第2章 汽车总体设计(罗永革)

1、第一节汽车形式的选择 第二节汽车主要尺寸和参数的选择 第三节汽车总布置设计 第四节汽车总布置CAD技术 第五节运 动 校 核 第第2 2章汽车总体设计章汽车总体设计 第一节汽车形式的选择 一、汽车的分类 二、汽车形式的选择 一、汽车的分类 图2-1汽车分类(GB/T 150892001) 二、汽车形式的选择 1.轴数 2.驱动形式 3.布置形式 1.轴数 安装名义断面宽度超过400mm(公制系统)或13.00in(英制系统)轮胎的车轴，其最 大允许载荷不得超过各轮胎规定的负荷之和，其最大限制为10 000kg。 装备空气悬架时最大允许轴荷的最大限值为11 500kg。 驱动轴为每轴每侧双轮胎且

2、装备空气悬架时，最大允许轴荷的限值为19 000kg。 3.布置形式 (1)乘用车的布置形式乘用车的主要布置形式可分为：发动机前置前轮驱动(FF)、 发动机前置后轮驱动(FR)和发动机后置后轮驱动(RR)三种驱动形式，如图2-2所示。 (2)商用车的布置形式 图2-2乘用车的布置形式 3.布置形式 图2-3发动机前置前轮驱动乘用车的发动机布置方案 a)发动机横置于前轴之前b)发动机纵置于前轴之前c)发动机横置于前轴之后 3.布置形式 (2)商用车的布置形式 1)货车的布置形式。 长头式。长头式货车的发动机位于驾驶室前部，称为长头式货车，如图2-4a所示。 发动机完全突出在驾驶室前部，发动机有独

3、立的发动机舱和单独的罩盖。其优点是维 修发动机方便，离合器、变速器等操纵机构简单，易于布置；驾驶室隔热、隔振效果 好，地板低，驾驶员上、下车方便；驾驶员的安全性好。缺点是载货面积利用率低， 整车总长较大，转向不灵活，驾驶员视野差。 短头式。短头式货车发动机的大部分在驾驶室前部，少部分位于驾驶室内，如图2 -4b所示。其车身部分的结构特点是：因发动机大部分突出在驾驶室前部，所以有独 立的发动机舱和单独的发动机罩盖，发动机舱与驾驶室共同形成货车的车头部分。 (2)商用车的布置形式 平头式。平头式货车的发动机位于驾驶室内，如图2-4c所示。汽车总长和轴距尺 寸短，最小转弯直径小，机动性能良好；驾驶员

4、视野得到明显改善；采用翻转式驾驶 室时能改善发动机及其附件的接近性；汽车的面积利用率比较高。但空载时前轴负荷 大，因而在坏路上的汽车通过性变差；进、出驾驶室不如长头式货车方便；离合器、 变速器等操纵机构复杂；驾驶室隔热、隔振效果差。平头式布置又分为发动机在前轴 之上两侧座位之间(见图2-5a)、发动机在前轴之上座位之下(见图2-5b)、发动机在前 轴之后座位之下(见图2-5c)等几种形式。图2-5a的形式在重型货车上用得较多，其发 动机位置较高，易维修，座位较低，汽车总高较低，可降低风阻；缺点是驾驶室内较 拥挤，隔热、隔振困难。图2-5b、c的形式主要用于发动机外形较小的微型或轻型货 车上，优

5、点是其发动机位置较低、驾驶室内较宽敞，隔热、隔振较好，但发动机不易 维修，为解决这一问题，可采用驾驶室可翻转的结构。 2)客车的布置形式。 (2)商用车的布置形式 发动机前置后桥驱动。采用这种布置形式的优点是与货车通用的部件多，易于从 货车改装；动力总成操纵结构简单；散热器位于汽车前部，冷却效果好；发动机易维 修。缺点是由于发动机罩突出在地板之上，乘客面积利用率差；车内噪声大，隔热、 隔振困难，影响乘坐舒适性；且前轴容易过载，轴荷分配不理想；并可能造成转向沉 重。 发动机中置后桥驱动。采用这种布置形式的优点是轴荷分配合理；传动轴的长度 短；车厢内面积利用最好，车内噪声小；布置座椅不会受发动机限

6、制；乘客车门能布 置在前轴之前，以利于实现单人管理。缺点是发动机必须用水平对置式的，要专门设 计；因布置在地板下部，其冷却、防尘和维修困难，动力总成的操纵机构复杂。目前 这种布置形式采用不多。 (2)商用车的布置形式 发动机后置后桥驱动。目前国内外长途和旅游大客车，很多都采用这种布置方案。 其优点是动力总成紧凑，机动性好，整车整备质量小。车内布置趋于合理，车厢内地 板平坦，且发动机与车厢分隔开，所以室内振动和噪声小，对车内温度有所改善，舒 适性好，车厢面积利用率高；轴荷分配较合理，可在车外修理发动机；此外地板下可 形成容积较大的行李箱。缺点是发动机冷却条件不好，动力操纵机构复杂，故障不易 及时

7、判别。 图2-4货车的布置形式 a)长头式b)短头式c)平头式 (2)商用车的布置形式 图2-5平头式货车的几种布置形式 a)发动机在前轴之上两侧座位之间 b)发动机在前轴之上座位之下 c)发动机在前轴之后座位之下 (2)商用车的布置形式 第二节汽车主要尺寸和参数的选择 一、汽车主要尺寸的确定 二、汽车质量参数的确定 三、汽车主要性能参数的确定 一、汽车主要尺寸的确定 1.外廓尺寸 2.轴距L的选择 3.前轮距B1和后轮距B2 4.前悬LF和后悬LR 1.外廓尺寸 挂车车长为挂车最前端至最后端的距离。 即原三轮农用运输车，下同。 当采用转向盘转向、由传动轴传递动力、具有驾驶室且驾驶人座椅后设计

8、有物品 放置空间时，车长、车宽、车高的限值分别为5 200mm、1 800mm、2 200mm。 指低速载货汽车，即原四轮农用运输车，下同。 车长限值不适用于不以运输为目的的专用作业车。 最大设计总质量不超过26 000kg的汽车起重机的车长限值为13 000mm。 当货厢与驾驶室分离且货厢为整体封闭式时，车长限值增加1 000mm。 对于货厢为整体封闭式的厢式货车(且货厢与驾驶室分离)、整体封闭式厢式半挂 车及整体封闭式厢式汽车列车，以及车长大于11 000mm的客车，车宽最大限值为2 55 0mm。 定线行驶的双层客车车高最大限值为4 200mm。 1.外廓尺寸 运送不可拆解物体的低平板专

9、用半挂车车宽限值3 000mm；车长限值不适用于运送 不可拆解物体的低平板专用半挂车、运送车辆的专用半挂车(但与牵引车组成的列车 长度需符合本标准规定)和运送单箱长度大于12.2m(40ft)集装箱的框架式集装箱半挂 车。 二、汽车质量参数的确定 1.整车整备质量mo 2.汽车的载客量和装载质量me 3.汽车的总质量ma 4.汽车轴荷分配的确定 4.汽车轴荷分配的确定 1)应使轮胎磨损均匀。 2)应满足汽车使用性能的要求。 3)轴荷的分配还要考虑到汽车的操纵稳定性，使汽车具有不足转向特性。 4.汽车轴荷分配的确定 三、汽车主要性能参数的确定 1.动力性参数 2.燃油经济性参数 3.汽车的通过性

10、参数 4.汽车的操纵稳定性参数 5.制动性参数 6.舒适性参数 1.动力性参数 (1)最高车速vmax随着汽车性能特别是主动安全性能的提高以及各国公路路面的改善 和高速公路的发展，汽车最高速度有了普遍性提高，选择时应考虑汽车的类型、用途 和道路条件、具备的安全条件和发动机的功率等，并以汽车行驶的功率平衡为依据来 确定。 (2)加速时间汽车的加速时间对平均行驶车速有着很大影响。 (3)上坡能力用汽车满载时在良好路面上的最大爬坡度imax来表示上坡能力。 (4)汽车的比功率和比转矩比功率是汽车所装发动机最大功率与汽车最大总质量之 比，可作为评价汽车动力性的综合指标；比转矩是发动机的最大转矩与汽车总

11、质量之 比，反映了汽车的牵引能力。 4.汽车的操纵稳定性参数 (1)不足转向特性参数为了使汽车具有一定的不足转向特性，以达到较好的操纵稳 定性，通常在总体设计时做到前、后轮胎的侧偏角之差大于零。 (2)车身侧倾角为保持较好的侧向稳定性，当整车以0.4g向心加速度定圆等速行驶 时，车身侧倾角应控制在3以内，最大不允许超过7。 (3)制动点头角为使汽车具有较好的乘坐舒适性，当汽车以0.4g的减速度制动时， 车身的点头角不大于1.5。 第三节汽车总布置设计 一、整车布置的坐标系 二、整车布置的基准线 三、各部件的布置 一、整车布置的坐标系 图2-7整车坐标系(GB/T 192342003) 二、整车

12、布置的基准线 1)车架上平面线。 2)前轮中心线。 3)汽车中心线。 4)地面线。 5)前轮铅垂线。 二、整车布置的基准线 图2-8总布置图的基准线 三、各部件的布置 1.发动机和传动系统的布置 2.转向装置的布置 3.悬架的布置 4.制动系统的布置 5.踏板的布置 6.空调装置的布置 7.燃油箱、备胎、行李箱和蓄电池的布置 8.车身内部布置 1.发动机和传动系统的布置 图2-9确定动力总成位置的主要尺寸 7.燃油箱、备胎、行李箱和蓄电池的布置 图2-10中国人体基本尺寸 8.车身内部布置 (1)驾驶员的操纵方便性驾驶员操纵方便性主要是指手操纵元件、脚踏板的位置和 活动空间。 (2)乘用车车身

13、的内部布置 (3)车身内部布置方案校核安全性是汽车设计需要考虑的重要内容。 8.车身内部布置 图2-11二维人体模型样板 8.车身内部布置 图2-12三维人体模型 a) H点人体模型各构件名称b)H点人体模型各构件的尺寸与负荷分布 1连接膝关节的T形杆2大腿重块垫块3座位盘4臀部角度量角器5靠 背角水平仪 6躯干重块悬架7靠背盘8头部空间探测杆9靠背角量角器10H点标 记钮 11H点支枢12横向水平仪13大腿杆14膝部角量角器15小腿夹角量 角器 16躯干重块17臀部重块18大腿重块19小腿重块 8.车身内部布置 图2-13舒适驾驶姿势的人体生理角度 图2-14手臂操纵力与操纵姿势和操纵位置的

14、关系 8.车身内部布置 图2-15踏板行程方向与驾驶员踏板力的关系 8.车身内部布置 图2-16乘用车车身内部空间的布置尺寸图 踵点到转向盘中心的水平距离转向盘在Y-平面内的夹角转向盘到前轮中 心的距离前座有效腿部空间前座躯干倾角后排座躯干倾角R点之间 的距离第二排座有效腿部空间前座R点到踵点的距离前客厢肩部空间 后客厢肩部空间前客肘部宽度后客肘部宽度座R点的Y坐标后排座R 点的Y坐标前座头部空间后排座头部空间踵点到转向盘中心的垂直距离 前座R点到脚跟的距离后排座R点到脚跟的距离前座头部有效内部空间 后座头部 有效内空转向盘下端距前排座椅的距离前R点至转向盘中心的垂直距离 转向盘直径系 8.车

15、身内部布置 图2-17踵点确定方法 8.车身内部布置 图2-18驾驶员眼椭圆的定位 8.车身内部布置 第四节汽车总布置CAD技术 一、底盘总布置Top-Down的设计方法 二、底盘总布置Top-Down的设计过程 一、底盘总布置Top-Down的设计方法 1)子系统都是较大系统的一个组成部分。 2)突出知识、设计意图，允许设计人员将精力集中在有意义的设 计问题上，依赖软件完成琐碎、麻烦、重复性的计算工作和计算 管理工作。 3)设计模型将自动从其他PRO/E设计对象如骨架模型、设计任务书 中提取所需的信息。 4)在整个产品开发周期中，设计准则相对静态，即变化很少。 5)设计约束或特定的尺寸值，在

16、开发周期中允许处于变化协调过 程中，直到设计周期的最后才能完全确定。 6)项目的开展按设计职责跨越多个组织部门及行政部门。 7)在产品的变型设计中，允许实现子系统的快速互换。 一、底盘总布置Top-Down的设计方法 8)模块化设计使得相似组件的互换性设计及并行设计变得容易。 9)嵌套了知识Pro/ENGINEER的设计对象在将来的设计中可以被方 便地重用。 一、底盘总布置Top-Down的设计方法 图2-19商用货车底盘总布置Top-Down的设计方法 二、底盘总布置Top-Down的设计过程 1.建立产品结构和骨架模型 2.约定交流设计标准 3.零部件三维参数化模型 4.确定汽车参数化设计模型的控制点 5.确定总成及零部件装配方式 6.进行干涉检查及基本运动校核 7.质量参数计算 1.建立产品结构和骨架模型 图2-20建立整车基准坐标系和各总成坐标系 5.确定总成及零部件装配方式 图2-21Top-down下的骨架装配 与约束装配 5.确定总成及零部件装配方式 图2-22骨架模型 a)整车骨架模型b)制动系统骨架模型c)制动元件与制动骨架模型 第五节运 动 校 核 1)转向轮在跳动和转向过程中与翼子板、转向杆系之间的运动关系。 2)传动轴跳动时的运动关系。 3)后轮跳动时与翼子板的相对关系。 4)转向杆系与转向轮悬架共同工作所产生的转向干