【正文】 汽車總體設(shè)計(jì)1. 概述汽車性能的優(yōu)劣不僅取決于組成汽車的各部件的性能，而且在很大程度上取決于各部件的協(xié)調(diào)和配合，取決于總體布置；總體設(shè)計(jì)水平的高低對(duì)汽車的設(shè)計(jì)質(zhì)量、使用性能和產(chǎn)品的生命力起決定性的影響。汽車是一個(gè)系統(tǒng)，這是基于汽車只有如下屬性而具備組成系統(tǒng)的條件：① 汽車是由多個(gè)要素（子系統(tǒng)及連接零件）組成的整體，每個(gè)要素對(duì)整體的行為有影響；② 組成汽車的各要素對(duì)整體行為的影響不是獨(dú)立的；③ 汽車的行為不是組成它的任何要素所能具有的。由此，汽車具備系統(tǒng)的屬性，對(duì)環(huán)境表現(xiàn)出整體性、一輛子系統(tǒng)屬性匹配協(xié)調(diào)的汽車所具備的功能大于組成它的各子系統(tǒng)功能純粹的、簡(jiǎn)單的總和、反之，如果子系統(tǒng)的屬性因無(wú)序而相互干擾，即便是個(gè)體性能優(yōu)良的子系統(tǒng)，其功能也會(huì)因相互扼制而抵消，功率循環(huán)、軸轉(zhuǎn)向等就是這樣的典型例子。系統(tǒng)論所揭示的系統(tǒng)整體性和系統(tǒng)功能的等級(jí)性必然會(huì)映射到設(shè)計(jì)任務(wù)中來(lái)、用整體性來(lái)解釋汽車設(shè)計(jì)的終極目標(biāo)是整車性能的綜合優(yōu)化，道理是十分顯然的、汽車設(shè)計(jì)任務(wù)的等級(jí)形態(tài)表現(xiàn)為：上位設(shè)計(jì)任務(wù)是確定下位設(shè)計(jì)任務(wù)要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，下位設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)上位設(shè)計(jì)功能的手段、上、下位體系可從總體設(shè)計(jì)逐級(jí)分至零件設(shè)計(jì)，總體設(shè)計(jì)無(wú)疑處于這種體系的最上位，設(shè)計(jì)子系統(tǒng)的全部活動(dòng)必須在總體設(shè)計(jì)構(gòu)建的框架內(nèi)進(jìn)行、子系統(tǒng)設(shè)計(jì)固然重要，但統(tǒng)攬全局、設(shè)計(jì)子系統(tǒng)組合和相互作用體系規(guī)則的總體設(shè)計(jì)對(duì)汽車的性能和質(zhì)量的影響更加廣泛、更為深刻。 整車總布置設(shè)計(jì)的任務(wù)(1) 從技術(shù)先進(jìn)性、生產(chǎn)合理性和使用要求出發(fā)，正確選擇性能指標(biāo)、質(zhì)量和主要尺寸參數(shù)，提出總體設(shè)計(jì)方案，為各部件設(shè)計(jì)提供整車參數(shù)和設(shè)計(jì)要求；(2) 對(duì)各部件進(jìn)行合理布置和運(yùn)動(dòng)校核；(3) 對(duì)整車性能進(jìn)行計(jì)算和控制，保證汽車主要性能指標(biāo)實(shí)現(xiàn)；(4) 協(xié)調(diào)好整車與總成之間的匹配關(guān)系，配合總成完成布置設(shè)計(jì)，使整車的性能、可靠性達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 設(shè)計(jì)原則、目標(biāo)（1） 汽車的選型應(yīng)根據(jù)汽車型譜、市場(chǎng)需求、產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和企業(yè)的產(chǎn)品發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行。（2）選型應(yīng)在對(duì)同類型產(chǎn)品進(jìn)行深入的市場(chǎng)調(diào)查、使用調(diào)查、生產(chǎn)工藝調(diào)查、樣車結(jié)構(gòu)分析與性能分析及全面的技術(shù)、進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行（3）應(yīng)從已有的基礎(chǔ)出發(fā)，對(duì)原有車型和引進(jìn)的樣車進(jìn)行分析比較，繼承優(yōu)點(diǎn)，消除缺陷，采用已有且成熟可靠的先進(jìn)技術(shù)與結(jié)構(gòu)，開發(fā)新車型。 （4）涉及應(yīng)遵守有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、法規(guī)、法律，不得侵犯他人專利。 （5）力求零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化、產(chǎn)品系列化。(1)調(diào)查研究與初始決策：選定設(shè)計(jì)目標(biāo)，并制定產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作及方針原則。(2)總體方案設(shè)計(jì)：根據(jù)所選定的目標(biāo)及對(duì)開發(fā)目標(biāo)制定的工作方針、設(shè)計(jì)原則等主導(dǎo)思想提出整車設(shè)想，即概念設(shè)計(jì)（concept design）或構(gòu)思設(shè)計(jì)。(3)繪制總布置草圖，確定整車主要尺寸、質(zhì)量參數(shù)與性能以及各總成的基本形式。 (4)車身造型設(shè)計(jì)及繪制車身布置圖：繪制不同外形、不同色彩的車身外形圖；制作相應(yīng)的造型的1：5整車模型；從中選優(yōu)后，再制作1：5或1：1的精確模型。(5) 編寫設(shè)計(jì)任務(wù)書；(6) 汽車總布置設(shè)計(jì)；(7) 總成設(shè)計(jì)；(8) 試制、試驗(yàn)、定型。2. 整車型式的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)原則，目標(biāo)和用戶的需求特點(diǎn)，整車設(shè)計(jì)人員要提出被開發(fā)車型的整車型式方案，主要包括以下幾部分：(1)發(fā)動(dòng)機(jī)的種類和型式；(2)軸數(shù)和驅(qū)動(dòng)型式；(3)車頭和駕駛室的型式及與發(fā)動(dòng)機(jī)、前軸(輪)的位置關(guān)系；(4)輪胎的選擇。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的種類和型式，在現(xiàn)代汽車上主要選用汽油機(jī)和柴油機(jī)，燃用其它燃料或其它種類的發(fā)動(dòng)機(jī)，可根據(jù)車型的需要進(jìn)行選取。發(fā)動(dòng)機(jī)的型式有直列式、V型和對(duì)置式等。冷卻方式有水冷和風(fēng)冷。因此要根據(jù)具體車型的使用條件和布置上的結(jié)構(gòu)需要，而選擇不同種類和型式的發(fā)動(dòng)機(jī)。不同類型的汽車有不同的軸數(shù)和驅(qū)動(dòng)型式，這主要根據(jù)使用條件、用途、工廠的生產(chǎn)條件、制造成本及公路的軸荷限值等因素進(jìn)行選擇。最常用的是兩軸、后驅(qū)動(dòng)42式汽車，其中轎車還可以采用42前驅(qū)動(dòng)式結(jié)構(gòu)。對(duì)于一般總重小于 19t的汽車，都采用42后驅(qū)動(dòng)的布置型式(前驅(qū)動(dòng)的轎車除外)，因?yàn)檫@種汽車結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、布置合理、機(jī)動(dòng)性好、成本低、適合于公路使用，是—種典型的、成熟的結(jié)構(gòu)型式。 隨著汽車載重量的增加，各相關(guān)總成也要相應(yīng)的加大，汽車的自重也要增加，這樣會(huì)造成42式的汽車單軸的負(fù)荷增加，以致于超過(guò)公路、橋梁所規(guī)定的承載限值(公路允許單軸負(fù)荷為13t，雙后軸負(fù)荷為24t)。為解決此矛盾，一般采用增加汽車軸數(shù)的辦法來(lái)減少單軸的負(fù)荷，如從42變成6684，如果想增加驅(qū)動(dòng)能力，提高越野通過(guò)性能，可以采用4688等增加前驅(qū)動(dòng)型式的結(jié)構(gòu)，同時(shí)也可提高載重量。采用增加軸數(shù)的辦法，可以提高載重量而不增加單軸負(fù)荷，同時(shí)還不會(huì)增加車箱底板的離地高度，提高通用化、系列化水平，便于生產(chǎn)、降低生產(chǎn)成本等。所以汽車廠家多年來(lái)一直都采用這種辦法變型出更多品種的汽車。62式結(jié)構(gòu)可以由單前軸、單后驅(qū)動(dòng)橋和后支承軸組成，也可由雙前軸和單后驅(qū)動(dòng)橋組成，這主要取決于布置需求和軸荷分配。但應(yīng)盡量不采用雙前軸式結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@樣會(huì)使前轉(zhuǎn)向系統(tǒng)復(fù)雜，轉(zhuǎn)向沉重或增加轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)，增加成本和影響操作。、駕駛室的型式車頭、駕駛室的型式是汽車的最主要的型式之一。其選擇主要決定于用戶的要求、安全性、維修保養(yǎng)的方便性和生產(chǎn)條件等因素。車頭的型式如長(zhǎng)頭、平頭、凸頭等都各有其優(yōu)缺點(diǎn)。車頭、駕駛室與發(fā)動(dòng)機(jī)，前軸(前輪胎)的布置位置，也可組成不同的布置結(jié)構(gòu)，形成不同風(fēng)格的整車外形，使軸荷分配、軸距、轉(zhuǎn)彎直徑等發(fā)生變化。對(duì)使用、性能也有一定的影響。，前軸(前輪胎)的布置位置輪胎的尺寸和型號(hào)是進(jìn)行汽車性能計(jì)算和繪制總布置圖的重要原始數(shù)據(jù)之一，因此，在總體設(shè)計(jì)開始階段就應(yīng)選定，而選擇的依據(jù)是車型、使用條件、輪胎的靜負(fù)荷、輪胎的額定負(fù)荷以及汽車的行駛速度。當(dāng)然還應(yīng)考慮與動(dòng)力—傳動(dòng)系參數(shù)的匹配以及對(duì)整車尺寸參數(shù)(例如汽車的最小離地間隙、總高等)的影響。輪胎所承受的最大靜負(fù)荷與輪胎額定負(fù)荷之比，稱為輪胎負(fù)荷系數(shù)?！悦獬d。轎車、輕型客車及輕型貨車的車速高、輪胎受動(dòng)負(fù)荷大，故它們的輪胎負(fù)荷系數(shù)應(yīng)接近下限；對(duì)在各種路面上行駛的貨車，其輪胎不應(yīng)超載。在良好路面上行駛且車速不高的貨車，；對(duì)車速不高的重型貨車、重型自卸汽車，此系數(shù)亦可偏大些。但過(guò)多超載會(huì)使輪胎早期磨損，甚至發(fā)生胎面剝落及爆胎等事故。試驗(yàn)表明：輪胎超載20％時(shí)，其壽命將下降30％左右。為了提高汽車的動(dòng)力因數(shù)、降低汽車及其質(zhì)心的高度、減小非簧載質(zhì)量，對(duì)公路用車在其輪胎負(fù)荷系數(shù)以及汽車離地間隙允許的范圍內(nèi)應(yīng)盡量選取尺寸較小的輪胎。采用高強(qiáng)度尼龍簾布輪胎可使輪胎的額定負(fù)荷大大提高，從而使輪胎直徑尺寸也大為縮小?！?0；——16等更小尺寸的輪胎所取代。越野汽車為了提高在松軟地面上的通過(guò)能力常采用胎面較寬、直徑較大、具有越野花紋的超低壓輪胎。山區(qū)使用的汽車制動(dòng)頻繁，制動(dòng)鼓與輪輞之間的間隙應(yīng)大一些，以便散熱，故應(yīng)采用輪輞尺寸較大的輪胎。轎車都采用直徑較小、斷面形狀扁平的寬輪輞低壓輪胎，以便降低質(zhì)心高度，改善行駛平順性、橫向穩(wěn)定性、輪胎的附著性能并保證有足夠的承載能力。我國(guó)各種汽車的輪胎和輪輞的規(guī)格及其額定負(fù)荷可查相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。轎車輪胎標(biāo)準(zhǔn)見GB 2978—82；貨車和客車的輪胎規(guī)格詳見國(guó)標(biāo)GB 516—82。貨車的后輪裝雙胎時(shí)，比單胎使用時(shí)的負(fù)荷可增加10％～15％?？偛贾迷O(shè)計(jì)人員應(yīng)初步確定以下各種參數(shù)，作為整車和總成的原始數(shù)據(jù)和工作目標(biāo)。在整車的方案(車頭、駕駛室的型式、發(fā)動(dòng)機(jī)的種類，整車初步的外廓尺寸、主要布置參數(shù)和布置草圖)初步確定之后，整車設(shè)計(jì)人員通過(guò)圖面工作和計(jì)算、初步確定如下目標(biāo)參數(shù)：(1) 汽車主要尺寸參數(shù)(2) 汽車質(zhì)量參數(shù)(3) 主要性能參數(shù)(4) 汽車的機(jī)動(dòng)性參數(shù)(5)估算發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率、最大扭矩及其對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速。(6)變速器的頭檔速比和檔位數(shù)，和驅(qū)動(dòng)橋的主減速比。通過(guò)整車總布置草圖的繪制，可以初步確定各總成的布置關(guān)系，進(jìn)而確定整車各有關(guān)的(布置)尺寸參數(shù)和質(zhì)量參數(shù)，以便為總成設(shè)計(jì)提供原始數(shù)據(jù)。在繪制整車總布置草圖時(shí)，可以參考同類車型的相關(guān)總成的外廓尺寸和質(zhì)量，按本車的總布置需要，進(jìn)行總布置草圖的繪制。初步確定主要布置尺寸和進(jìn)行質(zhì)量參數(shù)的計(jì)算。確定車頭，駕駛室的型式，以及同發(fā)動(dòng)機(jī)、前軸(輪)的相互布置關(guān)系后，繪制布置總布置草圖，并在此基礎(chǔ)上布置各大總成。(1)車架和車箱；(2)后簧、后橋和車輪；(3)前簧、前軸和車輪；(4)傳動(dòng)系；(5)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)及拉桿系統(tǒng)，并確定前輪轉(zhuǎn)角和進(jìn)行轉(zhuǎn)彎直徑的計(jì)算；(6)布置油箱、電瓶、消聲器、貯氣簡(jiǎn)、及備胎等其它總成。完成整車總布置草圖后，整車的外廓尺寸及相關(guān)的布置尺寸參數(shù)已基本確定，然后進(jìn)行質(zhì)量參數(shù)的計(jì)算。計(jì)算質(zhì)量參數(shù)前，要列出各大總成的質(zhì)量，再定出空載和滿載時(shí)各總成的質(zhì)心至前軸和地面的距離，最后計(jì)算出空載和滿載時(shí)的軸荷分配和質(zhì)心至前軸、地面的距離。整車總布置應(yīng)提供以下參數(shù)，為總成開發(fā)提供原始數(shù)據(jù)。(1)整車的外廓尺寸；(2)軸距和前、后輪距；(3)前懸和后懸長(zhǎng)度；(4)車頭、駕駛室和發(fā)動(dòng)機(jī)、前輪的布置關(guān)系；(5)輪胎型號(hào)、靜力半徑和滾動(dòng)半徑、負(fù)載能力；(6)車箱內(nèi)長(zhǎng)及外廓尺寸；(7)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、扭矩及相應(yīng)轉(zhuǎn)速；(8)變速器頭檔速比(2種)和檔位數(shù)；(9)后橋總速比(可有幾種)；(10)最高車速；(11)最大爬坡度；(12)整備質(zhì)量及載質(zhì)量；(13)轉(zhuǎn)向盤直徑，車輪轉(zhuǎn)角及最小轉(zhuǎn)彎直徑(14)前輪接地點(diǎn)至前簧座的距離；(15)前簧中心距；(16)后簧中心距；(17)車架前部和后部外寬；(18)車架縱梁外形尺寸及橫梁位置；(19)前簧作用長(zhǎng)度；(20)后簧作用長(zhǎng)度；(21)前簧非懸架質(zhì)量；(22)后簧非懸架質(zhì)量；(23)后輪轂及制動(dòng)器總成質(zhì)量。通過(guò)整車總布置草圖的繪制，可以初步確定各總成的布置關(guān)系，進(jìn)而確定整車各有關(guān)的(布置)尺寸參數(shù)和質(zhì)量參數(shù)，以便為總成設(shè)計(jì)提供原始數(shù)據(jù)。在繪制整車總布置草圖時(shí)，可以參考同類車型的相關(guān)總成的外廓尺寸和質(zhì)量，按本車的總布置需要，進(jìn)行總布置草圖的繪制。初步確定主要布置尺寸和進(jìn)行質(zhì)量參數(shù)的計(jì)算。汽車的主要尺寸參數(shù)包括軸距、輪距、總長(zhǎng)、總寬、總高、前懸、后懸、接近角、離去角、最小離地間隙等。 汽車的主要尺寸參數(shù)軸距的選擇要考慮它對(duì)整車其他尺寸參數(shù)、質(zhì)量參數(shù)和使用性能的影響。軸距短一些，汽車總長(zhǎng)、質(zhì)量、最小轉(zhuǎn)彎半徑和縱向通過(guò)半徑就小一些。但軸距過(guò)短也會(huì)帶來(lái)一系列問(wèn)題，例如車廂長(zhǎng)度不足或后懸過(guò)長(zhǎng)；汽車行駛時(shí)其縱向角振動(dòng)過(guò)大；汽車加速、制動(dòng)或上坡時(shí)軸荷轉(zhuǎn)移過(guò)大而導(dǎo)致其制動(dòng)性和操縱穩(wěn)定性變壞；萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)的夾角過(guò)大等。因此，在選擇軸距時(shí)應(yīng)綜合考慮對(duì)有關(guān)方面的影響。當(dāng)然，在滿足所設(shè)計(jì)汽車的車廂尺寸、軸荷分配、主要性能和整體布置等要求的前提下，將軸距設(shè)計(jì)得短一些為好。在整車選型初期,可根據(jù)要求及駕駛室布置尺寸初步確定軸距:式中，LH——貨箱長(zhǎng)度可根據(jù)汽車的裝載質(zhì)量、載貨長(zhǎng)度來(lái)確定，或參考同類型、同裝載量汽車的貨廂長(zhǎng)度和裝載面積來(lái)初步確定；LJ——前輪中心至駕駛室后壁的距離，它與布置方案選擇有關(guān)，在該布置方案選定后，可通過(guò)對(duì)駕駛室、發(fā)動(dòng)機(jī)和前軸的初步布置或參考同型、同類布置的汽車的這一尺寸初步確定； S——駕駛室與貨廂之間的間隙，一般取50～100mm；LR——后懸尺寸，可根據(jù)道路條件或參考同類型汽車初步確定。軸距的最終確定應(yīng)通過(guò)總布置和相應(yīng)的計(jì)算來(lái)完成，其中包括檢查最小轉(zhuǎn)彎半徑和萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)的夾角是否過(guò)大，軸荷分配是否合理，乘坐是否舒適以及能否滿足整車總體設(shè)計(jì)的要求等。三軸汽車的中后軸之間的軸距，～。汽車輪距對(duì)汽車的總寬、總質(zhì)量、橫向穩(wěn)定性和機(jī)動(dòng)性都有較大的影響。輪距愈大，則懸架的角剛度愈大，汽車的橫向穩(wěn)定性愈好，車廂內(nèi)橫向空間也愈大。但輪距也不宜過(guò)大，否則，會(huì)使汽車的總寬和總質(zhì)量過(guò)大。輪距必須與汽車的總寬相適應(yīng)。汽車的外廓尺寸包括其總長(zhǎng)、總寬、總高。它應(yīng)根據(jù)汽車的類型、用途、承載量、道路條件、結(jié)構(gòu)選型與布置以及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)限制等因素來(lái)確定。在滿足使用要求的前提下，應(yīng)力求減小汽車的外廓尺寸，以減小汽車的質(zhì)量，降低制造成本，提高汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和機(jī)動(dòng)性。GBl589—79對(duì)汽車外廓尺寸界限作了規(guī)定。前懸處要布置發(fā)動(dòng)機(jī)、水箱、風(fēng)扇、彈簧前支架、車身前部或駕駛室的前支點(diǎn)、保險(xiǎn)杠、轉(zhuǎn)向器等，要有足夠的縱向布置空間。其長(zhǎng)度與汽車的類型、驅(qū)動(dòng)型式、發(fā)動(dòng)機(jī)的布置型式和駕駛室的型式及布置密切相關(guān)。汽車的前懸不宜過(guò)長(zhǎng)，以免使汽車的接近角過(guò)小而影響通過(guò)性。汽車的后懸長(zhǎng)度主要與貨廂長(zhǎng)度、軸距及軸荷分配有關(guān)。后懸也不宜過(guò)長(zhǎng)，以免使汽車的離去角過(guò)小而引起上下坡時(shí)刮地，同時(shí)轉(zhuǎn)彎也不靈活。城市大客車的后懸一般不大于其軸距的60％。～。長(zhǎng)軸距、特長(zhǎng)貨廂的汽車。在整車設(shè)計(jì)方案確立后，總布置設(shè)計(jì)草圖初步完成的情況下，應(yīng)首先對(duì)整車質(zhì)量參數(shù)(包括：空載狀態(tài)下的整車整備質(zhì)量、軸荷分配、質(zhì)心高度；滿載狀態(tài)下的整車最大總質(zhì)量、軸荷分配以及非懸架質(zhì)量等)進(jìn)行估算，為整車性能計(jì)算和總成設(shè)計(jì)提供依據(jù)。各總成質(zhì)量，可通過(guò)樣件實(shí)測(cè)得到，亦可參照同類車型樣件實(shí)測(cè)值修正得到。各總成質(zhì)心位置可通過(guò)實(shí)測(cè)得到或按其幾何形狀和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)估計(jì)得到，然后在整車總布置圖上確定其質(zhì)心相對(duì)于前輪中心的縱向位移 (一般規(guī)定在前輪中心后為正值，在前輪中心前為負(fù)值)以及空載狀態(tài)下的離地高度；和滿載狀態(tài)下的離地高度。一般整車總布置圖在滿載狀態(tài)下繪制，在確定各總成質(zhì)心在空載狀態(tài)下的離地高度時(shí)應(yīng)考慮到前、后輪胎和懸架相對(duì)滿載狀態(tài)的垂直變形的影響；空載狀態(tài)下各總成質(zhì)心縱向位置相對(duì)滿載狀態(tài)的變化忽略不記。、軸荷分配和質(zhì)心高度的計(jì)算整車整備質(zhì)量(自重) 按下式計(jì)算：＝式中 No——用估算整車整備質(zhì)量