1、上海商务咨询有限公司汽车总体设计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
2、属性因无序而相互干扰，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、
3、更为深刻。1.1 整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；上海商务咨询有限公司(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
4、面的技术、进行分析的基础上进行（3）应从已有的基础出发，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
5、设计及绘制车身布置图：绘制不同外形、不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：上海商务咨询有限公司(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
6、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
7、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
8、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。但应尽量不采用双前轴式结构，因为这样会使上海商务咨询有限公司前转向系统复杂，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
9、(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 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
10、 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 0.9 1.0， 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
11、 、 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 。 试 验 表 明 ： 轮 胎 超 载 20 时 ， 其 寿上海商务咨询有限公司命 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
12、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
13、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 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
14、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 10 15 。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
15、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。上海商务咨询有限公司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
16、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
17、)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 ；上海商务咨询有限公司(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
18、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。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
19、纵向角振动过大；汽车加速、制动或上上海商务咨询有限公司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: RJHLSL式中，L H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参考同型、同类布置的汽车的
20、这一尺寸初步确定； S驾驶室与货厢之间的间隙，一般取 50100mm；LR后悬尺寸，可根据道路条件或参考同类型汽车初步确定。轴距的最终确定应通过总布置和相应的计算来完成，其中包括检查最小转弯半径和万向节传动的夹角是否过大，轴荷分配是否合理，乘坐是否舒适以及能否满足整车总体设计的要求等。三轴汽车的中后轴之间的轴距，多取为轮胎直径的 1.11.25 倍。汽车轮距对汽车的总宽、总质量、横向稳定性和机动性都有较大的影响。轮距愈大，则悬架的角刚度愈大，汽车的横向稳定性愈好，车厢内横向空间也愈大。但轮距也不宜过大，否则，会使汽车的总宽和总质量过大。轮距必须与汽车的总宽相适应。汽车的外廓尺寸包括其总长、总宽
21、、总高。它应根据汽车的类型、用途、承载量、道路条件、结构选型与布置以及有关标准、法规限制等因素来确定。在满足使用要求的前提下，应力求减小汽车的外廓尺寸，以减小汽车的质量，降低制造成本，提高汽车的动力性、经济性和机动性。GBl58979 对汽车外廓尺寸界限作了规定。前悬处要布置发动机、水箱、风扇、弹簧前支架、车身前部或驾驶室的前支点、保险杠、转向器等，要有足够的纵向布置空间。其长度与汽车的类型、驱动型式、发动机的布置型式和驾驶室的型式及布置密切相关。汽车的前悬不宜过长，以免使汽车的接近角过小而影响通过性。汽车的后悬长度主要与货厢长度、轴距及轴荷分配有关。后悬也不宜过长，以免使汽车的离去角过小而引
22、起上下坡时刮地，同时转弯也不灵活。城市大客车的后悬一般不大于上海商务咨询有限公司其轴距的 60，其长度不大于 3.5m。轻型及以上的载货汽车的后悬一般为 1.22.2m。长轴距、特长货厢的汽车，其后悬可长达约 2.6m。3.2 整车质量参数估算在整车设计方案确立后，总布置设计草图初步完成的情况下，应首先对整车质量参数(包括：空载状态下的整车整备质量、轴荷分配、质心高度；满载状态下的整车最大总质量、轴荷分配以及非悬架质量等)进行估算，为整车性能计算和总成设计提供依据。各总成质量 ，可通过样件实测得到，亦可参照同类车型样件实测值修正得到。Mi各总成质心位置可通过实测得到或按其几何形状和结构特点估计
23、得到，然后在整车总布置图上确定其质心相对于前轮中心的纵向位移 (一般规定在前轮中心后为正值，在前Xi轮中心前为负值)以及空载状态下的离地高度 ；和满载状态下的离地高度 。ZZli一般整车总布置图在满载状态下绘制，在确定各总成质心在空载状态下的离地高度时应考虑到前、后轮胎和悬架相对满载状态的垂直变形的影响；空载状态下各总成质心纵向位置相对满载状态的变化忽略不记。3.2.1 空车状态下整车质量、轴荷分配和质心高度的计算整车整备质量(自重) 按下式计算：MccNoi1式中 No用估算整车整备质量的全部总成数量(总成的划分可根据实际情况由设计人员自定)；整车装备质量，kg。Mc空车后轴荷 按下式计算：
24、rcrLXiNoi1式中 L轴距，mm；空车后轴荷，kg。Mcr空车前轴荷 Mci 按下式计算：上海商务咨询有限公司Mcrcf式中 Mcf空车前轴荷，kg。空车质心高度mgo 按下式计算：McZiHNoig100式中 空车质心高度，mm。0g3.2.2 满载状态下整车质量、轴荷分配和质心高度的计算整车最大总质量(总重) 按下式计算：Mt1NitN1用于估算整车最大总质量的全部总成和负载的数量(一般在整车整备质量基础上加上乘员和最大装载质量)。满载后轴荷 按下式计算：MtrLXitrNi1式中 满载后轴荷，kg。t满载前轴荷 按下式计算tfMtfr式中 满载前轴荷，kg tf满载质心高度 按下式计算： 1gHMtZliNig1式中 满载质心高度，mm。 1gH
