現(xiàn)代汽車構造 汽車設計-緒論0403 學習課件

汽車設計

緒論徐家川E-mail:xujc@Tel要內容汽車工業(yè)的現(xiàn)狀汽車設計的特點和要求汽車設計技術的發(fā)展汽車設計過程未來汽車的發(fā)展對汽車設計技術的要求1.自主創(chuàng)新活動雖然加速發(fā)展，但仍然面臨諸多挑戰(zhàn)

我國汽車產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新出現(xiàn)了3方面的變化。

a.工藝創(chuàng)新向產(chǎn)品創(chuàng)新轉變。

b.整車創(chuàng)新向關鍵核心技術創(chuàng)新轉變。

c.企業(yè)單獨創(chuàng)新向產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟形式的創(chuàng)新轉變。

我國汽車產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新的不足主要表現(xiàn)如下。

a.我國汽車產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新的機制仍然存在缺陷。

b.我國汽車產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新文化氛圍還不理想。

如何發(fā)掘產(chǎn)、學、研合作資源并很好地加以利用是我國當前汽車產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新所面臨的挑戰(zhàn)之一。

我國汽車工業(yè)現(xiàn)狀2.零部件創(chuàng)新能力弱，依然是汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的薄弱環(huán)節(jié)

汽車產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新能力在很大程度上取決于核心琴部件企業(yè)的創(chuàng)新能力。而汽車整車與零部件企業(yè)在研發(fā)環(huán)節(jié)上的專業(yè)化分工，零部件企業(yè)相對于整車企業(yè)的同步研發(fā)甚至是超前研發(fā)是國外汽車產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新的重要特征。

而我國，由于產(chǎn)業(yè)政策更多關注整車企業(yè)加之零部件企業(yè)發(fā)展滯后。導致零部件發(fā)展滯后于整車成為我國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的薄弱環(huán)節(jié)。

隨著國內汽車市場的開放。外資企業(yè)由合作型轉變?yōu)榭刂菩褪沟梦覈嚻髽I(yè)不得不把跨國零部件企業(yè)作為他們提高產(chǎn)品技術水平的主要依靠力量。3.產(chǎn)品結構逆向發(fā)展，新能源汽車急待明確方向

我國汽車產(chǎn)品結構出現(xiàn)了逆方向發(fā)展的趨勢，最典型的是節(jié)油減排效果明顯的小排量汽車市場占有率大幅萎縮；而油耗和排放都很大的SUV卻成為乘用車市場增長最快的車型，說明在引導機制上還存在問題。

新能源汽車研發(fā)進步很快但由于缺少清晰的政策導向和明確的優(yōu)惠措施使得一方面汽車企業(yè)承擔了高風險另一方面在一定程度上造成了資源浪費。有待制定統(tǒng)一的標準及鼓勵消費的政策。對我國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展未來走勢的判斷

1.產(chǎn)業(yè)規(guī)模將居世界首位

未來5--10年將是我國汽車產(chǎn)業(yè)進入自主創(chuàng)新加快發(fā)展的重要機遇期。抓住這一機遇我國汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展模式就能由一市場拉動型向“創(chuàng)新推動型”轉變：我國汽車產(chǎn)業(yè)的國際競爭力就能得到大幅提高。由汽車大國向汽車強國轉變的戰(zhàn)略目標就能實現(xiàn)。2.參與全球化的程度將不斷加深

汽車工業(yè)是當今世界上全球化程度以及其他產(chǎn)業(yè)關聯(lián)度最高的產(chǎn)業(yè)之一，汽車工業(yè)鏈的培育和發(fā)展對汽車工業(yè)的發(fā)展起著非常關鍵的作用。

最大限度地通過資源和生產(chǎn)要素配置全球化降低成本，貼近市場將是汽車企業(yè)保持活力和國際競爭力的關鍵。

未來幾年，我國汽車產(chǎn)業(yè)“走出去”的態(tài)勢將更加明顯，參與全球化的程度也將不斷加深。我國汽車產(chǎn)業(yè)將在開放中逐步加入全球分工體系，通過發(fā)揮比較優(yōu)勢而提高國際競爭力。3.大型企業(yè)兼并重組的進程將加快

企業(yè)間的兼并重組是一種必然。我國汽車企業(yè)間的并購重組是汽車產(chǎn)業(yè)結構調整的主要表現(xiàn)。也是其發(fā)展的必由之路。

相對于小企業(yè)大企業(yè)間的并購重組對整個產(chǎn)業(yè)結構的影響更為重要。

并購重組將會表現(xiàn)為3種形式：一是集團內部的整合兼并；二是集團之間的戰(zhàn)略整合；三是民營企業(yè)通過購買國有企業(yè)股份而進入競爭者行列。4.新能源汽車將加速追趕世界先進水平

根據(jù)我國實際情況新能源汽車技術路線基本明確分為主要路線和輔助路線。

主要路線：加速轎車柴油化一混合動力、純電動(電池)燃料電池汽車。

輔助路線：天然氣，液化石油氣汽車，煤化工燃料汽車一生物燃料汽車。

未來5-10年，新能源汽車將是我國汽車產(chǎn)業(yè)進行自主創(chuàng)新相對集中的領域。在國家相關政策的支持下，我國新能源汽車將追趕世界先進水平。研發(fā)和制造能力1、中國汽車工業(yè)研發(fā)（R&D）能力和技術水平

中國汽車工業(yè)的商用汽車開發(fā)能力具有一定的水平和經(jīng)驗，與世界先進水平有5-10年的差距。在產(chǎn)品系列化基礎上，中國汽車工業(yè)企業(yè)已經(jīng)可以做到每年都推出大量的新產(chǎn)品。中國汽車工業(yè)企業(yè)已經(jīng)能夠進行某些轎車車身的開發(fā)設計，但尚不具有成熟的、較高水平的整體轎車開發(fā)能力。中國主要轎車生產(chǎn)企業(yè)在新產(chǎn)品開發(fā)中主要承擔的是把跨國公司的車型本土化的工作，對某些產(chǎn)品具有了一定的升級改進能力，并且參加了某些聯(lián)合設計。由于沒有完整的轎車自主開發(fā)能力，中國的主要轎車產(chǎn)品沒有自己的知識產(chǎn)權。在汽車零部件的技術開發(fā)方面，中國汽車工業(yè)企業(yè)在某些中低附加值產(chǎn)品方面具有相當?shù)拈_發(fā)能力；在汽車關鍵零部件的技術開發(fā)方面具有一定能力，但是與國際先進水平差距甚大。許多關鍵零部件僅僅是外國產(chǎn)品的仿制。在決定21世紀國際汽車工業(yè)競爭的核心技術—燃料電池汽車的研制方面，從政府支持的研究開發(fā)角度看，中國汽車工業(yè)幾乎與發(fā)達國家汽車工業(yè)處于同一水平上。如果能夠把握好產(chǎn)業(yè)化層面的競爭路徑，中國汽車工業(yè)可能在發(fā)動機研制方面實現(xiàn)跨越。2、中國汽車工業(yè)企業(yè)的制造能力

由于中國汽車工業(yè)企業(yè)與國際大汽車公司進行了全面的合資，在主要汽車生產(chǎn)廠，主要生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的工藝裝備水平有了較大提高。相當多的合資企業(yè)生產(chǎn)線裝備是按照跨國公司生產(chǎn)標準引進的。由于合資企業(yè)要按照跨國公司要求組織生產(chǎn)，進入跨國公司的全球管理和質量監(jiān)控體系，因此中國汽車企業(yè)在保證產(chǎn)品水平、質量的關鍵設備、工藝、管理制度等方面正在逐步與國際接軌。中國汽車工業(yè)企業(yè)零部件配套能力有了較大提高。在中低附加值汽車零部件制造方面由于民營企業(yè)進入較多，對市場反應能力也在迅速增強。從生產(chǎn)規(guī)模上來說，中國汽車生產(chǎn)企業(yè)逐步逼近國際汽車工業(yè)企業(yè)的最低經(jīng)濟規(guī)模。但是勞動生產(chǎn)率仍然較低。較低的生產(chǎn)率，在很多領域抵消了中國汽車工業(yè)低廉勞動力的優(yōu)勢。3、中國汽車工業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)能力中國汽車工業(yè)在被確定為支柱產(chǎn)業(yè)之后的18年里，幾大巨型國家重點企業(yè)竟然沒有生產(chǎn)出一輛自主品牌的轎車。在總量中自主品牌的比重、專有技術和自主知識產(chǎn)權的比重嚴重偏低，我國汽車工業(yè)仍未走出“引進－落后－再引進－再落后；開發(fā)能力不足－依賴－更不足－更依賴”的雙重怪圈。現(xiàn)在的汽車合資企業(yè)雖然股份方面我們占多數(shù)，但是核心技術掌握在外國人手里。在合資企業(yè)中，合資形式給中國汽車工業(yè)帶來的絕大部分是外方產(chǎn)品的生產(chǎn)許可權，即根據(jù)外方提供的成型設計進行組裝，中方企業(yè)很難對引進的產(chǎn)品進行任何修改和創(chuàng)新。在中國企業(yè)與外方合資過程中，原企業(yè)的研發(fā)力量被解散的情況曾經(jīng)發(fā)生并仍在發(fā)生著。一批有志氣、有作為的科技人員紛紛從一般人認為待遇不錯的合資企業(yè)出走，尋找能使他們發(fā)揮才智的另一方天地。僅1993年至2000年間，一汽集團就流失人才370名。合資后的二汽，因企業(yè)要解散技術中心導致近20位研發(fā)工程師集體出走。2001年7月，十幾位二汽技術中心的研發(fā)工程師在奇瑞汽車公司的支持下成立了佳景科技有限公司。吉利集團的一位地區(qū)公司總經(jīng)理就來自于一汽，曾任一汽大宇總經(jīng)理和一汽技術中心副主任。成了“中國汽車人才培養(yǎng)基地”的二汽，自身的研發(fā)體系幾近崩潰。合資中方在引進生產(chǎn)權的盈利模式下逐漸喪失了自主開發(fā)的動機、信心和能力。中國汽車工業(yè)自主研發(fā)的時機已接近成熟（1）我們已經(jīng)初步具備了支撐自主研發(fā)的市場容量。（2）從資金角度看，企業(yè)融資渠道也實現(xiàn)了多元化，好項目融資難漸成歷史。較高的利潤積累，也讓汽車企業(yè)家底漸漸殷實，資金問題已不再是制約自主開發(fā)的瓶頸。（3）自主研發(fā)的技術環(huán)境有了改善。為最大限度地降低成本，在目前的汽車工業(yè)全球化分工體系中，整車制造公司大都將零部件公司從母體中分離，加上眾多的獨立汽車設計公司、專業(yè)化技術公司，為國內企業(yè)尋求“外腦”提供了條件。（4）合資公司為實現(xiàn)本地化生產(chǎn)所做的努力，也大大提升了我國汽車零部件工業(yè)的水平。（5）國內汽車企業(yè)在合資合作過程中，也逐漸意識到“話語權”的重要性，而要擁有話語權，沒有一定的自主研發(fā)能力，簡直就是紙上談兵。汽車設計的特點和要求（1）零件標準化、部件通用化和產(chǎn)品系列化：由于汽車出產(chǎn)量大，品種及型號多，設計中實行零件標準化、部件通用化和產(chǎn)品系列化，可簡化生產(chǎn)，提高工效，保證產(chǎn)品質量，降低生產(chǎn)成本，減少配件品種，方便維修。（2）考慮使用條件的復雜多變：為了使所設計的汽車產(chǎn)品；具有競爭力，設計中就要充分考慮。其對復雜多變的使用條件出適應性。特別應注意熱帶、寒帶等不同的氣候條件和高原、山區(qū)、丘陵、沼澤、沿海等不同的地理條件，以及燃料供應，維修能力等不同的使用條件對汽車結構、性能、材料、附件等的特殊要求。（3）重視汽車使用中的安全、可靠、經(jīng)濟與環(huán)保：汽車良好的使用性能是設計者要追求的目標，不同的汽車使用性能也是不同的；而且在某些性能之間有時是相互矛盾的。因此；要在給定的使用條件下協(xié)調各使用性能的要求，優(yōu)選各使用性能指標，使汽車在該使用條件下的綜合使用性能達到最優(yōu)。特別要重視使用中的安全、可靠、經(jīng)濟與環(huán)保。（4）車身設計既重視工程要求，更注重外觀型：汽車車身的外形、油漆及色彩是汽車給人們的第一個外觀印象，是人們評價汽車的最直接方面，也是轎車的重要市場競爭因素，是汽車設計非常重要的內容。車身造型既是工程設計，又是美工設計。從工程設計來看，它既要滿足結構的強度要求、整車布置的匹配要求和沖壓分塊的工藝要求，又要適應車身的空氣動力學的要求而具有最小的，空氣阻力系數(shù)。從美工設計來看，它應當適應時代的特點和人們的愛好，要像對待工藝品那樣進行美工設計，給人以高度美感，起到美化環(huán)境的作用。（5）設計要在有關標準和法規(guī)的指導下進行：中國汽車工業(yè)標準包括與國際基本通用的汽車標準和為宏觀控制汽車產(chǎn)品性能和質量的標準，它包括國家標準、行業(yè)標準和企業(yè)標準。汽車標準分為強制性標準和推薦性標準。強制性標準主要有：整車尺寸限制標準、汽車安全性標準、油耗限制標準、汽車排放物限制標準及噪聲標準。為使我國汽車產(chǎn)品進入世界市場設計時也應考慮到國際標準化組織汽車專業(yè)委員會(ISO/TC22)制訂的標準和美國標準協(xié)會標準(ANSI)、美國汽車工程師學會(SAE)、日本工業(yè)標準(JIS)、日本汽車標準組織(JASO)標準、日本汽車車身工業(yè)協(xié)會標準(JABIA)、日本汽車輪胎標(JATMA)、日本汽車用品工業(yè)協(xié)會標(JARP)、日本蓄電池工業(yè)協(xié)會標準(SBA)以及歐洲經(jīng)濟委員會(ECE)、歐洲經(jīng)濟共同體(EEC)所制訂的汽車法規(guī)。特別對于出口到落后國家，其標準并不低。（6）汽車設計是考慮人機工程、交通工程、制造工程、運營工程、管理工程的系統(tǒng)工程：

汽車是由人來駕駛和乘坐的，因此其設計必須考慮這種人車關系，即操縱要方便、乘坐要舒適。汽車是一種交通工具，其設計必須符合交通工程的要求。汽車設計技術的發(fā)展汽車設計技術的發(fā)展分為四個階段：

1經(jīng)驗設計階段

2以科學實驗，技術分析為基礎的設計階段

3計算機輔助設計階段

4CAD/CAE/CAM一體化的現(xiàn)代汽車設計階段：1經(jīng)驗設計階段：經(jīng)驗設計是以已有產(chǎn)品的經(jīng)驗數(shù)據(jù)為依據(jù)，運用一些帶有經(jīng)驗常數(shù)或安全系數(shù)的經(jīng)驗公式進行設計計算的一種傳統(tǒng)的設計方法。這種設計由于缺乏精確的設計數(shù)據(jù)和科學的計算方法，使所設計的產(chǎn)品不是過于笨重就是可靠性差。一種新車型的開發(fā)，往往要經(jīng)過設計-試制-試驗-改進設計—試制—試驗等二次或多次循環(huán)。反復修改圖紙，完善設計后才能定型，設計周期長，質量差，消耗大。2以科學實驗，技術分析為基礎的設計階段：隨著測試技術的發(fā)展與完善，在汽車設計過程中引進新的測試技術，和各種專用的試驗設備，進行科學實驗，從各方面對產(chǎn)品的結構、性能和零部件的強度、壽命進行測試。同時廣泛采用近代數(shù)學物理分析方法，對產(chǎn)品及其總成、零部件進行全面的技術分析、研究，這樣就使汽車設計發(fā)展到以科學實驗和技術分析為基礎的階段。3計算機輔助設計階段計算機輔助設計階段出現(xiàn)在70年代以后。初級階段：電子計算機主要是協(xié)助技術人員進行工程計算和技術分析。

半自動和全自動設計

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半自動化設計(CAD)：將資料和數(shù)據(jù)輸入計算機，計算機給出數(shù)據(jù)或外形，通過人—機對話，達到設計要求。

全自動設計(CD):計算機自動給出最優(yōu)結果。CAD/CAE/CAM一體化的現(xiàn)代汽車設計階段：現(xiàn)代汽車設計，除傳統(tǒng)的方法和計算機輔助設計方法外，還引進了最優(yōu)化設計、可靠性設計、有限元分析、計算機模擬計算或仿真分析、模態(tài)分析等現(xiàn)代設計方法與分析手段，甚至還引進了雷達防撞、衛(wèi)星導航、智能化電子儀表及顯示系統(tǒng)等新技術。在產(chǎn)品開發(fā)的整個過程中，產(chǎn)品的先天質量、決定于設計，產(chǎn)品在包括原材料、鍛造、使用、維修等各方面的花費，即廣義成本的70%是由設計階段決定的。因此設計方案的修改盡可能地在產(chǎn)品開發(fā)的前期進行，使產(chǎn)品設計一次成功，避免在產(chǎn)品開發(fā)后期因改變設計而造成的巨大浪費。汽車虛擬環(huán)境系統(tǒng)：過去工程師設計一輛汽車，需要在制圖板上畫上成千上萬張設計圖，再經(jīng)鍛造工程師制造出車殼，然后配上發(fā)動機，最后還需檢驗整車的各項性能。自汽車虛擬環(huán)境系統(tǒng)出現(xiàn)以后，這一過程已被大大簡化。虛擬現(xiàn)實技術可為設計人員提供一種新的手段來理解和解決品牌造型開發(fā)方向、結構限制以及工程制造等方面的問題，進而可降低對制作粘土模型的需求。越來越多地采用數(shù)學模型來實現(xiàn)驗證模擬設計，并確認汽車空氣動力學、耐沖撞性能、燃燒效率、可成型性以及可制造性，進而可縮短汽車開發(fā)時間。采用基于數(shù)學原理的計算機工具，無需制作物理原型就能組裝、觀察和模擬汽車的性能及其相關制造工藝，進而縮短汽車開發(fā)時間。許多人希望擁有與眾不同富有個性的汽車款式，這對汽車設計提出更高的要求。以前汽車的型式有限，所以可供選擇的樣式太少。而現(xiàn)在可以生產(chǎn)各式汽車，將汽車零件互相搭配，并配以汽車虛擬環(huán)境系統(tǒng)，根據(jù)不同客戶的要求，很輕松地進行改裝。只需戴上特制的頭盔和手套，就能在3米高的顯示屏上，設計出符合客戶要求的理想車型。汽車設計過程所做工作包括：(1)繪制汽車總布置圖；(2)根據(jù)總布置設計確定的整車參數(shù)和性能指標，提出對各總成和部件的設計要求；(3)繪制轉向車輪跳動等有關部分的運動圖；(4)確定有關總成和部件支承的型式、結構參數(shù)與特性等；(5)確定各總成的質心位置，核算汽車空載和滿載時韻軸荷分配及整車質心高度；(6)制作模型進行布置空間的校核，通常制作1：1車身內、外模型來檢查駕駛操作及上下車的方便性、視野范圍、乘坐空間及舒適性等；(7)汽車總成、部件及零件的選型與設計；(8)設計圖紙的工藝審查及必要的修改；(9)繪制汽車總裝配圖；(10)試制、試驗、修改與定型。未來汽車發(fā)展對汽車設計的要求：

1、外部設計：安全第一

為適應時代潮流，今天的汽車設計越來越體現(xiàn)個性化，追求一種能讓家人分享的樂趣和情感。社會學研究和文化研究顯示，人們希望汽車能夠體現(xiàn)他們自身，即這種汽車能適應周末、假日的需要、這就要求設計師將汽車用于工作同用于周末、假日結合起來。

同時，安全性是設計車型時首先要考慮的因素。出于安全考慮，必須抬高汽車的防護罩，在防護罩和堅硬部件之間留出空隙。因此，越來越多的汽車呈現(xiàn)車身一體化的設計。大貨車在路上掉頭，一轎車鉆車底，如有護欄，可避免。

最后，汽車制造者們似乎重新趨向于生產(chǎn)設計比較緊湊的汽車，即傾向于優(yōu)先考慮汽車外部尺寸與內部空間的關系。

2、內部結構：空間變大

經(jīng)過了增加操縱程序的時代之后，汽車進入了“簡化”時期。這不僅意味著要重新考慮操縱裝置的設計和人體工程學，而且意味著應改變“人機關系”。為了改善舒適性以及車內的生活質量，儀表盤與車內環(huán)境將被“減負”，調節(jié)和凈化空氣的技術也會有新發(fā)展，個性化則可以通過新型材料和顏色的使用來表現(xiàn)。

出于增加內部空間的需要，要求設計者減少汽車的懸臂，但出于安全性的考慮，設計者又必須增加懸臂，于是產(chǎn)生了求助于技術的想法。根據(jù)這種前景，電控汽車技術將會普及開來。去掉操縱裝置和其它構件(發(fā)動機、方向盤、剎車等)之間的所有機械連接，就能使人們自由地安裝各種部件，節(jié)省內部空間，減輕汽車重量，降低車上人員胸部受傷的風險。面對如此大的挑戰(zhàn)，惟一需要克服的是心理障礙。設計思路是否可以考慮：采用沒有踏板結構、沒有轉向管柱（方向盤柱）的汽車，或者考慮讓坐在后排的孩子來控制方向。

3、儀表盤：日益智能化

人們將可以在汽車上接通互聯(lián)網(wǎng)，收發(fā)電子郵件。為了簡化操縱，汽車上將安裝語音識別系統(tǒng)。同時汽車還將配備遙控維護系統(tǒng)、駕駛員監(jiān)視輔助裝置、智能速度調節(jié)器、障礙探測雷達、夜視鏡、視頻屏幕和安裝在后座上的電子游戲機。自動點火裝置、雨水傳感裝置和倒車雷達將成為汽車上的尋常之物。4、發(fā)動機：技術更先進汽車制造商在發(fā)動機方面可能還得處理一些難題。汽車重量的增加使制造商不得不提高發(fā)動機的功率以保證相關性能。然而，發(fā)動機功率的提高也導致能源消耗增加。雖然制造商在致力于根本性的研究，但通向“零排放”的道路依然布滿難題。

汽車將繼續(xù)使用傳統(tǒng)的碳氫燃料。新的電子操縱系統(tǒng)的推廣、可變進氣閥的安裝、汽油的直接噴射和柴油的微粒過濾器都可以使汽車技術出現(xiàn)明顯的進步。但是，電動汽車、混合動力汽車和氫汽車的普及將加快。5、自