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1、第三章汽车性能简介,第一节 汽车的设计 第二节 汽车试验 第三节 汽车的制造 第四节 汽车使用性能及指标 复习思考题,第一节 汽车的设计 一、设计师的作用 所谓设计，是根据一定的要求而进行构思，并且用恰当的方法，如文字、图样、模型等表达出来。这里有两重意思，不妨以产品设计为例：第一，为了满足使用者对产品的要求，设计师必须进行创造性的思考，以确定产品的形态；第二，为了使制造者了解产品的形态，设计师还必须以恰当的表达方式。,如图纸、说明书等反映自己的构思。现代化产品的生产过程与手工业时代的生产方式有本质的差别。手工业产品的创造者独自一人包揽构想和制作，不存在现代化生产那种设计与制造分工配合的方式，
2、因而不需要对别人表达自己的构想。手工业产品的创造者为了显示自己巧妙的构想和精湛的技艺以提高产品的价值，往往选用名贵的材料，并刻意追求精雕细琢和繁杂的纹样装饰。,这种“巧夺天工，举世无双”的手工业产品只能供少数有钱人享用，不能服务于广大人民群众。遗憾的是，中国几千年来涌现过无数“巧夺天工”的佳作，却没有使国家繁荣富强，没有改变人民贫穷落后的面貌。只有发展现代化的工业技术，才是真正强国富民的康庄大道。设计，是工业现代化的重要组成部分，是国家繁荣昌盛的支柱之一。,在现代化生产中，设计是第一步，其工作量只占产品开发全部工作量的10%，成本只占5%左右，但却决定了产品成败的命运。美国哈佛大学著名的“影子
3、理论”生动地反映了与产品品质有关的设计、材料、劳动、行政管理四个方面所投入的成本及其所产生的影响，如图3-1所示。设计虽然只占成本的5%，而它对产品的影响却占70%，可见设计对产品的影响是至关重要的。,图3-1 哈佛大学影子理论,汽车是一件非常复杂的产品，即使是最富有经验和知识最渊博的设计师，也不可能深入了解汽车上每一个细节，更不可能由一个人独自包揽全部设计。因此，设计师们必须有不同的分工，相互配合。总设计师、主任设计师、普通设计师分别在不同岗位上各自发挥作用，形成一个组织严密的工作群体。譬如，福特汽车公司就很善于从不同的部门抽调各种专家组成跨部门的设计小组，以解决单个部门无法处理的问题。由此
4、可见，一个成功的设计，不仅是每个设计师良好素质的体现，而且是强调设计师们的配合协作的集体成果。,二、汽车的设计过程 1产品开发规划 在汽车产品开始技术设计之前，必须制订产品开发规划。根据国家的需要或企业发展的需要，由国家机关或企业领导下达开发指令。首先，必须确定具体的车型，亦即打算生产什么样的汽车。其次是进行可行性分析，根据使用调查、市场情况、技术条件、工艺分析、成本核算等，预测产品是否符合需求，是否符合工厂的技术工艺能力，是否对国民经济和企业有利。,2初步设计 汽车初步设计的主要任务是构造汽车的形状，或称初步造型设计，包括如下内容： 1) 汽车总布置设计 所谓总布置设计，是将汽车各个总成及其
5、所装载的人员或货物安排在恰当的位置，以保证各总成运转相互协调、乘坐舒适和装卸方便。为了保证汽车各部分之间合理的相互关系，需要定出许多重要的控制尺寸称为“硬点”。,2) 效果图 效果图是表现汽车造型效果的图画。造型设计师根据总布置设计所定出的汽车尺寸和基本形状，就可勾画出汽车的具体形象。,效果图又分为构思草图和彩色效果图两种。构思草图是记录造型设计师灵感的速写画，如图3-2所示。彩色效果图是在构思草图的基础上绘制的较正规的绘画，需要正确的比例、透视关系和表达质感。彩色效果图包括外形效果图(如图3-3所示)、室内效果图(如图3-4所示)和局部效果图(如图3-5所示)，其作用是供选型讨论和审查。效果
6、图的表现技法多种多样：可采用铅笔、钢笔，也可采用毛笔(水彩画或水粉画)等，而目前较流行的是混合技法用塑料记号笔(又称麦克笔)描画、喷笔喷染、以及涂抹、遮挡等同时并用的技法。只要效果良好，表现技法可不拘一格。,图3-2 构思草图,图3-3 外形效果图,图3-4 室内效果图,图3-5 局部效果图,3) 缩小比例模型 图3-6 造型设计师正在塑制轿车的缩比模型缩小比例模型是在构架上涂敷造型泥雕塑而成的。轿车缩比模型常用15的比例，亦即是真车尺寸的1/5。英美等国采用英制尺寸，模型的比例是3/8，如图3-6所示。造型泥是一种油性混合物，又称油泥，在常温下有一定硬度(比肥皂硬些)，涂敷前需经烘烤。,缩小
7、比例模型是在彩色效果图的基础上更进一步表达造型构思，具有立体(三维)形象，比效果图(二维)更有真实感，要求比例严格、曲线流畅、曲面光顺。雕塑一个缩小比例汽车模型，需要从各个角度审视，反复推敲，精工细雕，因而很难在两、三天内完成。,4) 选型讨论会 经过初步设计，绘制出一批彩色效果图和塑制出几个缩小比例模型，就可以召开选型讨论会。会议的目的是从若干个造型方案中选择出一个合适的车型方案，以便作为技术设计的依据。选型讨论会主要讨论审美问题，但也涉及结构、工艺等方面，故通常由负责人召集造型设计师、结构设计师和工艺师等参加会议，如图3-7所示。 选型讨论会结束，说明选定的车型的造型构思基本成熟，汽车初步
8、设计亦结束。,图3-7 红旗轿车选型讨论会,3技术设计 技术设计包括确定汽车造型和确定汽车结构两个方面。 选型讨论会选定的车型方案需要制成空气动力学试验模型交付风洞试验，验证其形状是否合理，提出修改意见。,技术设计阶段的造型工作包括以下几个方面： 1) 胶带图 胶带图是用细窄的彩色不干胶纸带粘贴成的11(全尺寸)汽车整车图样，可表达零部件形状及外形曲线，如图3-8所示。胶带图的外形曲线数据取自选定的缩小比例模型，可用来审查整车外形曲线的全貌。如发现某条曲线不美观或不符合要求，可将胶带揭起重新粘贴，直到满意为止。胶带图完成后，缩小比例模型放大的曲线又经过进一步修订。,图3-8 胶带图,2) 11
9、整车外形效果图 单纯由缩小比例的绘画表达汽车的外形效果尚嫌不够，还需要绘制等大尺度(全尺寸)的彩色效果图。现代造型设计非常重视等大的尺度感。缩小比例图样和全尺寸图样的真实感是截然两样的。缩比模型上某些圆角和曲线看上去很小巧雅致，放大5倍后就显得笨拙臃肿。因此，汽车形状的最后确定，不能从缩小比例的图样或模型直接放大，而应经过11效果图和11模型的修正，以符合等大的尺度感和审美要求。,3) 11外部模型 11外部模型是汽车外形定型的首要依据。根据缩比模型的放大数据，结合胶带图和11效果图的修订情况，就可以制造11外部模型。这个模型是在一个带有车轮的构架上涂敷造型泥而雕塑成。由于采用数以吨计的造型泥
10、，并雕塑得细致、平整、光顺，所以制造一个11外部模型的时间很长，通常需要几个星期。11外部模型需要集中各个设计步骤的反馈意见，加以精工修饰而完成。将模型放置在灯光下看，其逼真程度几乎与真车无异，如图3-9所示。,图3-9 11外部模型,4) 11内部模型 11内部模型用以审视汽车内部造型效果和检验汽车内部尺寸。11内部模型与11外部模型同时制作，其设计和尺寸相互配合。11内部模型的形状、色彩、覆饰物的质感和纹理都应制造得十分逼真，使人具有置身于真车室内的感觉。为了获得一个极优秀的汽车室内设计，对11内部模型反复推敲，精工制造，力求逼真，是十分必要的。一些高级轿车，其外观固然不凡，但内部设施更为
11、豪华考究，对内部设计及其模型的重视程度，甚至比外形设计及其模型的精工细作有过之而无不及。如图3-10所示。,图3-10 11内部模型,5) 造型的审批 11外部模型、内部模型、效果图完成后，需要交付最高领导审批，使汽车造型最终定型。 汽车造型设计是促进汽车销路的重要竞争手段，受到最高领导的重视和社会普遍关注。大公司为了击败对手而采用频繁更换车型的手段。,汽车造型审定后，就可以着手进行汽车结构设计。汽车的结构设计是确定汽车整车、部件(总成)和零件的结构。也就是说，设计师需要考虑由哪些部件组合成整车，又由哪些零件组合成部件。 按照零件所使用的材料，可分为金属材料和非金属材料两大类。确定汽车零件的形
12、状，也要花费设计师许多心血。设计师必须把所设计的汽车结构用图纸表达出来。在零件装配成部件时，零件与邻近零件之间的尺寸必须相互适应。,在设计时，设计师必须无条件地执行国家制定的有关法规和标准。对于出口的产品，还必须执行外国的标准，如ISO(国际标准化组织)、SAE(美国汽车工程师协会)、JIS(日本工业标准)、EEC(欧洲经济共同体)、ECE(欧洲经济委员会)等等的标准。,图纸绘制成后，需要将部件和零件按照它们所属的装配关系编成“组”及其下属的“分组”号码。每个部件、每个零件及其图纸都给定一个编号，以便于对全部图纸进行管理。我国汽车行业惯用的编号方式是采用7位数字。例如，驾驶室的左车门外板这个零
13、件的编号是6401015。属于64组(驾驶员门)及其下属的6401分组(车门骨架及盖板)。最后，设计部门将全部图纸、图纸明细表、设计说明书及有关文件移交生产部门。,三、现代化设计技术 1以计算机为中心的设计变革 前文谈到的汽车设计过程，没有提到采用电子计算机。这个过程如果全部采用手工劳动，耗费大量的劳动力和时间是显而易见的。电子计算机具有运算速度快、存贮量大、计算精确等许多优点。计算机进入设计领域，使得设计工作产生了质的飞跃，大大提高了产品质量并缩短了开发周期。计算机辅助设计(CAD)已成为现代化设计的主要特色。,1) 信息技术 在这个千头万绪、瞬息多变的世界，迅速获得准确的信息是使决策成功的
14、关键。福特汽车公司把信息技术放在极其重要的地位，提出了“信息就是战略资产”的口号。该公司不惜巨资建立了全球性信息系统，拥有4000条世界范围的专用电讯线路，每天可传递和处理160万条电子邮件信息，进行200万条工作日程安排表的更新。这个信息系统把设在美国、英国、德国、日本、澳大利亚和意大利的7个设计中心联网，,2) 设计过程的变革 现在汽车造型师的计算机工作站配备了先进的ALIAS和CDRS软件，他们可以手执压力敏感电笔在屏幕上直接绘画可以模仿铅笔、钢笔、塑料笔、毛笔或喷笔进行描画、涂抹等各种粗细笔触，还可以调配各种颜色和擦拭修改任何一个有美术功底的设计师都可运用自如，得心应手地绘制效果图。,
15、用计算机设计非常方便，可以轻而易举地将图像放大，投影到大屏幕上生产11效果图，以获得更真实的“等大”感觉。在大屏幕上，设计师还可对汽车模型进行修改、补充和细化。可是，任何最高领导人都不愿意依据大屏幕去审批汽车造型，或者说他们还不适应这样做，而需要看到11的实物模型。为慎重起见，目前盛行的做法是用数控机床切削出11实体模型，如图3-11所示。毕竟，11实体模型的真实感又比11屏幕进了一步，而且造型师还有机会推敲和修改这个实体模型。由于预先已设计好数字化模型并以此为依据，数控加工的过程只需要几天，比手工制作同样的模型快捷得多。,图3-11 用数控机床切削11油泥模型,在零部件计算机辅助设计方面，亦
16、已开发出许多适用的大型软件，例如通用汽车公司采用的UG软件，福特汽车公司采用的I-DEAS软件，美国克莱斯勒公司和德国奔驰公司、宝马公司采用的CATIA软件等。这些大型软件均具备实体零件设计、二维及三维工程绘图、曲面造型等许多实用功能。设计师可以运用这些软件在计算机中构造他们所需要的零件。如果计算机中已存贮了大量的零件和标准件的图形和数据，则可以利用它们来合成总成部件，这样就更加快捷方便了。图3-12就是用计算机合成的发动机剖面图。,图3-12 计算机合成的发动机剖面图,零部件设计中，工作量大的是车身设计。前文提到，设计师必须把自己的构思用图纸表达出来。如果设计师用计算机设计汽车，似乎就应该将计算机与绘图机连接，绘出零件和部件的图纸，再交给生产部门。如果将计算机中的设计信息直接通过网络输送到生产部门的计算机，就有可能省去绘制图纸的步骤。“无图纸化生产”的设想不是不可捉摸的空中楼阁，而是企业现代化应追求的目标，而且业已在一些先进的企业中逐步地实现。,2计算机辅助工程分析 设计师在设计时，必须借助于各种计算方法去验证产品的结构。计算机辅助工程分析正是借助于计算机的计算和模拟去分析产品结构的
