1.5.4 汽车的总体布置及运动校核

在汽车的载客量、车身形式、驱动形式、发动机形式等初步确定以后，要做更具体的工作，包括总布置草图的绘制、校核初步选定的各部件结构和尺寸是否符合整车尺寸和参数的要求，以寻求合理的总布置方案。绘图前要确定画图的基准线（面）。

1. 整车布置的基准线（面）——零线的确定

（1）车架上平面线

车架纵梁上翼面较长的一段平面或承载式车身中部地板或边缘上面在侧（前）视图上的投影线，称为车架上平面线，它作为标注各垂直尺寸的基准线（面），向上为“+”、向下为“-”。货车的车架上平面在满载静止位置时，通常与地面倾斜0.5°～1.5°，即车架呈前低后高的状态，这样在汽车加速时，货厢可接近水平。

（2）前轮中心线

通过左、右前轮中心并垂直于车架平面线的平面，在侧视图和俯视图上的投影线称为前轮中心线，它作为标注各纵向尺寸的基准线（面）或零线，向前为“-”、向后为“+”。

（3）汽车中心线

汽车纵向垂直对称平面在俯视图和前视图上的投影线称为汽车中心线，它作为标注各横向尺寸的基准线（面），向左为“+”、向右为“-”。

（4）地面线

地面线是地平面在侧视图和前视图上的投影线。它是标注汽车高度、接近角、离去角、离地间隙和货台高度等尺寸的基准线。整车的设计状态可分为半载状态、空载状态（整车整备质量状态）和满载状态。在整车的布置中，将车身放平（前地板平直部分保持水平），车身作为基准保持不动，在车身上固定的底盘件也随之保持不动。车轮的不同状态构成了不同的地面线，从而得到空载、半载、满载等不同的整车姿态。

（5）前轮垂直线

通过左、右前轮中心并垂直于地面的平面在侧视图和俯视图上的投影线称为前轮垂直线，它是用来作为标注汽车轴距和前悬的基准线。当车架与地面平行时，前轮垂直线与前轮中心线重合（如乘用车）。

2. 各部件的布置

（1）发动机的布置

1）发动机的上下位置对离地间隙和驾驶人视野有影响。乘用车前部因没有前轴，发动机油底壳至路面的距离应保证满载状态下最小离地间隙的要求。货车的发动机通常布置在前轴上方，考虑到悬架缓冲块脱落以后，前轴的最大向上跳动量达70～100mm，这就要求发动机的位置足够高，以保证发动机油底壳不被前轴碰坏。油底壳通常设计成深浅不一的形状，使位于前轴上方的地方最浅，同时再将前梁中部锻成下凹形状，前梁下部尺寸必须保证所要求的最小离地间隙。所有这些措施都将有利于减小发动机的安装高度，并使发动机舱盖随之降低，这能改善长头车的驾驶人视野，同时有利于降低汽车质心。除此之外，还要检查油底壳与横拉杆之间的间隙。发动机安装高度初定之后，用气缸体前端面与曲轴中心线交点K到地面高度b来标明其高度位置，如图1-21所示。

2）发动机的前后位置会影响汽车的轴荷分配、乘用车前排座位的乘坐舒适性、发动机前置后轮驱动汽车的传动轴长度和夹角以及货车的面积利用率。为减小传动轴夹角，发动机前置后轮驱动汽车的发动机常布置成向后倾斜状，使曲轴中心线与水平线之间形成1°～4°的夹角，乘用车多在3°～4°之间，如图1-21所示。对发动机前置后轮驱动的乘用车，其前纵梁之间的距离必须考虑吊装在发动机上的所有总成（如发电机、空调装置的压缩机等）以及从下面将发动机安装到汽车上的可能性，还应保证在修理和技术维护时，从上面安装发动机的可能性。

发动机的前后位置应与上下位置一起进行布置。前后位置确定以后，在侧视图上画出它的外形轮廓，然后用气缸体前端面与曲轴中心线交点到前轮中心线之间的距离来标明其前后位置，如图1-21中的尺寸c所示。此后可以确定汽车前围的位置：发动机与前围之间必须留有足够的间隙，以防止热量传入乘员舱并保证零部件的安装；离合器壳与变速器应能同时拆下，而无须拆卸发动机的固定点，此时应特别注意离合器壳上面螺钉的可接近性。

3）发动机曲轴中心线在一般情况下与汽车中心线一致。这对底盘承载系统的受力和对发动机悬置支架的统一有利。少数汽车如4×4汽车，考虑到前桥是驱动桥，为了使前驱动桥的主减速器总成在上跳时不与发动机发生运动干涉，应将发动机和前桥主减速器向相反方向偏移。

（2）转向系统的布置

转向系统布置的主要原则是使驾驶人操纵舒适、轻便，并使汽车具有较好的机动性和灵敏性，转弯时减小车轮的侧滑，减轻转向盘上的反冲力，并具有自动回正的作用。转向盘位于驾驶人座椅前方，为保证驾驶人转向舒适，应注意转向盘平面与水平面之间的夹角，并以取得转向盘前部盲区最小为佳，不影响驾驶人观察仪表，同时要考虑到应使转向盘周围有足够的空间。转向盘的位置和倾斜角度应保证驾驶人能舒适地进行转向操作，转向管柱的位置以不妨碍驾驶人操纵脚踏板时的腿部运动为原则。在布置转向杆系时，应检查转向范围内杆件的运动有无死角或死点；转向摇臂与转向直拉杆和转向节臂与直拉杆之间的夹角在中间位置时，应尽可能布置成接近直角，以保证较高的传动效率。

（3）传动系统的布置

由于发动机、离合器、变速器装成一体，在发动机位置确定后，包括发动机、离合器、变速器在内的动力总成也随之确定。驱动桥的位置取决于驱动轮的位置，同时为了使左、右半轴通用，差速器壳体中心线应与汽车中心线重合。为保证传动轴上的万向节两端夹角尽可能相等，夹角在满载静止时应不大于4°，当车身产生最大垂直振幅时也不应大于7°，常将后驱动桥主减速器轴线设计成向上倾斜一个小的角度，这样可以减小传动轴的夹角。在乘用车布置中，可以布置成变速器和主减速器在上面而传动轴在下面的两端高中间低的形式，这样可以减小车内地板出现的凸包，降低地板的高度，凸包与中间传动轴之间的最小间隙一般应为10～15mm。图1-22所示为两种U形布置万向节传动轴。

（4）悬架的布置

货车的前、后悬架和一些乘用车的前、后悬架，多采用纵置半椭圆形钢板弹簧。为了满足转向轮偏转所需要的空间，常将前钢板弹簧布置在纵梁下面。钢板弹簧前端通过弹簧销和支架与车架连接，而后端用吊耳和支架与车架相连。这样布置有利于缓和来自路面的冲击。同时，为了满足主销后倾角的要求，货车的前钢板弹簧应布置成前高后低状；后钢板弹簧布置在车架与车轮之间，应注意钢板弹簧上的U形螺栓和固定弹簧的螺栓与车架之间应当有足够的间隙。减振器应尽可能布置成直立状，以充分利用其有效行程；空间不允许时才斜向布置。

（5）制动系统的布置

踩下制动踏板所需要的力比踩下加速踏板要大得多，因此，制动踏板应布置在更靠近驾驶人的位置，并且还要做到操纵轻便。在布置制动系统时，应检查杆件运动时有无干涉和死角，不应在车轮跳动时自行制动。安全可靠、整齐美观是布置制动管路时的原则。在一条管路上，当两个固定点之间有相对运动时，要采用软管制动。平行管之间的距离不小于5mm，或者完全束在一起，交叉管之间的距离应不小于20mm，同时注意不要将管路布置在车架纵梁内侧的下翼上，以免由于积水使管路腐蚀。

（6）油箱、备胎、行李舱和蓄电池的布置

1）油箱根据汽车最大续驶里程来确定油箱的容积。乘用车为了在有限空间内布置油箱、备胎等物品，通常根据具体情况确定其形状。在布置油箱时应遵守的一条重要原则是：消声器和排气管应远离油箱，乘用车要求油箱与排气管的距离大于300mm，否则应加装有效的隔热装置；油箱距裸露的电器插头及开关不得小于200mm，更不应该布置在发动机舱内。乘用车油箱通常布置在行李舱下方。消声器、排气管通常布置在汽车的右侧；蓄电池靠近起动机可缩短线路。

2）备胎乘用车的备胎常布置在行李舱内，此时要求行李舱必须有足够的空间。如将备胎立置于行李舱的侧壁或后壁，这种情况要求行李舱的侧壁或后壁高度必须大于车轮直径。货车的备胎则常布置在油箱对面的纵梁上，以使左右纵梁受力较均匀，或布置在车架后部下方。

3）行李舱乘用车的行李舱布置在后座之后（即后悬处），应能容纳大的手提箱等多件行李。货车的工具行李舱通常布置在前后轮之间，长轴距货车考虑到轴荷分配，经常布置在车架尾部。

4）为了防腐和安全，同时考虑拆装的方便性，起动机与蓄电池应位于同侧，一般采用负极（阴极）搭铁。

（7）车身内部布置

以运送人为主、兼顾运送少量行李的轿车乘员舱内部布置，必须考虑有良好的乘坐舒适性和足够的安全性。进行乘员舱内部布置，使之适合人体特性要求，离不开人体尺寸这一基本参数。由躯干、大腿、小腿、脚以及基准样等组成的，在车身侧视图上安放人体样板时，首先要确定人体样板踵点与胯点之间的垂直高度b和考虑到座垫、靠背压缩量以后的胯点位置。布置时，要使人体样板上的胯点与初选的座椅上的胯点重合，并将人体样板的踵点安放在加速踏板处的地板上的踵点，然后根据选定的坐姿角α、β、γ及δ在图样上进行布置，检查初选的b值等是否合适。布置的人体样板如图1-23所示。

1）乘用车车身的内部布置和有关参考尺寸，如图1-24和表1-13所示。

2）货车车身的内部布置货车车身的内部布置应当满足标准GB/T 15705—1995《载货汽车驾驶员操作位置尺寸》的要求。其具体位置尺寸如图1-25所示，尺寸范围见表1-14。

对于平头式货车，转向盘与水平面夹角较小，该尺寸可参考客车的有关尺寸确定。

3）客车车身的内部布置总长较大的客车多为平头式，驾驶人乘坐姿势与长头车相比更为直立，且座椅较高，转向盘与水平面的夹角较小，大型客车车身的内部布置尺寸，如图1-26所示，对应的尺寸范围见表1-15。

（8）乘用车外廓尺寸

1）H点和R点。能够比较准确地确定驾驶人或乘员在座椅中位置的参考点是躯干与大腿相连的旋转点“胯点”。实车测得的“胯点”位置称为H点，见图1-27。

进行总布置设计之初，先根据总布置要求确定一个座椅调至最后、最下位置时的“胯点”，并称该点是R点；然后以R点作为设计参考点进行设计。试制出样车后，将座椅调至最后、最下位置，用图1-27所示的三维人体模型测量胯点（H点）。而后将H点与R点相认证，并按H点位置确认或进行修改设计。如果测定的H点不超出以R点为中心的水平边长30mm、铅直边长20mm的矩形方框的范围，并且靠背角与设计值之间差值不大于3°，则认为H点与R点的相对位置满足要求。驾驶人入座后，大部分体重通过臀部作用于座椅的坐垫上，一部分通过背部由靠背承受，少部分通过左、右手和脚的踵点作用于转向盘和地板上。驾驶人在操作时身体上部的活动一定是绕H点的横向水平轴线转动。因此，H点的位置决定了与驾驶人操作方便、乘坐舒适相关的车内尺寸的基准。

2）顶盖轮廓线的确定首先将座椅放置在高度方向和长度方向的平均位置处，然后确定H点，并引出一条与铅垂线成8°的斜线，如图1-28所示，再确定从H点沿8°斜线方向截取765mm的F点。F点相当于第50百分位驾驶人的头部最高点。从F点垂直向上截取100～135mm为车顶内饰线。车顶包括蒙面、隔离层、钢板等，厚度为15～25mm。因顶盖轮廓是上凸的曲面，并关于汽车的纵轴线对称，故再增加20～40mm才是汽车顶盖横剖面上的最高点。用同样方法找出后排座椅上方的最高点，前、后座椅上方两点连线即为顶盖的纵向轮廓线。

3）乘用车车身横截面由顶盖、车门和地板的外形组成。将在确定顶盖纵向轮廓时求得的左、右座椅乘员头部上方顶盖上的点画到横截面图上，再加上顶盖纵向轮廓线上的点，根据此三点可画出顶盖横向轮廓线。因乘用车车门小、车身低，在确定车身侧壁倾斜度时要考虑到上、下车的方便性。当车门上、下槛边缘之间的间距为零时，乘员上身需倾斜30°左右方能入座；当此间距为100～150mm时（上窄下宽），乘员上身只倾斜0°～10°即可入座。但此间距过大会使汽车上下比例失调，影响外观，且玻璃升降占用车门内空间大，并影响肩部和玻璃之间的间隙（要求大于100mm）、肘部和车门内表面之间的间隙（要求大于70mm）。车门玻璃下降的轨迹、玻璃升降器和门锁的尺寸等，都对车身外表面有影响。

（9）安全带的位置

在发生事故时，汽车与障碍物或汽车与汽车之间的碰撞称为一次碰撞。一次碰撞后车速迅速下降，车内驾驶人和乘员由于惯性继续以原有速度向前运动，并与车内物体发生碰撞（称为二次碰撞），并受到伤害。实践证明，驾驶人和乘员受到的伤害主要来源于在二次碰撞中与驾驶室上的风窗玻璃、转向管柱、风窗上梁、仪表板、转向盘、前立柱、后视镜、前座椅靠背、顶等部件发生接触，甚至可能被甩出汽车而遭受到各种伤害。在正面撞车时，安全带通过减小撞车瞬间人体运动的加速度值对乘员起到保护作用，降低引起二次碰撞的相对速度和位移，降低伤害。

安全带有两点式、三点式和四点式之分。两点式安全带能防止汽车碰撞时乘员下身有过大的相对位移，防止乘员被甩出车外，但它不能约束乘员上身运动，因此只在后排座椅和货车中间座椅上使用。三点式安全带由腰带和肩带组合而成。它既能防止乘员下半身有过大的位移，又能阻止上半身向前运动。目前轿车前排和货车前排驾驶人座位及其相邻座位均采用三点式安全带。

安全带固定装置在车内固定点的位置，对佩带方便性和安全保护作用有重要影响。下固定点位置选择不当，汽车碰撞时乘员下半身可能向前方滑移。肩带固定点位置选择不当，乘员上半身可能脱出安全带。因此，安全带固定点的位置十分重要，各国均有相应的规定。一般有如下两个方面。

1）腰带在车体上的固定点位置如图1-29所示，腰带固定点与H点的连线与水平线之间的夹角，在座椅各调节位置时应为（450°±30°），并要求固定装置的宽度应大于350mm。结构上无法实现时宽度可减少至300mm。

2）肩带固定点的位置肩带固定点的位置应在图1-29所示的阴影线范围内。

（10）安全气囊的应用

近年来，安全气囊在乘用车上得到了广泛应用。安全气囊系统的作用是辅助安全带起到辅助防护作用。只有在使用安全带的条件下，安全气囊才能充分保护驾驶人和乘员，相关统计数据表明，两者共同使用可使驾驶人和前排乘员的伤亡减少43%～46%，达到最佳保护效果。

安全气囊是在汽车发生一次碰撞与二次碰撞的间隔时间内，在驾驶人、乘员的前部形成的一个充满气体的“布袋”。一方面，驾驶人、乘员的头部和胸部压在气囊上与前面的车内物体隔开，如图1-30所示；另一方面，利用气囊本身的阻尼或气囊背面的排气孔排气节流的阻尼作用，来吸收碰撞时人体产生的动能，达到保护人体的目的。安全气囊布置在转向盘内或者乘员前部的仪表板内。

3. 运动校核

在总体布置设计中，进行运动校核包括两方面内容：①从整车角度出发进行运动学正确性的检查；②对于有相对运动的部件或零件进行运动干涉检查。上述检查关系到汽车能否正常工作，必须引起重视。

由于汽车是由许多总成组装在一起的，总体设计师应从整车角度出发，根据总体布置和各总成结构特点完成运动正确性的检查。如发动机前置时，会因采用中间轴式或两轴式变速器的不同而使变速器输出轴的转动方向不同，这就影响主减速器的结构，因此必须进行运动学方面的检查，以保证有足够的前进档数。又如，转向轮的转动方向必须与转向盘的转动方向保持一致，为此应对摇臂的位置、转向传动机构的构成、螺杆旋向等进行运动学正确性的检查。

由于前轮转向运动、车轮跳动等原因造成零部件之间有相对运动，并可能产生运动干涉而造成设计失误。原则上，有相对运动的地方都要进行运动干涉检查；做转向轮跳动图，确定转向轮上跳并转向到极限位置时所占用的空间，然后据此确定翼子板开口形状、轮罩形状、减振器的最大拉伸和压缩长度，同时检查转向轮与车架、纵拉杆等之间的间隙是否足够；根据悬架跳动量，作传动轴跳动图，确定传动轴上、下跳动的极限及最大摆角，检查传动轴与横梁的间隙以及传动轴长度的变化量；当后桥左、右轮在极限高度差位置时，决定货车车厢地板高度和后轮挡泥板位置，检查后钢板弹簧U形螺栓与车架之间的间隙。对于特种车辆，常根据其结构特点确定检查的内容，如牵引车与半挂车作转向运动时，半挂车车厢前板与驾驶室后围之间的间隙检查等。