项目四汽车设计与试验生产

1、普通高等教育“十二五”规划教材汽车专业 主编 吉文哲 朱敬超汽车文化汽车文化兴趣是最好的老师兴趣是最好的老师知识有限创意无限知识有限创意无限欢迎大家学习欢迎大家学习汽车文化汽车文化项目四项目四 汽车设计与试验生产汽车设计与试验生产任务任务1 1 汽车的设计方法汽车的设计方法任务任务2 2 汽车试验汽车试验 任务任务3 3 汽车生产汽车生产任务任务1 1 汽车的设计方法汽车的设计方法 一、汽车的设计过程一、汽车的设计过程 （一）制订产品开发计划（一）制订产品开发计划 在汽车产品开始技术设计之前，必须制订在汽车产品开始技术设计之前，必须制订产品开发规划。产品开发规划。最后是制订出设计任务书。最后是

2、制订出设计任务书。再次是拟订汽车的初步方案。再次是拟订汽车的初步方案。首先，必须确定具体的车型。首先，必须确定具体的车型。其次是进行可行性分析。其次是进行可行性分析。 （二）初步设计（二）初步设计 汽车初步设计的主要任务是构造汽车的形状汽车初步设计的主要任务是构造汽车的形状设计，主要包括如下内容：设计，主要包括如下内容： 1. 1.汽车总布置设计汽车总布置设计 2. 2.效果图效果图 3. 3.制作缩小比例模型制作缩小比例模型 4. 4.召开选型讨论会召开选型讨论会 （三）技术设计（三）技术设计 技术设计包括确定汽车造型和确定汽车结构技术设计包括确定汽车造型和确定汽车结构两个方面。两个方面。（

3、1）绘制胶带图。（2 2）绘制）绘制1 1：1 1整车外形效果图。整车外形效果图。（3 3）制作）制作1 1：1 1外部模型。外部模型。（4 4）制作）制作1 1：1 1内部模型。内部模型。（5 5）造型的审批。）造型的审批。1.1.确定汽车造型确定汽车造型 2. 2.确定汽车结构确定汽车结构 汽车造型审定后，就可以着手进行汽车结构汽车造型审定后，就可以着手进行汽车结构设计。设计。 汽车的结构设计，是确定汽车整车、部汽车的结构设计，是确定汽车整车、部件件(总成总成)和零件的结构。和零件的结构。 二、汽车设计理论和设计技术二、汽车设计理论和设计技术 （一）汽车设计理论（一）汽车设计理论 1. 1

4、.汽车设计内容汽车设计内容 汽车设计的内容包括整车总体设计、总成设汽车设计的内容包括整车总体设计、总成设计和零件设计。计和零件设计。 整车总体设计又称为汽车的总布置设计，其任整车总体设计又称为汽车的总布置设计，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。指标分解为有关总成的参数和功能。 2. 2.汽车设计的特点和要求汽车设计的特点和要求 （1 1）由于汽车出产量大，品种及型号多，设）由于汽车出产量大，品种及型号多，设计中实行零件

5、标准化、部件通用化和产品系列化，计中实行零件标准化、部件通用化和产品系列化，可以提高工效，保证产品质量，降低生产成本，减可以提高工效，保证产品质量，降低生产成本，减少配件品种，方便维修。少配件品种，方便维修。 (2) (2)考虑使用条件的复杂多变。考虑使用条件的复杂多变。 (3) (3)重视汽车使用中的安全、可靠、经济与重视汽车使用中的安全、可靠、经济与 环保。环保。 (4) (4)车身设计既重视工程要求，又注重外观车身设计既重视工程要求，又注重外观造型。造型。 (5) (5)在保证可靠性的前提下尽量减小汽车的自身在保证可靠性的前提下尽量减小汽车的自身质量。质量。 (6) (6)设计要在有关标

6、准和法规的指导下进行。设计要在有关标准和法规的指导下进行。 (7) (7)汽车设计是考虑人机工程、交通工程、制造汽车设计是考虑人机工程、交通工程、制造工程、运营工程、管理工程的系统工程。工程、运营工程、管理工程的系统工程。 （二）汽车设计技术（二）汽车设计技术 汽车设计理论是指导汽车设计实践的；而汽汽车设计理论是指导汽车设计实践的；而汽车设计实践经验的长期积累和汽车生产技术的发车设计实践经验的长期积累和汽车生产技术的发展与进步，又使汽车设计理论得到不断的发展与展与进步，又使汽车设计理论得到不断的发展与提高。提高。 汽车设计技术是汽车产品设计的方法和手段汽车设计技术是汽车产品设计的方法和手段，是

7、汽车设计实践的软件与硬件。，是汽车设计实践的软件与硬件。 三、现代汽车设计方法三、现代汽车设计方法 现代设计方法是随着当代科学技术的飞速发现代设计方法是随着当代科学技术的飞速发展和计算机技术的广泛应用而在设计领域发展起展和计算机技术的广泛应用而在设计领域发展起来的一门新兴的多元交叉学科。来的一门新兴的多元交叉学科。 它是以满足市场产品的质量、性能、时间、它是以满足市场产品的质量、性能、时间、成本、价格综合效益最优为目的成本、价格综合效益最优为目的, ,以计算机辅助设以计算机辅助设计技术为主体计技术为主体, ,以知识为依托以知识为依托, ,以多种科学方法及以多种科学方法及技术为手段技术为手段,

8、,研究、改进、创造产品和工艺等活动研究、改进、创造产品和工艺等活动过程所用到的技术和知识群体的总称。过程所用到的技术和知识群体的总称。 现代汽车设计方法有并行设计、虚拟设计、绿色现代汽车设计方法有并行设计、虚拟设计、绿色设计、可靠性设计、智能优化设计、计算机辅助设计、设计、可靠性设计、智能优化设计、计算机辅助设计、动态设计、模块化设计、计算机仿真设计、人机学设动态设计、模块化设计、计算机仿真设计、人机学设计、摩擦学设计、反求设计、疲劳设计等。计、摩擦学设计、反求设计、疲劳设计等。（五）反求设计（五）反求设计（一）有限元分析（一）有限元分析（二）优化设计（二）优化设计（三）系统工程方法（三）系统

9、工程方法（四）可靠性设计（四）可靠性设计（十）疲劳设计（十）疲劳设计（六）人机工程（六）人机工程（七）计算机辅助设计（七）计算机辅助设计（八）绿色设计（八）绿色设计（九）虚拟设计（九）虚拟设计任务任务2 2 汽车试验汽车试验 一、汽车整体性试验 （一）动力性能试验 汽车动力性能试验的基本内容：汽车动力性评价指标有最高车速、加速时间、最大爬坡度等，与之对应的试验内容有最高车速的测试、汽车起步连续换挡加速时间与超车加速时间的测试和汽车最大爬坡度的测试。另外，按照我国标准，动力性评价试验均在满载情况下进行。（1 1）汽车的最高车速。）汽车的最高车速。（2 2）加速时间。）加速时间。（3 3）最大爬坡

10、度。）最大爬坡度。 如图如图4-14-1所示为重庆力帆所示为重庆力帆520520轿车进行性能试轿车进行性能试验测试的情形，安装在发动机舱盖和前保险杠上验测试的情形，安装在发动机舱盖和前保险杠上的设备即为非接触式汽车性能试验仪。的设备即为非接触式汽车性能试验仪。图图4-1 重庆力帆重庆力帆520轿车正在进行性能测试轿车正在进行性能测试 如图如图4-24-2和图和图4-34-3所示为奥迪轿车进行雪地爬所示为奥迪轿车进行雪地爬坡试验的情形。坡试验的情形。图4-2 奥迪轿车雪地爬坡试验（）图4-3 奥迪汽车雪地爬坡试验（） （二）燃料经济性试验（二）燃料经济性试验 燃料经济性试验通常包括道路试验或汽车

11、测功燃料经济性试验通常包括道路试验或汽车测功器试验亦称转鼓试验，后者能控制大部分的使用因器试验亦称转鼓试验，后者能控制大部分的使用因素，重复性好，能模拟实际行驶的复杂情况，能采素，重复性好，能模拟实际行驶的复杂情况，能采用各种测量油耗的方法，还能同时测量废气排放。用各种测量油耗的方法，还能同时测量废气排放。如图如图4-44-4所示为汽车转鼓试验台。所示为汽车转鼓试验台。图4-4汽车转鼓试验台 如图如图4-54-5所示为汽车转鼓试验台的构成示意图。所示为汽车转鼓试验台的构成示意图。采用转鼓模拟道路路面，飞轮模拟汽车当量惯性，采用转鼓模拟道路路面，飞轮模拟汽车当量惯性，增速箱使飞轮和加载装置不至于

12、过大，加载装置模增速箱使飞轮和加载装置不至于过大，加载装置模拟汽车行驶阻力，轮胎冷却鼓风机防止轮胎过热，拟汽车行驶阻力，轮胎冷却鼓风机防止轮胎过热，发动机冷却鼓风机用来冷却发动机，测量系统测量发动机冷却鼓风机用来冷却发动机，测量系统测量汽车驱动力、垂直力、车速、燃油经济性以及排放汽车驱动力、垂直力、车速、燃油经济性以及排放等参数，而控制系统用于对试验工况进行控制。等参数，而控制系统用于对试验工况进行控制。图4-5 汽车转鼓试验台 （三）制动性能试验（三）制动性能试验 汽车制动性能的优劣直接关系到汽车行驶汽车制动性能的优劣直接关系到汽车行驶的安全性，用制动效能和制动效能的稳定性进的安全性，用制动

13、效能和制动效能的稳定性进行评价。行评价。 汽车制动性能试验既可以在试验道路上进汽车制动性能试验既可以在试验道路上进行，如图行，如图4-64-6所示，也可以采用台架法在室内所示，也可以采用台架法在室内的汽车试验台上进行。的汽车试验台上进行。图4-6 汽车制动性能试验 （四）操纵稳定性试验（四）操纵稳定性试验 测试操纵稳定性的试验类型较多，如用转测试操纵稳定性的试验类型较多，如用转弯制动试验评价汽车在弯道行驶制动时的行驶弯制动试验评价汽车在弯道行驶制动时的行驶方向稳定性。方向稳定性。 用转向轻便性试验评价汽车的转向力是否用转向轻便性试验评价汽车的转向力是否适度。适度。 用蛇形行驶试验来评价汽车转向

14、时的随从用蛇形行驶试验来评价汽车转向时的随从性、收敛性、转向力大小、侧倾程度和避免事性、收敛性、转向力大小、侧倾程度和避免事故的能力。故的能力。 用侧向风敏感性试验来考察汽车在侧向风用侧向风敏感性试验来考察汽车在侧向风情况下直线行驶状态的保持性。情况下直线行驶状态的保持性。 用抗侧翻试验考察汽车在为避免交通事故而用抗侧翻试验考察汽车在为避免交通事故而急打方向盘时汽车是否有侧翻危险。急打方向盘时汽车是否有侧翻危险。 用路面不平度敏感性试验来检查汽车高速行用路面不平度敏感性试验来检查汽车高速行驶时承受路面干扰而保持直线行驶的能力。驶时承受路面干扰而保持直线行驶的能力。 用汽车稳态回转试验确定汽车稳

15、态转向特用汽车稳态回转试验确定汽车稳态转向特 性等。性等。 如图如图4-74-7所示为汽车进行侧倾试验的情形。所示为汽车进行侧倾试验的情形。图4-7 侧倾试验 （五）平顺性试验（五）平顺性试验 汽车平顺性试验一般分为评价性和改进性汽车平顺性试验一般分为评价性和改进性试验。试验。 平顺性试验可以在试验道路上进行，也可平顺性试验可以在试验道路上进行，也可以采用台架法在室内的汽车平顺性试验台上进以采用台架法在室内的汽车平顺性试验台上进行，如图行，如图4-84-8所示。所示。图4-8 汽车平顺性试验台 （六）通过性试验（六）通过性试验 通过性是指车辆通过一定路况的能力。通过通过性是指车辆通过一定路况的

16、能力。通过能力强的车子，可以轻松翻越坡度较大的坡道，能力强的车子，可以轻松翻越坡度较大的坡道，可以放心地驶入一定深度的河流，也可以高速地可以放心地驶入一定深度的河流，也可以高速地行驶在崎岖不平的山路上，在城市中也不用为停行驶在崎岖不平的山路上，在城市中也不用为停车或上下马路而担心。车或上下马路而担心。 通常，通过性与接近角、离去角及最小离地通常，通过性与接近角、离去角及最小离地间隙等因素有关。如图间隙等因素有关。如图4-94-9和图和图4-104-10所示为我国所示为我国枭龙军用越野车进行通过性试验（跨越凸岭）的枭龙军用越野车进行通过性试验（跨越凸岭）的情形。情形。图4-9 我国枭龙军用越野车

17、进行通过性试验（跨越凸岭，右后）图4-10 我国枭龙军用越野车进行通过性试验（跨越凸岭，左前） （七）安全性试验（七）安全性试验 安全性试验项目有很多，而且耗资巨大，特安全性试验项目有很多，而且耗资巨大，特别是碰撞安全试验，除正面撞车试验以外，近来别是碰撞安全试验，除正面撞车试验以外，近来还增加侧面装车试验。还增加侧面装车试验。 安全性试验可以进行实车装车试验，也可以安全性试验可以进行实车装车试验，也可以进行模拟试验。进行模拟试验。 实车碰撞试验需要用假人进行承受碰撞、数据实车碰撞试验需要用假人进行承受碰撞、数据采集工作。采集工作。 碰撞试验假人又称为拟人试验装置，是用于评碰撞试验假人又称为拟

18、人试验装置，是用于评价碰撞安全性的标准人体模型。价碰撞安全性的标准人体模型。 在碰撞试验假人身上装备有各种传感器，如在碰撞试验假人身上装备有各种传感器，如图图4-114-11所示，可以衡量人体各部位的加速度、负所示，可以衡量人体各部位的加速度、负荷及挤压变形量等。荷及挤压变形量等。图4-11 在假人身上装备有各种传感器 目前，随着碰撞试验的发展，已经研发出一目前，随着碰撞试验的发展，已经研发出一系列的假人，形成了碰撞试验假人家庭。甚至还系列的假人，形成了碰撞试验假人家庭。甚至还有孕妇假人可供研究在实车碰撞中对孕妇和胎儿有孕妇假人可供研究在实车碰撞中对孕妇和胎儿的伤害情况，如图的伤害情况，如图4

19、-124-12所示。所示。图4-12 孕妇假人 二、汽车零部件实验二、汽车零部件实验 汽车零部件种类繁多，其试验通常是测试其汽车零部件种类繁多，其试验通常是测试其性能、强度、耐久性等方面内容。性能、强度、耐久性等方面内容。 发动机是汽车中最重要的总成，其性能试验主发动机是汽车中最重要的总成，其性能试验主要有功率、怠速、空转特性、负荷特性、调速特性要有功率、怠速、空转特性、负荷特性、调速特性、启动、机械效率、多缸工作均匀性、排放和噪声、启动、机械效率、多缸工作均匀性、排放和噪声等试验。等试验。 对发动机的重要零部件（如曲杆、连杆、活对发动机的重要零部件（如曲杆、连杆、活塞等运动件和缸盖、缸体等固

20、定件）应进行强度塞等运动件和缸盖、缸体等固定件）应进行强度试验，整机和重要部件常需进行耐久性试验，重试验，整机和重要部件常需进行耐久性试验，重要部件的耐久性试验可在专门的试验台上进行，要部件的耐久性试验可在专门的试验台上进行，整机的耐久性试验则在发动机试验架台上进行，整机的耐久性试验则在发动机试验架台上进行，如图如图4-134-13所示。所示。图4-13 发动机试验台架 三、汽车试验场三、汽车试验场 （一）汽车试验场的作用（一）汽车试验场的作用 汽车试验场，亦称试车场，是重现汽车使用过汽车试验场，亦称试车场，是重现汽车使用过程中遇到的各种道路条件和使用条件，进行汽车程中遇到的各种道路条件和使用

21、条件，进行汽车整车道路试验的场所，为满足汽车的试验要求，整车道路试验的场所，为满足汽车的试验要求，汽车试验场将实际存在的各种道路经过集中、浓汽车试验场将实际存在的各种道路经过集中、浓缩、不失真地强化缩、不失真地强化, ,形成典型化的道路。形成典型化的道路。 汽车试验场的主要试验设施是集中修筑的各种汽车试验场的主要试验设施是集中修筑的各种试验道路，如高速环形跑道、高速直线跑道、可靠性试验道路，如高速环形跑道、高速直线跑道、可靠性强化试验路段、耐久性试验跑道、爬坡试验路段以及强化试验路段、耐久性试验跑道、爬坡试验路段以及特殊试验路段特殊试验路段( (如噪声试验路段、如噪声试验路段、“比利时路比利时

22、路”、搓、搓板路、随机波形路、扭曲路、越野路及涉水路等板路、随机波形路、扭曲路、越野路及涉水路等) )。 由于汽车试验在汽车开发过程中处于极为重由于汽车试验在汽车开发过程中处于极为重要的地位，许多汽车企业都投入巨额资金修建大要的地位，许多汽车企业都投入巨额资金修建大型的汽车综合试验场。型的汽车综合试验场。（二）试验场的道路设施（二）试验场的道路设施试验场的道路设施主要有以下几种：试验场的道路设施主要有以下几种：（1 1）高速环形跑道。）高速环形跑道。（7 7）涉水池。）涉水池。（3 3）可靠性、耐久性试验道路。）可靠性、耐久性试验道路。（4 4）扭曲试验路。）扭曲试验路。（5 5）坡路。）坡路

23、。（6 6）操纵性、稳定性试验设施。）操纵性、稳定性试验设施。（2 2）高速直线跑道。）高速直线跑道。 四、汽车风洞四、汽车风洞 （一）汽车风洞的组成（一）汽车风洞的组成 汽车风洞就是用来研究汽车空气动力学的一汽车风洞就是用来研究汽车空气动力学的一种大型试验设施。其实风洞不是个洞，而是一条种大型试验设施。其实风洞不是个洞，而是一条大型隧道或管道，里面有一个巨型扇叶，能产生大型隧道或管道，里面有一个巨型扇叶，能产生一股强劲气流。一股强劲气流。 气流经过一些风格栅，减少涡流产生后气流经过一些风格栅，减少涡流产生后才进入试验室。才进入试验室。 如图如图4-144-14所示为整车试验风洞的一般布置。试

24、所示为整车试验风洞的一般布置。试验汽车被固定在天平平台上，通过空气动力天平测验汽车被固定在天平平台上，通过空气动力天平测定实验风速下的定实验风速下的6 6个气动力分量（阻力、升力、侧个气动力分量（阻力、升力、侧向力、俯仰力矩、侧倾力矩和横摆力矩）。向力、俯仰力矩、侧倾力矩和横摆力矩）。 用道路试验的办法是不可能同时测得空气用道路试验的办法是不可能同时测得空气作用力的作用力的6 6个分力的。个分力的。图4-14 整车风洞示意图1阻尼网；2收缩段；3试验段；4试验汽车；5扩散段；6螺旋扩散片；7风扇叶片；8安全网；9转鼓试验台；10空气动力天平；11附面层吸缝；12天平平台；13导流器；14动力与传动装置；15建筑物 （二）汽车风洞的用途（二）汽车风洞的用途 风洞的最大作用是用来测量汽车的风阻，风风洞的最大作用是用来测量汽车的风阻，风阻的大小用风阻系数阻的