汽车设计课件第一章 汽车总体设计 pdf.doc

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1、汽 车 设 计第 112 页主编：王望予车辆工程2016年02月29日课程名称：汽车设计课程编码：50005602总学时数/学分数：32/2实验学时：0上机学时：0课程所属部门：汽车与交通学院课程负责人：制定日期：2016年2月王望予教授,生于1935年11月，辽宁沈阳人，1960年毕业于吉林工业大学汽车专业；主讲“汽车设计”、“汽车系统动力学”、“汽车安全性”等课程；曾担任吉林工业大学汽车教研室副主任、系统动力学研究室主任；参编汽车设计第1、2版（第1版曾获国家教育委员会优秀教材奖与机械工业委员会优秀教材一等奖），主编汽车设计第3、4版（第3版曾获教育部普通高等学校优秀教材二等奖），还参编了

2、机械工程手册第2版、汽车工程手册（设计篇、基础篇）；在国内外杂志上发表科学论文20余篇。1课程内容课程内容学 时 数总学时实验汽车的总体设计6离合器设计4机械变速器的设计6万向传动轴的设计4驱动桥的设计2悬架系统设计4转向系统设计4制动系统设计2合 计322 课程重点与难点n 汽车的整体布置设计、主要总成系统的参数设计及其设计效果对整车性能影响的分析验算、部分关键零部件的结构设计。重点n 重点讲授：汽车总体设计、机械变速器设计、汽车驱动桥设计、汽车悬 与难点架系统设计、汽车转向系统设计。n 先修课程：理论力学、材料力学、机械设计、汽车构造、发动机 先修原理、汽车理论等课程3 课程规范要求及考核

3、方式n 采用课堂讲授的授课方案，课堂教学采用多媒体教学手段，并辅之以课堂讨论、工程案例分析等教学环节。规范n 安排适当的习题，结合专业其它实践性教学环节，促使学生了解、掌握要求基础理论知识、基本分析方法与一般设计思路。考核方式n 课前做预习，课后完成作业n 检查考勤（1/3）、迟到或早退记录n 考勤，平时作业，测验。评分标准第一章汽车总体设计1 汽车总体设计的任务及开发程序2 汽车形式的选择3 汽车主要参数的选择4 发动机的选择5 车身形式6 轮胎的选择7 汽车的总体布置8 运动校核第1章 汽车总体设计第一节汽车总体设计的任务及开发程序n定义：汽车设计、汽车总体设计、开发流程主要n汽车总体设计

4、的任务内容n汽车开发的流程及阶段内容重点n汽车开发的流程及具体含义与难点第1章 汽车总体设计1.1汽车总体设计的任务第1章 汽车总体设计定义n 汽车设计：是指汽车产品进行设计的方法与手段，是汽车进行开发、设计实践的软件与硬件；以机械设计理论为基础，并考虑到其结构特点、使用条件的复杂多变以及大批量生产等情况。n 汽车总体设计：是指汽车设计过程中提出整车总体设计方案，对各部件进行合理布置，确定并保证主要性能指标合理、可实现的设计过程。第1章 汽车总体设计1.1 总体设计应满足的基本要求1.1.1 汽车对人类生活质量的影响使生活质量提高使生活质量降低1.1.2 对汽车提出越来越高的要求节能节油与开发

5、新能源环保通过法规对排放与噪声提出更严格要求安全提出更高的要求，要求很好的保护乘员舒适能居住，能通讯，有空调，驾驶方便第1章 汽车总体设计1.1 总体设计应满足的基本要求1.1.3 基本要求n 各项性能、成本等，满足设计任务书所规定的指标；n 严格遵守与贯彻相关法规、标准的规定（如外廓尺寸符合GB1589-1989规定），注意不要侵犯专利；n 贯彻“标准化、通用化、系列化”；n 进行有关运动学方面的校核，保证汽车有正确的运动与避免运动干涉；n 拆装与维修方便。第1章 汽车总体设计汽车性能第1章 汽车总体设计汽车性能第1章 汽车总体设计课堂回顾：定义基本要求静态、动态性能第1章 汽车总体设计第1

6、章 汽车总体设计强制法规与标准（112项）GB 11551-2003 乘用车正面碰撞的乘员保护基于汽车性能的XX车型自主正向开发1.2汽车开发流程第1章 汽车总体设计面包制作过程给谁做？做多少?什么口味？需求确认备料；搅拌面团；发酵；烘烤。制作技术火候如何？味道是否可以？外观怎么样？制作检查准备材料；多做几个。面包批量制作概念设计工程设计试制试验生产准备汽车开发流程定义：汽车开发流程是指汽车产品开发的过程、分工与方法。第1章 汽车总体设计汽车整车开发流程4132第1章 汽车总体设计1.2 汽车开发程序n 新车型的研发是一个非常复杂的系统工程，以至于它需要几百号人花费上3、4年左右的时间才能完成

7、。不同的汽车企业其汽车的研发流程有所不同；n 开发流程包括管理、组织、采购等方方面面的辅助流程；汽车开发中的核心流程汽车设计开发流程；起点为项目立项，终点为量产启动/生产阶段。第1章 汽车总体设计1.2.1 概念设计阶段n 从产品创意开始，到构思草图、出模型与试制出概念样车等一系列活动的全过程。n 产品定义更具体化，达到能进行具体设计的程度。n 总体布置草图设计与造型设计n 设计任务书第1章 汽车总体设计1总体布置草图第1章 汽车总体设计总布置图造型关键词2 造型设计 创意草图部门内部评审效果图5个比例模型市场诊断公司评审 全尺寸模型造型冻结第1章 汽车总体设计3 设计任务书n 可行性分析n

8、产品型号及其主要使用功能、技术规格与性能参数n 整车布置方案、主要总成结构、特性参数n 三化水平n 国内、外同类汽车技术性能分析与对比n 拟用的新技术、新材料、新工艺第1章 汽车总体设计1.2.2 工程设计阶段n 完成整车各个总成以及零部件的设计，协调总成与整车与总成与总成之间出现的各种矛盾，保证整车性能满足目标大纲要求。第1章 汽车总体设计1.2.2 工程设计阶段n 总布置设计、车身造型数据生成、发动机工程设计、白车身工程设计 、底盘工程设计、内外饰工程设计、电器工程设计第1章 汽车总体设计1.2.3 试制试验阶段n 样车的试制由试制部门负责，根据工程设计的数据，根据试验需要制作各种试验样车

9、。n 样车的试验包括两个方面：性能试验与可靠性试验。n 改进设计，再试制、试验。第1章 汽车总体设计第1章 汽车总体设计1.2.4 生产准备阶段n 主要任务是进行投产前的准备工作，包括制定生产流程链，各种生产设备到位、生产线铺设等等。n 模具的开发与各种检具的制造。n 完善冲压、焊装、涂装以及总装生产线。1.3课堂小结总体设计任务1提出整车总体设计方案。2整车合理布置，并进行运动校核。3 性能精确控制与计算。4 协调各种矛盾。开发流程1概念设计阶段2工程设计阶段3试制试验阶段4生产准备阶段课后任务第1章 汽车总体设计课堂回顾：定义四个阶段设计任务书第1章 汽车总体设计回顾设计任务书n 可行性分

10、析n 产品型号及其主要使用功能、技术规格与性能参数n 整车布置方案、主要总成结构、特性参数n 三化水平n 国内、外同类汽车技术性能分析与对比n 拟用的新技术、新材料、新工艺第二节汽车形式的选择p一、汽车的分类n1. GB/T 15089-2001M类（载客）N类（载货）M1座位数9N1最大设计总值量3.5吨M2座位数9N2最大设计总值量12.0吨最大设计总值量5.0吨M3座位数9N3最大设计总值量12.0吨最大设计总值量5.0吨第二节 汽车形式的选择p一、汽车的分类2. GB/T 3730.1-2001乘用车：n 在设计与技术特性上主要用于载运乘客及其随身行李与/或临时物品的汽车， 包括驾驶员

11、座位在内最多不超过九个座位。 商用车：n 在设计与技术特性上用于运送人员与货物的汽车，并且可以牵引挂车。n 商用车可分为客车、半挂牵引车、货车。n 客车：在设计与技术特性上用于载运乘客及其随身行李的商用车辆，包括驾驶员座位在内座位数超过九座第二节 汽车形式的选择p一、汽车的分类2. GB/T 3730.1-2001客车n 城市客车车厢容积大；座位数少；前后桥承载能力大；车厢地板及车门踏板高度要适当降低；车门数多，车门宽度大些；起动性、制动性、加速性好。n 长途客车一般为两门；座位多；座椅用可调式；有靠枕与肘托；比功率大。n 旅游客车车窗视野开阔；舒适性好，采用空气弹簧，有空调，对座椅要求也高。

12、n 机场摆渡车地板低；座椅少；车门多；车速低；外形尺寸可不受法规限制；站立空间尺寸足够高。第二节 汽车形式的选择p二、汽车形式的选择2.1 轴数n 影响汽车轴数的因素： 汽车的总质量 道路法规对轴载质量的限制 轮胎的负荷能力n 选取原则： 总质量大的汽车，轴数应该取多些，但结构复杂，成本高。 ma19t，常采用两轴汽车；19t26t，常采用三轴汽车。 不在公路上行驶的车辆，不受此限制。第二节 汽车形式的选择p二、汽车形式的选择2.2 驱动形式n 表示法： mn（m车轮总数，n驱动轮数）n 影响驱动形式选择的因素：l 总质量ma大，汽车轴数增加，m、n才会大。l 汽车通过性要求高时，应该采用全轮

13、驱动形式。l 驱动轮数少，结构简单，成本低。第二节 汽车形式的选择p二、汽车形式的选择2.3 布置形式n 布置形式指发动机 、驱动桥与车身（驾驶室）的相互关系与布置特点而言。n 布置形式对汽车的使用性能有重要影响。n 乘用车、商用车布置形式差别很大。第二节 汽车形式的选择p二、汽车形式的选择第二节 汽车形式的选择p二、汽车形式的选择第二节 汽车形式的选择p二、汽车形式的选择第二节 汽车形式的选择p二、汽车形式的选择第二节 汽车形式的选择p二、汽车形式的选择第二节 汽车形式的选择p二、汽车形式的选择2.3 布置形式乘用车形式FFFRRR说明特点不足*不足过多前桥轴荷大转向特性越障能力最强较强较强

14、动力总成紧凑紧凑否紧凑地板平坦不平*平坦有传动轴轴距短*长短发动机布置在轴距外机动性好差好发动机散热好好不好行李箱容积够够不够*转向空间、驾驶员视野第二节 汽车形式的选择p二、汽车形式的选择2.3 布置形式乘用车特点形式FFFRRR说明改装方便性容易容易困难*布置后门、货箱困难供暖除霜机构简单简单复杂*管路长操纵机构简单简单复杂等速万向节需要*不要不要转向、驱动轮胎寿命短*长长前轮胎爬坡能力较弱*较强较强质心后移，附着力小制动稳定性差*较差较好后轴负荷小，抱死侧滑正碰损失大*大小维修费用高第三节 汽车主要参数的选择p3.1 尺寸参数 p3.2 质量参数 p3.3 性能参数第三节 汽车主要参数的

15、选择p3.1 汽车主要尺寸的选择3.1.1 外廓尺寸参数长宽高后视镜顶窗高度mmmm mm m车型货车、整体122.54单侧外伸量 车 高 的式客车、越空载、250300野车顶窗关铰接式客车18闭半挂列车16.5全挂列车10m， 0.0650.130第三节汽车主要参数的选择p3.2 汽车质量参数的选择3.2.2汽车的载客量与装载质量n 汽车的载客量（参见GB/T 15089-2001）l 轿车载客量=座位数l 客车载客量=座位数+站立乘客数（810人/m2）l 长途、观光大客=座位数。第三节汽车主要参数的选择p3.2 汽车质量参数的选择3.2.2汽车的载客量与装载质量n 装载质量mel 定义：

16、 在硬质良好路面上行驶时所允许的额定装载量。 对越野车是指越野行驶时或在土路上行驶时的额定装载量。n me的确定：l 应符合行业产品规划系列；l 货流大、运距长、自卸车应用大吨位；l 货源变化频繁、运距短使用中、小吨位汽车。第三节汽车主要参数的选择p3.2 汽车质量参数的选择3.2.3 质量系数hm0n 定义：汽车装载质量与整车整备质量的比值， hm0=me/m0。 n 装载质量me越大，整备质量m0越小，则hm0提高。n hm0大，表明设计水平、工艺水平比较高，结构更为合理。n hm0的用途：n hm0可参考同类型车选择；n 得到hm0，就可根据me估算出m0。n 原则上装载质量me越大的汽

17、车，hm0越高。n hm0变化范围：0.801.70。第三节汽车主要参数的选择p3.2 汽车质量参数的选择3.2.4 汽车总质量man 定义：装备齐全，并按规定装满客、货时的整车质量。n ma的确定 ：乘用车、商用客车： ma = m0+ n *65kg + n商用货车： ma = m0+me+n1*65kg式中：m0整备质量 ；me装载质量 ；n载客数（包括驾驶员）；行李系数，中高级轿车： =5微型、普通级轿车： =10城市客车： =0长途客车： =1015第三节 汽车主要参数的式择p3.2 汽车质量参数的选择3.2.5 轴荷分配n 定义:汽车在空载、满载静止状态下，各轴对支承平面的垂直载荷

18、（常用百分比表示）。n 确定轴荷分配的原则：l 为使各轮胎磨损均匀，寿命相近，各车轮负荷应相近；l 为保证汽车良好的动力性与通过性，驱动桥应有足够大的负荷；l 为了保证汽车的操纵稳定性，转向轴的负荷不应过小。第三节 汽车主要参数的式择p3.2 汽车质量参数的选择3.2.5 轴荷分配影响轴荷分配的主要因素：汽车的驱动形式、发动机的位置、汽车结构特点、车头的形式、使用条件。第三节 汽车主要参数的式择p3.2 汽车质量参数的选择3.2.5 轴荷分配n 调整轴荷分配时采取的措施：l 重新布置某些总成、部件（如油箱、备胎等）的位置；l 改变轴距。第三节 汽车主要参数的式择p3.3 汽车性能参数的选择3.

19、3.1 动力性参数n 最高车速n 加速时间n 上坡能力n 汽车比功率与比转矩第三节 汽车主要参数的式择p3.3 汽车性能参数的选择3.3.2 燃油经济性参数n 汽车在水平的水泥或沥青路面上，以经济车速或多工况满载行驶百公里的燃油消耗量（L/100km）。n 百公里燃油消耗量越小越好。n 对于货车，用单位质量百公里燃油消耗量来评价（L /100t km）。第三节 汽车主要参数的式择p3.3 汽车性能参数的选择3.3.3最小转弯直径Dminn 定义：转向盘转至极限位置时，汽车前外转向轮轮辙中心在支承平面上的轨迹圆直径。n 影响因素：l 转向轮最大转角增大，Dmin减小 ；l 全轮转向， Dmin减

20、小 。l 汽车轮距增大，Dmin增大；l 汽车轴距增大，Dmin增大；第三节 汽车主要参数的式择p3.3 汽车性能参数的选择3.3.3最小转弯直径Dminn 国家标准（ GB7258-2004 ）的规定：l D min小于等于24m；l Dmin=24m时，转向轴与末轴的内轮差（用两内轮轨迹中心计）小于等于3.5m。前内轮3.5m末轴内轮第三节 汽车主要参数的式择p3.3 汽车性能参数的选择3.3.4 通过性几何参数l 包括最小离地间隙hmin、接近角g1、离去角g2、纵向通过半径r1。商用车使用条件复杂，hmin比乘用车大些。第三节 汽车主要参数的式择p3.3 汽车性能参数的选择3.3.4

21、通过性几何参数第三节 汽车主要参数的式择p3.3 汽车性能参数的选择3.3.5 操纵稳定性参数n 转向特性参数l 要求保证汽车具有适当的不足转向。l 汽车以0.4g的向心加速度沿定圆转向时，前、后轮侧偏角之差d1-d2=13。n 车身侧倾角l 要求汽车以0.4g向心加速度沿定圆等速行驶时，车身侧倾角在3以内，最大不得超过7。n 制动前俯角l 要求汽车以0.4g减速度制动时，车身前俯角不大于1.5。第三节 汽车主要参数的式择p3.3 汽车性能参数的选择3.3.6 制动性参数n 制动性能包括：l 制动距离短；l 制动时方向稳定；l 下长坡时能保持稳定的低速行驶；l 坡道上能够可靠驻车。n 评价指标

22、：l 制动距离；l 平均制动减速度。n 乘用车在50km/h初速度下制动时，满载时制动距离要小于20米，制动减速度要大于5.9m/s2。第三节 汽车主要参数的式择p3.3 汽车性能参数的选择3.3.7舒适性n 7.舒适性n 应为乘员提供舒适的乘坐环境与方便的操作条件。n 舒适性包括：l 平顺性（常用垂直振动频率与加速度评价）；l 空气调节性能（温度、湿度）；l 车内噪声；l 乘坐环境（车门及通道宽度，活动空间）；l 驾驶员操作性能。第五节 车身形式5.1 乘用车车身形式n 组成 ：发动机舱、客厢、行李箱n 基本型式 ：折背式、直背式、舱背式n 应用规律：n 排量大，用折背式的多；n 排量小，用

23、舱背式的多。第五节 车身形式p5.1乘用车车身形式。主要区别特点顶盖与车身后部成折线连接折背式后风窗与行李箱接近平直连基本型式直背式接，流线型好，CD小，行李箱容积大。顶盖比折背式长，后窗与行舱背式李箱盖形成一整体的后部车门，行李箱容积小。顶盖后延到车尾，形成两两厢式厢，行李箱容积大。变型敞篷式背部短小，整车长度尺寸短背式短，车身质量下降。一厢式旅行车第五节 车身形式p5.1 乘用车车身形式第五节 车身形式p5.1 乘用车车身形式第五节 车身形式p5.1 乘用车车身形式第六节 轮胎的选择p6.1 轮胎与车轮应满足的基本要求n 足够的负荷能力，速度能力；n 滚动阻力要小；n 噪声低；n 良好的附

24、着能力；n 质量平衡；n 耐磨损、刺扎、老化；n 具有良好的气密性；n 质量小；n 拆装方便、互换性好；n 价格低。第六节 轮胎的选择p6.2 轮胎的分类轮胎子斜带钢半人棉乘商非特公越混特普低有无午交束丝钢造帘用用公种路野合种通断内内线轮斜轮丝纤线轮轮路轮花花花花断面胎胎轮胎交胎轮维轮胎胎用胎纹纹纹纹面轮轮轮胎轮胎轮胎轮轮轮轮轮轮胎胎胎胎胎胎胎胎胎胎胎胎体结构帘线材料用途胎面花纹断面形状第六节 轮胎的选择p6.3 轮胎的特点与选用n 子午线轮胎的优点：l 滚动阻力小、温升低、油耗低；l 胎体缓冲性能、胎面附着性能好；l 寿命长、高速性能好。n 子午线轮胎的缺点：l 制造困难，造价高；l 不宜翻

25、修。n 子午线轮胎是汽车设计时的首选轮胎。第六节 轮胎的选择p三 、轮胎的特点与选用n 钢丝帘线轮胎：l 强度高、导热性好；l 仅能做子午线轮胎；l 适用于常在高速条件下行驶的汽车。n 人造纤维轮胎：l 选用尼龙、聚脂、人造丝等人造材料做帘线。l 用于常在低速条件下行驶的汽车使用的斜交轮胎。第1章 汽车总体设计第七节 汽车的总体布置总体布置草图第七节 汽车的总体布置p7.1 总体布置草图7.1.1 主要任务n根据汽车的总体方案及整车性能要求提出对各总成及部件的布置要求与特性参数等设计要求；n协调整车与总成间、相关总成间的布置关系与参数匹配关系，使之组成一个在给定使用条件下的使用性能达到最优并满

26、足产品目标大纲要求的整车参数与性能指标的汽车；n总体布置草图确定的基本尺寸控制图是造型设计的基础。第七节 汽车的总体布置p7.1 总体布置草图7.1.2 主要布置内容n底盘、车厢及驾驶室的布置（主要依据人机工程学来进行布置，在满足人体的舒适性的基础上，合理的布置车厢与驾驶室）。n发动机与离合器及变速器的布置、传动轴的布置、车架与承载式车身底板的布置、前后悬架的布置、制动系的布置、油箱、备胎与行李箱等的布置、空调装置的布置。第七节 汽车的总体布置p7.1 总体布置草图7.1.2 主要布置内容n底盘、车厢及驾驶室的布置（主要依据人机工程学来进行布置，在满足人体的舒适性的基础上，合理的布置车厢与驾驶

27、室）。n发动机与离合器及变速器的布置、传动轴的布置、车架与承载式车身底板的布置、前后悬架的布置、制动系的布置、油箱、备胎与行李箱等的布置、空调装置的布置。第七节 汽车的总体布置p.各部件的布置.发动机的布置（1）发动机的上下位置p影响因素：最小离地间隙、驾驶员视野、汽车质心高度p布置原则：保证h min的前提下，尽可能降低发动机的高度；对于轿车，油底壳下方即为hmin ；对于货车，前轴下凹，保证h min且与上方油底壳之间必须有足够间隙。第七节 汽车的总体布置.发动机的布置（1）发动机的上下位置p标注方法：用气缸体前端面与曲轴中心线交点K到地面高度尺寸b来标明发动机高度位置第七节 汽车的总体布

28、置.发动机的布置（1）发动机的前后位置p影响因素：n 轴荷分配；n 传动轴长度与夹角；n 轿车前排乘坐舒适性；n 货车面积利用率。p用K点到前轮中心线之间的距离c标明。第七节 汽车的总体布置.发动机的布置（1）发动机的前后位置p影响因素：n 轴荷分配；n 传动轴长度与夹角；n 轿车前排乘坐舒适性；n 货车面积利用率。p用K点到前轮中心线之间的距离c标明。第七节 汽车的总体布置.发动机的布置（1）发动机的左右位置p一般情况下，曲轴中心线与汽车中心线一致；p 4*4汽车为了防止前桥主减速器与之产生运动干涉，可使二者向相反方向偏移。第七节 汽车的总体布置p.各部件的布置.传动系的布置p离合器、变速器

29、随发动机位置而定；p驱动桥位置由驱动轮位置确定；n 驱动桥左右位置，应考虑左右半轴尺寸相同；n 主减速器轴线应稍稍向上翘起。p轿车传动轴布置成U形，有利于降低地板凸包高度，增加后排中间座椅坐垫厚度。第七节 汽车的总体布置p.各部件的布置.转向装置的布置p转向盘的位置p转向器的位置p转向盘与转向器的连接p拉杆角度第七节 汽车的总体布置p.各部件的布置.其他布置p悬架的布置p制动系的布置p踏板的布置p油箱、备胎、行李箱与蓄电池的布置第七节 汽车的总体布置p.各部件的布置.车身内部布置（1）人体尺寸分布规律l 为了保证良好的舒适性与安全性，在进行车内布置时，人体尺寸参数至关重要；l 百分位数；l 人

30、体的基本尺寸。第七节 汽车的总体布置p.各部件的布置.车身内部布置第七节 汽车的总体布置p.各部件的布置.车身内部布置第七节 汽车的总体布置p.各部件的布置.车身内部布置p人体样板n 将躯干、大腿、小腿、脚等模型板利用铰链联接，用来进行车身内部布置的平面人体模型。n 人体样板通常有三种尺寸：第、50、95百分位，分别代表矮小、中等、高大的人体身材；n 它们的躯干尺寸相同，但小腿与大腿尺寸不一样；n 人体样板用有机玻璃或胶合板制作，比例为1:5（设计初期）、1:2与1:1。第七节 汽车的总体布置p.各部件的布置.车身内部布置人体样板（第95百分位的A=460mmB=456mm）第七节 汽车的总体

31、布置p.各部件的布置.车身内部布置人体样板（驾驶姿势对人体各部分夹角的合理范围）第七节 汽车的总体布置p.各部件的布置.车身内部布置乘用车车身内置布置尺寸第七节 汽车的总体布置p.各部件的布置.车身内部布置p乘用车外廓尺寸的确定n H点与R点n 胯点能够比较准确地确定驾驶员或乘员在座椅中的位置。n H点人在座椅中坐定，实车测得的胯点位置；n R点设计之初，根据总布置要求初选的一个座椅调至最后、最下位置时的“胯点”。它是设计参考点。n 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的矩形方框范围，并且靠背角与设计值得差值不大于3，则认为H点与R点的相对位置满足要求。第七节 汽车的总体布置p.各部件的布置.车身内部布置p顶盖轮廓线的确定n 纵向轮廓线的确定n 座椅置于高、长两方向的平均位置处，定出H点；n 从H点作垂线及与垂线成8