汽车设计 吉林大学 第四版 王望予

汽车设计吉林大学第四版王望予本章主要内容:*概述；*汽车形式的选择;*汽车主要参数的选择;*发动机的选择;*车身形式;*轮胎的选择;*汽车的总体布置;*运动校核。第一节概述一、进行汽车总体设计应满足的基本要求1）汽车的各项性能、成本等，要求达到企业在商品计划中所确定的指标。2）严格遵守和贯彻有关法规、标准中的规定，注意不要侵犯专利。3）尽最大可能地去贯彻三化，即标准化、通用化和系列化。4）进行有关运动学方面的校核，保证汽车有正确的运动和避免运动干涉。5）拆装与维修方便。1、汽车新产品开发流程2、概念设计（造型设计→总体布置→编写设计任务书）是指从产品创意开始，到构思草图、出模型和试制出概念样车等一系列活动的全过程。*概念设计阶段，还要完成汽车的造型设计工作。造型设计包括外部造型、内饰设计和色彩设计。*外部造型设计必须建立在汽车总体布置基础上，并考虑汽车应当有良好的空气动力学特性和制造工艺性。*汽车的总体布置是建立在保证汽车有良好的使用性能基础上进行的。*当外部造型设计与总体布置设计出现矛盾的时候，应该服从总体设计的需要。*要求造型设计人员能结合各种限定的条件从事创造性工作。*在概念设计期间，通过绘制外形构思草图、美术效果图和制作油泥模型等一系列工作，能体现出造型设计的主要工作。汽车内部局部造型的美术效果图*总体方案确定后要画总布置草图。*为了解市场需求，要调查分析市场容量的大小，确定最经济的生产纲领、生产方式等。*编写设计任务书。设计任务书主要应包括下列内容：1）可行性分析，其内容包括市场预测，企业技术开发和生产能力分析，产品开发的目的，新产品的设计指导思想，预计的生产纲领和产品的目标成本以及技术经济分析等。2）产品型号及其主要使用功能、技术规格和性能参数。3）整车布置方案的描述及各主要总成的结构、特性参数；标准化、通用化、系列化水平。4）国内、外同类汽车技术性能的分析和对比。5）本车拟采用的新技术、新材料和新工艺。第二节汽车形式的选择二、汽车形式的选择不同形式的汽车，主要体现在轴数、驱动形式以及布置形式上有区别。（－）轴数影响选取轴数的因素：主要有汽车的总质量、道路法规对轴载质量的限制和轮胎的负荷能力以及汽车的结构等。思考题：为什么增加汽车轴数是不得已的选择？选择原则：*包括乘用车以及汽车总质量小于19t的公路运输车辆和轴荷不受道路、桥梁限制的不在公路上行驶的车辆，如矿用自卸车等，均采用结构简单、制造成本低廉的两轴方案；*总质量在19～26t的公路运输车采用三轴形式，总质量更大的汽车宜采用四轴和四轴以上的形式。（二）驱动形式汽车驱动形式有4×2、4×4、6×2、6×4、6×6、8×4、8×8等。影响选取驱动形式的主要因素：汽车的用途、总质量和对车辆通过性能的要求等。选择原则：*乘用车和总质量小些的商用车，多采用结构简单、制造成本低的4×2驱动形式。*总质量在19～26t的公路用车辆，采用6×2或6×4驱动形式。*对于越野汽车，为提高其通过性，可采用4×4、6×6、8×8的驱动形式。（三）布置形式是指发动机、驱动桥和车身（或驾驶室）的相互关系和布置特点而言。1．乘用车的布置形式主要有三种：发动机前置前轮驱动（FF）发动机前置后轮驱动（FR）发动机后置后轮驱动（RR）少数乘用车采用发动机前置全轮驱动。（1）发动机前置前轮驱动（FF）应用：目前在发动机排量为2．5L以下的乘用车上得到广泛应用。思考题：与后轮驱动的乘用车比较，发动机前置前轮驱动（FF）这种布置形式哪些主要优缺点?思考题：前置发动机的布置方案不同有哪些影响?（2）发动机前置后轮驱动（FR）应用：在发动机排量较大的乘用车上得到应用。思考题：发动机前置后轮驱动乘用车有哪些主要优缺点?（3）发动机后置后轮驱动（RR）应用：目前乘用车极少采用发动机后置后轮驱动方案。思考题：发动机后置后轮驱动乘用车有哪些主要优缺点?（2）货车的布置形式1）平头式、短头式和长头式货车①平头式货车布置特点：思考题：主要优缺点？②短头式货车布置特点：思考题：主要优缺点？③长头式货车布置特点：思考题：主要优缺点？④偏置式驾驶室的货车布置特点：思考题：主要优缺点？2）发动机前置、中置、后置①发动机前置后桥驱动货车思考题：主要优缺点？②发动机中置后桥驱动货车思考题：主要优缺点？③发动机后置后桥驱动货车思考题：主要优缺点？（3）越野车的布置形式根据驱动桥数不同，越野车分为4×4、6×6、8×8等形式。非贯通式驱动桥布置特点：动力由发动机传至分动器，然后从分动器传给各桥时，是经分动器的三个输出轴和万向节传动轴分别传给三个桥。轴距布置方案：第二节结束！3．前轮距B1和后轮距B2改变汽车轮距B会影响车厢或驾驶室内宽、汽车总宽、总质量、侧倾刚度、最小转弯直径等因素发生变化。受汽车总宽不得超过2．5m限制，轮距不宜过大。4．前悬LF和后悬LR前悬尺寸对汽车通过性、碰撞安全性、驾驶员视野、前钢板弹簧长度、上车和下车的方便性以及汽车造型等均有影响。初选的前悬尺寸，应当在保证能布置下保险杠、散热器风扇、发动机、转向器等部件的同时尽可能短些。对载客量少些的平头车，要求前悬有一定的尺寸。长头货车前悬一般在1100～1300mm范围内。5．货车车头长度是指从汽车的前保险杠到驾驶室后围的距离。车头长度尺寸对车身形式、汽车外观效果、驾驶室居住性、汽车面积利用率和发动机的接近性等有影响。长头型货车车头长度尺寸一般在2500～3000mm之间，平头型货车一般在1400～1500mm之间。6、货车车箱尺寸要求车箱尺寸在运送散装煤和袋装粮食时能装足额定吨数。车箱边板高度对汽车质心高度和装卸货物的方便性有影响，一般应在450～650mm范围内选取。车箱内宽应在汽车外宽符合国家标准的前提下适当取宽些，以利缩短边板高度和车箱长度。车箱内长应在满足运送上述货物达到额定吨位的条件下尽可能取短些，以利于减小整备质量。第三节汽车主要参数的选择二、汽车质量参数的确定汽车的质量参数包括整车整备质量m0、载客量、装载质量、质量系数ηm0、汽车总质量ma、轴荷分配等。1、整车整备质量m0是指车上带有全部装备（包括随车工具、备胎等），加满燃料、水，但没有装货和载人时的整车质量。整车整备质量对汽车的制造成本和燃油经济性有影响。思考题：为什么要尽可能减少整车整备质量？有哪些措施？减少整车整备质量，是从事汽车设计工作必须遵守的一项重要原则。减少整车整备质量的措施主要有：新设计的车型应使其结构更合理，采用强度足够的轻质材料。整车整备质量在设计阶段需估算确定。2．汽车的载客量和装载质量（简称载质量）（1）汽车的载客量：（包括驾驶员在内）（2）汽车的载质量me汽车的载质量是指在硬质良好路面上行驶时所允许的额定载质量。越野汽车的载质量是指越野行驶时或在土路上行驶时的额定载质量。商用货车载质量me的确定：首先应与企业商品规划符合，其次要考虑到汽车的用途和使用条件。第三节汽车主要参数的选择3、质量系数ηm0是指汽车载质量与整车整备质量的比值，即ηm0＝me／m0该系数反映了汽车的设计水平和工艺水平，ηm0值越大，说明该汽车的结构和制造工艺越先进。第三节汽车主要参数的选择4．汽车总质量ma是指装备齐全，并按规定装满客、货时的整车质量。乘用车和商用客车的总质量ma：ma＝m0＋65n十αn（kg）第三节汽车主要参数的选择5．轴荷分配是指汽车在空载或满载静止状态下，各车轴对支承平面的垂直负荷。也可以用占空载或满载总质量的百分比来表示。思考：轴荷分配对轮胎寿命和汽车使用性能的影响？要求：设计时应根据对整车的性能要求、使用条件等，合理地选取轴荷分配。影响因素：汽车的驱动形式与发动机位置、汽车结构特点、车头形式和使用条件。措施与方法：当总体布置进行轴荷分配计算不能满足预定要求时，可通过重新布置某些总成、部件（如油箱、备胎、蓄电池等）的位置来调整。必要时，改变轴距也是可行的方法之一。三、汽车性能参数的确定1．动力性参数包括最高车速υamax、加速时间t、上坡能力、比功率和比转距等。（2）加速时间t汽车在平直的良好路面上，从原地起步开始以最大加速度加速到一定车速所用去的时间，称为加速时间。（3）上坡能力用汽车满载时在良好路面上的最大坡度阻力系数imax来表示。通常要求货车能克服30％坡度，越野车能克服60％坡度。（4）汽车比功率Pb和比转矩Tb比功率Pb：Pb＝Pemax／ma它可以综合反映汽车的动力性。我国GB7258－1997《机动车运行安全技术条件》规定：农用运输车与运输用拖拉机的比功率Pb≥4.0kW／t，而其他机动车Pb≥4.8kw／t。比转矩Tb：Tb＝Temax／ma它反映汽车的牵引能力。第三节汽车主要参数的选择2．燃油经济性参数用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）来评价。第三节汽车主要参数的选择3．汽车最小转弯直径Dmin是指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的直径。Dmin用来描述汽车转向机动性，是汽车转向能力和转向安全性能的一项重要指标。影响汽车Dmin的因素：与汽车本身有关的因素和法规及使用条件对Dmin的限定。与汽车本身有关的因素：包括汽车转向轮最大转角、汽车轴距、轮距以及转向轮数（如全轮转向）等。GB7258－1997《机动车运行安全技术条件》中规定：机动车的最小转弯直径不得大于24m。当转弯直径为24m时，前转向轴和末轴的内轮差（以两内轮轨迹中心计）不得大于3．5m。第三节汽车主要参数的选择4、通过性几何参数总体设计要确定的通过性几何参数：最小离地间隙hmin，接近角γ1，离去角γ2，纵向通过半径ρ1等。第三节汽车主要参数的选择5、操纵稳定性参数与总体设计有关并能作为设计指标的有：（1）转向特性参数为了保证有良好的操纵稳定性，汽车应具有一定程度的不足转向。通常用汽车以0.4g的向心加速度沿定圆转向时，前、后轮侧偏角之差δ1－δ2作为评价参数，此参数在1°～3°为宜。（2）车身侧倾角汽车以0.4g的向心加速度沿定圆等速行驶时，车身侧倾角控制在3°以内较好，最大不允许超过7°。（3）制动前俯角为了不影响乘坐舒适性，要求汽车以0.4g的减速度制动时，车身的侧俯角不大于1.5°。6、制动性参数汽车制动性：是指汽车在制动时，能在尽可能短的距离内停车且保持方向稳定，下长坡时能维持较低的安全车速并有在一定坡道上长期驻车的能力。评价指标：目前常用制动距离st、平均制动减速度j和行车制动的踏板力及应急制动时的操纵力来评价制动效能。GB7258－1997《机动车运行安全条件》中规定：第三节汽车主要参数的选择7、舒适性包括平顺性、空气调节性能（温度、湿度等）、车内噪声、乘坐环境（活动空间、车门及通道宽度、内部设施等）及驾驶员的操作性能。评价：汽车行驶平顺性常用垂直振动参数评价，包括频率和振动加速度等，此外悬架动挠度也用来作为评价参数之一。第四节发动机的选择一、汽车用发动机的分类二、发动机形式的选择1、汽油机与柴油机的选用汽油机的排放污染物以CO、HC、NOx为主。柴油机排放污染物中的CO、HC比汽油机低，NOx比汽油机高，柴油机排气中的微粒PM比汽油机高得多。总的评价是汽油机的排放指标不如柴油机。在进行发动机选型时，一定要考虑国家或城市制定汽车排放法规。发动机噪声，是汽车的主要噪声源，对车内外行驶噪声有很大影响。汽车工业发达国家对汽车加速噪声和发动机噪声均以法规形式予以限制。采用电控燃油技术可使柴油机燃烧噪声显著降低。发动机振动也影响乘员乘坐舒适性。为了降低油耗、节约能源和材料，要求尽可能减轻汽车的质量。而减少发动机的质量对减轻汽车整备质量有较大影响。可用质量功率比这一指标评价发动机质量。汽油机为1～3.7kg／kW，要小于柴油机的质量功率比2～7kg／kW。要求发动机的尺寸尽可能小，占用的空间尽可能少。在相同的条件下，通常柴油机比汽油机的尺寸要大些。发动机的可靠性直接关系到使用维修费、市场销售占有率和影响到客户对发动机也包括对汽车的信誉。选用工作可靠的发动机，就相当于提高了汽车的可靠性