汽车总体设计课件_上部.pdf

第一章汽车的总体设计第一章汽车的总体设计 1 概述概述 2 汽车形式的选择汽车形式的选择 3 汽车主要尺寸和参数的选择汽车主要尺寸和参数的选择 4 汽车发动机选择汽车发动机选择 5 车身形式车身形式 6 轮胎的选择轮胎的选择 7 汽车的总布置汽车的总布置 8 运动校核运动校核 第一节概述 一、汽车设计的内容： 总体设计 系统设计（总成设计） 零部件设计 二、汽车设计技术的发展 （一）、发展过程 1、经验设计 以经验数据和经验公式为主要方法 2、“科学实验 + 技术分析”的设计 3、计算机辅助设计 （二）、发展特点 1、基础理论成果的应用 2、测试与实验新技术不断发展 道路实验（实验场），室内实验（测功、风洞、电液 振动），虚拟实验 3、新工艺、新材料的应用 （三）、发展趋势 1、更注重安全性 主动和被动安全 2、更注重节能与环保 代用燃料，电动汽车，绿色设计 3、向高速化、轻量化、低噪音方向发展 NVH（Noise,Vibration,Harshness) 4、向自动控制、智能化方向发展 三、总体设计应满足的要求 1、公路上行驶，外形尺寸应予以限制； 2、排放要满足环保要求排放法规； 3、使用环境复杂，应满足安全性要求强制性 安全法规； 4、汽车各性能应满足开发所确定的指标； 5、知识产权保护； 6、“三化”要求：系列化，通用化，标准化; 7、避免部件发生运动干涉； 8、质量可靠，拆装维修方便 四、汽车开发程序四、汽车开发程序 1、新产品开发流程：、新产品开发流程： 商品规划：商品计划和概念设计 商品计划的内容：商品开发的必要性、目 的、主要性能、造型风格、目标价格；目 标用户和市场、适用地区、商品用途及级 别；生产纲领、目标利润、投产时间等。 2、概念设计 1）.概念设计的概念 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的全过程。 2）.概念设计的内容 车型构成； 车辆主要尺寸、驱动方式和采用的主要部件和附 属设备； 车辆的总体布置； 整车目标性能、目标质量、目标成本及开发成本 3）.概念设计的具体工作 形体设计 总体方案草图 用户使用调查，市场预测 产品水平分析 设计任务的形成和编写 概念设计/形体设计 整车和车身内部尺寸布置绘制外形构思草图 美术效果图制作油泥模型 车身外形应在保证汽车拥有较小空气阻力系数的同时，具有符 合审美规律的形体。 车身内部设计要符合人体工程学的要求，保证驾驶员操纵方 便，乘员乘坐舒适。 美术效果图：实车制造出来之前，在图样上表现新开发汽车造 型效果的图称之为美术效果图，该图应具有真实感。 在图面上表达车身外形不能代替空间形体，因此还要制作油泥 模型。概念设计阶段可以制作比例为110或15的便于制作和 修改的油泥模型。 外部造型 内饰造型 色彩设计 要求：将车身整体及细部的形状、色彩、反光效 果以及材料的质感都预想到并反映出来。 车身造型效果图以表达车身造型的总的效果为 主，但又不可忽视车身的结构细节，如车门手柄、 外后视镜、牌照架及刮水器的安置形式等。不宜 对背景过分渲染。 内饰效果图单独创作，一般画成不包括顶盖的敞 开环境。 仪表板座椅另画出独立的效果图。注意内饰与外 形的协调。 形体设计/绘制造型设计效果图 形体设计/效果图实例1 形体设计/效果图实例2（美洲虎） 目的：将设计构思实物化，将纸面的东西用形体表现出 来，让设计人员进行更细致和具体的探讨。 步骤： 选择几幅效果图依图做缩小比例的汽车油泥模型 或石膏模型，比例为3:8（美、英等英制国）或者1:10、 1:5等。 小比例模型的好处：可以反复修改，成本低廉。 制造模型的原料： 模型可用工业用油泥(clay)或石膏进行雕塑。 车底用木板，车轮用铝。 车灯用无色透明有机玻璃衬以铝铂。轮胎的剖面应做 出，并涂黑色无光漆。 形体设计/制作缩小比例模型 (Scale model) 胶带图：使用不同宽度和不同色彩的胶带代替笔 在标有坐标网格的白色图板上粘贴出的车身轮廓 及布置图。比例为1：1。 贴绘的内容：除车身三个视图（主要是侧视图） 的轮廓曲线、开缝线外，还将内部布置尺寸、座 椅投影、发动机轮廓、操纵机构布置轮廓和人体 样本都反映出来。 目的或好处：经过胶带图验证过的曲线可移植到 全尺寸模型上，作为大尺寸模型制作的依据。 形体设计/胶带图 (Tape drawing) 形体设计/胶带图实例 全尺寸油泥模型是车身造型设计定型的最终步骤。车身 外表面的所有曲面、覆盖件之间间隙都必须准确而光顺 地表现清楚。 由造型设计师、车身结构设计师、工艺师以及整车总布 置的有关人员应自始至终密切配合、协商而后确定最终 的车身表面形状。 将加热后成为稀浆状的油泥，敷在骨架上，冷却至室温 至其表面硬化，用特制的刮刀、铲刀、锉刀等工具加工 成形，可以得到十分光滑的表层。表面涂漆或用塑料薄 膜包敷，其效果近似真车的车身涂漆表面。内骨架用木 板或聚安脂泡沫。 形体设计/全尺寸外部油泥模型 北京“挑战者”多用途概念车全尺寸模型制造现场 形体设计/全尺寸外部油泥模型实例1 形体设计/全尺寸外部油泥模型实例2 美洲虎概念车全尺寸模型制造现场 ? 全尺寸内部模型亦称“内饰模型”，简称“内模型”，是设 计车厢内部造型和室内装备环境的定型模型。 ? 内部模型必须和全尺寸油泥模型同时进行。其艺术格调、 手法、尺寸必须完整统一、互相呼应协调。 ? 内部模型包括：仪表板、副仪表板、座椅、顶篷、窗口、 门护板、地板（地毯）、扶手、转向盘、靠枕、脚蹬、 室内照明及安全措施等。 形体设计/全尺寸内部模型 形 体 设 计 / 内 部 模 型 实 例 近代汽车，特别是乘用车，为改善空气动力性 能，造型设计必须对模型进行风洞试验，选定 最佳方案。 缩小比例模型的风洞试验。 全尺寸油泥模型的风洞试验。 车身模型在风洞中试验的主要内容是：阻力、 升力、侧向力、俯仰力矩、侧翻力矩与偏航力 矩，即所谓的“六分力”数据。气流速度按比例 模拟车速100-200 km/h 的状态。 形体设计/车身外形模型的空气动力试验 (Aerodynamic Tests to models) 形体设计/风洞试验实例 意大利平宁法里娜公司的高空气动力性概念车在做风洞试验 全尺寸油泥模型完成之后，车身模型表面轮廓 经过测量之后转化为数据，然后将数据绘制成 平面图形。 主图板或车身表面线图是全尺寸油泥模型的最 直接的三视图曲线的图面转化结果。 主图板表示出整车的轮廓线及关键部位与部件 之间的配合作用，使设计人员可以对主图板上 的车身表面线条做光滑平顺的修改。 至此，汽车的造型设计工作基本结束了。此后 就会进入概念样车的制造与检验。 形体设计/主图板(车身表面线图平面图) 形体设计/主图板实例 形体设计/实际完成的概念车(美洲虎) ?外形尺寸、室内空间、货箱尺寸 ?各大总成、车身的基本结构和尺寸、内饰、 轮胎 概念设计/基本尺寸和主要总成结构选择 总体设计师根据整车设想，画出多幅总体方案图进行 分析比较。 方案图对主要总成只画出粗线条的轮廓，重点放在突 出各方案之间的差别上，做到对比时一目了然。 概念设计/总体方案草图 总体方案确定后要画总布置草图，此图要对各部件 进行较为仔细的布置。 内容： 应较为准确地画出各部件的形状和尺寸，确定各总 成质心位置，然后计算轴荷分配和质心高度，必要 时还要进行调整。 同时对整车主要性能进行计算，并据此确定各总成 的技术参数，确保各总成之间的参数匹配合理，保 证整车各性能指标达到预定要求。 概念设计/总布置草图 概念设计/市场预测调查/产品水平分析 概念设计/编写设计任务书 内容：内容： 1）可行性分析。 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分析和对比; 5）本车拟用的新技术、新材料和新工艺。 ?C = PT1T2Q C：目标成本 P：上市售价 T1：增值税 T2：附加税 Q：目标利润 3、成本控制 4、试制设计（技术设计） 汽车各部件的设计全面展开，总体设计师 的汽车各部件的设计全面展开，总体设计师 的工作工作： a、协调总成与整车和总成与总成之间出现的各种矛盾； b、将各总成设计结果反映到整车校对图上进行校对， 进行“图面装配”； c、运动校核 ； d、性能的精确计算； f、编制包括整车明细表和技术条件在内的整车技术文件 。 5、试制、试验、改进、定型 试制目的试制目的：a、暴露设计中的问题，以便在投产前解决； b、秤重。（零部件质量、轴荷、总质量） 试验目的试验目的： 检测样车的性能是否满足设计要求。 试验分：试验分：整车基本性能试验 5万公里的可靠性试验 典型地区的使用试验和根据使用条件在特殊地区的 适应性试验 注：注： ?试验应根据国家制定的有关标准逐项进行。试验应根据国家制定的有关标准逐项进行。 ?不同车型有不同的试验标准。不同车型有不同的试验标准。 ?试制、试验完成后应对结果进行分析，并针对暴露出来的技术问 题进行改进设计，再进行第二轮试制和试验，直至产品定型。 6、生产准备（小批量） 7、生产（大批量）、销售 主要工作主要工作：进行生产准备和小批量试生产，并让试生 产车进一 步经受 用户的考验。 主要工作主要工作： 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。 第二节 汽车形式 的选择 一、汽车的分类 1、GB/T15089- 2001的分类 2、GB/T4730.1-2001的分类 3、按发动机排量分类 4、按汽车总质量分类 5、按汽车总长分类 二、汽车形式的选择 轴数、驱动形式及布置形式 （一）、轴数 2轴、3轴、4轴、多轴 影响因素：ma，道路法规，轮胎负荷能力，汽车结构。 2轴：ma19t的公路运输车，不在公路上行驶的汽车； 3轴：19tma26t的公路运输车； （二）、驱动形式: 42 轿车和总质量小的公路用车辆轿车和总质量小的公路用车辆 44 越野汽车越野汽车 62 总质量在总质量在1926t的公路用汽车的公路用汽车 汽车驱动形式：汽车驱动形式：64 66 越野汽车越野汽车 84 2632t的公路用汽车的公路用汽车 88 越野汽车越野汽车 （三）、布置形式 发动机、驱动桥、车身（驾驶室）的相互关系 1、乘用车的布置形式 FF FR MR RR 前置引擎前轮驱动（FF） a、有明显的不足转向性能； b、越过障碍的能力高； c、动力总成结构紧凑； 特点：特点：d、有利于提高乘坐舒适性；（车内地板凸包高度可以降低） e、有利于提高汽车的机动性；（轴距可以缩短 ） f、有利于发动机散热 ，操纵机构简单； g、行李箱空间大； h、变形改装容易。 结构与制造工艺均复杂；（采用等速万向节 ） 前轮工作条件恶劣，轮胎寿命短；（前桥负荷较后轴重） 主要缺点主要缺点：汽车爬坡能力降低； 发生正面碰撞事故，发动机及其附件损失较大，维修费用高。 应用：应用：Audi100、Santana2000、CA7220、Buick、Passat、 富康、英格尔（南汽）、夏利等轿车，均采用发动机前置 前轮驱动的布置形式 、 富康、英格尔（南汽）、夏利等轿车，均采用发动机前置 前轮驱动的布置形式。 前置引擎后轮驱动（FR） a、轴荷分配合理 ； b、有利于减少制造成本；（不需要采用等速万向节 ） c、操纵机构简单； 特点特点：d、采暖机构简单，且管路短供暖效率高 ； e、发动机冷却条件好； f、爬坡能力强； g、行李箱空间大； h、变形容易。 a、地板上有凸起的通道，影响了乘坐舒适性； b、汽车正面与其它物体发动碰撞易导致发动机进入客 主要缺点：主要缺点：厢，会使前排乘员受到严重伤害； c、汽车的总长较长，整车整备质量增大，影响汽车的 燃油经 济性和动力性。 应用：应用：中高级和高级轿车（客厢较长，乘坐空间宽敞， 行驶平稳 中高级和高级轿车（客厢较长，乘坐空间宽敞， 行驶平稳 ） 引擎放置在前、后轴之间的布局方式。 MR布置大都是追求操控表现的跑车。 优点：轴荷均匀，具有很中性的操控特性。 缺点：引擎占去了坐舱的空间，降低了空间利用率和实用 性。 一般的MR布局，引擎是置于座椅之后、后轴之前。 “前中置引擎”的布局：即引擎置于前轴之后、乘员之前，驱动后轮。 从形式上这种布局应属于FR类型，但能达到与MR一样的理想轴荷分 配，从而提高操控性。宝马3系列、本田S2000等。 中置引擎后轮驱动（MR） 后置引擎后轮驱动（RR） a、结构紧凑； （发动机、离合器、变速器和主减速器布置 成一体） b、改善了驾驶员视野； （汽车前部高度有条件降低 ） c、整车整备质量小； 特点：特点：d、客厢内地板比较平整 ； e、乘客座椅能够布置在舒适区内； f、爬坡能力强； g、汽车轴距短，机动性能好。 a、后桥负荷重，使汽车具有过多转向的倾向； b、前轮附着力小，高速行驶时转向不稳定，影响操纵 主要缺点：主要缺点：稳定性； c、行李箱在前部，行李箱空间不够大； d、操纵机构复杂； f、变形困难。 应用：应用：宝时捷911，MG 无论是前置、中置还是后置引擎，都可以采用四轮驱动。 优点：由于四个车轮均有动力，附着利用率最高 缺点：重量大、占空间。动力流失率比单轴驱动大。 四轮驱动过去只用于越野车，近年来随着限滑差速器技术 的发展和应用，四驱系统已经能够精确的调配扭矩在各车 轮之间分配，所以出于提高操控性的考虑，采用四轮驱动 的高性能跑车也越来越多。 四轮驱动(4WD) 2、商用车的布置形式 1）、客车的布置形式 引擎前置后轮驱动 引擎中置后轮驱动 引擎后置后轮驱动 （1）发动机前置后桥驱动）发动机前置后桥驱动 a、动力总成操纵机构结构简单； 特点特点b、散热器位于汽车前部，冷却效果好； c、冬季在散热器罩前部蒙以保护棉被，能改善发 动机的保温条件； d、发动机出现故障时驾驶员容易发现 。 发动机前置后 驱动的大客车，常 在货车底盘基础上 改装而成。 发动机前置后 驱动的大客车，常 在货车底盘基础上 改装而成。 a、布置座椅时会受到发动机的限制； b、地板平面离地面较高 ； 缺点缺点c、传动轴长度长； d、发动机的声、气味和热量易于传入车厢内；隔绝 发动机振动困难，影响乘坐舒适性； f、采用前开门布置会使前悬加长，同时可能使前轴超载。 （2）发动机后置后桥驱动）发动机后置后桥驱动 a、能较好地隔绝发动机的噪声、气味、热量； 特点特点b、检修发动机方便；轴荷分配合理； c、能改善车厢后部的乘坐舒适性； d、当发动机横置时，车厢面积利用较好，并有布置 座椅受发动机影响较少； f、行李箱大（旅游客车）、地板高度低 （城市客车） g、传动轴长度短。 a、发动机的冷却条件不好，必须采用冷却效果强的散热器； 缺点缺点b、动力总成操纵机构复杂； c、驾驶员不容易发现发动机故障。 发动机后置后 桥驱动大客车优点 明显。目前，这种 布置形式的大客车 得到广泛应用。 （3）发动机中置后桥驱动）发动机中置后桥驱动 a、轴荷分配合理； 特点特点b、传动轴的长度短； c、车厢内面积利用最好，并且座椅布置不会受 发动机的限制； d、乘客车门能布置在前轴之前等。 应用 于旅游大 客车 a、发动机必须用水平对置式的，且布置在地板下部， 给检修发动机带来困难； b、驾驶员不容易发现发动机故障； 缺点缺点c、发动机在热带的冷却条件和寒带的保温条件均 不好； d、发动机的噪声、气味、热量和振动均能传入车厢； f、动力总成操纵机构复杂； e、受发动机影响，地板平面距地面较高； 长头式 短头式 平头式 偏置式 引擎前置后轮驱动 引擎中置后轮驱动 引擎后置后轮驱动 2）、货车的布置形式 （1）长头式）长头式 a、发动机位于驾驶室前部 ； 特点特点b、发动机及其附件的接近性好 ； c、有利于发动机散热 ，操纵机构布置简单。 a、汽车面积利用率低； 缺点缺点b、视野差 ； c、机动性差。 应用应用：使用条件差的货车、越野车：使用条件差的货车、越野车 （2）短头式）短头式 a、发动机有少部分位于驾驶室内 ； 特点特点b、汽车面积利用率及视野有所改善； c、有利于发动机散热 ，操纵机构布置简单； a、汽车面积利用率低； 缺点缺点b、视野差 ； c、机动性差； d、驾驶室内部相对拥挤。 应用：应用：中重型货车、越野车中重型货车、越野车 （3）平头式）平头式 a、驾驶室位于发动机之上 ； 特点特点b、汽车面积利用率高、视野好； c、最小转弯半径小； a、前轴负荷大，因而汽车通过性能变坏 ； 缺点缺点b、驾驶室有翻转机构和锁住机构，机构复杂； c、进、出驾驶室不如长头式货车方便 ； d、驾驶室内受热及振动均比较大； f、正面碰撞时，特别是微型、轻型平头货 车，使驾驶员和前排乘员受到严重 伤害的可能性增加。 应用应用：各种级别的货车：各种级别的货车 （4）偏置式）偏置式 a、驾驶室位于发动机之旁 ； 特点特点b、具有具有平头式货车的一些优点； （轴距短、视野好） c、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） 应用应用：主要用于重型矿用自卸车：主要用于重型矿用自卸车 （1）、非贯通式布置 3）、越野车的布置形式 （2）、贯通式布置 （3）、传动机构侧边布置 （4）、等轴距，不等轴距布置 （5）、一二桥转向，一四（三）桥转向布置 第三节 汽车主要尺寸和参数的选择 ?汽车主要尺寸的确定 ?汽车质量参数的确定 ?汽车性能参数的确定 一、汽车主要尺寸的确定 ?外廓尺寸参数 ?各级汽车的尺寸标准 ?具体尺寸的确定 1、外形尺寸参数1、外形尺寸参数 汽车设计中由设计师去拟定的外形尺寸包括：长、宽、 高、轴距、轮距、前后悬长和离地距等。 汽车尺寸所要考虑的因素主要是机械布局和使用要求， 其中机械布局视厂家各自的设计方案有所差异。 GB 15891989汽车外廓尺寸限界规定如下： 货车、整体式客车总长不应超过12m， 单铰接式客车不超过18m， 半挂汽车列车不超过165m， 全挂汽车列车不超过20m； 不包括后视镜，汽车宽不超过25m； 空载、顶窗关闭状态下，汽车高不超过4m； 后视镜等单侧外伸量不得超过最大宽度处250mm； 顶窗、换气装置开启时不得超出车高300mm。 各级汽车的外廓尺寸标准各级汽车的外廓尺寸标准 单位：米长度宽度高度轴距典型代表 欧洲、亚洲轿车：欧洲、亚洲轿车： 小型两厢轿车 3.6-41.5-1.71.3-1.52.2-2.5夏利 小型三厢轿车 4.1-4.41.3-1.52.3-2.6 丰田 COROLLA 中型轿车4.3-4.71.7-1.81.3-1.52.6-2.8捷达 中大型轿车4.6-4.91.7-1.91.3-1.62.7-2.9日产CEFIRO 大型轿车4.8-5.21.8-21.4-1.62.8-3.2 奔驰S- CLASS 其他车种：其他车种： 中型越野车4.5-4.91.7-21.7-2.02.5-2.8三菱PAJERO 中型MPV4.4-4.81.7-1.91.5-1.92.7-3丰田PREVIA 中型皮卡（pickup）4.7-51.6-1.81.4-1.62.7-2.9丰田HILUX 特殊规格：特殊规格： 日本轻自动车（K- CAR） 3.71.5不限不限奥拓 美国标准大型房车5.2-5.51.8-2.11.3-1.52.8-3.3 林肯 TOWNCAR 美国标准多用途车 （SUV） 5-5.51.8-2.21.8-2.22.8-3.2别克GL8 一级方程式赛车4.2-4.460 20004000 3200420060 总质量 ma/t 矿用自卸车 1840200045005600重型 1700200036005500中型 1300165023003600轻型 1150135017002900微型 42货车 1560162029003900高级 1400158028503400中、高级 1300150025002860中级 1150150021002540普通级 1100138020002200微型车 轿车 轮距B/mm轴距L/mm类别车型 各类汽车的轴距和轮距各类汽车的轴距和轮距 3、轮距B （前轮距B1后轮距B2） 汽车总宽 影响影响总质量 最小转弯直径 侧倾刚度 确定总原则确定总原则：受汽车总宽不得超过2.5m限制，轮距不宜过大。 前轮距前轮距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。 4、前悬、前悬LF和后悬和后悬LR 1）整车协调性 2）轴荷分配的要求 3）安装要求 4）通过性要求 5）撞车安全性 前悬前悬LF：长头货车一般在11001300mm范围内。 后悬后悬LR：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。 确 定 原 则 确 定 原 则 ： 例一 前置引擎前轮 驱动的轿车，因为 要腾出空间安放引 擎，前轴要向后 移，形成很长的前 悬。国产富康、夏 利、桑塔纳都属于 这种类型。 例二 图中的A、B角分 别称为接近角和离去 角，是衡量汽车通过性 的重要指标。角度越 大，车身能安全通过的 坡度越大。其中接近角 尤为重要，因此越野车 的前悬都很短。 例三 悬长对汽车的 动态表现也会有影 响，跑车的设计前 后悬取值主要是出 于对前后重量平衡 和动态重心转移的 考虑 前悬长度的实例 最小离地间隙即车体最低点与地面的距离。后驱车的 离地最低点一般在后轴中央，前驱车一般在前轴，也 有些轿车的离地距最低点在前防撞杆下缘（气流动力 学部件）。 离地间隙必须确保汽车在行走崎岖道路、上下坡时的 通过性，即保证不刮底。但离地间隙高也意味着重 心高，影响操控性，一般轿车的最小离地间隙为 130mm-200mm，附合正常道路状况的使用要求。越野车 最小离地间隙普遍大于200mm。赛车由于安装了扰流车 身部件，并且要降低重心，最小离地间隙可以低至 50mm。 5、最小离地间隙 6、货车车头长度 定义定义：指从汽车的前保险杠到驾驶室后围的距离。 汽车外观效果 影响影响驾驶室居住性 发动机的接近性等 范围范围：长头型货车车头长度尺寸一般在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 之间； 平头型货车一般在14001500mm之间。之间。 7、货车车箱长度 ?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，