汽车设计讲稿第一章 汽车总体设计.docx
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汽车设计讲稿第一章汽车总体设计
第一章汽车的总体设计
§1―1概述
一.总体设计
1.对总体设计的原则要求:
一个成功的汽车产品设计应该满足技术、社会、经济和艺术造型等方面的要求。
总体设计应根据整车设计的总目标,明确各种的要求的主次地位,统一协调,使它们和谐地组合在一起,形成既先进又合理的方案,以达到预期目的。
2.对总体设计的基本要求:
1)各项性能、成本等,要达到设计任务书指标。
2)遵守和贯彻有关法规、标准,不侵犯专利。
3)尽量三化,标准化,通用化,系列化。
4)进行运动校核,保证运动正确,不干涉。
5)拆装维修方便。
要特别注意正实施的强制性标准,已有40项,如GB1589-89汽车外廓尺寸限界,汽车污染物排放标准,公路法规对汽车轴荷的限定等。
3.对总设计师要求:
1)丰富的工作经验,工作几年,最好搞过底盘和车身。
2)理论水平高(力学)。
3)熟悉掌握国内、国外汽车市场和技术、国内外工业动向。
4)善于团结周围同志一道工作,有一定的组织能力。
4.准备(日常,设计前)
1)收集资料与分析
收集:
设计结构
使用、试验、生产、技术等方面资料、表格
各种参数画出参数图(广告)
技术发展水平报告、前后对比
其他国家法规
2)进行使用调查
使用条件:
包括道路、气候、风沙
使用情况:
运货品种、装卸方式、运输距离、行李箱、质量
用户对汽车行使要求,需求量。
3)进行生产调查:
生产条件:
厂地面积、厂房面积、技术力量(技术人员、技工技术等级)原材料来源及运输方式、水、电供应、排污。
生产设备:
现有和要买的设备、工艺水平。
4)进行样车对比、试验分析
二.汽车开发程序:
对应竞争,企业要一手抓在产品,一手抓新产品开发。
为进行新产品开发,要制定企业发展规划,核心是商品规划(系列和单个)
0.单个商品规划包括商品计划和概念设计。
1)商品规划:
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:
车型构成:
主要尺寸、驱动方式和主要部件及附属设备;
总体布置;
整车目标性能、目标质量、目标成本和开发日程。
1.新产品开发流程
新产品开发流程图
2.概念设计:
指从产品创意开始,到构思草图、出模型和试制出概念样车等一系列活动的全过程
前提:
市场需求,用户要求,技术发展水平,企业水平
1)造型设计:
外部造型,内饰设计,色彩设计
绘外型构思草图、美术效果图、制作油泥模型(1:
5或1:
10)。
*注意:
造型设计建立在汽车总体布置基础上,并使其空气动力性和制造工艺性良好。
而汽车总体布置建立在良好使用性能基础上。
当造型设计与总体布置矛盾时,应服从总体设计。
2)定总体方案
规定基本尺寸:
外形尺寸,室内空间,货箱尺寸
主要总成结构:
选内饰,轮胎
画方案图:
各总成只画大轮廓,突出各方案的主要区别,如货车长、短头,发动机前、中、后置。
3)总布置草图
A.仔细布置各部件,较准确画出各部件形状尺寸,确定各总成质心位置,算轴荷分配和质心高度,并进行调整确定。
B.准确确定整车主要尺寸:
轴距、总长、总宽……应符合法规和标准。
C.计算主要性能,确定各总成技术参数,要匹配。
以保证各项性能指标达到预定要求。
4)市场调查
A.市场容量大小,确定最经济的生产纲领,生产方式
B.用户要求
C.分析资料,确定新车型先进性
D.初定整车及主要总成的形式和主要参数、整车主要性能及整备质量指标
E.考虑变形车
5)设计任务书制定:
A.可行性分析
B.产品型号及主要使用功能、技术规格和性能参数
C.整车布置方案,各总成的结构、特性参数;通用化,标准化,系列化
D.国内外同类汽车技术性能的分析对比
E.本车的新技术、新材料、新工艺
3.控制目标成本C:
C=P-T1-T2-Q
式中:
P—商品的目标价格,指根据市场的分析预测并结合商品的技术定义来确定商品投放市场能够接受的价格
T1—增值税;
T2—附加税;
Q—企业目标利润
即:
P=T1+T2+C+Q
对成本要进行控制,才有价格优势
4.试制设计:
试制过程技术设计
1)总成设计,协调各总成之间及与整车的矛盾
2)绘整车校对图
3)运动干涉校核
4)出整车技术文件(试制图,明细表和技术条件)
5.样车试制和试验:
1)试制总成和样车:
2)总成试验,样车试验,使用试验,评价试验
3)改进设计
总体设计人员应参加试制和试验工作,对其中暴露的问题进行分析和改进,为下一轮的试制做好准备。
从新车设计到定型投产一般要经过2-3轮的试制,实验及修改设计的过程。
6.生产准备:
生产准备和小批量试生产
7.销售,售后服务
§1―2汽车形式的选择
一、汽车的分类
分类方法很多。
1.GB/T15089-2001按载客、货及最大总质量分类:
1)M类:
载客。
M1类-≤9座
M2类->9座,最大总质量≤5000kg
M3类->9座,最大总质量>5000kg
按乘员数是否≤22人,M2类和M3类又可分别分为A、B和I、II、III级两小类。
各按是否允许站立分级。
2)N类:
载货。
N1类-最大总质量≤3500kg
N2类-3500kg<最大总质量≤12000kg
N3类-12000kg<最大总质量
2.GB/T3730.1-2001将汽车分为乘用车和商用车两类:
书第8页。
乘用车:
≤9座
商用车:
>9座
座位数不超过16座为小型客车
二、汽车形式:
指轴数、驱动形式、布置形式
1.轴数
1)选择根据:
总质量、法规、轮胎负荷能力和汽车结构
2)一般,总质量:
<19t,两轴
19-26t,三轴
>26t,四轴及以上
2.驱动形式:
第一、二个数字分别表示车轮总数和驱动轮数
选择根据:
用途、总质量、对车辆通过性的要求
一般,4*2
3.布置形式:
指发动机、驱动桥和车身(或驾驶室)的相互关系和布置特点
1)乘用车(留作作业)
前置前轮驱动(FF)
中置后桥驱动(FR)
后置后桥驱动(RR)
1、可用发动机形式
2、前后轴荷分配
3、发动机散热条件好坏
4、操纵机构
5、供暖机构
6、是否有传动轴
7、车内地板凸包高低
8、行李箱空间大小
9、总长和轴距
10、整备质量大小
11、视野
12、转向性能
13、操纵稳定性
14、制动性能
15、爬坡能力
16、正面碰撞影响
2)商用车
(1)大客车
项目比较型式
前置后驱动
中置后驱动
后置后驱动
在热带,发动机冷却条件
好(风冷)
较差
不好
在寒带,发动机保温条件
不好
较差
好
发动机有故障时
容易发现
不易发现
不易发现
发动机是否容易为尘土弄脏
不容易
容易
比较不容易
维修发动机条件
好
困难
好
车厢内噪声与振动
大
差、中
小
车厢内气味与热量
有
较少
基本没有
操纵机构
简单
复杂
复杂
轴荷分配
前重
较合理
较合理
车厢面积利用
差
最好
好
表现单人管理
不能(无前门)
能
能
传动轴长度
长(太长发生共振)
短
短
地板高
高(传动轴在下)
高
低
座椅布置
受发动机限制
不受发动机限制
基本不受发动机控制
与货车通用件
多
不多
不多
(2)货车
A、按驾驶室与发动机的相对位置
长头式(发-置于架-之前)
短头式(发-小部分伸入架内,汽缸碰前围)
平头式
(发-在架下)
偏置式(架偏置于发-旁)
1、维修发动机
方便
不够方便
不方便
方便
2、驾驶员受势及振动
受热及振动小
受热及振动小
高热、振动大
基本不受热有振动
3、驾驶室内部空间
较大
较挤
挤
较挤
4、驾驶室高度
较高
不高
高
高
5、操纵机构
简单
简单
稍复杂
稍复杂
6、轴荷分配
与平头比,前轴轻,通过性好
前轴较轻
前轴重
前轴重
7、总长与轴距
长
较短
短
短
8、机动性能
差
较好
好
好
9、面积利用率
低
稍低
高
高
10、最小转弯半径
大
稍小
小
小
11、视野
差
中
最好
较好
B、按发动机和驱动轴的相对位置
发动机前置
后桥驱动
发动机中置
后桥驱动
发动机后置
后桥驱动
1、可用发动机形式
直列、V、卧式
卧式
卧式
2、维修发电机
方便
不方便
不大方便
3发动机的通用性
好(空间大)
差
差
4、操纵机构
简单(离脚踏板近)
复杂
复杂
5、驾驶室内部布置
平头时,内部布置困难(因受发动机高度限制)
容易
容易
6、驾驶室位置
较高∴质心高
(受发动机限制)
较低
较低
7、驾驶室内噪声与振动
有
较轻
更轻
8、轴荷分配
前重
合理
后重
9、对路面要求
(是否干净)
低
高
高
10、货厢地板高度
低
高
高
11、汽车总长
长头时长
短
短
§1—3汽车主要参数选择
主要参数:
尺寸、质量和性能参数
一、主要尺寸参数的确定:
外廓尺寸、轴距,轮距、前悬、后悬、货车车头长度和车厢尺寸等。
1、外廓尺寸:
长、宽、高
GB1589-1989规定:
1)总长:
货车、整体式客车≯12m
铰接式客车≯18m
牵引车+半挂车≯16.5m
汽车+挂车≯20m
2)总宽≯2.5m(除后视镜外)
3)总高≯4m(空载、顶窗关)
后视镜P17
2、轴距L
1)L对汽车的影响:
A.整备质量(自重):
L短→轻
B.总长:
L短→短,车厢长度不足或后悬过长
C.最小转弯半径:
L短→小
D.传动轴长度:
L短→短,质量小
E.纵向通过半径:
L短→小,通过性好
但L过短时,
F.轴荷分配:
因制动或上坡轴荷转移过大,制动性和操纵稳定性变坏
G.纵向振动角:
增大,平顺性不利
H.万向节传动轴夹角大:
受力不利
2)确定:
原则:
大排量乘用车,大货车,大客车→长
如要机动性好→短
货车如要装载量多,装轻飘物→长
初选:
参见表1—2。
3、前、后轮距B1和B2
1)对汽车的影响:
A.B↑→车厢宽度↑→车内空间及側倾刚度↑,提高横向稳定性
B.B↑→总宽、总质量、最小转弯半径↑→比功率、比转矩↓,机动性变坏
轿车的
=0.5—0.54。
微型车为0.55—0.64
P18前轮距
2)确定方法:
按表1—2初选
4、前悬LF和后悬LR
1)前悬长度:
影响:
足够长度:
固定和安装发动机、水箱类
太长:
接近角太小,不利于通过性,使视野变坏
2)后悬长度:
影响:
取决于货厢长度,轴距和轴荷的分配的要求,保证离去角
太长:
上、下坡容易刮地,转弯也不灵活
太短:
乘用车行李箱尺寸小
大客车后悬一般不大于轴距的65%,绝对值不大于3.5m,
货车后悬一般1.2—2.2m间
5、货车车头长度:
(自学)
6、车厢尺寸:
(自学)
7、典型车辆主要尺寸
普桑尺寸:
4546*1690*1407
前、后轮距:
1414、1422
二、汽车参数质量的确定:
整备质量、载客量、装载质量、质量系数、汽车总质量、载荷分配
1、整备质量
:
(空车重)—--重要的设计指标
1)定义:
车上带有全部装备(包括随车工具、备胎等),加满燃料、水,但没有装货和载人时的整车质量
2)影响:
成本和使用经济性
3)目前,轻量化的目的:
A.↓
,↑装载量和载客量;
B.∵安全,排气净化和噪声标准使质量↑,应↓
C.节约燃料
4)轻量化措施:
结构合理、轻质材料、
5)估算方法:
收集大量数据,根据新车特点估算总成,再累计。
乘用、客车的
也可按人均整备质量值估计,见表1-3。
2、载客量和装载质量(载质量)
1)载客量的确定:
见表1-1
2)载质量
的确定
A.
定义:
在硬质良好路面上行驶,所允许的额定载质量
(越野车
:
指在越野行驶时或土路上行驶时所允许的额定载质量)
B.商用货车载质量确定:
a.与企业商品规划符合
b.考虑用途和使用条件
大的用于货流大、运距长
小的用于市内:
货源多变、运距短
3、质量系数
:
载质量与整备质量之比。
反映汽车设计和工艺水平。
=
,表1-4
4、汽车总质量
的确定:
1)定义:
指装备齐全,并按规定装满客、货时的整车质量。
2)计算公式:
乘用车和商用客车:
(kg)
商用货车:
(kg)
式中:
-整备质量;
-载质量;α-行李系数,按表1-5选;n-乘员和驾驶员数;n1-驾驶员及随行人员数,为座位数。
5、载荷分配:
指汽车在空载或满载静止状态下,各车轴对支承平面的垂直载荷
1)表示:
用空载或满载总质量的百分比表示
2)影响:
轮胎寿命,汽车使用性能
3)选取要求:
∵要轮胎磨损均匀和寿命相近,各车轮载荷应相差不大
∵动力性和通过性,驱动轮应有足够载荷
∵操纵稳定性,转向轴载荷不应过小
见表1-6
三、汽车性能参数的确定
1、动力性参数:
包括最高车速、加速时间、上坡能力、比功率和比转矩等。
1)最高车速
,乘用车有逐步提高趋势
乘用车>客、货
大乘用车>小乘用车
微、轻货>中、重货
2)加速时间t
>100km/h,0-100km/h,大乘用车t=8-12s
小乘用车t=12-25s
<100km/h,用0-60km/h
3)上坡能力:
通常,货车30%坡度,越野车60%
4)比功率Pb和比转矩Tb
A、比功率:
发动机标定最大功率Pemax与汽车最大总质量me之比,Pb=Pemax/me.综合反映汽车动力性。
GB7258-1997规定:
农用车和运输用拖拉机的比功率Pb≥4.0kw/t,其他≥4.8kw/t。
见表1-7
B、比转矩:
发动机最大转矩与最大总质量之比,反映牵引能力,见表1-7。
2、燃油经济性参数
用百公里油耗(L/100km)来评价,乘用车见表1-8
货车有时用单位质量的百公里油耗(L/100km)来评价,见表1-9
3、最小转弯直径Dmin:
方向盘转极限位置时,前外转向轮中心转过的直径。
用来描述转向机动性。
机动性要求高的汽车Dmin应取小值。
1)选择依据:
用途、道路和结构特点
2)影响因素:
A.转向轮最大转角(军用45°,民用35°)、轴距、轮距、转向轴数
B.法规:
GB7258:
Dmin≯24m;当Dmin=24m,前转向轴和末轴的内轮差(以两内轮轨迹中心计)≯3.5m
表1-10
4、通过性的几何参数:
最小离地间隙hmin,接近角
离去角
纵向通过半径ρ1等。
各类汽车不同。
表1-11。
5、操纵稳定性参数:
与总体设计有关,并能作为设计指标的有;
1)转向特性参数,要有一定程度的不足转向
以0.4g向心加速度转向时,前后轮侧偏角之差(δ1-δ2)在1°—3°为宜。
2)车身侧倾角
以0.4g向心加速度沿定圆等速行驶时,侧倾角控制3°以内,≯7°。
3)制动前俯角
以0.4g减速度制动时,制动前俯角≯1.5°
6、制动性参数
汽车制动性:
尽可能短距离停车且方向稳定,下长坡安全低速,并能在一定坡道上长期驻车。
常用制动距离st、平均制动减速度j、行车制动的踏板力及应急制动的操纵力来评价,见表1-12
7、舒适性:
舒适的乘坐环境和方便的操作条件。
包括:
平顺性、空调性能、车内噪声、乘坐环境(车门及通道宽度、活动空间、内部设施)及驾驶员的操作性能
平顺性常用垂直振动参数评价,包括频率和振动加速度等。
悬架动挠度也作为评价参数之一。
§1-4发动机的选择
一、汽车发动机的分类:
1.外燃机
2.内燃机
1)旋转式
2)活塞式
(1)旋转活塞式
(2)往复活塞式
A.按气缸排列形式:
直列、水平对置、V型
B.按冲程:
2、4
C.按冷却方式:
水、风冷
D.按燃料a.液体(柴、汽、醇类)b.多种
c.气体(压缩天然气、液化石油气)d.液-气混合
二、发动机形式的选择
新型发动机未广泛采用,往复式是汽车发动机主要型式,以下针对往复式而言:
1、汽油机和柴油机的比较选用:
柴
汽
1、排放指标比较
好
不好
2、噪声
大
小
3、振动
大
小
4、质量功率比
大
小
5、尺寸
大
小
6、工作可靠性
比较可靠
比较不可靠
7、耐久性
好
差
8、燃油消耗率
低
高
9、冷起动性
低
高
10、大缸径爆燃易否
不易
容易
10、转矩适应性
不好
好
11、油箱容量
小
大
12、燃油经济性压缩比
少
多
2、气缸排列形式与冷却方式的选择:
1)气缸排列形式
(1)直列:
优:
结构简单,维修容易,成本低,宽度窄。
缺:
长度长,高度高,质量重,(最多6缸)。
(2)V型:
优:
长度缩短20%-30%,高度小,曲轴刚度增强,
质量减20%-30%,功率范围大,可10-12缸,
可用于中高级轿车、重型货车。
缺:
宽度宽,加工设备贵,成本高。
(3)水平对置:
高度低,平衡好。
(大客车,放在贷厢底板下)
2)冷却方式选择(自学)
(1)水冷:
优:
①冷却均匀、可靠、散热良好,气缸与活塞变形不大
②噪声低
③成本低
④易解决供热
缺:
①冷却系难维护保养
②冰箱须用铜或铝做,成本高
③受气温影响,夏天易过热,冬季易结冰
(2)风冷:
优:
①冷却系统简单
②维护容易
③使用方便
缺:
①缸径大,散热效果低
②冷却不均匀,缸盖的热负荷太高,可靠性降低
③油耗大
④噪声高
世界上汽车以水冷为主,福建汽车也用水冷。
3、其他发动机的选型
1)气体燃料内燃机:
天燃气(NG),液化石油气(LPG),氢
优:
储量大,排污少,价廉
缺:
储气瓶重,尺寸大,续驶里程短
又:
氢燃料内燃机
2)电动汽车:
车载蓄电池或电缆供电,未来的最佳选择
优:
零排放,高效率,结构简单,维修方便
缺:
体积能量密度(KJ/L)和质量能量密度(KJ/Kg)很低,续驶里程短,电池成本高
主要指标:
比功率(W/kg),比能量(J/kg),循环寿命(次)
3)混合动力汽车:
有两种或两种以上动力源并能协调工作
内燃机-蓄电池混合驱动发展较快,其特点:
在排放控制区,蓄电池提供动力;
在非排放控制区,内燃机提供动力,但内燃机设计成在一转速变化很小的范围工作,该区域油耗低,排放少。
必要时,蓄电池和内燃机联合提供动力。
三、发动机主要性能指标的选择:
1、发动机最大功率Pemax和相应转速np:
汽车的动力性在很大程度上取决于发动机的功率。
功率增加,动力性变好,但燃油经济性会降低,动力总成总质量也会增加
1)根据设计最大车速,估算Pemax
式中:
Pemax--发动机最大功率;
ηT--传动系效率;
--汽总质量;
ƒr--滚动阻力系数
CD--空气阻力系数
A--汽车正面投影面积
2)参考同级汽车比功率统计值,选定新车比功率,再求最大功率
3)最大功率对应转速np范围
汽油机:
3000—7000r/min
乘4000以上
轻货4000—5000
柴油机:
中货1800—2600
乘、轻货3200—4000
2、发动机最大转矩Temax及相应转速nT
按下式确定:
式中:
Temax—最大转矩;
α—转矩适应性系数,一般取1.1~1.3;
Pemax--发动机最大功率;
np—最大功率转速。
要求np和nT有一定差值,如很接近,则直接档(最常用)的最低稳定车速会偏高,使通过市内交叉路口时换档次数变多。
因此,要求:
之间。
四、发动机的悬置:
1、重要性:
汽车是振动体,而发动机是振源之一,发动机通过悬置元件装在车架上。
悬置影响振动、噪声、舒适性、零部件和整车寿命。
2、悬置的设计要求:
(1)刚度大些:
承担动力总成质量。
(2)隔振性好:
激励通过悬置元件传递。
(3)减振降噪功能:
A、低频大振幅时(如怠速)、阻尼大
B、高频小振幅(如高速公路)、动刚度小,↓高频噪声。
(4)耐疲劳、热稳定性,抗腐蚀,密封好。
3、传统的橡胶悬置:
结构简单,成本低,
但阻尼损失角θ(越大,则阻尼越大)和动刚度基本不随激励频率变化。
4、液压阻尼式
1)结构
编号1.连接螺柱:
连接发动机支承臂
2.金属骨架:
连1、3
3.橡胶主簧:
承受垂、侧向的静动载
4.缓冲限位盘:
压缩限位
5.解耦盘:
和其上12补偿孔共同形成解耦通道
6.惯性通道体:
将空腔分为上、下两个液室
7.惯性通道:
8.橡胶底膜:
波纹状、可吸收上液室的体积变化
9.底座:
承力、密封
10.螺栓:
连底座
11.气室
12.补偿孔:
降低低频时的空腔噪声
2)原理
A.当液压悬置受到低频大振幅激励时,液体经惯性通道在上下腔内往复流动,产生较大的阻尼效应,可衰减振动
B.在高频小振幅激励下,惯性通道内液柱的惯性很大,几乎来不及流动。
此时,由于解耦盘小变形时低刚度特性,解耦通道内的液柱与解耦盘高速振动,上、下腔的压力差克服解耦通道内液柱的惯性力,可降低其高频刚度,消除高频硬化。
3)特性:
动刚度和阻尼损失角θ有很强的变频特性,
动刚度:
10 HZ时最小,20HZ时达最大后下降,30HZ后平稳
阻尼角θ:
5-25 HZ内较大,对怠速频段内大幅振动很有利。
5、比较:
比较图1-12a和b。
§1-6轮胎的选择
总体设计开始就要选好轮胎的型号和尺寸,因为它是绘制总布置图和性能计算的重要原始数据。
一、轮胎与车轮应满足的基本要求:
足够的负荷和速度能力;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。
二、轮胎的分类
1、按胎体结构:
子午线、斜交、带束斜交
2、按帘线材料:
钢丝、半钢丝、人造纤维、棉帘线
3、按用途:
乘用、商用、非公路用、特种
4、按胎面花纹:
公路、越野、混合、特种花纹
5、按断面形状:
普通、低断面
6、按气密方式:
有、无内胎
三、轮胎的特点和选用
1.按胎体结构:
子午胎比斜交胎:
滚动阻力小,温升低,缓冲性能和附着性能好。
装车后油耗低,耐磨损寿命长,高速性能好。
首选,但制造困难,造价高,不易翻修,侧向刚度小等。
2.按帘线:
钢丝帘线胎强度高,导热性好(子午胎)-高速车
尼龙、聚脂、人造丝帘线胎(斜交胎)-低速车
3.按断面
1)低断面胎:
胎面宽平、侧向刚度大、附着能力强、
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