或眼椭圆切线）与驾驶员直前视线的夹角不大于55，观察后视镜的视线不应被立柱阻挡。若通过前风窗观察后视镜，后视镜应布置在通过前风窗刮扫区域看到的范围内，副驾驶员侧后视镜应安装在驾驶员直前视线75范围内。如图所示：图3.9 后视镜安放动态视野分析前风窗玻璃下缘低利于扩大前视野。但下缘过低，汽车高速行驶时，会导致驾驶员恐慌和发晕，这是由于视角速度过大的缘故。图3.10 汽车动态视野由图可知，若视点h高度不变，车速v越高，则视角速度越大，距离x越小，视角速度也越大，其它条件相同时，前风窗玻璃下缘越低，则距离x越小，视角速度越大。图3.11 眼睛视野视野校核中眼点的选取方法眼点的选定要以眼椭圆为根据。眼点的选取原则是：选取眼椭圆轮廓上，视野性能最差的眼点。图3.12 眼点的选取计算头部水平转动点（P点），并根据头部水平转动角b计算左右眼点位置，根据镜面成像规律计算左右眼点和头部转动点在镜中的成像点，以及从眼发出射向镜面周边点射线的反射线计算镜面周边的反射射线与地面的交点（交线），并计算出视距，计算水平和垂直视角。图3.13 确定左右眼位置3.2.2 汽车后视镜基于地面线的安装要求汽车驾驶员一侧的外后视镜必须安装在后视镜中心至驾驶员两眼点（两眼点之间的距离为65mm）中心连线的铅垂面与纵向基准平面的夹角不大于的范围内。后视镜突出汽车车身外侧的程度不能超出满足关于视野要求所必需的程度。V类后视镜应以如下方式安装在车辆上：当车辆满载时，无论后视镜处于何种调节位置，其部件或支架距地面高度不得小于1.8m。内后视镜（I类）视野要求必须能在其反射面上绘出一个矩形，该矩形的高度为40mm，底边为，尺寸的计算方法为： （3.1）视野要求：驾驶员借助内后视镜，必须能在水平路面上看见一段宽度至少为20m的视野区域，其中心平面为汽车纵向中心面，并且，从驾驶员的眼点后60m处延伸至地平线，如图3.14 所示（图中A所表达的区域）26。图3.14 内后视镜视野汽车姿态角减小，可视范围前移，可视范围区域变大，如图3.15 所示（图中B所表达的区域）。图3.15 减小汽车姿态角的内后视镜视野变化但是，受到后挡风玻璃黑边以及动态视觉的影响，这时需要减小后视镜的仰视角或者增大其俯视角来使驾驶员看到的视野范围满足法规要求；相对的增大汽车姿态角，与减小汽车姿态角的原理相同，这时需要增大后视镜的仰视角或者减小其俯视角来使驾驶员看到的视野范围满足法规要求。主外后视镜（、类）的视野要求27必须能在其反射面上绘出一个矩形，该矩形的高度为40mm，底边为，与矩形高平行的线段，其长度为b，b尺寸分别为：类： （3.2）b=200mm （3.3）类： （3.4）b=70mm （3.5）1）左外后视镜28驾驶员借助外后视镜必须能在水平路面上看见一段宽度至少为2.5m的视野区域，其右侧，以与汽车纵向基准面的平面平行，且切过车辆左边最外侧点的平面为基准，并从驾驶员眼点后10m处延伸至地平线，如图3.16 所示：图3.16 左外后视镜视野汽车姿态角减小，汽车左侧和右侧视野前移，视野可见范围变大，如图3.17 所示（图中A、B所表达的区域）。图3.17 减小汽车姿态角的左外后视镜视野变化但是，受到后挡风玻璃黑边以及动态视觉的影响，这时需要减小左外后视镜的仰视角或者增大其俯视角来使驾驶员看到的视野范围满足法规要求；相对的增大汽车姿态角，与减小汽车姿态角的原理相同，这时需要增大左外后视镜的仰视角或者减小其俯视角来使驾驶员看到的视野范围满足法规要求。2）右外后视镜29对于M1类和最大质量不超过2000kg的N1类车辆，驾驶员借助右外后视镜必须能在水平路面上的距离如图3.18 所示。图3.18 右外后视镜视野同理，汽车姿态角减小，汽车左、右侧可见区域前移，视野可见区域变大，但是，受到后挡风玻璃黑边以及动态视觉的影响，