Разработка эскизной компоновки автомобиля: методика и стандарты

Введение в классическую компоновочную схему автомобиля. Наибольшее распространение в автомобилестроении получила классическая компоновочная схема, применяемая на легковых и грузовых автомобилях. На примере данной схемы принято рассматривать начальный этап проектирования — процесс разработки эскизной компоновки. Этот этап является фундаментальным для последующей общей компоновки автомобиля. Исходные данные часто систематизируются в табличной форме, например, в табл. 3, для сравнительного анализа.

Основы выполнения чертежа общей компоновки. Чертеж общей компоновки автомобиля выполняется в стандартном масштабе 1:5 и включает несколько проекций: вид сбоку, вид сверху и необходимые поперечные сечения. Автомобиль изображают в проектном положении, движущимся влево. При этом горизонтальная базовая плоскость отсчета, которой является поверхность полок лонжеронов рамы или продольных балок основания несущего кузова, располагается параллельно поверхности дороги на расчетной высоте. Это обеспечивает корректность всех последующих геометрических построений.

Исходные данные и методы проектирования. Для начала процесса общей компоновки необходимы габаритные чертежи основных агрегатов будущего автомобиля. Приближенное определение размеров этих агрегатов часто выполняется методом пропорционального пересчета параметров существующих моделей или автомобилей-аналогов. На данном этапе проектировщики активно используют иллюстративные материалы: рисунки, схемы из технических журналов и проспектов, а также патентную документацию. Это позволяет интегрировать проверенные инженерные решения.

Применение шаблона фигуры человека при компоновке. Процесс компоновки начинается с планировки салона легкового или кабины грузового автомобиля, для чего используется специализированный шаблон, воспроизводящий фигуру человека (рис. 2). Данный шаблон состоит из шарнирно соединенных элементов: торса, бедра, голени и стопы. Конструкция шаблона обеспечивает моделирование антропометрических поз водителя. Шарниры оснащены угловыми шкалами и фиксаторами для точного измерения и установки углов между осями элементов.

Рис. 2. Шаблон фигуры человека

Уровни репрезентативности антропометрических шаблонов. В практике применяются три типа шаблонов, соответствующих различным уровням репрезентативности (представительности): 10%, 50% и 90%. Они различаются длиной элементов бедра и голени, в то время как длина элемента торса остается неизменной как несущественная для построений. Уровень репрезентативности — это статистический показатель, отражающий процент взрослых мужчин, у которых длина голени или бедра меньше или равна заданной величине. Ниже приведены значения переменных величин для различных уровней.

Координация положения шаблона водителя. Положение шаблона на сиденье (рис. 3) задается координатами «а» и «в» оси тазобедренных шарниров (точка Н), углом наклона «α» оси элемента торса к вертикали, а также углами β, γ и δ между осями отдельных элементов. Шаблоны изготавливаются из листового дюралюминия или органического стекла, что обеспечивает их долговечность и точность геометрии. Правильная установка шаблона является критически важной для определения зон комфорта и безопасности.

Методика размещения водителя в автомобиле. Для определения оптимального положения водителя первоначально строят линии внутренних границ пола, его наклонной части и перегородки моторного отсека. Эти поверхности (ковра или обивки) используются как база для координации размеров, определяющих посадку. Согласно нормативам, длина наклонной части пола должна составлять не менее 306 мм. Это необходимо для обеспечения правильного расположения педального узла.

Определение высоты и регулировок сиденья водителя. Далее на компоновочный чертеж наносят линию уровня подушки сиденья, сжатой под действием силы тяжести водителя. Ее высоту над уровнем пола выбирают на основе анализа автомобилей-аналогов с признанной удобной посадкой, однако минимальное значение не должно быть менее 100 мм. Современное сиденье водителя обязательно должно иметь устройства для регулирования его положения в продольном и вертикальном направлениях.

Нормативы регулировки сиденья по ГОСТ. Требования к регулировкам сидений регламентированы государственными стандартами. Согласно ГОСТ 12.2.023—76, для грузовых автомобилей перемещение сиденья в продольном направлении должно быть не менее 100 мм, а в вертикальном — не менее 80 мм. Это позволяет адаптировать рабочее место водителя к индивидуальным особенностям телосложения, обеспечивая эргономику и снижая утомляемость.

Процедура установки шаблона и оценка посадки. На начальном этапе компоновки сиденье условно устанавливают в крайнее заднее и нижнее положение, а для работы используется 90 %-ный шаблон. Угол наклона «α» оси элемента торса к вертикали обычно принимают равным 20—30°. Шаблон занимает расчетное положение, когда его стопа находится на линии наклонной части пола, нижняя точка бедра — на уровне сжатой подушки сиденья, а линейка на торсе расположена вертикально.

Критерии оценки эргономики посадки водителя. Посадка водителя признается удовлетворительной, если углы между осями элементов шаблона находятся в установленных диапазонах. Для грузовых автомобилей угол δ (между осями торса и бедра) должен быть от 95° до 120°, угол γ (бедра и голени) — от 95° до 135°, угол δ (голени и стопы) — от 90° до 110°. Для легковых автомобилей эти диапазоны несколько иные, что обусловлено иной позой водителя.

Определение габарита головы водителя легкового автомобиля. Высшую точку F головы водителя легкового автомобиля принимают расположенной на прямой, проходящей через точку H (тазобедренный шарнир) под углом 8° к вертикали. Это справедливо для сиденья, установленного в среднее положение по длине и высоте. Расстояние от точки H до точки F по данной прямой составляет 765 мм, что соответствует антропометрии 50 %-ного шаблона. Данный параметр критически важен для проектирования внутреннего объема салона.

Нормативы для компоновки кабины грузового автомобиля. Для грузовых автомобилей действуют иные нормативы. Когда сиденье установлено в крайнее заднее и нижнее положение, расстояние от точки H до обивки крыши должно быть не менее 1000 мм. Это измерение проводится вдоль прямой линии, наклоненной под углом 8° к вертикали, как это предписано ГОСТ 12.2.023—76. Соблюдение данного требования гарантирует достаточное пространство над головой водителя.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: П. П. Лукин; Г. А. Гаспарян; В. Ф. Родионов; К. Ю. Чириков.

Источник: Конструирование и расчет автомобиля. Необычные двигатели.

Данные публикации будут полезны студентам автомобилестроительных и транспортных специальностей, начинающим инженерам-конструкторам и технологам автопрома, а также всем, кто интересуется глубоким пониманием процессов проектирования и компоновки современных автомобилей.