陆海英 YD6100H城市公交车乘客区数字化设计
参 考 文 献
[1] 刘曰海，著.《北美国际车展，世界汽车巨头展示了3大方向》，中国汽车动态网，2006
[2]《面向新世纪我国城市公交主导车型》，城市公共交通，2000
[3] 黄天泽、黄金陵，编.《汽车车身结构与设计》，机械工业出版社,2002 [4] 黄向东，编.《汽车空气动力学与车身造型》，人民交通出版社,2000 [5] 王宏雁,刘忠铁,编.《汽车车身造型与结构设计》，同济大学出版社,1996 [6] 尤春风,编.《CATIA V5机械设计》，清华大学出版社,2003 [7] 尤春风,编.《CATIA V5曲面设计》，清华大学出版社,2003
[8] 李卓森,高云凯,李宇彤,编.《中外汽车构造图册—车身分册》，吉林科学出版社,1995
[9] 王望予,编.《汽车设计》，机械工业出版社,2003
[10] 胡亚庄,编.《简明汽车知识词典》，北京理工大学出版社,2001 [11] 陈文弟,编.《客车制造工艺技术》，人民交通出版社,2002
[12] 周方寿,编.《客车车身覆盖件的设计与制造》，机械工业出版社,1998 [13] 中国标准出版社,编.《汽车国家标准汇编》客车卷,北京-中国标准出版社,1999 [14] 汽车工程手册委员会,编.《汽车工程手册》设计篇，人民交通出版社,2001 [15] 汪卫东,著.《国外大型客车产品技术特点综述》,城市车辆,2004 [16] 汪卫东,著.《国外大型客车产品技术特点综述2》,商用汽车,2005 [17] 陶明德,著.《国外高档大客车技术现状与发展趋势》,客车长廊,2004 [18] 龚江，著.《浅谈客车底板盖的设计》,城市车辆,2002 [19] 肖艳荣,著.《座椅舒适度与人体工程学》,铁道车辆,1997. [20] 李永雄,著.《客车内装饰设计及选材原则》.
[21]《从北京国际公用车辆展览会看中国客车业发展趋势》，中国客车网
[22]Tomio Jindo,Kiyomi Hirasago,著.《Application studies to car interior of Kansei engineering》.
[23]《深圳城市服务对城市公交车辆的需求》,中国汽车动态网,2006
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附 录
附件1：YD6100H城市公交车座椅三维造型图
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附录2：YD6100H城市公交车扶手的三维造型图
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附录3：YD6100H城市公交车座椅的形式
1、乘客三人座（前轮罩上）
2、乘客双人座（后轮罩斜面上）
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3、乘客五人座（车身尾部）
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YD6100GH城市公交车 乘客区数字化设计
专 业：机械设计制造及其自动化（汽车工程） 学 生：陆海英 指 导 教 师：陈靖芯 完 成 日 期：2006-6-7
扬州大学机械工程学院
中文摘要
随着城市的不断发展，城市人口的不断增多，作为城市交通运输工具的城市公交车发挥着越来越重要的作用。城市公交车作为主要的交通工具，既要考虑乘客乘坐的舒适性，又要考虑与市容相协调，起到美化城市的作用，所以城市公交车的车身设计起着举足轻重的作用。基于CATIA三维软件对车身进行数字化设计是车身设计的关键，包括：乘客区地板总布置、座椅、内蒙皮的数字化设计；为体现人性化设计而对乘客区的座椅、座椅空间、扶手等进行人机工程分析；还要考虑零部件设计的可行性，对零部件和总体布置进行虚拟装配。在掌握工程应用软件CATIA的使用方法的基础上了解车身造型方法设计、虚拟装配和人机工程分析的基本原理和方法。
本次的设计工作中，通过查阅国内外相关资料，到各个汽车制造厂进行参观实习并进行实体测量，先拟定设计内容的基本形式、材料、颜色和应具备的功能，然后确定涉及到的各项数据，使用CATIA三维造型软件进行数字化设计、虚拟装配、人机工程分析，最后拟定一份设计说明书。其中座椅的三维造型设计较能体现造型设计理念和CATIA的曲面造型功能。
关键词：城市公交车，数字化设计，乘客区，椅，人机工程
Abstract
With the continuous development of cities and urban population increasing, as urban transport vehicles are playing a more and more important role. Urban public transport vehicles as a major means of transport should consider the comfort of passengers aboard, but also consider the coordination with the feature of the cities and play the role of beautifying the cities. Based on CATIA 3D design software the digital design is a key of body design, including : the total floor area layout, seating, Inner Mongolia skin digital design; To demonstrate the design humanization of passengers district seats, seating space, such as handrails for computer engineering analysis; Also consider the feasibility of the design components, and the overall layout of the components for virtual assembly. Master works in the use of CATIA software applications on the basis of body shape design methods, virtual assembly and analysis of both the basic principles and methods of work.
During this design, through access to relevant information , visiting the car factories, and entities measurements, develop the basic design elements of form, materials, colour and the function of identifying.And then involve the data, the use of CATIA 3D modelling software for digital design, virtual assembly, computer engineering analysis, finalize a design specification. The toroidal CATIA design ideas and shape functions can be well reflected in the 3D shape design of the seats.
Keyword: Bus, Digital design, Passengers district, Chair, Computer engineering analysis
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目 录
中文摘要 Abstract
第一章 引言 ............................................. 1
1.1城市公交车的国内外发展 ........................................ 1 1.2课题的来源及意义 .............................................. 2 1.2.1 课题的来源 .................................................. 2 1.2.2课题的意义 .................................................. 3 1.3课题的设计内容 ................................................ 3 1.4本章小结 ...................................................... 3
第二章 YD6100H城市公交车乘客区地板总布置设计 ............ 4
2.1概述 .......................................................... 4 2.1.1地板的结构和形式 ............................................ 4 2.1.2地板的材料 .................................................. 5 2.1.3客车地板常用的辅料 .......................................... 6 2.1.4装饰性压条 .................................................. 6 2.2 地板的隔音、减振、密封以及隔热 ................................ 7 2.3地板的计算 .................................................... 8 2.3.1地板的类型及其特点 .......................................... 8 2.3.2地板的强度计算 .............................................. 8 2.4基于CATIA环境下的地板总布置设计 .............................. 10 2.4.1地板的总布置 ............................................... 10 2.4.2地板的参数确定 ............................................. 10 2.4.3地板的数字化设计 ........................................... 12 2.5本章小结 ..................................................... 16
第三章 YD6100H城市公交车乘客区座椅设计 ................. 17
III
3.1概述 ......................................................... 17 3.2座椅的选择 ................................................... 18 3.3基于CATIA环境下的座椅设计 ................................... 18 3.3.1座椅的基本参数 ............................................. 18 3.3.2座椅的数字化设计 ........................................... 19 3.3.3座椅肘靠的数字化设计 ....................................... 21 3.3.4座椅支架的数字化设计 ....................................... 21 3.5扶手设计 ..................................................... 23 3.6本章小结 ..................................................... 25
第四章 YD6100H城市公交车乘客区内蒙皮的设计 ............. 26
4.1概述 ......................................................... 26 4.2内蒙皮色调的选择 ............................................. 26 4.3内蒙皮材料的选择 ............................................. 27 4.4内蒙皮的结构设计 ............................................. 27 4.5基于CATIA环境下的内蒙皮数字化设计 ............................ 28 4.6本章小结 ..................................................... 30
第五章 装配集成 ........................................ 31
5.1概述 ......................................................... 31 5.2基于CATIA环境进行虚拟装配 ................................... 31 5.2.1座椅与骨架的虚拟装配 ....................................... 31 5.2.2地板总布置与座椅、扶手的虚拟装配 ............................ 32 5.2.3内蒙皮的虚拟装配 ........................................... 33 5.2.4总装 ....................................................... 33 5.3本章小结 ..................................................... 33
第六章 人机工程分析 .................................... 34
6.1概述 ......................................................... 34 6.2基于CATIA环境下的人机工程分析 ................................ 34
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图6-2 座椅造型的人机工程分析
图6-3 乘客视野性的人机工程分析
从图6-1可以分析出，座椅空间和扶手的高度满足人机工程学，应该来说还是比较舒适的。因为坐姿模型采用的95%的H点人体模型，大多数人可以拥有宽敞的座位空间，而站姿模型采用的是5%的H点人体模型，小部分人都可以轻松的抓到扶手，那么对于大多数人就不成问题了。
从图6-2可以分析出，座椅的基本尺寸还是能基本满足要求的，座垫和靠背的曲线也较好配合了人体的躯干线。
从图6-3可以分析出，侧风窗比较大，乘客的视野比较广，适合于城市观光。座椅的骨架也基本符合高度要求。
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6.3本章小节
在CATIA环境下对YD6100H城市公交车乘客区进行人机工程分析，能较好地体现人性化设计，体现以人为本的思想概念。这是将来自主创新的主导方向。通过本次设计，我较深刻地体会到了这一点，任何事都要有所创新。同时我对CATIA三维软件中的人机工程分析这个单元有了初步的了解。以后有待更加深入的学习研究。
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第七章 工作总结与展望
7.1工作总结
三个月的毕业设计进入了尾声。通过前期的大量相关资料的查阅和5000字的外文翻译，我了解了城市公交车的国内外发展概况。通过在扬州亚星汽车有限公司—底盘厂、扬州亚星-奔驰汽车有限公司、扬州大学车队、扬州江淮轻型汽车有限公司、扬州亚星客车有限公司（特种车辆分厂）进行参观，听资深工程师和学长介绍与讲解，并自带量具进行实体测量，我了解到我国汽车制造业的现状，当前以及未来城市公交车的发展趋势。针对这些，并结合专业知识，我进行了开题，对我的毕业设计有了一个大体的设计方向，并作了计划与安排。随后，我采用CATIA三维造型软件对YD6100H城市公交车乘客区地板总布置、座椅、内蒙皮进行了数字化设计。在设计中涉及到很多数据，有些是由国标规定的，而有些并没有统一规定，为此，我查阅了相关资料，并多次到公交车上进行实体测量，以测量数据为依据进行设计改进。对零部件设计完之后，考虑到设计的可行性，我对地板、座椅、内蒙皮进行了虚拟装配。同时要考虑人性化设计，我在CATIA环境下对虚拟装配的乘客区进行了人机工程分析。经过这些工作，我完成了地板总布置、座椅、内蒙皮的三维造型设计并生成三视图，乘客区的虚拟装配，乘客区的人机工程分析，同时写了一份设计说明书。
通过对YD6100H城市公交车车身设计中乘客区的设计，综合运用了本专业所学的专业基础理论和专业知识，熟练掌握了应用软件CATIA的使用方法和在此基础上的进行的车身造型设计、虚拟装配和人机工程分析，大大提高了理论联系实际和分析解决问题的能力。通过这次的毕业设计，让我更清晰的认识到我国汽车工业自主创新的重要性和紧迫性，认识到了我在研究生阶段应该努力的方向，同时让我更加明白了团结协作的重要性。 7.2工作展望
本次的毕业设计，我基本完成了YD6100H城市公交车乘客区的数字化设计， 对
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地板总布置、座椅、内蒙皮进行了设计和三维造型，但由于时间关系，不管是设计还是三维造型都作的比较粗糙，很多细节问题没有体现， 而且一些数据是直接从现有公交车上测量所得， 并没有进行验证校核。希望以后能对那些涉及强度、刚度问题的数据进行全面的验证校核，并有所创新，达到更好的安全性、实用性、经济性，而不仅仅是参照现有的公交车。本次设计的最大遗憾是内蒙皮的设计，并没有和骨架很好的结合。这也是以后要改进的地方，设计出完整的真正意义上的内蒙皮。由于CATIA软件运用不熟练，在数字化设计过程中遇到很多问题。故今后还需不断学习，不断了解该软件的运用，达到熟练进行三维造型的程度。
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致 谢
值此本文完成之际，我首先要向陈靖芯导师致以由衷的感谢和最诚挚的敬意！在本次的毕业设计过程中，虽然导师比较忙，但我还是自始自终得到了她的悉心指导。导师在工作中体现的一丝不苟的治学态度、求真求知的科研精神、吃苦奉献的生活作风和乐于助人的工作态度都将永远指导我今后的工作、学习和生活。
本课题在设计过程中，还得到了李红老师和徐晶老师的指导。他们对于CATIA三维造型软件的熟练运用以及对于专业知识的掌握与钻研都是我今天不断加强学习与研究的动力。另外，我还要感谢车身技术研究室的黎师兄、杨师兄、张师姐、葛师兄、王师兄的指导和帮助。同时还要感谢我的同学们给予我的帮助，让我充分感受到了团结协作的力量。
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图3-12 扶手俯视图
扶手的颜色采用明黄色，不仅增添了车内的色彩，不至使乘客的视觉感受太过单调，而且，明黄色也能起到警示的作用，时刻提醒乘客们抓好扶手，注意安全。而扶手的材质是厚度为5mm的不锈钢钢管，满足强度和刚度要求。三维效果图见附录2。 3.6本章小结
以上几节讲了座椅、座椅肘靠、骨架以及公交车扶手的数字化设计。通过前期对扬州市城市公交车的参观与测量，然后针对公交车现有不足，对一些数据进行改进。经过这些工作，我对CATIA中的曲面造型更加熟悉，特别是能熟练地进行座椅的造型设计。
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第四章 YD6100H城市公交车乘客区内蒙皮的设计
4.1概述
乘客区内蒙皮包括左、右侧围内护板，顶盖内护板，以及覆盖在内护板上的
一层装饰材料。内蒙皮不仅是用来“遮丑”，即将暴露在车厢内的骨架，线束，螺钉等掩盖起来，而且要将整个车厢内部高度统一成一个和谐的整体。 4.2内蒙皮色调的选择
内饰的色调是指内饰色彩的总的倾向，或者说是内饰环境的主要气氛，也就是常说的内饰基调。内饰必须有一个影响全局的、大面积的基本色并以此作为内饰的主体色即主色调，而内蒙皮在内饰中占的比例最大，所以内蒙皮的色调选择很重要，可按下列原则进行：
（1）功利原则 任何产品的色彩都有一定的功利性，即色彩对产品的保护作用和对产品功能的表达性，不管现代技术可以采取何种着色方法，最基本的要求是能对产品起到良好的保护作用，以维持产品在一定时间内有良好的功能。内蒙皮表面色彩应具有绝缘、防污、防霉、阻燃等能力。
（2）以人为中心的设计原则 为人而设计，是现代设计的观点之一。因为汽车内饰使用者是人，评价者是人，但由于人的性别、年龄、民族、地区、地位、世界观、信仰、经历、文化素养的不同，又表现出不同的审美观，使每个人对同一客车内饰的评价产生了较大的差异，因此，客车内饰色彩设计应充分体现以人为中心，共性与个性，普通与多样的辩证统一的原则。内蒙皮作为内饰的大件就要体现这一原则。
（3）简洁原则 “简洁就是美”，这不仅符合科学美学思想和技术美学对产品造型设计的要求，而且也符合现代机器成形的生产方式。客车内饰色彩设计的简洁原则，不仅表现了现代造型艺术的特征，同时也是现代社会经济观的体现。
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（4）符合美学法则的原则 色彩使人的视觉上产生冷暖、轻重、软硬、胀缩、强弱感和质感，而色彩处理得好，有利于内饰达到审美的效果。例如：在内饰的上下两部分分别采用轻重不同的色彩，可以产生稳定的视觉效果，而在本次的设计中，地板的颜色我采用了按色调，所以内蒙皮采用淡雅、明快的色调。
（5）考虑气候和地理条件 （6）符合用色的时代性 4.3内蒙皮材料的选择
在内蒙皮设计中，材料是最直接的装饰因素，材料与肌理、质地与色彩、材料与可加工性及成本等直接影响到内饰设计的成功与否。因此，选择恰当的装饰材料是装饰设计的首要问题。
一、选择要求 （1）阻燃
（2）吸声、隔声、阻尼、隔振
（3）轻质、低耗、防静电、色泽耐久、反光柔和、无气味、无污染、可加工性、可操作性
综上所述，在选择材料时必须根据装饰的部位、场合及其使用功能进行综合考虑，才能达到良好的使用效果、装饰效果。
二、分类
（1）板材，如胶合板、纤维板、铁塑复合板、玻璃纤维增强塑料板、ABS塑料板等。
（2）一些刚分子聚合物利用模具成型的一些复杂形状的装饰材料
（3）“软包”，即在基板外表面覆盖一层软质聚氯乙烯（人造革）、毛纺织物、合成纤维织物等。 4.4内蒙皮的结构设计
YD6100H城市公交车是空调车，属于中高档车，顶盖护板及左右侧护板常采用整体连续式结构，即将基板用沉头螺钉固定在骨架上，然后再在其上从头至尾覆盖
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一层装饰材料，使表面不露压条和螺钉。装饰材料采用淡色调乳白色的人造革，窗立柱也用的同样的面料用胶粘住，在贴布之前，用常温快干腻子将窗立柱内表面及顶板、侧板接缝刮平，以确保面料粘接之后的平整度。 4.5基于CATIA环境下的内蒙皮数字化设计
因为本次的内蒙皮设计并没有涉及五大片的骨架，很多细节问题，如：灯具、线束、管路等没有体现，所以内蒙皮的设计工作就相对比较简单了。
以外蒙皮为依据，内蒙皮向车身内缩进50mm，留出骨架空间。先在侧风窗下方粘接一层5mm厚的胶合板作为内护板。根据地板的形式对内护板进行修剪，使其与地板革形成一整体。再在内护板及窗立柱上铺设装饰敷层，为乳白色的人造革。具体形式如图4-1—图4-5所示：
图4-1 左围内蒙皮
图4-2 右围内蒙皮
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图4-3 后围内蒙皮
图4-4 前围内蒙皮
图4-5 顶盖内蒙皮
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4.6本章小结
通过对内蒙皮相关资料的查阅，我了解了内蒙皮具体包括那些东西，在设计和绘图时要注意的问题。这次设计没有骨架是一个遗憾，但设计过程还是大同小异的。其间没有进行复杂的参数计算，内护板的厚度是经过实体测量和相关资料提供的数据所得。
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第五章 装配集成
5.1概述
前面几个章节已基本完成了YD6100H城市公交车乘客区地板总布置、座椅、内蒙皮的数字化设计，为了要验证所设计内容安装与配合的可行性，在CATIA环境下对乘客区进行虚拟装配是很有必要的。 5.2基于CATIA环境进行虚拟装配 5.2.1座椅与骨架的虚拟装配
座椅与骨架之间的连接是螺钉和螺栓连接。装配时要注意考虑三个约束，同时要考虑装配的尺寸。
1、在CATIA环境下进入assembly design建立一个product，导入座椅和圆形钢管，进行虚拟装配，使用off constraint命令使圆形钢管的轴与座椅底部凸台下表面相距10mm（圆形钢管的外圆半径），与凸台侧面相距11.5（凸台宽的一半），使圆形钢管的一截面与凸台一端的距离为0mm。使用define multi instantiation命令将圆形钢管复制到座椅底部另一个凸台上。
2、在装好的圆形钢管上装配螺钉，从catalog browser中选择M8×30的螺钉，使用coincidence constraint命令和offset constraint命令将螺钉与圆形钢管进行约束。具体如图5-1所示：
图5-1 座椅与圆形钢管的装配 图5-2 座椅与方形钢管的装配
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3、接下去安装方形钢管，方形钢管和圆形钢管之间采用焊接连接，在实际生产过程中先进行该装配，但考虑到现在作图的方便，先进行步骤1、2的装配。按照步骤1将方形钢管与图5.1进行装配，具体如图5.2所示。
4、将两个装配图分别保存为chair1和chair2两个装配文件，因为在下面的装配中，根据骨架的不同形式使用不同的装配文件。
5、车身前部骨架与座椅的虚拟装配，连接用的螺栓为M12×24,使用同轴性、面接触进行约束。效果图如图5-3所示：
图5-3 座椅与骨架装配图
6、车身其余部位的座椅装配仿照以上的步骤进行虚拟装配。具体形式见附录3。 5.2.2地板总布置与座椅、扶手的虚拟装配
根据地板总布置上座椅的基本布置，将座椅及其骨架安装在地板上。这里主要考虑座椅安装的可行性，座椅前后左右的间距是否符合国标，座椅是否能在地板总布置下进行布置，布置后是否有干涉。对于公交车扶手，在装配中主要考虑扶手与座椅之间的干涉问题。
在装配时还是要考虑约束问题，合理设计装配尺寸。效果图见附录4。
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5.2.3内蒙皮的虚拟装配
在assembly design环境下，导入前围、后围、左围、右围、顶盖的内蒙皮。因为在设计过程中都是按照第二章第四小节中所提到的三维空间坐标系来作图的，所以导入不需要改变位置。通过虚拟装配，可以检验六大片连接是否连续、过渡是否平顺光滑。效果图如图5-4所示。
图5-4 内蒙皮总装
由图可见，六大片之间连接良好，在尺寸上没有大的误差，过渡也比较平顺光滑。 5.2.4总装
通过前面几小节的装配，YD6100H城市公交车的乘客区布置已基本成型。总装图见附录5。 5.3本章小结
通过虚拟装配，可以很好的看出乘客区地板总布置是否合理，座椅与座椅、座椅与扶手之间是否存在干涉，设计的尺寸是否可行，是否符合实际生产需要，设计的内容是否便于安装。同时经过此次设计，我对CATIA的庞大功能有了更广的了解和掌握。这对以后的工作学习起到了很好奠定作用。
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第六章 人机工程分析
6.1概述
人机工程学是从人的生理和心理特点出发，研究人、机、环境相互作用的规律， 以优化人-机-环境系统的一门学科。人机系统设计的目标是在总体上、系统级的最高层次上正确解决好人机功能分配、人机关系协调、人机界面匹配三个基本问题，以求得令人满意的人机系统方案，获得安全、健康、舒适、高效的综合效益。
对城市公交车乘客区的人机工程分析就是对乘客区座椅空间、通道、扶手的人机工程分析，对乘客的视野性的人机工程分析。下面进行具体分析。 6.2基于CATIA环境下的人机工程分析
对乘客区的人机工程分析主要是分析人体乘坐时人体曲线与座椅曲线的配合，座椅空间，四肢的活动空间，扶手的高度、抓握空间，在CATIA环境下，采用日本人95%和5%的H点人体模型进行人机工程分析。 如图6-1—图6-3所示：
图6-1 座椅空间和扶手的人机工程分析
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