第2章汽車總體設(shè)計(jì)(羅永革)

1、第一節(jié)汽車形式的選擇第二節(jié)汽車主要尺寸和參數(shù)的選擇第三節(jié)汽車總布置設(shè)計(jì)第四節(jié)汽車總布置CAD技術(shù)第五節(jié)運(yùn) 動(dòng) 校 核第第2 2章汽車總體設(shè)計(jì)章汽車總體設(shè)計(jì)第一節(jié)汽車形式的選擇一、汽車的分類二、汽車形式的選擇一、汽車的分類圖2-1汽車分類(GB/T 150892001)二、汽車形式的選擇1.軸數(shù)2.驅(qū)動(dòng)形式3.布置形式1.軸數(shù) 安裝名義斷面寬度超過400mm(公制系統(tǒng))或13.00in(英制系統(tǒng))輪胎的車軸，其最大允許載荷不得超過各輪胎規(guī)定的負(fù)荷之和，其最大限制為10 000kg。 裝備空氣懸架時(shí)最大允許軸荷的最大限值為11 500kg。 驅(qū)動(dòng)軸為每軸每側(cè)雙輪胎且裝備空氣懸架時(shí)，最大允許軸荷的限

2、值為19 000kg。3.布置形式(1)乘用車的布置形式乘用車的主要布置形式可分為：發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)(FF)、發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)(FR)和發(fā)動(dòng)機(jī)后置后輪驅(qū)動(dòng)(RR)三種驅(qū)動(dòng)形式，如圖2-2所示。(2)商用車的布置形式圖2-2乘用車的布置形式3.布置形式圖2-3發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)乘用車的發(fā)動(dòng)機(jī)布置方案a)發(fā)動(dòng)機(jī)橫置于前軸之前b)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置于前軸之前c)發(fā)動(dòng)機(jī)橫置于前軸之后3.布置形式(2)商用車的布置形式1)貨車的布置形式。 長(zhǎng)頭式。長(zhǎng)頭式貨車的發(fā)動(dòng)機(jī)位于駕駛室前部，稱為長(zhǎng)頭式貨車，如圖2-4a所示。發(fā)動(dòng)機(jī)完全突出在駕駛室前部，發(fā)動(dòng)機(jī)有獨(dú)立的發(fā)動(dòng)機(jī)艙和單獨(dú)的罩蓋。其優(yōu)點(diǎn)是維修發(fā)動(dòng)機(jī)方便，離合器

3、、變速器等操縱機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于布置；駕駛室隔熱、隔振效果好，地板低，駕駛員上、下車方便；駕駛員的安全性好。缺點(diǎn)是載貨面積利用率低，整車總長(zhǎng)較大，轉(zhuǎn)向不靈活，駕駛員視野差。 短頭式。短頭式貨車發(fā)動(dòng)機(jī)的大部分在駕駛室前部，少部分位于駕駛室內(nèi)，如圖2-4b所示。其車身部分的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：因發(fā)動(dòng)機(jī)大部分突出在駕駛室前部，所以有獨(dú)立的發(fā)動(dòng)機(jī)艙和單獨(dú)的發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋，發(fā)動(dòng)機(jī)艙與駕駛室共同形成貨車的車頭部分。(2)商用車的布置形式 平頭式。平頭式貨車的發(fā)動(dòng)機(jī)位于駕駛室內(nèi)，如圖2-4c所示。汽車總長(zhǎng)和軸距尺寸短，最小轉(zhuǎn)彎直徑小，機(jī)動(dòng)性能良好；駕駛員視野得到明顯改善；采用翻轉(zhuǎn)式駕駛室時(shí)能改善發(fā)動(dòng)機(jī)及其附件的接近性；汽車

4、的面積利用率比較高。但空載時(shí)前軸負(fù)荷大，因而在壞路上的汽車通過性變差；進(jìn)、出駕駛室不如長(zhǎng)頭式貨車方便；離合器、變速器等操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜；駕駛室隔熱、隔振效果差。平頭式布置又分為發(fā)動(dòng)機(jī)在前軸之上兩側(cè)座位之間(見圖2-5a)、發(fā)動(dòng)機(jī)在前軸之上座位之下(見圖2-5b)、發(fā)動(dòng)機(jī)在前軸之后座位之下(見圖2-5c)等幾種形式。圖2-5a的形式在重型貨車上用得較多，其發(fā)動(dòng)機(jī)位置較高，易維修，座位較低，汽車總高較低，可降低風(fēng)阻；缺點(diǎn)是駕駛室內(nèi)較擁擠，隔熱、隔振困難。圖2-5b、c的形式主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)外形較小的微型或輕型貨車上，優(yōu)點(diǎn)是其發(fā)動(dòng)機(jī)位置較低、駕駛室內(nèi)較寬敞，隔熱、隔振較好，但發(fā)動(dòng)機(jī)不易維修，為解決這一問題

5、，可采用駕駛室可翻轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。2)客車的布置形式。(2)商用車的布置形式 發(fā)動(dòng)機(jī)前置后橋驅(qū)動(dòng)。采用這種布置形式的優(yōu)點(diǎn)是與貨車通用的部件多，易于從貨車改裝；動(dòng)力總成操縱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；散熱器位于汽車前部，冷卻效果好；發(fā)動(dòng)機(jī)易維修。缺點(diǎn)是由于發(fā)動(dòng)機(jī)罩突出在地板之上，乘客面積利用率差；車內(nèi)噪聲大，隔熱、隔振困難，影響乘坐舒適性；且前軸容易過載，軸荷分配不理想；并可能造成轉(zhuǎn)向沉重。 發(fā)動(dòng)機(jī)中置后橋驅(qū)動(dòng)。采用這種布置形式的優(yōu)點(diǎn)是軸荷分配合理；傳動(dòng)軸的長(zhǎng)度短；車廂內(nèi)面積利用最好，車內(nèi)噪聲?。徊贾米尾粫?huì)受發(fā)動(dòng)機(jī)限制；乘客車門能布置在前軸之前，以利于實(shí)現(xiàn)單人管理。缺點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)必須用水平對(duì)置式的，要專門設(shè)計(jì)；因布置在

6、地板下部，其冷卻、防塵和維修困難，動(dòng)力總成的操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜。目前這種布置形式采用不多。(2)商用車的布置形式 發(fā)動(dòng)機(jī)后置后橋驅(qū)動(dòng)。目前國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)途和旅游大客車，很多都采用這種布置方案。其優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)力總成緊湊，機(jī)動(dòng)性好，整車整備質(zhì)量小。車內(nèi)布置趨于合理，車廂內(nèi)地板平坦，且發(fā)動(dòng)機(jī)與車廂分隔開，所以室內(nèi)振動(dòng)和噪聲小，對(duì)車內(nèi)溫度有所改善，舒適性好，車廂面積利用率高；軸荷分配較合理，可在車外修理發(fā)動(dòng)機(jī)；此外地板下可形成容積較大的行李箱。缺點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻條件不好，動(dòng)力操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜，故障不易及時(shí)判別。圖2-4貨車的布置形式a)長(zhǎng)頭式b)短頭式c)平頭式(2)商用車的布置形式圖2-5平頭式貨車的幾種布置形式a)發(fā)動(dòng)

7、機(jī)在前軸之上兩側(cè)座位之間b)發(fā)動(dòng)機(jī)在前軸之上座位之下c)發(fā)動(dòng)機(jī)在前軸之后座位之下(2)商用車的布置形式第二節(jié)汽車主要尺寸和參數(shù)的選擇一、汽車主要尺寸的確定二、汽車質(zhì)量參數(shù)的確定三、汽車主要性能參數(shù)的確定一、汽車主要尺寸的確定1.外廓尺寸2.軸距L的選擇3.前輪距B1和后輪距B24.前懸LF和后懸LR1.外廓尺寸 掛車車長(zhǎng)為掛車最前端至最后端的距離。 即原三輪農(nóng)用運(yùn)輸車，下同。 當(dāng)采用轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向、由傳動(dòng)軸傳遞動(dòng)力、具有駕駛室且駕駛?cè)俗魏笤O(shè)計(jì)有物品放置空間時(shí)，車長(zhǎng)、車寬、車高的限值分別為5 200mm、1 800mm、2 200mm。 指低速載貨汽車，即原四輪農(nóng)用運(yùn)輸車，下同。 車長(zhǎng)限值不適用于

8、不以運(yùn)輸為目的的專用作業(yè)車。 最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量不超過26 000kg的汽車起重機(jī)的車長(zhǎng)限值為13 000mm。 當(dāng)貨廂與駕駛室分離且貨廂為整體封閉式時(shí)，車長(zhǎng)限值增加1 000mm。 對(duì)于貨廂為整體封閉式的廂式貨車(且貨廂與駕駛室分離)、整體封閉式廂式半掛車及整體封閉式廂式汽車列車，以及車長(zhǎng)大于11 000mm的客車，車寬最大限值為2 550mm。 定線行駛的雙層客車車高最大限值為4 200mm。1.外廓尺寸 運(yùn)送不可拆解物體的低平板專用半掛車車寬限值3 000mm；車長(zhǎng)限值不適用于運(yùn)送不可拆解物體的低平板專用半掛車、運(yùn)送車輛的專用半掛車(但與牽引車組成的列車長(zhǎng)度需符合本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定)和運(yùn)送單箱長(zhǎng)度大

9、于12.2m(40ft)集裝箱的框架式集裝箱半掛車。二、汽車質(zhì)量參數(shù)的確定1.整車整備質(zhì)量mo2.汽車的載客量和裝載質(zhì)量me3.汽車的總質(zhì)量ma4.汽車軸荷分配的確定4.汽車軸荷分配的確定1)應(yīng)使輪胎磨損均勻。2)應(yīng)滿足汽車使用性能的要求。3)軸荷的分配還要考慮到汽車的操縱穩(wěn)定性，使汽車具有不足轉(zhuǎn)向特性。4.汽車軸荷分配的確定三、汽車主要性能參數(shù)的確定1.動(dòng)力性參數(shù)2.燃油經(jīng)濟(jì)性參數(shù)3.汽車的通過性參數(shù)4.汽車的操縱穩(wěn)定性參數(shù)5.制動(dòng)性參數(shù)6.舒適性參數(shù)1.動(dòng)力性參數(shù)(1)最高車速vmax隨著汽車性能特別是主動(dòng)安全性能的提高以及各國(guó)公路路面的改善和高速公路的發(fā)展，汽車最高速度有了普遍性提高，選

10、擇時(shí)應(yīng)考慮汽車的類型、用途和道路條件、具備的安全條件和發(fā)動(dòng)機(jī)的功率等，并以汽車行駛的功率平衡為依據(jù)來確定。(2)加速時(shí)間汽車的加速時(shí)間對(duì)平均行駛車速有著很大影響。(3)上坡能力用汽車滿載時(shí)在良好路面上的最大爬坡度imax來表示上坡能力。(4)汽車的比功率和比轉(zhuǎn)矩比功率是汽車所裝發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率與汽車最大總質(zhì)量之比，可作為評(píng)價(jià)汽車動(dòng)力性的綜合指標(biāo)；比轉(zhuǎn)矩是發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩與汽車總質(zhì)量之比，反映了汽車的牽引能力。4.汽車的操縱穩(wěn)定性參數(shù)(1)不足轉(zhuǎn)向特性參數(shù)為了使汽車具有一定的不足轉(zhuǎn)向特性，以達(dá)到較好的操縱穩(wěn)定性，通常在總體設(shè)計(jì)時(shí)做到前、后輪胎的側(cè)偏角之差大于零。(2)車身側(cè)傾角為保持較好的側(cè)向穩(wěn)定

11、性，當(dāng)整車以0.4g向心加速度定圓等速行駛時(shí)，車身側(cè)傾角應(yīng)控制在3以內(nèi)，最大不允許超過7。(3)制動(dòng)點(diǎn)頭角為使汽車具有較好的乘坐舒適性，當(dāng)汽車以0.4g的減速度制動(dòng)時(shí)，車身的點(diǎn)頭角不大于1.5。第三節(jié)汽車總布置設(shè)計(jì)一、整車布置的坐標(biāo)系二、整車布置的基準(zhǔn)線三、各部件的布置一、整車布置的坐標(biāo)系圖2-7整車坐標(biāo)系(GB/T 192342003)二、整車布置的基準(zhǔn)線1)車架上平面線。2)前輪中心線。3)汽車中心線。4)地面線。5)前輪鉛垂線。二、整車布置的基準(zhǔn)線圖2-8總布置圖的基準(zhǔn)線三、各部件的布置1.發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)的布置2.轉(zhuǎn)向裝置的布置3.懸架的布置4.制動(dòng)系統(tǒng)的布置5.踏板的布置6.空調(diào)裝置

12、的布置7.燃油箱、備胎、行李箱和蓄電池的布置8.車身內(nèi)部布置1.發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)的布置圖2-9確定動(dòng)力總成位置的主要尺寸7.燃油箱、備胎、行李箱和蓄電池的布置圖2-10中國(guó)人體基本尺寸8.車身內(nèi)部布置(1)駕駛員的操縱方便性駕駛員操縱方便性主要是指手操縱元件、腳踏板的位置和活動(dòng)空間。(2)乘用車車身的內(nèi)部布置(3)車身內(nèi)部布置方案校核安全性是汽車設(shè)計(jì)需要考慮的重要內(nèi)容。8.車身內(nèi)部布置圖2-11二維人體模型樣板8.車身內(nèi)部布置圖2-12三維人體模型a) H點(diǎn)人體模型各構(gòu)件名稱b)H點(diǎn)人體模型各構(gòu)件的尺寸與負(fù)荷分布1連接膝關(guān)節(jié)的T形桿2大腿重塊墊塊3座位盤4臀部角度量角器5靠背角水平儀6軀干重塊

13、懸架7靠背盤8頭部空間探測(cè)桿9靠背角量角器10H點(diǎn)標(biāo)記鈕11H點(diǎn)支樞12橫向水平儀13大腿桿14膝部角量角器15小腿夾角量角器16軀干重塊17臀部重塊18大腿重塊19小腿重塊8.車身內(nèi)部布置圖2-13舒適駕駛姿勢(shì)的人體生理角度圖2-14手臂操縱力與操縱姿勢(shì)和操縱位置的關(guān)系8.車身內(nèi)部布置圖2-15踏板行程方向與駕駛員踏板力的關(guān)系8.車身內(nèi)部布置圖2-16乘用車車身內(nèi)部空間的布置尺寸圖踵點(diǎn)到轉(zhuǎn)向盤中心的水平距離轉(zhuǎn)向盤在Y-平面內(nèi)的夾角轉(zhuǎn)向盤到前輪中心的距離前座有效腿部空間前座軀干傾角后排座軀干傾角R點(diǎn)之間的距離第二排座有效腿部空間前座R點(diǎn)到踵點(diǎn)的距離前客廂肩部空間后客廂肩部空間前客肘部寬度后客肘

14、部寬度座R點(diǎn)的Y坐標(biāo)后排座R點(diǎn)的Y坐標(biāo)前座頭部空間后排座頭部空間踵點(diǎn)到轉(zhuǎn)向盤中心的垂直距離前座R點(diǎn)到腳跟的距離后排座R點(diǎn)到腳跟的距離前座頭部有效內(nèi)部空間后座頭部有效內(nèi)空轉(zhuǎn)向盤下端距前排座椅的距離前R點(diǎn)至轉(zhuǎn)向盤中心的垂直距離轉(zhuǎn)向盤直徑系8.車身內(nèi)部布置圖2-17踵點(diǎn)確定方法8.車身內(nèi)部布置圖2-18駕駛員眼橢圓的定位8.車身內(nèi)部布置第四節(jié)汽車總布置CAD技術(shù)一、底盤總布置Top-Down的設(shè)計(jì)方法二、底盤總布置Top-Down的設(shè)計(jì)過程一、底盤總布置Top-Down的設(shè)計(jì)方法1)子系統(tǒng)都是較大系統(tǒng)的一個(gè)組成部分。2)突出知識(shí)、設(shè)計(jì)意圖，允許設(shè)計(jì)人員將精力集中在有意義的設(shè)計(jì)問題上，依賴軟件完成瑣碎

15、、麻煩、重復(fù)性的計(jì)算工作和計(jì)算管理工作。3)設(shè)計(jì)模型將自動(dòng)從其他PRO/E設(shè)計(jì)對(duì)象如骨架模型、設(shè)計(jì)任務(wù)書中提取所需的信息。4)在整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)周期中，設(shè)計(jì)準(zhǔn)則相對(duì)靜態(tài)，即變化很少。5)設(shè)計(jì)約束或特定的尺寸值，在開發(fā)周期中允許處于變化協(xié)調(diào)過程中，直到設(shè)計(jì)周期的最后才能完全確定。6)項(xiàng)目的開展按設(shè)計(jì)職責(zé)跨越多個(gè)組織部門及行政部門。7)在產(chǎn)品的變型設(shè)計(jì)中，允許實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)的快速互換。一、底盤總布置Top-Down的設(shè)計(jì)方法8)模塊化設(shè)計(jì)使得相似組件的互換性設(shè)計(jì)及并行設(shè)計(jì)變得容易。9)嵌套了知識(shí)Pro/ENGINEER的設(shè)計(jì)對(duì)象在將來的設(shè)計(jì)中可以被方便地重用。一、底盤總布置Top-Down的設(shè)計(jì)方法圖2-

16、19商用貨車底盤總布置Top-Down的設(shè)計(jì)方法二、底盤總布置Top-Down的設(shè)計(jì)過程1.建立產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和骨架模型2.約定交流設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)3.零部件三維參數(shù)化模型4.確定汽車參數(shù)化設(shè)計(jì)模型的控制點(diǎn)5.確定總成及零部件裝配方式6.進(jìn)行干涉檢查及基本運(yùn)動(dòng)校核7.質(zhì)量參數(shù)計(jì)算1.建立產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和骨架模型圖2-20建立整車基準(zhǔn)坐標(biāo)系和各總成坐標(biāo)系5.確定總成及零部件裝配方式圖2-21Top-down下的骨架裝配與約束裝配5.確定總成及零部件裝配方式圖2-22骨架模型a)整車骨架模型b)制動(dòng)系統(tǒng)骨架模型c)制動(dòng)元件與制動(dòng)骨架模型第五節(jié)運(yùn) 動(dòng) 校 核1)轉(zhuǎn)向輪在跳動(dòng)和轉(zhuǎn)向過程中與翼子板、轉(zhuǎn)向桿系之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。2)傳動(dòng)軸跳動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。3)后輪跳動(dòng)時(shí)與翼子板的相對(duì)關(guān)系。4)轉(zhuǎn)向桿系與轉(zhuǎn)向輪懸架共同工作所產(chǎn)生的