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1、汽车总体设计1. 概述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，取决于总体布置；总体设计水平的高低对汽车的设计质量、使用性能和产品的生命力起决定性的影响。汽车是一个系统，这是基于汽车只有如下属性而具备组成系统的条件： 汽车是由多个要素（子系统及连接零件）组成的整体，每个要素对整体的行为有影响； 组成汽车的各要素对整体行为的影响不是独立的； 汽车的行为不是组成它的任何要素所能具有的。由此，汽车具备系统的属性，对环境表现出整体性、一辆子系统属性匹配协调的汽车所具备的功能大于组成它的各子系统功能纯粹的、简单的总和、反之，如果子系统的属性因无序而相互干扰
2、，即便是个体性能优良的子系统，其功能也会因相互扼制而抵消，功率循环、轴转向等就是这样的典型例子。系统论所揭示的系统整体性和系统功能的等级性必然会映射到设计任务中来、用整体性来解释汽车设计的终极目标是整车性能的综合优化，道理是十分显然的、汽车设计任务的等级形态表现为：上位设计任务是确定下位设计任务要实现的目标，下位设计是实现上位设计功能的手段、上、下位体系可从总体设计逐级分至零件设计，总体设计无疑处于这种体系的最上位，设计子系统的全部活动必须在总体设计构建的框架内进行、子系统设计固然重要，但统揽全局、设计子系统组合和相互作用体系规则的总体设计对汽车的性能和质量的影响更加广泛、更为深刻。1.1 整
3、车总布置设计的任务(1) 从技术先进性、生产合理性和使用要求出发，正确选择性能指标、质量和主要尺寸参数，提出总体设计方案，为各部件设计提供整车参数和设计要求；(2) 对各部件进行合理布置和运动校核；(3) 对整车性能进行计算和控制，保证汽车主要性能指标实现；(4) 协调好整车与总成之间的匹配关系，配合总成完成布置设计，使整车的性能、可靠性达到设计要求。1.2 设计原则、目标（1） 汽车的选型应根据汽车型谱、市场需求、产品的技术发展趋势和企业的产品发展规划进行。（2）选型应在对同类型产品进行深入的市场调查、使用调查、生产工艺调查、样车结构分析与性能分析及全面的技术、进行分析的基础上进行（3）应从
4、已有的基础出发，对原有车型和引进的样车进行分析比较，继承优点，消除缺陷，采用已有且成熟可靠的先进技术与结构，开发新车型。 （4）涉及应遵守有关标准、规范、法规、法律，不得侵犯他人专利。 （5）力求零件标准化、部件通用化、产品系列化。1.3汽车设计过程(1)调查研究与初始决策：选定设计目标，并制定产品设计工作及方针原则。(2)总体方案设计：根据所选定的目标及对开发目标制定的工作方针、设计原则等主导思想提出整车设想，即概念设计（concept design）或构思设计。(3)绘制总布置草图，确定整车主要尺寸、质量参数与性能以及各总成的基本形式。 (4)车身造型设计及绘制车身布置图：绘制不同外形、不
5、同色彩的车身外形图；制作相应的造型的1：5整车模型；从中选优后，再制作1：5或1：1的精确模型。(5) 编写设计任务书；(6) 汽车总布置设计；(7) 总成设计；(8) 试制、试验、定型。2. 整车型式的选择根据设计原则，目标和用户的需求特点，整车设计人员要提出被开发车型的整车型式方案，主要包括以下几部分：(1)发动机的种类和型式；(2)轴数和驱动型式；(3)车头和驾驶室的型式及与发动机、前轴(轮)的位置关系；(4)轮胎的选择。2.1发动机的种类和型式对于发动机的种类和型式，在现代汽车上主要选用汽油机和柴油机，燃用其它燃料或其它种类的发动机，可根据车型的需要进行选取。发动机的型式有直列式、V型
6、和对置式等。冷却方式有水冷和风冷。因此要根据具体车型的使用条件和布置上的结构需要，而选择不同种类和型式的发动机。2.2汽车的轴数和驱动型式不同类型的汽车有不同的轴数和驱动型式，这主要根据使用条件、用途、工厂的生产条件、制造成本及公路的轴荷限值等因素进行选择。最常用的是两轴、后驱动42式汽车，其中轿车还可以采用42前驱动式结构。对于一般总重小于 19t的汽车，都采用42后驱动的布置型式(前驱动的轿车除外)，因为这种汽车结构简单、布置合理、机动性好、成本低、适合于公路使用，是种典型的、成熟的结构型式。 随着汽车载重量的增加，各相关总成也要相应的加大，汽车的自重也要增加，这样会造成42式的汽车单轴的
7、负荷增加，以致于超过公路、桥梁所规定的承载限值(公路允许单轴负荷为13t，双后轴负荷为24t)。为解决此矛盾，一般采用增加汽车轴数的办法来减少单轴的负荷，如从42变成62、64、84，如果想增加驱动能力，提高越野通过性能，可以采用44、66、88等增加前驱动型式的结构，同时也可提高载重量。采用增加轴数的办法，可以提高载重量而不增加单轴负荷，同时还不会增加车箱底板的离地高度，提高通用化、系列化水平，便于生产、降低生产成本等。所以汽车厂家多年来一直都采用这种办法变型出更多品种的汽车。62式结构可以由单前轴、单后驱动桥和后支承轴组成，也可由双前轴和单后驱动桥组成，这主要取决于布置需求和轴荷分配。但应
8、尽量不采用双前轴式结构，因为这样会使前转向系统复杂，转向沉重或增加转向助力系统，增加成本和影响操作。2.3车头、驾驶室的型式车头、驾驶室的型式是汽车的最主要的型式之一。其选择主要决定于用户的要求、安全性、维修保养的方便性和生产条件等因素。车头的型式如长头、平头、凸头等都各有其优缺点。车头、驾驶室与发动机，前轴(前轮胎)的布置位置，也可组成不同的布置结构，形成不同风格的整车外形，使轴荷分配、轴距、转弯直径等发生变化。对使用、性能也有一定的影响。图2.1驾驶室与发动机，前轴(前轮胎)的布置位置2.4轮胎的选择轮胎的尺寸和型号是进行汽车性能计算和绘制总布置图的重要原始数据之一，因此，在总体设计开始阶
9、段就应选定，而选择的依据是车型、使用条件、轮胎的静负荷、轮胎的额定负荷以及汽车的行驶速度。当然还应考虑与动力传动系参数的匹配以及对整车尺寸参数(例如汽车的最小离地间隙、总高等)的影响。轮胎所承受的最大静负荷与轮胎额定负荷之比，称为轮胎负荷系数。大多数汽车的轮胎负荷系数取为0.91.0，以免超载。轿车、轻型客车及轻型货车的车速高、轮胎受动负荷大，故它们的轮胎负荷系数应接近下限；对在各种路面上行驶的货车，其轮胎不应超载。在良好路面上行驶且车速不高的货车，其轮胎负荷系数可取上限甚至达1.1；对车速不高的重型货车、重型自卸汽车，此系数亦可偏大些。但过多超载会使轮胎早期磨损，甚至发生胎面剥落及爆胎等事故
10、。试验表明：轮胎超载20时，其寿命将下降30左右。为了提高汽车的动力因数、降低汽车及其质心的高度、减小非簧载质量，对公路用车在其轮胎负荷系数以及汽车离地间隙允许的范围内应尽量选取尺寸较小的轮胎。采用高强度尼龙帘布轮胎可使轮胎的额定负荷大大提高，从而使轮胎直径尺寸也大为缩小。例如装载量4t的载货汽车在20世纪50年代多用的9.0020轮胎早已被8.2520；7.5020甚至8.2516等更小尺寸的轮胎所取代。越野汽车为了提高在松软地面上的通过能力常采用胎面较宽、直径较大、具有越野花纹的超低压轮胎。山区使用的汽车制动频繁，制动鼓与轮辋之间的间隙应大一些，以便散热，故应采用轮辋尺寸较大的轮胎。轿车都
11、采用直径较小、断面形状扁平的宽轮辋低压轮胎，以便降低质心高度，改善行驶平顺性、横向稳定性、轮胎的附着性能并保证有足够的承载能力。我国各种汽车的轮胎和轮辋的规格及其额定负荷可查相应的国家标准。轿车轮胎标准见GB 297882；货车和客车的轮胎规格详见国标GB 51682。货车的后轮装双胎时，比单胎使用时的负荷可增加1015。3.汽车主要参数的选择总布置设计人员应初步确定以下各种参数，作为整车和总成的原始数据和工作目标。在整车的方案(车头、驾驶室的型式、发动机的种类，整车初步的外廓尺寸、主要布置参数和布置草图)初步确定之后，整车设计人员通过图面工作和计算、初步确定如下目标参数：(1) 汽车主要尺寸
12、参数(2) 汽车质量参数(3) 主要性能参数(4) 汽车的机动性参数(5)估算发动机的最大功率、最大扭矩及其对应的转速。(6)变速器的头档速比和档位数，和驱动桥的主减速比。3.1主要尺寸参数的选择通过整车总布置草图的绘制，可以初步确定各总成的布置关系，进而确定整车各有关的(布置)尺寸参数和质量参数，以便为总成设计提供原始数据。在绘制整车总布置草图时，可以参考同类车型的相关总成的外廓尺寸和质量，按本车的总布置需要，进行总布置草图的绘制。初步确定主要布置尺寸和进行质量参数的计算。确定车头，驾驶室的型式，以及同发动机、前轴(轮)的相互布置关系后，绘制布置总布置草图，并在此基础上布置各大总成。(1)车
13、架和车箱；(2)后簧、后桥和车轮；(3)前簧、前轴和车轮；(4)传动系；(5)转向机构及拉杆系统，并确定前轮转角和进行转弯直径的计算；(6)布置油箱、电瓶、消声器、贮气简、及备胎等其它总成。完成整车总布置草图后，整车的外廓尺寸及相关的布置尺寸参数已基本确定，然后进行质量参数的计算。计算质量参数前，要列出各大总成的质量，再定出空载和满载时各总成的质心至前轴和地面的距离，最后计算出空载和满载时的轴荷分配和质心至前轴、地面的距离。整车总布置应提供以下参数，为总成开发提供原始数据。(1)整车的外廓尺寸；(2)轴距和前、后轮距；(3)前悬和后悬长度；(4)车头、驾驶室和发动机、前轮的布置关系；(5)轮胎
14、型号、静力半径和滚动半径、负载能力；(6)车箱内长及外廓尺寸；(7)发动机的功率、扭矩及相应转速；(8)变速器头档速比(2种)和档位数；(9)后桥总速比(可有几种)；(10)最高车速；(11)最大爬坡度；(12)整备质量及载质量；(13)转向盘直径，车轮转角及最小转弯直径(14)前轮接地点至前簧座的距离；(15)前簧中心距；(16)后簧中心距；(17)车架前部和后部外宽；(18)车架纵梁外形尺寸及横梁位置；(19)前簧作用长度；(20)后簧作用长度；(21)前簧非悬架质量；(22)后簧非悬架质量；(23)后轮毂及制动器总成质量。通过整车总布置草图的绘制，可以初步确定各总成的布置关系，进而确定整
15、车各有关的(布置)尺寸参数和质量参数，以便为总成设计提供原始数据。在绘制整车总布置草图时，可以参考同类车型的相关总成的外廓尺寸和质量，按本车的总布置需要，进行总布置草图的绘制。初步确定主要布置尺寸和进行质量参数的计算。汽车的主要尺寸参数包括轴距、轮距、总长、总宽、总高、前悬、后悬、接近角、离去角、最小离地间隙等。图3.1 汽车的主要尺寸参数轴距的选择要考虑它对整车其他尺寸参数、质量参数和使用性能的影响。轴距短一些，汽车总长、质量、最小转弯半径和纵向通过半径就小一些。但轴距过短也会带来一系列问题，例如车厢长度不足或后悬过长；汽车行驶时其纵向角振动过大；汽车加速、制动或上坡时轴荷转移过大而导致其制动性和操纵稳定性变坏；万向节传动的夹角过大等。因此，在选择轴距时应综合考虑对有关方面的影响。当然，在满足所设计汽车的车厢尺寸、轴荷分配、主要性能和整体布置等要求的前提下，将轴距设计得短一些为好。在整车选型初期,可根据要求及驾驶室布置尺寸初步确定轴距:式中，LH货箱长度可根据汽车的装载质量、载货长度来确定，或参考同类型、同装载量汽车的货厢长度和装载面积来初步确定；LJ前轮中心至驾驶室后壁的距离，它与布置方案选择有关，在该布置方案选定后，可通过对驾驶室、发动机和前轴的初步布置或
