第一章汽车总体设计.ppt

内蒙古工业大学能动学院交通运输系,1,汽车设计,主讲教师：刘占峰,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,2,第一章汽车总体设计,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,3,本章重点,汽车类型的选择主要尺寸参数及性能参数的确定汽车总布置设计运动校核,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,4,第一节概述,一、汽车设计技术的发展历程,汽车是一种包罗了典型机械元件、零部件和各种金属与非金属材料以及各种机械加工工艺的典型机械产品，因此其设计理论显然要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，它涉及到许多基础理论、专业基础理论和专业知识，如：工程数学、工程力学、热力学与传热学、流体力学、空气动力学、振动理论、机械制图、机械原理、机械零件、工程材料、电工学、工业电子学、电控技术、液压技术、汽车理论、发动机原理、汽车构造、车身美工与造型、汽车制造工艺、汽车维修等。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,5,汽车设计技术经历了由经验设计到以科学实验和技术分析为基础的设计阶段，进而自上世纪60年代中期在设计中引入电子计算机后又形成了计算机辅助设计（CAD）等新方法，并使设计逐步实现半自动化和自动化。,经验设计是以已有产品的经验数据为依据，运用一些带有经验常数或安全系数的经验公式进行设计计算的一种传统的设计方法。这种设计由于缺乏精确的设计数据和科学的计算方法，使所设计的产品不是过于笨重就是可靠性差。一种新车型的开发往往要经过设计试制试验改进设计试制试验等二次或多次循环，反复修改图纸，完善设计后才能定型，设计周期长，质量差，消耗大。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,6,以科学实验和技术分析为基础的设计是在汽车设计过程中引进新的测试技术和专用的试验设备，进行科学实验，从各个方面对产品的结构、性能和零部件的强度、寿命进行测试，同时广泛采用近代数学物理分析方法，对产品及其总成、零部件进行全面的技术分析、研究。,利用计算机作为分析计算手段，可采用较准确的多自由度的数学模型来模拟汽车在各种工况下的运动，采取现代先进的数学方法进行分析，可取得较准确的结果，这就为设计人员分析多种方案进行创造性的工作提供了很大的方便。汽车结构参数及性能参数的优化选择与匹配、零部件的强度核算与寿命预测、产品有关方面的模拟计算或仿真分析、车身的美工造型、设计图纸的绘制与修改、设计方案的选择及定型等均可在计算机上进行。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,7,将计算机的快速计算和逻辑判断能力、大容量的数据储存及高效的时间处理能力、计算结果的动态图像显示功能与人的创造性思维能力及经验结合起来，实现人机对话式的半自动化设计，或与产品设计的专家系统相结合，实现自动化设计。,CAD（computeraideddesign）：利用计算机及其外部设备进行产品设计的方法，统称为计算机辅助设计。,CAM（computeraidedmanufacture）：计算机辅助制造。,CAT（computeraidedtest）：计算机辅助测试。,CAD+CAM+CAT=CADMAT,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,8,并行工程（CE，concurrentengineering）:集成、并行设计产品及相关过程（包括制造、维修等）的系统工程，它考虑到产品从概念设计、设计定型、制造、使用、维修直到报废这一全过程中的所有相关因素，能解决因设计与制造工艺脱节而引起的设计改动频繁、开发时间长、成本高等问题，可最大限度地提高设计质量和开发效率，提高产品的市场竞争力。面向制造与装配的设计（DFMA，designformanufacturingassembly）是并行工程的重要内容。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,9,DFMA的设计原则：,使产品零件的数量及类型最少；,使产品的装配方向最少；,模块化设计；,减少紧固件的数量和品种；,使产品零件易于定位；,最少手工装配、最少装配夹具、最少装配中的调整；,避免使用柔性零件。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,10,二、汽车设计的内容,汽车设计的内容包括整车总体设计、总成设计和零件设计。,1.整车总体设计,整车总体设计又称汽车的总布置设计，其任务是使所设计的产品达到设计任务书所规定的整车参数和性能指标的要求，并将这些整车参数和性能指标分解为有关总成的参数和功能。,汽车各总成之间的联系,人车之间的联系,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,11,2.总成设计,总成设计的主要任务是满足整车设计对总成功能和布置的要求。,各零部件之间的联系,人车之间的联系（是否易于维修）,3.零件设计,零件设计主要是满足总成的设计要求并解决强度、寿命和生产技术问题。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,12,三、汽车设计的特点和要求,零件标准化、部件通用化、产品系列化。,标准化：设计中广泛采用标准件，以利于组织生产、提高质量、降低成本和方便维修。,通用化：在同一系列或总质量相近的一些车型上，采用通用的总成或部件，以简化生产、提高效率。,系列化：为了能供应各种型号的产品，又能进行大批量生产，而将产品合理分档，组成系列，并考虑各种变型。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,13,考虑使用条件的复杂多变。,为了使汽车产品具有竞争力，设计中就要充分考虑提高其对复杂多变的使用条件的适应性。,高原地区：发动机增压。,热带地区：车厢隔热、空调或通风。,寒带地区：发动机冷起动、车厢隔热、暖风。,山区：爬坡能力、辅助制动。,沿海地区：防腐能力。,风沙地区：三滤。,14,注重汽车使用中的安全、可靠、经济、环保。,汽车的使用性能是多方面的，而且在某些性能之间有时是相互矛盾的。因此，在汽车设计中，要在给定的使用条件下，协调各种使用性能的要求，优选各种使用性能指标，使汽车在该使用条件下的综合使用性能达到最优。,车身设计既重视工程要求更注重外观造型。,工程设计：满足结构的强度要求、整车布置的匹配要求、冲压分块的工艺要求，适应车身的空气动力学要求。,美工设计：适应时代的特点和人们的爱好，给人以高度美感，起到美化环境的目的。,汽车车身的外形、油漆及色彩是汽车给人们的第一个外观印象，是人们评价汽车最直接的方面，也是汽车设计非常重要的内容。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,15,在保证可靠性和安全性的前提下尽量减小汽车的自身质量。,整车尺寸限制标准；,汽车设计要在有关标准和法规的指导下进行。,汽车安全性标准；,油耗限制标准；,汽车排放物限制标准；,汽车噪声限制标准。,汽车作为运输工具和大批量生产的产品，自身质量直接影响其燃油经济性和生产成本。合理地减小汽车自身质量，不仅可以减小燃料消耗，还可以节约大量的制造材料，降低生产成本，对汽车工业和汽车运输业会带来巨大的经济效益。,16,汽车设计是考虑人机工程、交通工程、制造工程、运营工程和管理工程的系统工程。,汽车是由人来驾驶和乘坐的，因此其设计必须考虑人车关系，即汽车操纵要方便，乘坐要舒适；,汽车是一种交通工具，其设计必须符合交通工程的要求，如转向盘的位置、灯光与显示系统、外廓尺寸及轴荷等均要符合交通法规；,汽车设计必须考虑制造工艺，使零件易于加工、便于装配，适于大批量生产；,汽车设计必须考虑其运营效益：使用性能好、运输效率高、便于维修保养；,汽车设计应符合有关管理部门制定的汽车产品型谱及一切与汽车有关的管理法规。,17,四、汽车设计的工作方针及原则,汽车设计的工作方针是汽车设计工作的指导思想，而设计原则是指导设计的总则。它包括对产品在技术先进性、制造工艺性、结构继承性、零件标准化与部件通用化程度及生产成本等主要技术和经济方面的要求以及对汽车变型的规定，同时要规定在各种使用性能中优先保证的主次。,汽车的选型应根据汽车型谱、市场需求、产品的技术发展趋势和企业的产品发展规划进行。,选型应在对同类型产品进行深入的市场调查、使用调查、生产工艺调查、样车结构分析及全面的技术、经济分析的基础上进行。新车型应是技术先进、结构合理、经济实用、美观畅销的产品。,18,应从已有的基础出发，对原有车型和引进的样车进行分析比较，继承优点，消除缺陷，采用已有的且成熟可靠的先进技术与结构，开发新车型。,应从解决设计中的主要矛盾或关键问题入手，依次解决设计方案中的其他问题和要求。,设计应遵守有关标准和法规，不得侵犯他人专利。,力求零件标准化、部件通用化、产品系列化。,设计要从严要求。为了防止发生严重的错误，每个步骤都应进行检查，每个阶段应作可能进行的实践考验，以便高质量地完成设计任务。,19,五、汽车总体设计的任务,正确选择性能指标、重量和尺寸参数，提出整车总体设计方案。,对各部件进行合理布置，并进行运动校核。,对汽车性能进行精确控制和计算，保证主要性能指标的实现。,协调各种矛盾。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,20,六、汽车开发程序,汽车产品的开发概括来说可分为四个阶段：决策阶段、设计阶段、试制试验阶段和生产阶段。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,21,商品计划,商品计划是商品开发的首要步骤，而且是商品开发其他步骤（产品设计、生产准备、销售策划）的工作依据和指导文件。,商品计划从市场分析和前景预测以及对本企业现有产品的评价出发，确定新开发商品的概念和在本企业系列商品中的定位以及对象用户，制定目标纲领、目标销售量及价格，并决定投产时间等。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,22,商品计划项目及内容,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,23,概念设计,概念设计是指从创意、构思、草图到模型和概念样车的全过程的活动。,技术人员通过概念设计把商品计划中确定的大致产品定义形象化、具体化，达到能够具体设计（工业化设计）的程度。,概念设计在商品开发过程中起着十分重要的作用，它不仅影响商品开发的进度和质量，对开始确定的开发基本构想能否实现也起到关键作用。因此，它是商品开发成功与否的关键环节。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,24,车型构成（车身形式、驱动形式、商品等级、发动机、变速器和悬架等）；,车辆基本结构形式和尺寸；,装用的主要部件和附属设备；,车辆总体布置；,性能、品质、质量和成本目标；,开发日程。,概念设计主要考虑的项目：,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,25,进行积极的市场调研和技术调研，提出准确的市场预测和技术可行性报告。进行可行性分析。对可行性报告进行评审。可行性报告通过决策并批准立项，则列入企业产品开发计划。编写产品开发任务书或开发建议书。,1.决策阶段（规划阶段）,决策阶段的任务是选定设计目标，并制定产品设计工作方针及设计原则。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,26,2.设计阶段（开发阶段）,调查研究与初始决策,其任务是选定设计目标，并制定产品设计工作方针及设计原则。调查研究的内容包括：,老产品在使用中的表现及用户意见；,当前本行业与相关行业的技术发展，特别是竞争对手的新产品与新技术；,材料、零部件、设备和工具等行业可能提供的条件；,本企业在科研、开发及生产方面所取得的新成果。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,27,总体方案设计,其任务是根据决策所选定的目标以及对开发目标所制定的工作方针和设计原则等主导思想，提出整车设想，因此又称为概念设计（conceptdesign）或构思设计。,绘制不同的总体方案图（比例为1：5）供选择；,在总体方案图上进行初步布置和分析，对主要总成只画出大轮廓而突出各方案间的主要差别，使方案对比简明清晰；,方案论证（选出最佳者）。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,28,汽车外形美术效果图,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,29,构思草图,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,30,彩色效果图,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,31,绘制总布置图，确定整车主要尺寸、质量参数与性能指标以及各总成的基本形式。,在总布置草图上要较准确地画出各总成及部件的外形和尺寸，并进行详细的布置；,对轴荷分配和质心高度作计算与调整，从而较准确地确定汽车的外廓尺寸及轴距、轮距、离地间隙、货厢或车身地板高度等，并使之符合有关标准和法规；,进行性能计算及参数匹配。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,32,车身造型设计及绘制车身布置图,绘制不同外形、不同方向、不同色彩的车身外形图；,制作相应造型的1:5整车模型；,用三维坐标测量仪测量车身模型坐标点并用联机的CAD系统绘制车身图及相应的车身布置图。,选优后再制作1:5或1:1的精确模型；,经征求意见、工艺分析评审及风洞试验后作进一步修改并审定；,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,33,编写设计任务书,任务来源、设计原则和设计依据；,产品的用途及使用条件；,标准化、通用化、系列化水平及变型方案；,汽车型号、承载容量、布置形式及主要技术指标和参数，包括整车尺寸、轴荷及性能参数，有关的可靠性指标及环保指标等；,各总成及部件的结构形式和特性参数；,作为对以后的设计、试验及工艺准备的指导和依据。其内容包括：,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,34,拟采用的新技术、新结构、新装备、新材料和新技术；,维修、保养及其方便性的要求；,设计任务书还可以增加如下内容：,续驶里程；,生产规则、设备条件及预期制造成本和技术经济预测等。,与国内外同类型汽车技术性能的分析和比对。附有汽车总布置方案草图和车身外形方案图。,35,汽车的总布置设计,绘制汽车总布置图：在总布置草图和各总成、部件设计的基础上，用1:1或1:2的比例精确绘制出，用于精确控制各部尺寸和位置，为各总成和部件分配准确的布置空间，因此又称为尺寸控制图。要特别注意汽车整体布置的合理性，驾驶室和车厢内部布置应具有视野好、驾驶操作方便、座位舒适、安全，维修方便等特点。,主要任务是根据汽车的总体布置和整车性能，提出对各总成及部件的布置要求和特性参数等设计要求；协调整车与总成间、相关总成间、总成与有关部件间的布置关系和参数匹配关系，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足设计任务书所要求的整车参数和性能指标的汽车。具体工作有：,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,36,确定各总成的质心位置，核算空载和满载时的轴荷分配及整车质心高度。,绘制转向车轮跳动等有关部分的运动图，用于校核布置空间以避免发生运动干涉。,确定有关总成和部件支承的型式、结构参数与特性等，特别是对发动机前后支承、驾驶室支承和排气管支承的位置和刚度要精心选择。,根据总布置设计确定的整车参数和性能指标，提出对各总成和部件的设计要求，包括结构形式、特性参数、尺寸与质量限制等。提供整车有关数据与技术载荷。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,37,绘制汽车总成装配图：其目的是进行图面装配校核，仔细检查相关总成及部件的连接关系、连接部分的尺寸与配合以及拆装的方便性；核算与标注整车和有关总成与部件的安装尺寸链，为汽车总装做技术准备和提供依据。,设计图纸的工艺审查及必要的修改。,汽车总成、部件及零件的选型与设计：其任务除了保证总成和整车的性能指标外，还要考虑零部件本身的强度、寿命与可靠性等问题。,制作模型进行布置空间的校核：通常制作1:1的车身内、外模型来检查驾驶操作及上下车的方便性、视野范围、乘坐空间及舒适性等。,38,3.试制试验阶段,设计完成后投入样品试制时，应考虑有一定数量的零部件和总成投入台架试验，至少有34辆样车投入整车室内试验与道路试验，因为试验尤其道路试验始终是考验汽车的设计与制造工艺最重要和不可替代的手段。,试制与试验中暴露出的设计问题应及时解决并记录在档，作为修改设计的依据。,注意了解制造和装配中的工艺问题及质量控制情况并及时把关，杜绝不合格的样本样品装车。,要查明整车、总成及零部件的尺寸参数、质量参数、性能参数是否符合设计要求及问题所在，以便修改图纸或采取其他措施予以纠正。,应按有关标准、法规进行全面的试验，以检查新产品的各项性能指标。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,39,4.生产阶段,生产阶段包括定型投产阶段和持续改进阶段。,a、对产品正式批量生产；b、对产品进行销售和售后服务工作；c、售后服务工作中征求用户意见，反映给有关部门，以利改进和不断提高产品质量、扩大市场。,40,第二节汽车形式的选择,一、汽车的分类,GB/T3730.1-2001汽车和挂车类型的术语和定义,由动力驱动，具有四个1）或四个以上车轮的非轨道承载的车辆，主要用于：,载运人员和/或货物；牵引载运人员和/或货物的车辆；特殊用途。,1.汽车的定义,本术语还包括：,a）与电力线相联的车辆，如无轨电车；b）整车整备质量超过400kg的三轮车辆。1）,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,41,GB/T15089-2001机动车辆及挂车分类,GB/T3730.1-2001汽车和挂车类型的术语和定义,M类：M1、M2、M3,N类：N1、N2、N3,O类：O1、O2、O3、O4,G类：越野车辆,乘用车,商用车,2.汽车的分类,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,42,二、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，汽车形式对整车的使用性能、外形尺寸、整车质量、轴荷分配和制造成本等方面的影响很大。,1.轴数,汽车轴数的选择应根据车辆的用途、总质量、使用条件、道路法规和轮胎负载能力等方面因素综合考虑。,在满足道路法规和轮胎负载能力的情况下，尽量采用结构简单、制造成本低的两轴方案。如乘用车、总质量小于19t的公路运输车辆以及非公路车辆等。,总质量在1926t的公路运输车辆采用三轴形式，总质量更大的汽车宜采用四轴和四轴以上的形式。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,43,汽车及挂车单轴的最大允许轴荷（GB1589-2004道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值）,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,44,汽车及挂车并装轴的最大允许轴荷限值,45,2.驱动形式,汽车的驱动形式有42、44、62、64、66、84、88等。汽车的驱动形式常由汽车的使用条件、通过性和平顺性等条件决定。,增加驱动轮数能提高汽车的通过能力，驱动轮数越多，汽车的结构越复杂，整备质量和成本也随之增加，同时也使汽车的总体布置工作变得困难。,乘用车和总质量较小的商用车，多采用结构简单、制造成本低的42驱动形式。,总质量在1926t的公路车辆，采用62或64的驱动形式。,越野汽车，采用44、66或88的驱动形式。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,46,汽车的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。汽车的使用性能除取决于整车和各总成的有关参数外，其布置形式对使用性能也有重要影响。,3.布置形式,乘用车的布置形式,发动机前置前轮驱动的布置形式在发动机排量在2.5L以下的乘用车上应用比较广泛，且技术已经非常成熟。,发动机前置前轮驱动（FF）,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,47,主要缺点：前桥结构和制造工艺复杂，上坡时前轮附着力减小，驱动轮易打滑；制动时质心前移，后轮易发生制动抱死引起侧滑。,主要优点：布置紧凑，发动机、离合器、变速箱及主减速器等部件连成一体，省掉传动轴，同时降低了车内地板高度，增加了内部空间，坐椅布置方便，便于降低整车成本。,发动机前置前轮驱动（FF）,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,48,常见的几种前置前驱乘用车的布置方案,发动机横置,发动机纵置在前桥前,发动机纵置在前桥后,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,49,发动机前置后轮驱动(FR),一般是将发动机、离合器、变速器装配成一体，位于汽车前部，通过万向传动装置将动力传至后桥的主减速器，实现后轮驱动。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,50,主要优点：汽车的轴荷分配均匀；增加了轮胎的使用寿命；发动机舱布置宽敞，爬坡能力较强。,发动机前置后轮驱动(FR),主要缺点：轴距一般较大，汽车的总长和自身质量都大，制造成本高；影响了地板的平整度和高度，坐椅布置也受到一定的影响。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,51,发动机后置后轮驱动(RR),发动机后置后轮驱动一般是将发动机、离合器、变速箱及主减速器等装配成一体，无传动轴，发动机通常位于后桥之后，因此后悬相对较大。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,52,主要缺点：后轴轴荷过大，汽车的转向和操纵性能不佳；前轮附着力过小、高速行驶时转向不稳定，发动机冷却不良，变速操纵机构复杂。,发动机后置后轮驱动(RR),主要优点：发动机后置后轮驱动形式的主要优点是减小了整车长度、降低了质心、使地板平整。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,53,四轮驱动乘用车在对地面的适应性、通过性和安全性等方面都有较好的表现。但是结构复杂，制造成本较高，同时经济性也较差。,四轮驱动,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,54,商用车的布置形式,客车的布置形式,A、发动机前置前轮驱动,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,55,主要优点：操纵方便，由于发动机、离合器、变速箱等位于车身前部，不需要长距离的操纵机构；乘客区较为宽敞，车身后半部分可以很平整，地板可以降低，方便乘客上下车辆；乘客区噪声较低。,主要缺点：由于发动机前置，离合器、变速箱和主减速机构等全部集中车身前部，转向等机构聚集在一起，使结构复杂，布置困难；前转向驱动桥的产量较低，价格居高不下。,A、发动机前置前轮驱动,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,56,主要缺点：身前部空间利用率较低，车内的噪声较大，隔热、隔振比较困难；轴荷分配不理想，易引起转向沉重；传动轴过长，传动效率低，易引发共振；地板较高，一般需要二级踏步甚者三级踏步，乘客上下车不方便；空调部件布置困难。,B、发动机前置后轮驱动,主要优点：与货车通用部件多，便于由货车改装生产；便于发动机的冷却；动力和操纵机构相对简单。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,57,主要缺点：整车的变速操纵和动力操纵距离较长，布置较复杂；行驶中，驾驶员对于发动机的故障不易及时发现；不利于发动机散热。,C、发动机后置后轮驱动,主要优点：车厢的噪声和振动较小，乘坐舒适性提高；轴荷分配合理；发动机维修方便；有较大行李舱空间；地板降低，方便乘客上下客车；车身前部空间充足，可以布置较为宽敞的乘客门。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,58,D、发动机中置后轮驱动,主要优点：车厢的空间利用率较高，座位布置和外形受发动机的限制较小；传动轴较短，轴荷分配合理。,主要缺点：发动机的尺寸受到限制，需要特殊设计（水平对置式）；发动机的冷却、保温、防尘和隔热性较差；发动机维修的接近性和方便性较差；发动机的可靠性要求比较高。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,59,商用车的布置形式,货车的布置形式,货车一般均采用发动机前置后轮驱动的形式，但按照驾驶室与发动机的相对位置的不同，可分为平头式、短头式、长头式和偏置式四种。,目前，平头式货车得到广泛应用。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,60,货车的布置形式,A、平头式,发动机位于前轴之上、驾驶室的正下方。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,61,A、平头式,主要优点：可以获得最短的轴距和车长；由于减少了车身的尺寸，可以降低整车整备质量；机动性和视野良好；前面驾驶区缩短，可以大大提高货箱面积的利用率。,主要缺点：驾驶室容易受到发动机的振动、噪声、热量等影响；发动机占用部分驾驶室空间，发动机罩突出于驾驶室内正副驾驶座之间，中间不易布设座位；大多数采用翻转式驾驶室，操纵机构相对复杂；驾驶室地板高，一般采用多级踏步，上下车不便。汽车正面与其他物体发生碰撞时，驾驶员及前排乘员受到严重伤害的可能性增加。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,62,货车的布置形式,B、长头式,发动机位于前轴之上、驾驶室前部。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,63,B、长头式,主要优点：安全系数高；发动机维修的接近性好；振动、噪声和热量对驾驶室的影响较小；发动机散热性能好；驾驶室的地板高度较低，上下车相对比较方便，驾驶室布置容易；汽车的操纵机构简单，易于布置；轴荷分配比较合理。,主要缺点：身前部较长；转弯半径较大；由于车头部分体积较大，货箱相对整车的面积利用率较低；由于车头突出，前部视野较差。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,64,货车的布置形式,C、短头式,发动机位于前轴之上，大部分在驾驶室前部，少部分位于驾驶室内。其特点介于平头式和长头式之间。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,65,D、偏置式,特点：驾驶室位于发动机之旁；具有平头式货车的一些优点；（轴距短、视野好）；还具有长头式货车的一些优点；（驾驶室通风条件好、维修发动机方便）。,应用：主要用于重型矿用自卸车。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,66,第三节汽车主要参数的选择,1.外廓尺寸,汽车的主要参数包括尺寸参数、质量参数和汽车性能参数。,汽车的主要尺寸参数有外廓尺寸、轴距、轮距、前悬、后悬、货车车头长度和货厢尺寸等。,一、汽车主要尺寸参数的确定,汽车的长、宽、高称为汽车的外廓尺寸。在公路和市内行驶的汽车最大外廓尺寸受到有关法规限制，不能随意确定。GB15892004道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值对汽车的外廓尺寸进行了详细界定。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,67,乘用车的总长La是轴距L、前悬LF和后悬LR之和。与轴距有如下关系：,式中，c为比例系数，其值在0.520.66之间。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,68,乘用车的宽度尺寸由乘员空间和车门厚度来决定，同时必须保证发动机、车架、悬架、转向系统和车轮等的布置。乘用车总宽度与车辆总长之间有如下关系：,乘用车总高度Ha主要由轴间底部离地高度hm、地板及下部零件高hp、室内高hB和车顶造型高度ht等决定。轴间底部离地高度hm应大于最小离地间隙hmin。由座位高、乘员上身长和头部及头上空间构成的室内高hB一般应为11201380mm，车顶造型高度ht一般为20-40mm。,后排乘坐三人的乘用车，Ba不应小于1410mm。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,69,2.轴距,一、汽车主要尺寸参数的确定,轴距L对整备质量、汽车总长、最小转弯直径、传动轴长度、纵向通过半径、轴荷分配等都有影响。,轴距过短会使车厢长度不足或后悬过长；上坡或制动时轴荷转移过大，汽车制动性能和操纵稳定性变差；车身纵向振动角过大，汽车的平顺性变差；万向传动轴夹角也会增大。,乘用车的级别越高，载质量多的货车或载客量多的客车轴距取得长些。对机动性要求高的汽车，轴距宜取短些。,对于不同轴距变型车的轴距变化，在0.40.6m为宜。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,70,3.轮距,一、汽车主要尺寸参数的确定,轮距B对车厢或驾驶室内宽、汽车总宽、总质量、侧倾刚度、最小转弯直径等都有影响。,增大轮距：车厢内宽随之增加，并有利于增加侧倾刚度，汽车横向稳定性变好；但汽车总宽和总质量及最小转弯直径等增加，并导致汽车的比功率和比转矩指标下降，机动性变差。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,71,前轮距B1：应能布置下发动机、车架、前悬架和前轮，并保证前轮有足够的转向空间，同时转向杆系与车架、车轮之间有足够的运动间隙。,后轮距B2：应考虑两纵梁之间的宽度、悬架宽度和轮胎宽度及它们之间应留有必要的间隙。,确定总原则：受汽车总宽不得超过2.5m限制，轮距不宜过大。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,72,各类汽车的轴距和轮距初选值,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,73,4.前悬LF和后悬LR,前悬对汽车的通过性、碰撞安全性、驾驶员视野、前钢板弹簧长度、轴荷分配、上下车的方便性以及汽车造型等都有影响。,初选的前悬尺寸，应在满足布置的情况下尽可能短一些。,对于载客量少的平头车，为了保护驾驶员和前排乘员的安全，要求前悬有一定的尺寸。,长头货车的前悬，一般在11001300mm范围内。,一、汽车主要尺寸参数的确定,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,74,4.前悬LF和后悬LR,后悬对汽车的通过性、汽车被追尾时的安全性、轴荷分配、货厢或行李箱长度以及汽车造型等都有影响。,轻型、中型货车一般在12002200mm之间。,特长货箱汽车的后悬可达2600mm，但不得超过轴距的55%。,客车后悬长度不得超过轴距的65%，绝对值不大于3500mm。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,75,5.货车车头长度,货车车头长度指从汽车的前保险杠到驾驶室后围的距离。货车车头长度对汽车造型、驾驶室居住性、汽车面积利用率、和发动机的接近性等都有影响。,长头型货车车头长度尺寸一般在25003000mm之间；,平头型货车一般在14001900mm之间。,一、汽车主要尺寸参数的确定,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,76,6.货车车厢尺寸,要求货车车厢的尺寸在运送散装煤和袋装粮食时能装足额定吨数。,车厢边板高度对汽车质心高度和装卸货物的方便性有影响，一般在450650mm之间；,车厢内宽在满足汽车外廓符合国家标准的前提下可适当取宽些。,车厢内长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。,一、汽车主要尺寸参数的确定,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,77,二、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me、质量系数m0、汽车的总质量ma、轴荷分配等。,1.整车整备质量m0,整车整备质量是指车上带有全部装备(包括备胎，随车工具等)，加满燃料、冷却水等，但没有装载货物和载人时的整车质量。,定义,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,78,减少m0的措施,整车整备质量对汽车汽车的制造成本和使用经济性有很大影响，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。,新设计的车型应使其结构更合理；,减少整车整备质量的具体措施有：,采用强度足够的轻质材料。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,79,对m0的估算,乘用车和商用客车的整备质量可按每人所占整车整备质量的统计平均值估算。,整车整备质量在设计阶段需要估算确定。,货车的整车整备质量采用质量系数法估算；,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,80,乘用车和商用客车人均整备质量值,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,81,二、汽车质量参数的确定,2.汽车载客量和载质量,轿车的载客量用座位数表示。微型和普通级轿车为24座；中级以上轿车为47座。城市大客车的载客量，由等于座位数的乘客和站立乘客两部分构成。站立乘客按每平方米810人计算。长途大客车和旅游大客车，其载客量等于座位数。,汽车载客量,GB/T15089-2001机动车辆及挂车分类,GB/T3730.1-2001汽车和挂车类型的术语和定义,GB15892005道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,82,汽车的装载质量me,汽车的装载量是指在硬质良好路面上行驶时所允许的额定装载量。越野汽车的装载量是指越野行驶时或在土路上行驶时的额定装载量。,货流大、运距长或矿用自卸车应采用大吨位货车；货源变化频繁、运距短的市内运输车采用中、小吨位的货车比较经济。,货车装载质量确定：首先应与行业产品规划的系列符合，其次要考虑到汽车的用途和使用条件。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,83,二、汽车质量参数的确定,3.质量系数m0,质量系数是指汽车装载质量与整车整备质量的比值。,质量系数反映了汽车的设计水平和工艺水平，m0越大，说明该汽车的结构和制造工艺越先进。,利用质量系数m0，根据给定的载质量me可以计算出整备质量m0。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,84,装柴油机的货车为0.81.00,不同类型汽车的质量系数,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,85,二、汽车质量参数的确定,4.汽车总质量ma,汽车的总质量是指汽车在装备齐全并按规定载满乘客或货物时的汽车质量。,式中，ma：汽车总质量，kg；m0：整备质量，kg；n：驾驶员和乘员数量，人；：行李系数，按下表选取。,乘用车和商用客车总质量,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,86,行李系数,式中，ma：汽车总质量，kg；m0：整备质量，kg；me：装载质量，kg；n：驾驶员和乘员数量，人。,商用货车总质量,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,87,二、汽车质量参数的确定,5.轴荷分配,汽车的轴荷分配是指汽车在水平、静止状态下，各车轴对支撑平面的垂直载荷。通常用空载或满载情况下占总质量的百分比来表示。在计算时分空载和满载两种情况。,轴荷分配对轮胎寿命和汽车许多使用性能有影响，而且汽车各使用性能对其要求相互矛盾。因此，要求设计时应根据对整车性能的要求和使用条件等，合理地选取载荷分配。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,88,轴荷的确定原则：,轮胎磨损均匀和寿命相近各车轮负荷应相近；,保证足够的附着能力（良好的动力性和通过性）驱动桥应有足够大的载荷；,保证良好的操纵稳定性转向轴的负荷不应过小；,保证转向轻便转向轴的负荷不应过大；,轴荷转移尽量小。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,89,各类汽车的轴荷分配,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,90,三、汽车性能参数的确定,1.动力性参数,汽车动力性参数包括最高车速vamax、加速时间t、爬坡能力imax、比功率Pb和比转矩Tb等。,最高车速是指汽车在平直、良好的路面上行驶时所能达到的最高速度。,最高车速vamax,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,91,随着道路条件的改善，汽车特别是发动机排量较大的乘用车的最高车速有逐渐提高的趋势。乘用车的最高车速大于货车、客车的最高车速。级别高的轿车的最高车速要大于级别低些轿车的最高车速。微型、轻型货车最高车速大于中型、重型货车的最高车速，重型货车最高车速较低。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,92,汽车以厂定最大总质量状态，在风速3m/s的条件下，在干燥、清洁、平坦的混凝土或沥青路面上，由某一低速或起步加速到某一高速所需的时间。,加速时间t,发动机排量大于1.6L的乘用车，加速时间一般在817s。,发动机排量小些的乘用车，加速时间一般在1225s。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,93,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。,爬坡能力imax,轿车、货车、越野汽车的使用条件不同，对它们的上坡能力要求也不一样。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,94,定义,比功率：汽车所装发动机最大净功率（或0.9倍的发动机额定功率，或0.9倍的发动机标定功率）与汽车最大允许总质量之比。,比转矩：汽车所装发动机的最大转矩与汽车总质量之比。,可以综合反映汽车的动力性,能反映汽车的牵引能力,轿车的比功率大于货车和客车；货车的比功率随总质量的增加而减小。GB7258-2012机动车运行安全技术条件规定：低速汽车及拖拉机运输机组的比功率应大于等于4.0KW/t，除无轨电车外的其它机动车大于等于5.0KW/t。,要求,比功率Pb和比转矩Tb,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,95,汽车动力性参数范围,96,评价指标：,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）,注:货车有时用单位质量的百公里油耗量来评价,乘用车,货车,三、汽车性能参数的确定,2.燃油经济性参数,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,97,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。,要求GB7258-2012机动车运行安全技术条件,三、汽车性能参数的确定,3.汽车的最小转弯直径Dmin,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。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,98,各类汽车的最小转弯直径Dmin,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,99,三、汽车性能参数的确定,4.通过性几何参数,评价指标,最小离地间隙hmin接近角离去角纵向通过半径等,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,100,汽车通过性的几何参数,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,101,三、汽车性能参数的确定,5.操纵稳定性参数,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,102,三、汽车性能参数的确定,6.制动性参数,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。,具体的制动性能要求参看GB7258-2012机动车运行安全条件中的相关规定。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,103,路试验检验行车制动和应急制动性能要求,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,104,三、汽车性能参数的确定,7.舒适性,汽车应为乘员提供舒适的乘坐环境和方便的操作条件，称之为舒适性。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,105,汽车行驶平顺性常用垂直振动参数评价，包括振动频率和振动加速度等。另外，悬架动挠度也用来作为评价参数之一。,悬架的静挠度、动挠度和偏频,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,106,第四节发动机的选择,一、汽车用发动机的分类,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,107,当前汽车上使用的发动机仍然是以往复式内燃机为主。,二、发动机形式的选择,应用：,汽油机主要用于轻型车和轿车柴油机主要用于货车、大型客车上。随着发动机技术的进步，轻型车和轿车用柴油机有日益增多的趋势。,1.汽油机与柴油机的选用,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,108,二、发动机形式的选择,2.气缸排列形式与冷却方式的选用,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,109,二、发动机形式的选择,2.气缸排列形式与冷却方式的选用,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,110,二、发动机形式的选择,3.其他发动机的选用,压缩天然气（CNG）汽车,液化天然气（LNG）汽车,混合动力汽车,氢燃料汽车,电动汽车,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,111,三、发动机主要性能指标的选择,1.发动机最大功率Pemax及相应转速np,根据最高车速vamax估算Pemax,Pemax：发动机最大功率（KW）；T：传动效率，轿车0.900.92、商用车0.820.85、越野.800.85；ma：汽车总质量（kg）；fr：滚动阻力系数，乘用车fr=0.01651+0.01（va-50）、货车0.02、矿用自卸车0.03；CD：空气阻力系数，乘用车0.300.35、货车0.801.00、客车0.600.70；A：迎风面积（m2）。,式中:,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,112,参考同类车的比功率统计值估算Pemax。,最大功率对应转速nP,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,113,三、发动机主要性能指标的选择,2.发动机最大转矩Temax及相应转速nT,式中:,Temax:最大转矩（Nm）；:转矩适应系数，一般在1.11.3之间选取；Pemax:发动机最大功率（kW）；np:最大功率转速（r/min）。,nP/nT在1.42.0之间选取。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,114,发动机是汽车的主要振源之一。,1悬置设计的要求a、悬置元件应具有一定的刚度。（发动机正常工作时，静位移小）b、良好的隔振性能。c、具有一定的减振降噪功能。低频段：提供大阻尼降低振幅高频段：提高低的动刚度衰减高频噪声（发动机工作频率10500HZ）d.耐机械疲劳、橡胶材料的热稳定性好、抗腐蚀性强,四、发动机的悬置,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,115,2发动机悬置的结构,结构,液压悬置：动刚度和阻尼损失角随频率变化，在525HZ内较大，有利于衰减发动机怠速频段内（2025HZ）的大幅振动。用于轿车,橡胶悬置：动刚度一定、阻尼损失角一定。用于货车,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,116,液压悬置结构简图1螺纹联接杆2限位挡板3上惯性通道体4橡胶膜5盘状加强圈6下惯性通道体7橡胶底膜8底座9橡胶主簧座10惯性通道11橡胶主簧12金属骨架,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,117,橡胶悬置和液压悬置动特性a)动刚度曲线b)阻尼损失角曲线,118,一、乘用车车身形式,第五节车身形式,乘用车的车身由发动机舱、客厢和行李箱三部分组成。其基本形式有折背式、直背式和舱背式三种。,a）折背式；b）直背式；c）舱背式；d）变形折背式,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,119,发动机排量越大的乘用车，采用折背式车身的比例越大。,发动机排量在1.0L以下的乘用车，以采用舱背式车身为主。,发动机排量在1.04.0L之间时，三种车身形式均有。,发动机排量大于4.0L时，基本上都采用折背式车身。,120,二、客车的车身形式,第五节车身形式,a）单层客车,b）双层客车,c）其他类型,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,121,一、轮胎与车轮应满足的基本要求,第六节轮胎的选择,足够的负荷能力和速度能力；较小的滚动阻力和行驶噪声；良好的均匀性和质量平衡性；耐磨损、耐老化、抗刺扎和良好的气密性；质量小、价格低、拆装方便、互换性好。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,122,二、轮胎的分类,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,123,二、轮胎的特点与选用,无内胎轮胎:平衡性良好、发热少、刺扎后不易快速失气、高速行驶安全性能良好。,子午线轮胎:滚动阻力小、温升低、胎体缓冲性能和胎面附着性能都比斜交轮胎要好，装车后油耗低、耐磨损寿命长、高速性能好。子午线轮胎也有制造困难、造价不如斜交轮胎低和不易翻修等缺点。,低断面轮胎:胎面宽平、侧面刚性大、附着能力强、散热良好、高速行驶稳定性好。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,124,一、整车布置的基准线（面）,第七节汽车的总体布置,绘制总布置草图是汽车的总体布置的主要工作，其目的是在图纸上实现总体方案，并校核各部件尺寸是否满足设计要求。,确定整车的基准线应在汽车满载状态下进行。,绘图时应将汽车前部绘在左侧。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,125,1.车架上平面,定义：车架纵梁上翼较长的一段平面或承载式车身中部地板或边梁的上缘面在侧（前）视图上的投影线。,作用：作为垂直方向尺寸的基准线（面），即z坐标线。向上为“+”、向下为“-”，该线标记为：。,货车的车架上平面在满载静止时，通常与地面倾斜0.51.5，使车架呈前低后高状。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,126,2.前轮中心线,定义：通过左右前轮中心，并垂直于车架平面线的平面，在侧视图和俯视图上的投影线。,作用：作为纵向方向尺寸的基准线（面），即x坐标线。向前为“-”，向后为“+”，该线标记为：,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,127,3.汽车中心线,定义：汽车纵向垂直对称平面在俯视图和前视图上的投影线。,作用：作为横向尺寸的基准线（面），即y坐标线。