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整车姿态角分析和地面线确定

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天宇 发表于 2014-12-26 21:09:27 | 显示全部楼层 |阅读模式
    1.  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 。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。如图2.1 所示。

整车姿态角分析

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    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 )

整车姿态角分析

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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:

整车姿态角分析

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     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。

整车姿态角分析

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   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。
  ①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,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 )

整车姿态角分析

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    ②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 ) ③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。
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。                             2 整车姿态分析

整车姿态角分析

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     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。汽车通过性的主要评价指标[34]是指:最小离地间隙hmin、接近角与离去角、纵向通过半径、横向通过半径2和车轮半径r。
   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。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。
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。
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

整车姿态角分析

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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1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2称为离去角。

整车姿态角分析

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    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]。

整车姿态角分析

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     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。

整车姿态角分析

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   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纵表示。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纵越小,汽车的通过性越好。

整车姿态角分析

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     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横表示。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横越小,通过性越好。
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。

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