汽车总体设计教程

1、汽车总体设计 基 本 内 容 和 方 法,汽车总体设计的重要性 汽车总体设计的主要内容 汽车总体设计的基本原则 汽车总体设计中的几个辩证关系 汽车设计发展概述,概述,一、汽车总体设计的重要性,从汽车设计整个过程的角度来考虑 汽车性能的优劣不仅取决于组成汽车的各部件的性能，而且在很大程度上取决于各部件的协调和配合，取决于汽车整车设计。 整车设计水平的高下对汽车的设计质量、使用性能和产品的生命力起着决定性的影响。,一、汽车总体设计的重要性,从一般的产品设计的角度来考虑,总体设计,一、汽车总体设计的重要性,从一般的产品设计的角度来考虑 产品生命周期中超过70%的价格是由其概念设计阶段决定的。在产品完

2、整的设计过程中，产品构思、规划和设计阶段所花费的5%左右的开发费，决定了85%以上的产品开发成本。,使用,生产,全面开发,概念测试,概念设计,25,50,75,100,开发阶段,二、汽车总体设计的主要内容,2.1 汽车总体设计的基本概念 是汽车产品设计中的一个很重要的环节 是一项贯穿从产品策划直到汽车最终投入批量生产为止的整个设计过程的工作 是一个反复协商、不断调整的过程,二、汽车总体设计的主要内容,2.1 汽车总体设计的基本概念 确定整车型式、结构及尺寸参数 确定整车的主要性能指标 初选各总成的结构型式、尺寸和性能 协调各总成与整车的关系以及各总成之间的关系,二、汽车总体设计的主要内容,2.

3、2 汽车整车设计的几种模式 新车开发（New Model）：全新车型设计 改型设计（Full Model Change）：改型设计 局部改动（Minor Change）：局部改良设计 微小改进（Face Lift）：变化更小的改良设计 其中New Model和Full Model Change模式都需要进行总体布置设计。在汽车企业中，新车开发往往较少，相对较多的总是在已有车型基础上的改型、改进设计，至少也存在着对既有总成、零部件的沿用或借用。,二、汽车总体设计的主要内容,2.3 汽车总体设计的基本流程,二、汽车总体设计的主要内容,2.3 汽车总体设计的基本流程,二、汽车总体设计的主要内容,2.

4、4 汽车总布置的基本任务 总布置设计所要解决的主要是空间位置和相互关系，统筹协调各部件的相互位置，其中有些部件在布置上要满足方案设计中所制定的整车参数的要求，或者说整车参数要靠某些部件在整车上的布置情况得以体现或实现。 通过总布置设计工作，设计者把初步形成的设计思想以一定的形式（总布置草图、三维总装配体等）具体表达出来，这是从思想转变为具体实物的第一步。,二、汽车总体设计的主要内容,2.5 总布置设计硬点Hard point 设计硬点基本概念 由于零部件设计要在整车总布置基本完成后才开始，在总布置设计阶段中往往没有零部件的详细资料，还不能解决零部件和总成内部的细节问题。所以在布置设计图上出现的

5、是各总成的主要控制点、主要中心线，也包括重要的外廓线和由这些轮廓线构成的控制面以及运动极限位置等。这些控制点称为硬点（Hard point），包括整车及关键零部件的各种控制点、线、面以及控制特征等。,二、汽车总体设计的主要内容,2.5 总布置设计硬点Hard point 汽车整车设计硬点分类 概括了描述整车、总成及关键零部件的尺寸、结构型式、空间位置等的关键参数，它主要包括以下内容： 整车外廓形状及尺寸 整车长度、整车宽度、整车高度、轴距、轮距等； 驾驶区控制尺寸 踏板点、踵点，仪表板、转向柱及方向盘控制位置等； 整车乘员空间内部尺寸 H点位置、头部空间、伸腿空间等； 主要总成的设计硬点 总成

6、的最大包络空间、定位点、配合点等；,二、汽车总体设计的主要内容,2.5 总布置设计硬点 汽车整车设计硬点举例,二、汽车总体设计的主要内容,2.5 总布置设计硬点Hard point 设计硬点构成了汽车总布置设计的骨架。 汽车总布置设计的过程就是设计硬点不断明确、逐步确定的动态过程。,二、汽车总体设计的主要内容,2.6 总布置设计基本过程 整车坐标系的建立 整车坐标系以车架上平面（或地板下平面）、汽车纵向垂直对称面和两前轮中心线所在垂面的交点为坐标原点O； 以汽车纵向垂直对称面与车架上平面的交线为X轴，向后为正； 以汽车纵向垂直对称面与两前轮中心线所在的垂面的交线为Z轴，车架平面向上为正； 以车

7、架上平面和两前轮中心线所在垂面的交线为Y轴，顺着汽车前进方向观察向右为正。,二、汽车总体设计的主要内容,2.6 总布置设计基本过程 整车状态及设计状态的确定 整备质量状态 空载 半载 满载 上跳极限状态 车轮离地状态,二、汽车总体设计的主要内容,2.6 总布置设计基本过程 轮胎及悬架的布置 轮胎的选择 根据轮胎尺寸、车轮中心确定地面线 标注轴距、接近角、离去角以及前后悬等 转向器及悬架的布置设计 前悬架对转向参数和转向特性的影响 确定前后悬架偏频、动静挠度 轮胎跳动及运动校核,汽车总体设计的主要内容,二、汽车总体设计的主要内容,2.6 总布置设计基本过程 动力总成驱动线 发动机曲轴中心线经离合

8、器、变速器、传动轴至驱动轴主减速器的一连串中心线 发动机及悬置的布置 变速器及传动轴的布置 发动机附件的布置：进排气、冷却、供油,二、汽车总体设计的主要内容,2.6 总布置设计基本过程 乘员布置 从油门踏板、制动踏板和离合器踏板的位置出发，定出地板、坐垫高度及驾驶员的坐姿，以及座椅、转向盘、眼椭圆的位置，进行仪表板的布置设计、车身附件等的布置设计。 人机工程学布置设计 遵循“大多数人”设计原则。 采用“取两头”原则，以普通女子的5%百份位和普通男子95%百份位人体尺寸作为设计依据。 一般，以95%的人体尺寸确定室内所需有效空间，以5%和95%百份位的人体尺寸进行室内位置布置，并确定座椅的调节范

9、围。,汽车总体设计的主要内容,人体舒适座姿,二、汽车总体设计的主要内容,2.6 总布置设计基本过程 其它布置 燃油箱的布置 设计容量、离地高度、地板间隙 与排气管、电器件等的间隙 备胎的布置 微型车 接近性、轮胎最大使用尺寸,二、汽车总体设计的主要内容,2.6 总布置设计基本过程 车身基本框架结构的布置确定 动力系统及驾驶室基本布置好后，以轿车为例，就要确定汽车的基本外形轮廓线以及汽车前、中、后三个舱的划分界限，发动机舱围绕发动机及其附件布置；驾驶室或乘员舱按乘员座位及其与发动机舱及车轮极限位置的分界线，汽车的形体就大体确定，无论外部造型、内部安排及各总成所占的几何空间，都需要在此基础上进行具

10、体考虑。 前围板 地板 后围板 车架纵梁、横梁 车内横向空间（Y方向）,二、汽车总体设计的主要内容,2.6 总布置设计基本过程 必须进行车辆性能方面的分析和研究,三、总体设计参数选择的基本原则,根据历史、现状和发展趋势 根据有关的法规和标准的规定 根据统计资料和现有样车数据 根据原有车的使用经验 根据车辆使用的典型条件 根据系列化、通用化、标准化的要求 根据给定的使用期限,四、汽车总体设计中的几个辩证关系,4.1 局部和整体的关系 各子系统受整车的制约 各系统必须满足整车尺寸、性能等方面的要求，在选择各子系统必须从整车角度综合考虑。 各子系统对整车发生反作用 子系统的结构型式、性能等会对整车产

11、生反作用，影响整车尺寸、性能等参数的选择确定。整车参数需要通过子系统来体现。因此，在确定整车参数及结构时必须考虑实现的可能性。,四、汽车总体设计中的几个辩证关系,4.1 局部和整体的关系,美国通用1928年产雪佛莱,意大利阿尔法罗密欧牌敞篷车（1925年）,四、汽车总体设计中的几个辩证关系,4.2 主要矛盾和次要矛盾的关系 汽车的使用条件复杂引起的矛盾 汽车使用条件对其提出的要求是多方面的，各种各样的。在总布置设计时要考虑的问题错综复杂。必须注意抓住主要矛盾。 对军车，最主要的性能要求：越野通过性 四轮驱动，44 四轴驱动，88,四、汽车总体设计中的几个辩证关系,4.2 主要矛盾和次要矛盾的关

12、系 汽车内部本身的矛盾 汽车本身就是一个矛盾的统一体，汽车的各种参数之间存在着矛盾，必须有所舍弃，做出妥协。 动力性 燃油经济性,四、汽车总体设计中的几个辩证关系,4.3 特殊和一般的关系 关于样车 样车数据在设计时仅能作为辅助手段，不能成为设计时的决定性因素。 确定整车参数时，选取的参考样车必须与所设计的车辆具有结构型式等方面的一致或接近性。否则样车数据可能不会具有参考价值，相反可能误导设计者。选取样车时必须考虑多方面的因素： 发动机：汽、柴油，排量 发动机布置型式及驱动方式 车身型式：两厢、三厢，承载式、非承载式 底盘：客车、轿车， 原型车：SUV，MPV 用途及目标用户群：经济型、豪华型

13、，公务、家庭 使用环境：越野、公路，城市、城际 多找些样车进行比较对比，总结其中的规律，不能以偏盖全。,四、汽车总体设计中的几个辩证关系,4.3 特殊和一般的关系 设计资料及统计数据 各种设计资料及统计数据都是一般、经验数值，是一般的数据分布范围，不能反映全部现象。 各种设计资料及统计数据都是过去一段时间内的经验总结，不能反映新的设计发展趋势。 强制性标准及法规中的数据可能过时，但必须严格执行，并考虑可能会发生的变化,四、汽车总体设计中的几个辩证关系,4.3 技术与经济的关系 整车参数的确定 整车总体设计就在于处理整车和各主要总成之间的关系，使得汽车的技术性能最令人满意，并经济上合算，“价廉物

14、美” 发动机功率的选择：提高平均车速、汽车的动力性能 增加油耗，降低燃油经济性 综合考虑，不仅考虑技术因素，更要考虑经济因素，做技术经济分析,四、汽车总体设计中的几个辩证关系,4.3 技术与经济的关系 整车的成本估算及各总成的选型设计 在保证性能要求的前提下尽可能降低成本，取得最佳的经济效益 在总成选型及招标时，也必须考虑技术因素及相应的成本价格，不能盲目追求性能优越。,五、汽车整车设计的基本方法概述,5.1 汽车设计方法的变革 经验设计阶段 凭借设计者经验，效率低，无法大规模生产 以科学试验和技术分析为基础的设计阶段 20世纪50年代，试错型设计，周期长，成本高,五、汽车设计的基本方法概述,5.1 汽车设计方法的变革 计算机辅助设计(CAD) 20世纪60年代， CAD技术是自电力发明以来最伟大的发明 汽车行业是CAD技术应用最早的行业领域之一 汽车设计借助计算机技术实现了快速发展,五、汽车设计的基本方法概述,5.2 汽车设计方法的变革 利用（CAD/CAE）和虚拟现实技术进行同步工程设计 20世纪90年代至今， 全新整车开发从4年缩短到2年，改型设计从24个月缩短到12到18个月,五、汽车设计的基本方法概述,5.2 汽车整车设计的特点 难以建立可靠而实用的数学模型 需要大量的专家知识和设计