现代汽车构造 汽车设计-绪论0403 学习课件

汽车设计

绪论徐家川E-mail:xujc@Tel要内容汽车工业的现状汽车设计的特点和要求汽车设计技术的发展汽车设计过程未来汽车的发展对汽车设计技术的要求1.自主创新活动虽然加速发展，但仍然面临诸多挑战

我国汽车产业自主创新出现了3方面的变化。

a.工艺创新向产品创新转变。

b.整车创新向关键核心技术创新转变。

c.企业单独创新向产业联盟形式的创新转变。

我国汽车产业自主创新的不足主要表现如下。

a.我国汽车产业自主创新的机制仍然存在缺陷。

b.我国汽车产业的创新文化氛围还不理想。

如何发掘产、学、研合作资源并很好地加以利用是我国当前汽车产业自主创新所面临的挑战之一。

我国汽车工业现状2.零部件创新能力弱，依然是汽车产业发展的薄弱环节

汽车产业的创新能力在很大程度上取决于核心琴部件企业的创新能力。而汽车整车与零部件企业在研发环节上的专业化分工，零部件企业相对于整车企业的同步研发甚至是超前研发是国外汽车产业技术创新的重要特征。

而我国，由于产业政策更多关注整车企业加之零部件企业发展滞后。导致零部件发展滞后于整车成为我国汽车产业发展的薄弱环节。

随着国内汽车市场的开放。外资企业由合作型转变为控制型使得我国整车企业不得不把跨国零部件企业作为他们提高产品技术水平的主要依靠力量。3.产品结构逆向发展，新能源汽车急待明确方向

我国汽车产品结构出现了逆方向发展的趋势，最典型的是节油减排效果明显的小排量汽车市场占有率大幅萎缩；而油耗和排放都很大的SUV却成为乘用车市场增长最快的车型，说明在引导机制上还存在问题。

新能源汽车研发进步很快但由于缺少清晰的政策导向和明确的优惠措施使得一方面汽车企业承担了高风险另一方面在一定程度上造成了资源浪费。有待制定统一的标准及鼓励消费的政策。对我国汽车产业发展未来走势的判断

1.产业规模将居世界首位

未来5--10年将是我国汽车产业进入自主创新加快发展的重要机遇期。抓住这一机遇我国汽车产业的发展模式就能由一市场拉动型向“创新推动型”转变：我国汽车产业的国际竞争力就能得到大幅提高。由汽车大国向汽车强国转变的战略目标就能实现。2.参与全球化的程度将不断加深

汽车工业是当今世界上全球化程度以及其他产业关联度最高的产业之一，汽车工业链的培育和发展对汽车工业的发展起着非常关键的作用。

最大限度地通过资源和生产要素配置全球化降低成本，贴近市场将是汽车企业保持活力和国际竞争力的关键。

未来几年，我国汽车产业“走出去”的态势将更加明显，参与全球化的程度也将不断加深。我国汽车产业将在开放中逐步加入全球分工体系，通过发挥比较优势而提高国际竞争力。3.大型企业兼并重组的进程将加快

企业间的兼并重组是一种必然。我国汽车企业间的并购重组是汽车产业结构调整的主要表现。也是其发展的必由之路。

相对于小企业大企业间的并购重组对整个产业结构的影响更为重要。

并购重组将会表现为3种形式：一是集团内部的整合兼并；二是集团之间的战略整合；三是民营企业通过购买国有企业股份而进入竞争者行列。4.新能源汽车将加速追赶世界先进水平

根据我国实际情况新能源汽车技术路线基本明确分为主要路线和辅助路线。

主要路线：加速轿车柴油化一混合动力、纯电动(电池)燃料电池汽车。

辅助路线：天然气，液化石油气汽车，煤化工燃料汽车一生物燃料汽车。

未来5-10年，新能源汽车将是我国汽车产业进行自主创新相对集中的领域。在国家相关政策的支持下，我国新能源汽车将追赶世界先进水平。研发和制造能力1、中国汽车工业研发（R&D）能力和技术水平

中国汽车工业的商用汽车开发能力具有一定的水平和经验，与世界先进水平有5-10年的差距。在产品系列化基础上，中国汽车工业企业已经可以做到每年都推出大量的新产品。中国汽车工业企业已经能够进行某些轿车车身的开发设计，但尚不具有成熟的、较高水平的整体轿车开发能力。中国主要轿车生产企业在新产品开发中主要承担的是把跨国公司的车型本土化的工作，对某些产品具有了一定的升级改进能力，并且参加了某些联合设计。由于没有完整的轿车自主开发能力，中国的主要轿车产品没有自己的知识产权。在汽车零部件的技术开发方面，中国汽车工业企业在某些中低附加值产品方面具有相当的开发能力；在汽车关键零部件的技术开发方面具有一定能力，但是与国际先进水平差距甚大。许多关键零部件仅仅是外国产品的仿制。在决定21世纪国际汽车工业竞争的核心技术—燃料电池汽车的研制方面，从政府支持的研究开发角度看，中国汽车工业几乎与发达国家汽车工业处于同一水平上。如果能够把握好产业化层面的竞争路径，中国汽车工业可能在发动机研制方面实现跨越。2、中国汽车工业企业的制造能力

由于中国汽车工业企业与国际大汽车公司进行了全面的合资，在主要汽车生产厂，主要生产制造环节的工艺装备水平有了较大提高。相当多的合资企业生产线装备是按照跨国公司生产标准引进的。由于合资企业要按照跨国公司要求组织生产，进入跨国公司的全球管理和质量监控体系，因此中国汽车企业在保证产品水平、质量的关键设备、工艺、管理制度等方面正在逐步与国际接轨。中国汽车工业企业零部件配套能力有了较大提高。在中低附加值汽车零部件制造方面由于民营企业进入较多，对市场反应能力也在迅速增强。从生产规模上来说，中国汽车生产企业逐步逼近国际汽车工业企业的最低经济规模。但是劳动生产率仍然较低。较低的生产率，在很多领域抵消了中国汽车工业低廉劳动力的优势。3、中国汽车工业的产品研发能力中国汽车工业在被确定为支柱产业之后的18年里，几大巨型国家重点企业竟然没有生产出一辆自主品牌的轿车。在总量中自主品牌的比重、专有技术和自主知识产权的比重严重偏低，我国汽车工业仍未走出“引进－落后－再引进－再落后；开发能力不足－依赖－更不足－更依赖”的双重怪圈。现在的汽车合资企业虽然股份方面我们占多数，但是核心技术掌握在外国人手里。在合资企业中，合资形式给中国汽车工业带来的绝大部分是外方产品的生产许可权，即根据外方提供的成型设计进行组装，中方企业很难对引进的产品进行任何修改和创新。在中国企业与外方合资过程中，原企业的研发力量被解散的情况曾经发生并仍在发生着。一批有志气、有作为的科技人员纷纷从一般人认为待遇不错的合资企业出走，寻找能使他们发挥才智的另一方天地。仅1993年至2000年间，一汽集团就流失人才370名。合资后的二汽，因企业要解散技术中心导致近20位研发工程师集体出走。2001年7月，十几位二汽技术中心的研发工程师在奇瑞汽车公司的支持下成立了佳景科技有限公司。吉利集团的一位地区公司总经理就来自于一汽，曾任一汽大宇总经理和一汽技术中心副主任。成了“中国汽车人才培养基地”的二汽，自身的研发体系几近崩溃。合资中方在引进生产权的盈利模式下逐渐丧失了自主开发的动机、信心和能力。中国汽车工业自主研发的时机已接近成熟（1）我们已经初步具备了支撑自主研发的市场容量。（2）从资金角度看，企业融资渠道也实现了多元化，好项目融资难渐成历史。较高的利润积累，也让汽车企业家底渐渐殷实，资金问题已不再是制约自主开发的瓶颈。（3）自主研发的技术环境有了改善。为最大限度地降低成本，在目前的汽车工业全球化分工体系中，整车制造公司大都将零部件公司从母体中分离，加上众多的独立汽车设计公司、专业化技术公司，为国内企业寻求“外脑”提供了条件。（4）合资公司为实现本地化生产所做的努力，也大大提升了我国汽车零部件工业的水平。（5）国内汽车企业在合资合作过程中，也逐渐意识到“话语权”的重要性，而要拥有话语权，没有一定的自主研发能力，简直就是纸上谈兵。汽车设计的特点和要求（1）零件标准化、部件通用化和产品系列化：由于汽车出产量大，品种及型号多，设计中实行零件标准化、部件通用化和产品系列化，可简化生产，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。（2）考虑使用条件的复杂多变：为了使所设计的汽车产品；具有竞争力，设计中就要充分考虑。其对复杂多变的使用条件出适应性。特别应注意热带、寒带等不同的气候条件和高原、山区、丘陵、沼泽、沿海等不同的地理条件，以及燃料供应，维修能力等不同的使用条件对汽车结构、性能、材料、附件等的特殊要求。（3）重视汽车使用中的安全、可靠、经济与环保：汽车良好的使用性能是设计者要追求的目标，不同的汽车使用性能也是不同的；而且在某些性能之间有时是相互矛盾的。因此；要在给定的使用条件下协调各使用性能的要求，优选各使用性能指标，使汽车在该使用条件下的综合使用性能达到最优。特别要重视使用中的安全、可靠、经济与环保。（4）车身设计既重视工程要求，更注重外观型：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，是人们评价汽车的最直接方面，也是轿车的重要市场竞争因素，是汽车设计非常重要的内容。车身造型既是工程设计，又是美工设计。从工程设计来看，它既要满足结构的强度要求、整车布置的匹配要求和冲压分块的工艺要求，又要适应车身的空气动力学的要求而具有最小的，空气阻力系数。从美工设计来看，它应当适应时代的特点和人们的爱好，要像对待工艺品那样进行美工设计，给人以高度美感，起到美化环境的作用。（5）设计要在有关标准和法规的指导下进行：中国汽车工业标准包括与国际基本通用的汽车标准和为宏观控制汽车产品性能和质量的标准，它包括国家标准、行业标准和企业标准。汽车标准分为强制性标准和推荐性标准。强制性标准主要有：整车尺寸限制标准、汽车安全性标准、油耗限制标准、汽车排放物限制标准及噪声标准。为使我国汽车产品进入世界市场设计时也应考虑到国际标准化组织汽车专业委员会(ISO/TC22)制订的标准和美国标准协会标准(ANSI)、美国汽车工程师学会(SAE)、日本工业标准(JIS)、日本汽车标准组织(JASO)标准、日本汽车车身工业协会标准(JABIA)、日本汽车轮胎标(JATMA)、日本汽车用品工业协会标(JARP)、日本蓄电池工业协会标准(SBA)以及欧洲经济委员会(ECE)、欧洲经济共同体(EEC)所制订的汽车法规。特别对于出口到落后国家，其标准并不低。（6）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：

汽车是由人来驾驶和乘坐的，因此其设计必须考虑这种人车关系，即操纵要方便、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。汽车设计技术的发展汽车设计技术的发展分为四个阶段：

1经验设计阶段

2以科学实验，技术分析为基础的设计阶段

3计算机辅助设计阶段

4CAD/CAE/CAM一体化的现代汽车设计阶段：1经验设计阶段：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。2以科学实验，技术分析为基础的设计阶段：随着测试技术的发展与完善，在汽车设计过程中引进新的测试技术，和各种专用的试验设备，进行科学实验，从各方面对产品的结构、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，这样就使汽车设计发展到以科学实验和技术分析为基础的阶段。3计算机辅助设计阶段计算机辅助设计阶段出现在70年代以后。初级阶段：电子计算机主要是协助技术人员进行工程计算和技术分析。

半自动和全自动设计

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半自动化设计(CAD)：将资料和数据输入计算机，计算机给出数据或外形，通过人—机对话，达到设计要求。

全自动设计(CD):计算机自动给出最优结果。CAD/CAE/CAM一体化的现代汽车设计阶段：现代汽车设计，除传统的方法和计算机辅助设计方法外，还引进了最优化设计、可靠性设计、有限元分析、计算机模拟计算或仿真分析、模态分析等现代设计方法与分析手段，甚至还引进了雷达防撞、卫星导航、智能化电子仪表及显示系统等新技术。在产品开发的整个过程中，产品的先天质量、决定于设计，产品在包括原材料、锻造、使用、维修等各方面的花费，即广义成本的70%是由设计阶段决定的。因此设计方案的修改尽可能地在产品开发的前期进行，使产品设计一次成功，避免在产品开发后期因改变设计而造成的巨大浪费。汽车虚拟环境系统：过去工程师设计一辆汽车，需要在制图板上画上成千上万张设计图，再经锻造工程师制造出车壳，然后配上发动机，最后还需检验整车的各项性能。自汽车虚拟环境系统出现以后，这一过程已被大大简化。虚拟现实技术可为设计人员提供一种新的手段来理解和解决品牌造型开发方向、结构限制以及工程制造等方面的问题，进而可降低对制作粘土模型的需求。越来越多地采用数学模型来实现验证模拟设计，并确认汽车空气动力学、耐冲撞性能、燃烧效率、可成型性以及可制造性，进而可缩短汽车开发时间。采用基于数学原理的计算机工具，无需制作物理原型就能组装、观察和模拟汽车的性能及其相关制造工艺，进而缩短汽车开发时间。许多人希望拥有与众不同富有个性的汽车款式，这对汽车设计提出更高的要求。以前汽车的型式有限，所以可供选择的样式太少。而现在可以生产各式汽车，将汽车零件互相搭配，并配以汽车虚拟环境系统，根据不同客户的要求，很轻松地进行改装。只需戴上特制的头盔和手套，就能在3米高的显示屏上，设计出符合客户要求的理想车型。汽车设计过程所做工作包括：(1)绘制汽车总布置图；(2)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；(3)绘制转向车轮跳动等有关部分的运动图；(4)确定有关总成和部件支承的型式、结构参数与特性等；(5)确定各总成的质心位置，核算汽车空载和满载时韵轴荷分配及整车质心高度；(6)制作模型进行布置空间的校核，通常制作1：1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；(7)汽车总成、部件及零件的选型与设计；(8)设计图纸的工艺审查及必要的修改；(9)绘制汽车总装配图；(10)试制、试验、修改与定型。未来汽车发展对汽车设计的要求：

1、外部设计：安全第一

为适应时代潮流，今天的汽车设计越来越体现个性化，追求一种能让家人分享的乐趣和情感。社会学研究和文化研究显示，人们希望汽车能够体现他们自身，即这种汽车能适应周末、假日的需要、这就要求设计师将汽车用于工作同用于周末、假日结合起来。

同时，安全性是设计车型时首先要考虑的因素。出于安全考虑，必须抬高汽车的防护罩，在防护罩和坚硬部件之间留出空隙。因此，越来越多的汽车呈现车身一体化的设计。大货车在路上掉头，一轿车钻车底，如有护栏，可避免。

最后，汽车制造者们似乎重新趋向于生产设计比较紧凑的汽车，即倾向于优先考虑汽车外部尺寸与内部空间的关系。

2、内部结构：空间变大

经过了增加操纵程序的时代之后，汽车进入了“简化”时期。这不仅意味着要重新考虑操纵装置的设计和人体工程学，而且意味着应改变“人机关系”。为了改善舒适性以及车内的生活质量，仪表盘与车内环境将被“减负”，调节和净化空气的技术也会有新发展，个性化则可以通过新型材料和颜色的使用来表现。

出于增加内部空间的需要，要求设计者减少汽车的悬臂，但出于安全性的考虑，设计者又必须增加悬臂，于是产生了求助于技术的想法。根据这种前景，电控汽车技术将会普及开来。去掉操纵装置和其它构件(发动机、方向盘、刹车等)之间的所有机械连接，就能使人们自由地安装各种部件，节省内部空间，减轻汽车重量，降低车上人员胸部受伤的风险。面对如此大的挑战，惟一需要克服的是心理障碍。设计思路是否可以考虑：采用没有踏板结构、没有转向管柱（方向盘柱）的汽车，或者考虑让坐在后排的孩子来控制方向。

3、仪表盘：日益智能化

人们将可以在汽车上接通互联网，收发电子邮件。为了简化操纵，汽车上将安装语音识别系统。同时汽车还将配备遥控维护系统、驾驶员监视辅助装置、智能速度调节器、障碍探测雷达、夜视镜、视频屏幕和安装在后座上的电子游戏机。自动点火装置、雨水传感装置和倒车雷达将成为汽车上的寻常之物。4、发动机：技术更先进汽车制造商在发动机方面可能还得处理一些难题。汽车重量的增加使制造商不得不提高发动机的功率以保证相关性能。然而，发动机功率的提高也导致能源消耗增加。虽然制造商在致力于根本性的研究，但通向“零排放”的道路依然布满难题。

汽车将继续使用传统的碳氢燃料。新的电子操纵系统的推广、可变进气阀的安装、汽油的直接喷射和柴油的微粒过滤器都可以使汽车技术出现明显的进步。但是，电动汽车、混合动力汽车和氢汽车的普及将加快。5、自