柴油动力SUV的整体设计

1第一章前言自1986年诞生以来的一百多年里，汽车工业从无到有迅速的发展，写下了人类近代文明史的重要篇章。汽车是数量多，普及范围最广，运输量最大的现代化交通工具。它与国民经济各部门，社会和人们生活有密切关系，对现代社会的发胀产生了广泛而深远的影响。从20世纪70年代至今，世界汽车形成美、日、欧并存的格局。世界汽车业已形成通用、丰田、福特沃尔沃、雷诺、日产、大众、戴姆勒克莱斯勒等6大集团公司和标志雪铁龙、本田、现代、菲亚特等四个独立厂商。汽车产量稳定在40005000万辆左右。目前，世界汽车保有量66亿辆，其中轿车占70，世界平均每千人汽车拥有量100辆。美国每千人汽车拥有量780辆，居首位，我国为每千人16辆。轿车的普及极大的方便了人们的日常生活，扩大了人们的活动范围，使社会生活变得丰富多彩。汽车诞生在欧洲，但在20世纪初随着福特公司T型车的推出以及流水生产线使用的开始，美国汽车工业开始在世界市场上居于主导地位。日本汽车工业在20世纪60、70年代迅速发展，后者居上，先后超过德、英、法等老牌汽车工业国，并且在19801993年期间超过美国而跃居世界第一位。同时韩国在激烈的竞争中崛起，成为世界汽车产业的一个重要的生产基地。在一些新兴国家和发展中国家，由于人们生活水平的提高，致使汽车寻求量迅速增加。由于技术落后和资金短缺，往往用优惠政策吸引外资，引进先进技术和装备，进口全拆散和半拆散零件装车，逐步提高零件的国产化率，继而是零部件自给，满足国内市场的需求，并以此模式发展自己的汽车工业。由于激烈的竞争这一时期汽车的技术也有了长足的发展，主要是提高汽车的安全性、降低排放污染。主要技术有汽车防抱死制动系统、电子控制喷油、电子点火、三元催化转化系统、电动汽车等。汽车工业的迅速发展主要有两个方面的原因，一方面是汽车受到了社会的青睐，另一方面就是汽车工业综合性强和经济效益带动了各部门的发展。因此，世界各个发达国家几乎无一例外的把汽车工业作为国民经济的支柱产业。我国的汽车工业起点低，发展较晚。1953年7月第一汽车制造厂动土兴建，1956年10月开厂投产，从此结束了我国不能制造汽车的历史。改革开放以来我国汽车工业迅2速发展，确定了以一汽、二汽、上海为三大汽车基地以及天津、北京、广州三个较小的基地。我国汽车工业的目标是，到2010年汽车产量达到600万辆，成为国民经济的支柱产业。同时支持大型汽车公司的发展，加强汽车产品的自主开发能力，提高汽车产品质量和技术装备水平，迅速赶上国际先进水平。汽车的大力发展也给社会带来了一些不易解决的问题安全问题、能源消耗和环境污染。因此，行车安全、节约能源和环境保护已成为当前汽车技术要解决的三大重要课题。1991年SUV才开始在美国兴起。它是运动和多用途结合的车辆。SUV集旅行车的舒适性和越野车的越野性于一体，是集越野、储物、旅行、牵引多种功能为一体的多用途汽车。近年来SUV的销量不断的增加，受到汽车市场的青睐，一直稳占畅销车了首位。本次设计的是柴油动力SUV，在能源短缺的大环境下有先天节有优势的柴油车越来越受到汽车市场的重视，因此设计柴油动力SUV具有广阔的前景。我们作的毕业设计为柴油动力SUV的设计，机动灵活，乘坐空间大，可以载货。采用柴油机，油耗低，具有优越的动力性和经济性。具有较高的性价比，适合中国工薪阶层。总体布置包括汽车主要尺寸的确定，方向盘和人体座椅的布置，汽车外型的设计，底盘设计，协调同组同学完成其他部件总成的设计。毕业设计是我们大学四年学习的一个最后环节，同时也是对大学四年学习知识的回顾总结，它让我把学过的知识特别是专业知识做了一次系统的梳理。进一步熟悉了汽车的总体布置和各个部件总成的设计，同时掌握了整体设计的基本方法，相信对以后的工作和学习都有很大的帮助。第二章参数的选择和确定321方案的分析和确定211设计任务分析一设计任务柴油动力SUV总体设计二设计要求总的要求是参考江铃陆风X6和长城哈弗的主要参数，完成柴油动力SUV的外型设计和底盘的总体布置。通过查阅各种资料整理得到两款参考车型的主要性能参数，如下表21。表21参考车型性能参数项目参数车型陆风X6长城哈弗外型尺寸（MM）4800/1800/17504620/1800/1710轴距（MM）27602760前/后轮距MM1465/14701515/1520接近角3729离去角27275车门数55座位数55发动机型号4JB1GW28TC最大功率68/360070/3600最大扭矩200/2000225/16002800油耗90KM/H等速7040KM/H等速72前悬挂形式双叉臂独立悬架双叉臂独立悬架后悬挂形式整体桥非独立悬架整体桥非独立悬架驱动形式前置后驱前置后驱212方案分析根据当前汽车市场的发展状况，收集国内外同级汽车的资料，以及国内的使用调查和实验报告等，经过与同组同学的协商，最终确定江铃陆风X6的外部尺4寸和性能参数作为本次设计的参考。我们设计SUV首先要考虑的是其多功能的特性，既要保证有一定的越野性又要有必要的舒适性，同时要保证足够的空间可以装载一定量的货物。保证设计的汽车有较高的性价比，因此汽车的动力性和经济性是本次设计的基础。22汽车形式的选择221轴数影响汽车轴数的主要因素有汽车的总质量、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。根据要求本次设计汽车的轴数采用两轴式，以减轻汽车总质量。详细DWG图纸三二1爸爸五四0六全套资料低拾10快起222驱动形式驱动轮数增加，汽车结构越复杂，整备质量增加成本也随之增加。设计中采用42驱动形式，其结构简单，制造成本低。223布置形式汽车的布置形式是指发动机、驱动桥和车身的相互关系和布置特点而言。乘用车的布置形式主要有发动机前置前轮驱动、发动机前置后轮驱动、发动机后置后轮驱动。经过对比分析我采用了发动机前置后轮驱动的布置形式。它有以下优点轴荷分配合理，有利于提高轮胎的使用寿命；前轮不驱动，因而不需要采用等速万向节，有利于减少制造成本；操纵机构简单；上坡行使时，应驱动轮的附5着力增大，故爬坡能力强；变速器与主减速器分开，故拆装、维修容易。缺点是因车身地板下有传动轴，地板上有凸起的通道，并使后排座椅中部坐垫的厚度减薄，影响乘坐舒适性；汽车总长较长，整车整备质量增大，影响到汽车的燃油经济性和动力性。23汽车主要参数的确定231汽车主要尺寸的确定汽车的主要尺寸参数有外廓尺寸、轴距、轮距、前悬、后悬、货车车头长度和车厢尺寸等。一外廓尺寸参考同级别的汽车确定LA4675MM,BA1800MM,HA1750MM。二轴距轴距对汽车整备质量、汽车总长、汽车最小转弯直径、传动轴长度、纵向通过半径等有影响。参考陆风X6选轴距L2760MM。三前轮距和后轮距汽车的轮距会影响到车厢或驾驶室内宽、汽车总宽、总质量、侧倾刚度、最小转弯直径等。汽车总宽受道路法规的限制不得超过25米。由参考车型选定汽车的前轮距为1465MM，后轮距为1470MM。四前悬和后悬前后悬的长度影响汽车的接近角和离去角，影响汽车的通过性。确定汽车的前悬为810MM，后悬为1105MM。232汽车质量参数的确定汽车的质量参数包括整车整备质量、载质量、载客量、汽车总质量、轴荷分配等。一整车整备质量由参考车型和查到的资料取1700KG0M二汽车的装载质量和载客量确定汽车的装载质量625KG,载客数为5人。E三汽车的总质量62325KG。AM0E四轴荷分配轴荷分配对轮胎的寿命和汽车的使用性能有影响。从轮胎磨损和寿命详尽考虑，各个车轮的载荷应相差不大；同时为保证汽车有良好的动力性和通过性，驱动桥应有足够大的载荷，而从动轴荷可以适当减少；为保证汽车有良好的操纵稳定性，转向载荷不应过小。根据发动机和各个部件的质量分配，乘坐人数及位置，参考车型最终确定为（表22）表22载荷分布空载重载前轴后轴前轴后轴5545455524发动机的选择柴油动力SUV选用柴油机作为动力装置，柴油机体积大，质量大，油耗大，但是柴油机扭矩大，有良好的动力性。选用发动机要根据汽车的最高车速来确定。本次设计的柴油动力SUV最高车速约为140KM/H。因此发动机最大功率用下面公式可以大约的算出来。（21）TDRAEAVCVGFMP/76140/360/3MAXXAX式中为发动机最大功率；为传动系效率；90；为汽车总质EPTTAM量（KG）G为重力加速度（）为滚动阻力系数，2/SRF，用最高速度代入；为空气阻力稀疏，轿车取501065ARVFAVDC030055，载货车为040060A为汽车正面投影面积（），根据外形取2256为最高车速。2MAXV则TDRAEAVCVGFP/76140/360/3MAXMX（23259800315140/3600052256/76140）/093140689KM根据公式所得的结果并且根据所查到的资料选用长城GW28TC高压共轨发动机。发动机的性能参数如下表23长城GW28TC高压共轨柴油机的性能参数7最高功率/转速KM/R/MIN70/3600最大转矩/转速N/R/MIN225/16002800排量ML2800最高转速R/MIN4300轮廓尺寸MM715/590/77025车身形式的选择根据柴油动力SUV的设计要求，在车身选择时采用有足够的空间的折背式车身形式。外型设计上主要参考江铃陆风X6和长城哈弗。26轮胎的选择轮胎及车身对汽车的许多重要性能，包括动力性、经济性、通过性、操纵稳定性、制动性及行使安全性和汽车的承载能力都有影响。因此，轮胎的选择是重要的工作。我们设计的柴油动力SUV的最大质量为2325KG，根据汽车的行使要求大于可得出每个轮胎的承载质量。有轮胎在使用中的承受的静负荷值应等于或接近轮胎的额定负荷值，查GB297889以及根据参考车型，最终确定选用245/75R16的子午线轮胎。该轮胎优点是滚动阻力小、温升低、胎体缓冲性能和胎面附着性能等都比斜交轮胎好，装车后油耗低寿命长、高速性能好、适应现代汽车对安全、高速、低能耗的发展要求。其缺点是造价高、不易翻修。则由上分析可初步确定本次设计的柴油动力SUV的性能参数。如表24表24柴油动力SUV主要性能参数长/宽/高（MM）4650/1800/1750轴距（MM）2760前/后轮距（MM）1465/1470前/后悬（MM）800/1150最小离地间隙（MM）240整车整备质量（KG）17008最大功率（KM）70/3600最大扭矩（NM）225/16002800驱动型式后驱最高车速（KM/H）135变速器型式五挡手动悬架（前/后）麦弗逊式独立悬架/钢板弹簧制动装置型式（前/后）盘式/鼓式发动机位置前置车门数5座位数5轮胎规格245/75R169第三章汽车的总体设计在初步确定汽车的载客量（载质量）、驱动形式、车身形式、发动机形式等以后，要深入做更具体的工作，包括绘制布置草图，并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，并寻求合理的总布置方案。31整车布置的基准线（面）零线的确定1车架上平面线在本次设计中采用的是边梁式车架，所以以边梁上缘面较长的一段平面在侧视图上的投影线称为车架上平面线，它作为垂直方向的尺寸基准线，即Z坐标线，向上“”,向下“”,该线标记为“Z/0”。2前轮中心线通过前轮中心，并垂直于车架上平面线，在侧视图和俯视图上的投影为前轮中心线。即为“X/0”,它作为纵向方向的尺寸线。向前为“”,向后为“”。3车轮中心线汽车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，用它作为横向尺寸的基准线，记为“Y/0”,向左为“”,向后为“”。4地面线低平面在侧视图和前视图上的投影线称为地面线。5前轮垂直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称为前轮中心线。32部件的选择和布置101发动机的布置发动机的上下位置对离地间隙和驾驶员视野有影响。发动机的位置不能太高以降低汽车的质心高度，但是发动机的高度也不能太低以防止汽车在上下颠簸时不会碰坏油底壳。发动机的横向尺寸布置时，为了散热的需要及空气流通，散热器中心与风扇之间又不小于50MM的间距。在布置发动机的前后位置是为减小传动轴的夹角，发动机前置后驱汽车的发动机常布置成倾斜状，使曲轴中心线与水平线之间形成14夹角。本次设计取2。2传动系的布置由于发动机、离合器、变速箱装成一体，所以在发动机位置确定以后，包括发动机、离合器、变速器在内的动力总成位置也随之而定。驱动桥的位置取决于驱动轮的位置。通常为满足万向节两端夹角相等、满载静止时不大于4且最大不大于7的要求，常将后桥主减速器的轴线向上翘起。但是一般在布置时后桥减速器的轴线是平行的。3转向装置的布置转向盘布置在驾驶员座椅前方保证驾驶员能舒服的进行转向操作。本次设计的转向系采用液压助力的齿轮齿条式转向机构。工作缸和转向横拉杆做在一起。这种形式结构简单、紧凑。4悬架的布置本次设计前悬架采用普遍的麦弗逊式悬架，能够改变汽车的平顺性，减小车身的倾斜和振动，同时在起伏的路面上能获得良好的地面附着能力。后悬架采用独立式钢板弹簧悬架，以降低成本。5制动系统布置根据所查到的资料及所参考的车型，本次设计中制动系统才有前盘后鼓式的制动系统。制动系统采用真空助力，真空助力鼓中的真空有发电机提供。盘式制动器具有良好的热稳定性，水稳定性好，尺寸小，质量小，散热性好。鼓式制动器结构简单、成本低。6踏板的布置离合器踏板、制动器踏板和油门踏板，布置在地板凸包于车身内壁之间。离合器踏板和制动器踏板采用吊挂式，吊挂在方向盘凸包内的方向盘支架上。油门踏板固定在车身中间的凸包上。油门踏板和制动踏板之间有能放下一只脚宽度的间隙。117油箱、备胎、行李箱和蓄电池的布置油箱根据汽车的最大续驶里程来确定，本次设计油箱的容量采用可续驶1000KM的标准来设计。布置在汽车的后部、行李箱的下面。并且在排气管的另一侧，以减小危险。备胎乘用车的备胎常布置在行李箱内。SUV车有装载货物的要求，因此备胎不放在行李箱内，汽车还要保证有一定的越野性，又要求有较大的离去角，不能放在车厢的下面。因此备胎布置在汽车的后面。行李箱行李箱主要是装载货物，因此本次设计中，行李箱的空间比较大。满足SUV载物的要求。蓄电池蓄电池应放置在起动机的同侧，并却越紧越好，本次设计中蓄电池的位置放置在车架的前端，水箱的一侧。33车身内部布置SUV是集越野和旅行于一体的多功能汽车。因此，在保证有良好的乘坐舒适性和足够的安全性的同时还要兼顾有一定的行李箱空间。在进行车身内部布置时，还应该符合人体特性的要求。车身内部布置设计中以人体尺寸的“百分位分布值”作为尺寸依据的，利用人体模型布置出来的座椅、方向盘及操纵机构能满足90以上的使用对象。进行车身内部布置设计时，基本的步骤如下。1根据人体尺寸做出相应的二维人体模型。2人体的坐姿与布置为使室内布置减小驾驶和乘坐的疲劳程度，设计中必须满足人体的舒适要求。人体驾驶的舒适和疲劳程度与设计中选择的人体各关节角度所确定的驾驶姿势有关。在设计中，我采用了汽车设计中所推荐的数值进行设计安排。3汽车室内操纵装置的布置手操纵机构除应布置在手的操纵范围以内外，还要根据操纵对象，进行必要的设计，这样才能实现驾驶和操纵的舒适性。变速器和手制动杆的操纵机构布置时，根据参考书籍汽车设计的经验推荐数值及变速器的形状、位置来确定的。方向盘布置时，与座椅一起布置以满足操作的舒适性。12在布置各种踏板时，保证各踏板之间要留有足够的间隙，同时保证在不工作时各踏板之间应留有足够的位置放脚。34车身外型的设计车身外型的设计在整车设计过程中至关重要，车身的外型在汽车的对车辆的销售有很大的影响。因此在设计车身时既要满足各种布置得需要，车身的最佳空气动力性外，还要保证有时尚漂亮的外观。在车身的外型设计中，主要参考了陆风X6的车身外型图。如下图31和图32。13图31陆风外形图图32陆风外形图14第四章汽车性能参数的计算和确定41动力性参数的确定和计算汽车的动力性是指汽车在良好路面上直线行使时有汽车受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行使速度。主要有三个指标来评价1最高车速；2汽MAXV车的加速时间T；3汽车的最高爬坡度。MAXI411各种参数的计算和曲线1汽车各挡驱动力和阻力计算及平衡图（41）RITRFGTQTT/0式中R汽车行驶时的滚动半径（MM）N发动机曲轴转速（R/MIN）汽车变速器各挡传动比；GI汽车主减速器传动比0利用EXCEL计算结果如下表表41各挡驱动力转速R/MIN一挡驱动力F/N二挡驱动力F/N三挡驱动力F/N四挡驱动力F/N五挡驱动力F/N80065335362444227322158966125583100074736541459726003918183814365412008460664693552943762058541626251600105757586696367962257324203281280010575758669636796825732420328136008695754823913025512115761671492各挡空气阻力的计算15（42）152/AVCFADW式中汽车行驶速度（KM/H）；空气阻力系数,取052；A车辆迎风面积，即汽车行驶方向的投影面积,A取256；M22空气阻力（N）。WF表42各挡空气阻力转速NR/MIN一挡空气阻力（N）二挡空气阻力（N）三挡空气阻力（N）四挡空气阻力（N）五挡空气阻力（N）80022604677345343186728138184036118255100035319791147712917627596625595597741200508605165270242013828591407137660716009041867293813774691241527361244730228002769072899804522874194677544749486336004577445148743237812447732266123894716图41驱动力阻力平衡图3各挡速度的计算（43）/3700INRVG式中R汽车行驶时的滚动半径（M）；N发动机曲轴转速（R/MIN）；汽车变速器各挡的传动比；GI主减速器传动比；0结果如表43。表43各挡速度值转速N（R/MIN）一挡速度值（KM/H）二挡速度值（KM/H）三挡速度值（KM/H）四挡速度值（KM/H）五挡速度值（KM/H）8005774844104099216597632373461300438110007218555130124207470429668263755476120086622661561487248964435601914506571160011549692081983331952647469226008762280020211953643471580917830711310515333600259868468446274689331068057135197117图42速度曲线4功率平衡的计算（44）/360VFPATE式中牵引功率（KW）；E驱动力（N）；T各档速度（KM/H）；A表44各挡车速下的驱动功率及阻动功率一挡车KM/H二挡车KM/H三挡车KM/H四挡车KM/H五挡车KM/H驱动功PKW车速KM/H）阻功率（KW）577441040921659732373413004311164525774840735087218513012420747429668637554616650616597321966986626156147248964356011450651226207237341328413115492081933319564746926008723770083122954590392029536434158017830713105153659754468446808031259884684274689310680571351971697455274689331817105106805739009041813519716881187图43功率平衡图5动力性因数D（45）G/FWT式中D动力性因数；驱动力（N）；T风阻力（N）；WG汽车的最大质量；计算结果如下表45表45各挡动力因数转速NR/MIN一挡动力因数二挡动力因数三挡动力因数四挡动力因数五挡动力因数800028664801587490098949006809200524321000032785101814560112843007718800588521200037110402052670127353008657700653331600046376202562015821801062310078477280004629440253541015145700924050056324360003796330205186011619005892100189816加速度的计算19（46）/FDGA式中A汽车各挡加速度；S/M2G重力加速度；D动力性因数；F滚动阻力系数，取F0018；汽车旋转质量转换系数；表46各挡加速度转速NR/MIN1A23A45A800153452110529807071704545420316847100017698711283613082854905370790375925120020169341470598095530506222704355641600254619918705791224941080061305565222800254152418496941165876067515703526663600206565114699630857788037132200090327各挡加速度倒数的计算表47各挡加速度倒数转速NR/MIN一档加速度倒数二档加速度倒数三档加速度倒数四档加速度倒数五档加速度倒数80006516709047331414087220001831561100005650130779051120692918619242660103120004958020679996104678716070222958741600039274205345940816366124904417968742800039346505406308577241481136283554536000484109068028911657892693081964966420图44加速度倒数曲线图8汽车爬坡度I的计算（47）D1/F1DI22/式中D动力性因数；F滚动阻力系数；计算结果如表48表48汽车各挡的爬坡度转速NR/MIN一档爬坡度I1二档爬坡度I2三档爬坡度I3四档爬坡度I4五档爬坡度I58000292749014441400817660050337003453510000347226016905100960850059556004100312000409570195539011117700691090047546160005680010254978014384400892550060865280005664110251766013661500750610038455360004226019544800995530041073000098542燃油经济性经济性计算由于没有找到完全一样的发动机万有特性曲线图，因此在计算经济性时利用查到与所选发动机类似的发动机的万有特性曲线做近似的计算。图3521图45发动机万有特性曲线由汽车动力性计算时可得出表49表49各速度下的功率和发动机转速车速UKM/H功率PKW一挡转速NR/MIN二挡转速NR/MIN三挡转速NR/MIN四挡转速NR/MIN五挡转速NR/MIN508944232692659438424924099831685303133138960121138383119134610988289197920223631597667701603657969723253794863373976235942418639458020837981108255614798438559732696484213022390266435612467876916482433796930335452396510033578861385319768498481996633706052662778110417693915238518453478530196237076662929056从中选出在发动机转速范围内的转速及相对应的速度和功率，得出表410表410相应的车速及功率车速UKM/H功率PKW三挡转速NR/MIN四挡转速NR/MIN五挡转速NR/MIN22508944232240998316853031331389601211383289197920223631597667701603657235942418639458020837982696484213022390266435630335452396510033578863370605266277811041769392929056根据图45查出各转速下的油耗。并根据EXCEL可得出各挡在适合的转速下的等速百公里油耗如下表411。表411车速UKM/H功率PKW三挡转速NR/MIN比油耗GE（GKW/H）油耗GEML/100KM50894423224099832405366539601211383289197923559307317016036573373976230658645车速UKM/H功率PKW四挡转速NR/MIN比油耗GE（GKW/H）油耗GEML/100KM5089442321685303225503113160121138320223632235627885701603657235942421360996258020837982696484215700025890266435630335452278400124100335788633706052269486028车速UKM/H功率PKW五挡转速NR/MIN比油耗GE（GKW/H）油耗GEML/100KM235089442321331389214478516460121138315976672085249328701603657186394520759278058020837982130223212690258902664356239652178030074100335788626627782209234186110417693929290562241063221由上表可看出所设计的汽车的油耗最低为50KM/H等速下百公里为48L。百公里油耗基本上符合要求，但是出现在车速为50KM/H车速偏低。主要是由于没有发动机曲线，参考其他机型的万有特性曲线，计算中误差较大。43最小转弯直径MIND转向盘转到极限位置时，汽车前外转向轮轮辙中心在支撑平面上的轨迹圆的直径，称为最小转弯直径。它用来描述汽车转向机动性和转向安全性的异性MIN重要指标。在转向系设计中，根据要求计算的最小转弯直径为11M。具体计算过程参见柴油动力SUV转向系设计。44通过性几何参数的计算总体设计中要确定的通过性几何参数有最小离地间隙，接近角，离MINH1去角，纵向通过半径等。21在本次设计中，根据SUV的设计要求和同类车型比较，确定汽车的最小离地间隙为240MM，接近角37，离去角27。最小离地间隙计算有驱动MINH12桥设计完成，接近角和离去角有汽车的整体设计来保证。45操纵稳定性参数汽车的操纵稳定性评价参数较多，与总体设计有关并能作为设计指标的有241转向特性参数；2车身侧倾角3制动前倾角。由于汽车的操作稳定性需要在整车质量确定和试验的条件下才能得出比较