HGC1050輕型商用車總體設(shè)計(jì),hgc1050,輕型,商用,總體,整體,設(shè)計(jì) 摘　　要 汽車設(shè)計(jì)工作基本可分為三個(gè)階段，不同階段要解決的主要問題也不一樣。整車的總體設(shè)計(jì)主要解決社會(huì)雪球轉(zhuǎn)化為汽車性能的問題，可認(rèn)為是第一階段；其次是汽車各子系統(tǒng)和總成的設(shè)計(jì)，主要解決汽車的功能和布置問題，可認(rèn)為是第二階段；最后是零部件的設(shè)計(jì)開發(fā)，主要解決強(qiáng)度、壽命和生產(chǎn)技術(shù)的問題，可認(rèn)為是第三階段。 本課題所研究的內(nèi)容是5噸輕型貨車的總體設(shè)計(jì)，也就是整車總布置。工作主要是解決社會(huì)需要轉(zhuǎn)化為汽車性能的問題，也就是汽車設(shè)計(jì)的第一階段。細(xì)分下來包括汽車形式的選擇、汽車主要參數(shù)的選擇、汽車主要總成部件的選擇、動(dòng)力性計(jì)算、燃油經(jīng)濟(jì)性計(jì)算、汽車主要總成部件的布置、運(yùn)動(dòng)校核以及總布置圖的繪制。 本設(shè)計(jì)的目的是在滿足工況要求的動(dòng)力性能基礎(chǔ)上，盡量實(shí)現(xiàn)提高燃油經(jīng)濟(jì)性和降低排放。 文中對于如何進(jìn)行汽車總布置設(shè)計(jì)進(jìn)行了說明。 關(guān)鍵詞: CA1050； 汽車總體設(shè)計(jì)；總布置；動(dòng)力性計(jì)算；燃油經(jīng)濟(jì)性計(jì)算  ABSTRACT Automotive design work can be divided into three stages basically .Resolving main problem is different during the different stages. First stage: overall design is to resolve that social demand be converted into the problem of capability of car. Second stage: design of each subsystem and assembly resolve function and layout of car. Third stage: parts design resolves the problem of strength, life and production technology. This paper presents the overall design of 5t light truck. It resolves that social demand be converted into the problem of capability of car. It is the first stage. It includes the choice of auto form, main parameters, and main assembly parts, calculation of power , fuel economy and braking performance, layout of auto main assembly parts, sports check and drawing general arrangement. The content of design is to meet dynamic performance of working condition’ demand and try to increase fuel economy and decrease emission. This paper presents auto overall design. Key words: GHC1050; Auto overall design; General arrangement; Performance caculations; Calculations of fuel economy  目 錄 摘要 Ⅰ Abstract Ⅱ 第 1 章 緒論 1 1.1 立題的背景及意義 1 1.2 國內(nèi)外研究概況 2 1.2.1概況簡述 2 1.2.2概況分析 4 1.3 研究內(nèi)容及方法 5 1.4研究技術(shù)路線 5 第 2 章 總布置設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備 6 2.1市場調(diào)研 6 2.2樣車分析 7 2.3制定設(shè)計(jì)目標(biāo) 7 2.4貨車主要“目標(biāo)參數(shù)”的初步確定 7 2.5幾個(gè)主要“目標(biāo)參數(shù)”的確定 8 2.6發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率及轉(zhuǎn)速 8 2.7發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩及其轉(zhuǎn)速 10 2.8傳動(dòng)系速比的選擇 10 2.8.1最小傳動(dòng)比的選擇 11 2.8.2最大傳動(dòng)比的選擇 12 2.8.3變速器檔位數(shù)的選擇 13 2.9本章小結(jié) 14 第 3 章 汽車主要參數(shù)的選擇 15 3.1 主要尺寸參數(shù)的選擇 15 3.2 整車質(zhì)量參數(shù)估算 18 3.2.1 空車狀態(tài)下整車質(zhì)量、軸荷分配和質(zhì)心高度的計(jì)算 19 3.2.2 滿載狀態(tài)下整車質(zhì)量、軸荷分配和質(zhì)心高度的計(jì)算 19 3.2.3 非懸架質(zhì)量的估算 19 3.2.4 整備質(zhì)量利用系數(shù) 19 3.2.5 軸荷分配 20 3.3 主要性能參數(shù)的選擇 21 3.3.1 動(dòng)力性參數(shù) 21 3.3.1.1 直接檔動(dòng)力因數(shù) 21 3.3.1.2 Ⅰ檔動(dòng)力因數(shù) 22 3.3.1.3 最高車速 22 3.3.1.4 汽車的比功率和比轉(zhuǎn)矩 22 3.3.1.5 汽車的加速時(shí)間 22 3.3.2 燃料經(jīng)濟(jì)性參數(shù) 23 3.3.3 機(jī)動(dòng)性參數(shù) 23 3.3.4 操縱穩(wěn)定性參數(shù) 24 3.3.5 行駛平順性參數(shù) 24 3.3.6 制動(dòng)性參數(shù) 24 3.3.7 通過性參數(shù) 25 3.4本章小結(jié) 26 第 4 章 整車型式的選擇 27 4.1 發(fā)動(dòng)機(jī)的種類和型式 27 4.2 離合器的初步選型 28 4.3 變速器的選型 28 4.4 傳動(dòng)軸的選型 29 4.5 驅(qū)動(dòng)橋選型 29 4.5.1驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)形式和布置形式的選擇 29 4.5.2主減速器結(jié)構(gòu)形式選擇 30 4.5.3驅(qū)動(dòng)橋的選型 30 4.6 駕駛室的型式 30 4.7 輪胎的選型 31 4.8 汽車的軸數(shù)和驅(qū)動(dòng)形式 32 4.9 車頭、駕駛室的型式 33 4.10本章小結(jié) 33 第 5 章 整車性能的計(jì)算 35 5.1 汽車動(dòng)力性能計(jì)算 35 5.1.1汽車驅(qū)動(dòng)力和行駛阻力 35 5.1.2汽車加速性能計(jì)算 36 5.2 汽車經(jīng)濟(jì)性計(jì)算 40 5.3 本章小結(jié) 41 第 6 章 商用車總布置圖繪制 42 6.1 整車布置的基準(zhǔn)線 42 6.1.1車架上平面線 42 6.1.2前輪中心線 42 6.1.3汽車中心線 42 6.1.4地面線 43 6.1.5前輪鉛垂線 43 6.2 總布置圖繪制的基本原則 44 6.3 車身總布置設(shè)計(jì) 45 6.4 發(fā)動(dòng)機(jī)總布置設(shè)計(jì) 45 6.5 轉(zhuǎn)向節(jié)、車輪總成與前制動(dòng)器總成的布置設(shè)計(jì) 46 6.6 發(fā)動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系的布置 46 6.7 駕駛室的布置 48 6.7.1駕駛室布置及要求 48 6.7.2駕駛區(qū)尺寸布置及建模要求 48 6.7.3儀表板總布置設(shè)計(jì) 48 6.7.4燈具布置 48 6.7.5布置建模要求 49 6.8 懸架布置 49 6.8.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)布置方案 49 6.8.2懸架布置與設(shè)計(jì)硬點(diǎn)獲取 49 6.8.3懸架尺寸布置及建模要求 49 6.9 車架總成外形及其橫梁的布置 50 6.10 轉(zhuǎn)向系的布置 50 6.10.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)形式 50 6.10.2轉(zhuǎn)向系統(tǒng)匹配 51 6.10.3轉(zhuǎn)向系統(tǒng)尺寸布置及建模要求 51 6.11 制動(dòng)系的布置 51 6.11.1制動(dòng)系統(tǒng)布置和匹配 51 6.11.2制動(dòng)系統(tǒng)尺寸布置及建模要求 51 6.12進(jìn)、排氣系統(tǒng)的布置 53 6.13 操縱系統(tǒng)的布置 53 6.14 本章小結(jié) 54 第 7 章 運(yùn)動(dòng)校核 55 7.1 輪胎運(yùn)動(dòng)校核 55 7.2 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)裝置與懸架共同工作校核 57 7.3 傳動(dòng)軸跳動(dòng)校核 58 7.4 本章小結(jié) 60 第 8 章 主要總成尺寸概述 61 8.1 整車設(shè)計(jì)基準(zhǔn) 61 8.2 總體設(shè)計(jì)方案及主要尺寸 61 8.2.1整車總體技術(shù)尺寸 61 8.2.2動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)布置方案級設(shè)計(jì)尺寸 61 8.2.3動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)附件布置及尺寸 63 8.3 底盤系統(tǒng)布置方案及主要尺寸 63 8.3.1懸架車輪系統(tǒng) 63 8.3.2轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 64 8.3.3制動(dòng)系統(tǒng) 65 8.3.4電氣的布置方案及主要尺寸 65 8.3.5空調(diào)系統(tǒng) 66 8.3.6附件 66 8.4 本章小結(jié) 67 結(jié)論 68 參考文獻(xiàn) 69 致謝 70 附錄A 71 附錄B 73 第1章 緒 論 1.1 立題的背景及意義 汽車是重要的現(xiàn)代交通運(yùn)輸工具，汽車工業(yè)已成我國的支柱產(chǎn)業(yè)。汽車工業(yè)的規(guī)模及其產(chǎn)品的質(zhì)量已成為衡量一個(gè)國家技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。 我國汽車工業(yè)今后的發(fā)展方向，著重在于提升行業(yè)的集中度，提升自主品牌的市場地位；通過兼并重組，形成兩至三家產(chǎn)銷規(guī)模超過200萬輛的大型企業(yè)集團(tuán)，培育四至五家產(chǎn)銷規(guī)模超過100萬輛的汽車企業(yè)集團(tuán)，產(chǎn)銷規(guī)模占市場份額90%以上的汽車企業(yè)集團(tuán)數(shù)量由目前的14家減少到10家以內(nèi)。同時(shí)，支持汽車企業(yè)通過兼并重組整合產(chǎn)品資源，開發(fā)新產(chǎn)品，鼓勵(lì)汽車企業(yè)聯(lián)合開發(fā)制造；提升自主品牌乘用車國內(nèi)市場份額至40%以上，其中轎車達(dá)到30%，自主品牌汽車出口占銷量的比例約為10%。 汽車總布置設(shè)計(jì)是新車型開發(fā)的第一道工序，而新車型總體方案的確定是總布置設(shè)計(jì)的第一步。 首先通過充分準(zhǔn)備和綜合分析，選擇一個(gè)合理的整車方案，并經(jīng)過一定的程序?qū)⑵涠ㄏ聛怼７桨复_定后，進(jìn)行準(zhǔn)確布置和計(jì)算，并為各總成下一步開展的工作打好基礎(chǔ)、準(zhǔn)備條件、提出要求并與各專業(yè)組協(xié)同完成全部的設(shè)計(jì)，共同實(shí)現(xiàn)整車的總目標(biāo)。 一種新車型的投產(chǎn)，除產(chǎn)品開發(fā)過程外，還要做大量的生產(chǎn)準(zhǔn)備工作，如投入資金設(shè)備廠房、人員及制定一整套相關(guān)工藝等。這些都是為了保證整車能夠穩(wěn)定的大量的投入生產(chǎn)，并確保其整車性能和質(zhì)量能被客戶接受，所以整車總體方案和全部設(shè)計(jì)內(nèi)容，也直接決定著工廠的投入。因此，總布置工作——方案選擇、布置、和計(jì)算，都是非常重要的，而且是不可缺少的。 做好整車設(shè)計(jì)工作，必須做好以下兩點(diǎn)：第一、要能準(zhǔn)確地分析市場形勢、了解客戶的心理狀態(tài)、車輛使用特點(diǎn)，熟悉工廠的生產(chǎn)條件，以便真正確定出合理的整車方案；第二、要有獨(dú)立工作的能力。因?yàn)榉桨复_定后，實(shí)現(xiàn)該方案的所有布置、計(jì)算及整車的開發(fā)工作，基本上是由一個(gè)人來完成，所以要求設(shè)計(jì)者工作不應(yīng)該有任何失誤，否則會(huì)造成反工和浪費(fèi)，甚至失掉搶占市場的機(jī)會(huì)。因此要求設(shè)計(jì)者必須具有嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真、細(xì)致、負(fù)責(zé)的精神，在整個(gè)開發(fā)過程中能協(xié)調(diào)和解決各方面問題和矛盾，使設(shè)計(jì)產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 總布置工作雖然以完成全部圖紙及技術(shù)文件資料來標(biāo)志著階段性的結(jié)束，但還應(yīng)該進(jìn)行整車裝配圖的校核工作，即利用已完成的全部圖紙或三維數(shù)模進(jìn)行全面的細(xì)致的整車裝置的圖面及運(yùn)動(dòng)校核，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，使設(shè)計(jì)中存在的問題消除在試制和試裝車之前。 總布置設(shè)計(jì)在整車設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，占有非常重要的位置，必須認(rèn)真做好這項(xiàng)工作。 1.2 國內(nèi)外研究概況 1.2.1 概況簡述 汽車設(shè)計(jì)包括整車總體設(shè)計(jì)、總成設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì)。其中汽車總體設(shè)計(jì)又稱汽車總布置，它是汽車設(shè)計(jì)中重要的一環(huán)，它對汽車的設(shè)計(jì)質(zhì)量、汽車的性能和產(chǎn)品的生命力有著決定性影響，它不僅貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)過程而且為各總成、部件的設(shè)計(jì)構(gòu)建框架?？傮w設(shè)計(jì)是根據(jù)整車設(shè)計(jì)總目標(biāo)明確各種要求的主次關(guān)系，協(xié)調(diào)統(tǒng)一，形成整車設(shè)計(jì)方案的過程，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，通過手工查閱國內(nèi)外類似汽車獲得設(shè)計(jì)參數(shù)，繪制出總布置圖和總成部件圖，初步得出整車參數(shù)和性能指標(biāo)。其設(shè)計(jì)周期長，準(zhǔn)確性差，費(fèi)力又費(fèi)時(shí)。作者李軍求等針對汽車總布置設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，用Visual C++610作為界面設(shè)計(jì)語言，運(yùn)用ObjectARX開發(fā)工具Auto CAD2000進(jìn)行二次開發(fā)，進(jìn)行了汽車底盤總布置設(shè)計(jì)。Object ARX 是在ARX基礎(chǔ)上發(fā)展起來的第二代面向?qū)ο蟮腃++編程環(huán)境。目前使用的是Object ARX 310 版。Object ARX應(yīng)用程序具有可封裝性、可繼承性以及多態(tài)性等特點(diǎn)，其開發(fā)的CAD軟件模塊具有性能好、獨(dú)立性強(qiáng)、連接簡單、內(nèi)部功能高效、代碼可重用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，并支持MFC類庫，能簡潔高效地實(shí)現(xiàn)許多復(fù)雜功能[1]。 由于總體設(shè)計(jì)中牽涉的變數(shù)多，因此開發(fā)新車型不僅對設(shè)計(jì)師自身的經(jīng)驗(yàn)和能力有較高的要求而且必須用先進(jìn)的技術(shù)輔助設(shè)計(jì)師合理決策、優(yōu)選參數(shù)、優(yōu)化設(shè)計(jì)，以應(yīng)對汽車市場激烈的競爭。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷應(yīng)用與發(fā)展和CAD技術(shù)在工程機(jī)械各領(lǐng)域的不斷滲透，汽車的設(shè)計(jì)必然要與計(jì)算機(jī)結(jié)合。在國外，用于汽車開發(fā)的CAD/CAE/CAM軟件已日益成熟，并提出了計(jì)算機(jī)集成制造思想。國內(nèi)汽車設(shè)計(jì)人員在利用計(jì)算機(jī)繪圖及性能計(jì)算方面取得了顯著的成績，但在總體設(shè)計(jì)階段還是利用經(jīng)驗(yàn)方法，這不僅影響了設(shè)計(jì)質(zhì)量也增加了設(shè)計(jì)時(shí)間。因而總體設(shè)計(jì)亟待引進(jìn)先進(jìn)的計(jì)算方法和先進(jìn)的繪圖軟件。作者黃曉云等針對此種情況，提出了以參數(shù)化繪圖技術(shù)和專家系統(tǒng)技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合數(shù)據(jù)庫技術(shù)建造了基于參數(shù)化和專家系統(tǒng)技術(shù)的汽車總體設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以以人機(jī)交互的方式完成整車方案設(shè)計(jì)的全過程，最終給出符合設(shè)計(jì)目標(biāo)的總布置圖的三維模型，并且作者給出了該系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，簡述了設(shè)計(jì)參數(shù)選擇專家系統(tǒng)模塊的實(shí)現(xiàn)方法和功能，詳述了基于UGII，利用其二次開發(fā)工具開發(fā)的各參數(shù)化圖庫的功能和建造方法【2】。 汽車車身的設(shè)計(jì)是從車身總布置開始的，車身總布置是汽車總布置設(shè)計(jì)的重要組成部分，而車身總布置是以駕駛員座椅位置的布置為中心進(jìn)行的。對汽車駕駛員位置進(jìn)行合理地布置是提高整車適宜性、駕駛乘坐舒適性及安全性的關(guān)鍵措施。車身總布置的好壞，在很大程度上決定著車身設(shè)計(jì)的成敗。只有當(dāng)駕駛員座椅位置的布置工作完成后，才能進(jìn)行車身造型，所以駕駛員座椅位置的布置是車身設(shè)計(jì)的首要環(huán)節(jié)。作者吳濤在實(shí)車開發(fā)工作中提出通過UG 等CAD 軟件、模糊綜合評判等方法，對已確定的汽車駕駛員手掌掌心、踵點(diǎn)及H點(diǎn)位置的合理性進(jìn)行了分析驗(yàn)證，通過這些點(diǎn)預(yù)測了汽車駕駛員的駕駛姿態(tài)。并利用CAD技術(shù)，建立了布置汽車駕駛員位置的實(shí)用性很強(qiáng)的方法，在實(shí)開發(fā)工作中進(jìn)行了驗(yàn)證，該方法可大幅度地縮短車身內(nèi)部布置所需的時(shí)間，使整車開發(fā)成本得以降低。布置方法的建立有望為設(shè)計(jì)單位提供高效的設(shè)計(jì)手段。并且使以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的CAD /CAM /CAE一體化產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)在車身設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用【3】。 汽車視野設(shè)計(jì)使汽車總布置車身設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。汽車視野性的好壞直接到汽車行駛的安全性，使汽車安全認(rèn)證的主要項(xiàng)目之一。英聯(lián)邦法規(guī)FMVSS、歐洲ECC法規(guī)、日本“道路運(yùn)輸車輛保安標(biāo)準(zhǔn)”、我國國標(biāo)都在視野方面制定了相應(yīng)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。作者任金東等詳細(xì)介紹了基于CATIA平臺(tái)的汽車視野設(shè)計(jì)系統(tǒng)，該系統(tǒng)—汽車人體工程學(xué)的基本理論為指導(dǎo)，依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)是SAE和國標(biāo)，將提煉之后的專家知識與CAD技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)行高效地指導(dǎo)汽車視野設(shè)計(jì)。并且該系統(tǒng)以CATIA為開發(fā)平臺(tái)，以C語言和CATIA接口GII為主要開發(fā)工具。程序具有與主平臺(tái)完全一致的Motif交互式界面，使用非常方便【4】。 在進(jìn)行汽車總布置設(shè)計(jì)時(shí)，必須對車輪的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行校核，防止發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉。此校核的目的是確定車輪運(yùn)動(dòng)至極限位置時(shí)占用的空間(對于前輪應(yīng)同時(shí)考慮上跳及轉(zhuǎn)向至極限位置時(shí)的情況)，從而檢查車輪與輪罩、縱梁之間的運(yùn)動(dòng)間隙是否足夠，并由此決定前后輪罩設(shè)計(jì)的最小尺寸邊界。作者馬紅榮在2010年發(fā)表的《車輪跳動(dòng)與輪罩設(shè)計(jì)校核》中對某型車前、后輪跳動(dòng)情況進(jìn)行了詳細(xì)分析，并對其空間布置情況進(jìn)行如何校核，如何為輪罩、擋泥板的設(shè)計(jì)提供依據(jù)【5】。 汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)必須滿足客戶及市場需求, 也要體現(xiàn)工程及制造要求, 還要體現(xiàn)政府法規(guī)及安全要求。這些要求需要有一個(gè)合適的托付物來體現(xiàn)。作者趙尚義提出的典型截面就是設(shè)計(jì)、制造要求、人員、安全因素及法規(guī)的多功能區(qū)的交流格式，它是以圖形的方式表現(xiàn)這些設(shè)計(jì)要求的載體，內(nèi)容包括車身，五門一蓋，內(nèi)外飾，電器及人機(jī)要素的“最佳截面”，以及動(dòng)力總成及底盤截面。典型截面標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該在總布置經(jīng)理的管控之下，具體的典型截面信息數(shù)據(jù)庫維護(hù)由技術(shù)研發(fā)部門總布置組負(fù)責(zé)【6】。 在汽車總體布置設(shè)計(jì)中，經(jīng)常涉及到軸荷的分配和整車質(zhì)心位置的設(shè)計(jì)、計(jì)算和調(diào)整。最常用的方法是根據(jù)力矩平衡原理通過計(jì)算來完成。計(jì)算法有其準(zhǔn)確、可靠的一面，亦存在數(shù)據(jù)收集處理繁瑣復(fù)雜、計(jì)算過程不直觀、調(diào)整數(shù)據(jù)不便等缺憾。作者林春旭提供一種幾何作圖的方法，可以非常直觀地求得汽車的質(zhì)心和重力，直接求得汽車的質(zhì)心位置及軸荷，無須數(shù)學(xué)計(jì)算，調(diào)整和變動(dòng)各部件的位置、質(zhì)量也很方便，可簡化汽車總布置設(shè)計(jì)時(shí)軸荷和質(zhì)心的設(shè)計(jì)計(jì)算過程。有關(guān)質(zhì)心位置和軸荷分配的計(jì)算過程。應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，此法將更快捷可靠【7】。 汽車的設(shè)計(jì)開發(fā)，必須圍繞以人為中心的人性化前提展開。因此，在汽車的開發(fā)設(shè)計(jì)中，人機(jī)工程設(shè)計(jì)與車內(nèi)空間的確定占有重要地位，必須根據(jù)新產(chǎn)品的實(shí)際情況，進(jìn)行合理的布置設(shè)計(jì)。汽車人機(jī)工程設(shè)計(jì)的任務(wù)就是開發(fā)出使駕駛者感到操縱方便、高效、不易疲勞，使乘坐者感到舒適、安全的汽車產(chǎn)品，這不僅關(guān)系到有效利用車內(nèi)空間及提高乘用舒適性，而且會(huì)影響整車、內(nèi)外造型和尺寸參數(shù)，進(jìn)而會(huì)影響整車性能和市場競爭力。而要獲得人性化并貼近用戶的最優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果，就必須運(yùn)用人機(jī)工程的設(shè)計(jì)方法程序。在我國，由于沒有合適的人體數(shù)據(jù)及工具且缺乏設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，尚未形成清晰有效的汽車人機(jī)工程設(shè)計(jì)方法。但作者張冰在2005年發(fā)表的《人機(jī)工程在汽車總布置設(shè)計(jì)中的應(yīng)用》中探討總結(jié)了人機(jī)工程在汽車總布置設(shè)計(jì)的應(yīng)用，同時(shí)闡述了汽車總布置中的一些概念和定義，并給出了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和參考值，也可以為新產(chǎn)品的開發(fā)和技術(shù)改進(jìn)提供參考和幫助【8】。 作者廖林清提出了以汽車行駛的能量利用率最高、加速時(shí)間盡可能短為目標(biāo)函數(shù)，建立了在給定汽車底盤參數(shù)、整車性能參數(shù)和汽車行駛條件下的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，對汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率廈其相應(yīng)轉(zhuǎn)速、最大轉(zhuǎn)矩及其相應(yīng)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)排量等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選，為汽車總布置設(shè)計(jì)中發(fā)動(dòng)機(jī)的選型提供了依據(jù)【9】。 1.2.2 概況分析 擬解決的主要問題： （1）改善汽車的技術(shù)效果。改善或達(dá)到高于競爭對手的裝載能力、動(dòng)力性、舒適性、可靠性、燃料經(jīng)濟(jì)性等技術(shù)性能，降低污染，提高安全和方便程度等。這些都可以用硬指標(biāo)作為考核標(biāo)準(zhǔn)，通常是重要的設(shè)計(jì)目的。 （2）改善汽車的藝術(shù)效果。改變舊的形式，創(chuàng)造新穎美觀的形式，這是汽車在競爭中至關(guān)重要的特性，也常是設(shè)計(jì)目的。 （3）改善汽車的經(jīng)濟(jì)效果。調(diào)整汽車在產(chǎn)品系列中的檔次，調(diào)整其成本和售價(jià)，以改善汽車在市場上的競爭地位。 （4）改善汽車的形象。若舊車型由于種種原因在用戶中形象不佳，則需要使產(chǎn)品以全新的形象出現(xiàn)于市場。 1.3 研究內(nèi)容及方法 本次設(shè)計(jì)主要是通過查閱近幾年來有關(guān)國內(nèi)外總體設(shè)計(jì)的文獻(xiàn)資料，結(jié)合所學(xué)專業(yè)知識進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過比較不同方案和方法選取最佳方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)算整車的性能結(jié)構(gòu)參數(shù)并對其進(jìn)行校核計(jì)算；同時(shí)對離合器、變速器、驅(qū)動(dòng)橋等結(jié)構(gòu)元件進(jìn)行總體布置。然后利用計(jì)算機(jī)輔助繪圖畫出總布置圖，并輔之以說明書。 1.4 研究技術(shù)路線 圖1.1 研究技術(shù)路線圖 第2章 總布置設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備 汽車從構(gòu)思到投放市場需要一個(gè)較長的時(shí)間過程，發(fā)展汽車工業(yè)需要有戰(zhàn)略眼光和思想。每個(gè)汽車企業(yè)都要有自己的發(fā)展戰(zhàn)略，企業(yè)的發(fā)展規(guī)劃就是一定時(shí)期內(nèi)發(fā)展戰(zhàn)略的文字載體。在企業(yè)的發(fā)展規(guī)劃中，商品規(guī)劃是核心內(nèi)容。企業(yè)的一切經(jīng)營活動(dòng)都是以向市場提供適銷對路的商品為目標(biāo)，通過實(shí)現(xiàn)商品的銷售而實(shí)現(xiàn)企業(yè)的利益和社會(huì)效益。任何商品都有一定的壽命周期，因此，企業(yè)要不斷改進(jìn)產(chǎn)品和開發(fā)新產(chǎn)品，以滿足市場的要求，從而保證企業(yè)的生存和更快更好的發(fā)展。 商品規(guī)劃就是基于上述認(rèn)識，使社會(huì)環(huán)境、市場要求和企業(yè)實(shí)際條件相協(xié)調(diào)，保證企業(yè)不斷推出適銷對路商品的一項(xiàng)計(jì)劃和管理工作。 根據(jù)時(shí)間區(qū)段和任務(wù)的不同，商品規(guī)劃分為兩類。一是在一定時(shí)期內(nèi)（如5年、10年）涉及企業(yè)所有商品系列的整個(gè)商品規(guī)劃，即商品發(fā)展規(guī)劃。二是按每一個(gè)商品制定方案的單個(gè)商品規(guī)劃，它包括作為商品開發(fā)第一步，給商品下個(gè)大致定義的商品計(jì)劃，以及在商品計(jì)劃基礎(chǔ)上進(jìn)行的概念設(shè)計(jì)。商品計(jì)劃包括確定商品市場目標(biāo)、性能目標(biāo)、成本目標(biāo)及投產(chǎn)目標(biāo)等；概念設(shè)計(jì)的任務(wù)主要是，提出產(chǎn)品應(yīng)具有的基本結(jié)構(gòu)、基本尺寸，應(yīng)達(dá)到的性能和質(zhì)量目標(biāo)等。車輛總布置的任務(wù)是，把概念設(shè)計(jì)確定的基本結(jié)構(gòu)和部件進(jìn)行空間布置，使其達(dá)到最佳組合，以保證實(shí)現(xiàn)概念設(shè)計(jì)中確定的目標(biāo)。 為了保證實(shí)現(xiàn)商品計(jì)劃的目標(biāo)，保證及時(shí)完成開發(fā)的任務(wù)，使商品按時(shí)投放市場，還需要編制產(chǎn)品開發(fā)計(jì)劃、生產(chǎn)準(zhǔn)備計(jì)劃和銷售計(jì)劃。 2.1 市場調(diào)研 市場調(diào)查是制定商品規(guī)劃的前提和基礎(chǔ)，企業(yè)為了獲取對外部環(huán)境的認(rèn)識，需要設(shè)置專門機(jī)構(gòu)，不斷地進(jìn)行認(rèn)真、細(xì)致和規(guī)范的市場調(diào)查和預(yù)測。 首先要認(rèn)真編寫調(diào)研提綱、調(diào)查項(xiàng)目、思考提出問題、地區(qū)條件、使用要求、用戶的基本情況、貨源和貨物的種類等，最重要的是列出技術(shù)難點(diǎn)，進(jìn)行重點(diǎn)調(diào)研，以求解決辦法。 調(diào)研工作可以分為市場普查和專項(xiàng)調(diào)查。 （1）市場普查：可參與產(chǎn)品規(guī)劃或情報(bào)部門每年進(jìn)行的市場情況調(diào)查，包括國內(nèi)外制造廠家的產(chǎn)品開發(fā)生產(chǎn)銷售國家政策地方規(guī)定、社會(huì)車輛運(yùn)轉(zhuǎn)情況統(tǒng)計(jì)、營運(yùn)費(fèi)用、管理維修、車輛性能、可靠性、壽命及備件供應(yīng)等，從而掌握國內(nèi)外市場情況、變化規(guī)律、發(fā)展趨勢、用戶的使用和需求狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)市場需求和預(yù)測未來。 （2）專項(xiàng)調(diào)查：參加為開發(fā)某車型而專門進(jìn)行的市場調(diào)查，明確調(diào)查目標(biāo)，細(xì)化調(diào)研提綱，對整車總成性能參數(shù)，必須有初步設(shè)想后，再到用戶和使用現(xiàn)場逐項(xiàng)進(jìn)行的了解、找出差異，特別重點(diǎn)調(diào)研有關(guān)技術(shù)難點(diǎn)——性能要求、結(jié)構(gòu)處理、特殊用途或要求等。調(diào)查后要形成一個(gè)比較完整的方案。 調(diào)研的方法主要是通過聽問看和測試等手段，達(dá)到預(yù)期的目的，通過研究思考達(dá)到完善和創(chuàng)新。每次調(diào)研都要有編寫調(diào)研報(bào)告，對問題和技術(shù)難點(diǎn)要有解決辦法要有結(jié)論和建議。 2.2 樣車分析 選同類型的國內(nèi)外樣車，作為設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)的目標(biāo)車型。對同類型的國內(nèi)外的樣車進(jìn)行性能測試，包括動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、制動(dòng)性、操縱穩(wěn)定性和平順性等。 對樣車進(jìn)行模型參數(shù)的測量，包括質(zhì)量參數(shù)、布置參數(shù)及有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)，然后輸入計(jì)算機(jī)，并對性能進(jìn)行計(jì)算，對比測試結(jié)果，修正和完善性能評價(jià)的計(jì)算方法、掌握選擇不同參數(shù)時(shí)的變化規(guī)律，提高計(jì)算精度，更好的服務(wù)于產(chǎn)品的預(yù)開發(fā)設(shè)計(jì)。 對各總成之間的連接件進(jìn)行測繪，分析其布置關(guān)系，找出布置和結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，進(jìn)而掌握布置與性能、使用等方面的關(guān)系。 經(jīng)過零件和裝配位置的測繪后，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)校核，找出個(gè)部件之間的間隙值與跳動(dòng)量值并與實(shí)車的測量值進(jìn)行比較，掌握布置規(guī)律，積累各部件間隙數(shù)據(jù)，提高運(yùn)動(dòng)件的布置水平和設(shè)計(jì)精度。 2.3 制定設(shè)計(jì)目標(biāo) 整車設(shè)計(jì)人員要根據(jù)市場調(diào)研和樣車分析的結(jié)果以及公司合同技術(shù)要求，提出對某一車型的設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)目標(biāo)。其中包括汽車的主要用途、適用范圍、技術(shù)水平、工藝性、通用化和系列化要求、生產(chǎn)繼承性、優(yōu)先保證的使用性能、載客量、生產(chǎn)綱領(lǐng)、目標(biāo)成本、趕超車型的技術(shù)指標(biāo)及變型需要等。新車的設(shè)計(jì)要有一個(gè)統(tǒng)一的明確的要求。 2.4 貨車主要目標(biāo)參數(shù)的初步確定 對于一種新車型的的開發(fā)，首先要明確其主要用途，貨物類型、使用條件和一些特殊要求?？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（駕駛室的型式、發(fā)動(dòng)機(jī)的種類、整車的初步外廓尺寸、主要布置參數(shù)和布置草圖）初步確定之后，整車設(shè)計(jì)人員通過圖面工作和計(jì)算、初步確定如下目標(biāo)參數(shù)： （1）選定最高車速、最大爬坡度、各總成質(zhì)量及其整車整備、總重、輪胎規(guī)格； （2）估算發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率、最大扭矩及其對應(yīng)的轉(zhuǎn)速（或初步選定發(fā)動(dòng)機(jī)型號； （3）變速器的頭檔速比和檔位數(shù)，分動(dòng)器速比和驅(qū)動(dòng)橋的總減速比。 2.5 主要目標(biāo)參數(shù)的確定 最高車速和最大爬坡度要根據(jù)具體的使用要求，車型用途、道路條件和安全措施等進(jìn)行選定。 質(zhì)量參數(shù)可以參考同類車型和總成質(zhì)量進(jìn)行確定。 輪胎規(guī)格的選擇非常重要，可以參考國內(nèi)同類型車型來進(jìn)行選擇，對于國外同類型樣車，應(yīng)該有保留的參數(shù)。由于道路條件和輪胎的制造水平不同，輪胎的選擇應(yīng)該不同，一般情況下應(yīng)該根據(jù)車輛類型、道路條件、載荷狀態(tài)、輪胎負(fù)荷能力、車速、底板離地高度、平整性要求進(jìn)行綜合分析，合理的選擇。 2.6 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率及其轉(zhuǎn)速 汽車的動(dòng)力性能在很大程度上取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率。設(shè)定最高車速，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)該大于等于該車速行使時(shí)所需要的行使阻力的功率之和。 我設(shè)計(jì)的載貨汽車最高車速初選為uamax=90km/h，那么發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率應(yīng)該大于等于以該車速行駛時(shí)，滾動(dòng)阻力功率與空氣阻力功率之和，即 （2.1） 式中：—發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率，； —傳動(dòng)系效率（包括變速器、輔助變速器傳動(dòng)軸萬向節(jié)、主減速器的傳動(dòng)效率），=95%×96%×98%=89.4%，傳動(dòng)系各部件的傳動(dòng)效率如表2.1所示； —汽車總質(zhì)量，ma=5455kg； —重力加速度，g=9.8； ——滾動(dòng)阻力系數(shù)，由試驗(yàn)測得，在車速不大于100 km/h的情況下可以認(rèn)為是常數(shù)。輪胎結(jié)構(gòu)、充氣壓力對滾動(dòng)阻力系數(shù)有較大影響，良好路面上常用輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)如表2.2所示。取=0.009； —空氣阻力系數(shù)，一般輕型貨車取0.6~0.8，這里取=0.7； —迎風(fēng)面積（m2），取前輪距總高H，=1.67×2.38。 表2.1 傳動(dòng)系各部件的傳動(dòng)效率 部件名稱 傳動(dòng)效率（%） 4～6檔變速器 輔助變速器（副變速器或分動(dòng)器） 單級減速主減速器 雙級主減速器 萬向傳動(dòng)節(jié) 95 95 96 92 98 表2.2 良好路面上常用輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù) 輪胎種類 滾動(dòng)阻力系數(shù) 中重型載貨車用子午線輪胎 中重型載貨車用斜交輪胎 輕型載貨車用子午線輪胎 輕型載貨車用斜交輪胎 轎車用子午線輪胎 轎車用斜交輪胎 0.007~0.008 0.010~0.012 0.008~0.009 0.010~0.012 =2.78 故43.25kw 除考慮最高車速外，還要滿足最大爬坡度的要求，既要有足夠的頭檔最大動(dòng)力因數(shù)。 通過上述方法計(jì)算的發(fā)動(dòng)機(jī)功率可以互相補(bǔ)充，以便最后確定發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率值。 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率點(diǎn)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)速范圍，應(yīng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的類型、最高車速、最大功率值活塞平均速度、生產(chǎn)條件、參考同類樣機(jī)的數(shù)值來確定。 也可以利用比功率的統(tǒng)計(jì)值來確定發(fā)動(dòng)機(jī)的功率值。 初選取功率為88kw的發(fā)動(dòng)機(jī)。 則比功率為=16.132 kw/t 參考一汽解放、東風(fēng)二汽、日本五十鈴、德國奔馳、瑞典斯堪的維亞等國內(nèi)外同型汽車，比功率都在60kw/t以上，即整備質(zhì)量5.455噸的汽車；再考慮該載貨汽車要求具有相對較高的車速，因此初步選擇汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率為88kw。 2.7 發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩及其轉(zhuǎn)速 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率和其相應(yīng)轉(zhuǎn)速確定后，通過下式確定發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩。 =9549 （2.2） 式中：——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，； ——轉(zhuǎn)矩適應(yīng)性系數(shù)，標(biāo)志著當(dāng)行駛阻力增加時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線自 動(dòng)增加轉(zhuǎn)矩的能力，α=TemaxTp，Tp是最大功率時(shí)的轉(zhuǎn)矩，N?m，α可參考同類發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)值選取，初取α=1.145； ——發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率，kw； ——最大功率時(shí)的轉(zhuǎn)速，r/min。 所以=300.67 。 一般用發(fā)動(dòng)機(jī)適應(yīng)性系數(shù)=，表示發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速適應(yīng)行駛工況的程度，值越大，說明發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速適應(yīng)性更好。采用值大的發(fā)動(dòng)機(jī)可以減少換擋次數(shù)，減輕司機(jī)疲勞、減少傳動(dòng)系磨損和降低油耗。通常，柴油機(jī)取1.2~2.6，以保證汽車具有適當(dāng)?shù)淖畹头€(wěn)定車速，初取=2000 r/min，則=1.6，=1.832。 2.8 傳動(dòng)系速比的選擇 確定傳動(dòng)系速比應(yīng)該包含以下內(nèi)容：變速器及副變速器的擋位數(shù)及各檔速比、分動(dòng)器的擋位數(shù)及各檔速比、驅(qū)動(dòng)橋總減速比（含單級或雙級、輪邊減速）。 在確定上述參數(shù)之前，首先要根據(jù)整車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及結(jié)構(gòu)布置需要，確定傳動(dòng)系的最小傳動(dòng)比和最大傳動(dòng)比，看是否能滿足最高車速、最大爬坡度和直接檔的最低穩(wěn)定車速、壞路面條件下通過能力，然后再從結(jié)構(gòu)需要和操縱方面入手，進(jìn)行檔位數(shù)的合理分配。 2.8.1 最小傳動(dòng)比的選擇 整車傳動(dòng)系統(tǒng)最小傳動(dòng)比的選擇，可根據(jù)最高車速及其功率平衡圖來確定。 普通的汽車沒有分動(dòng)器或副變速器，而變速器的最小傳動(dòng)比常為1，所以傳動(dòng)系的最小傳動(dòng)比就是i0。若變速器的最高檔不是直接檔，或?yàn)槌贆n，則最小傳動(dòng)比應(yīng)為變速器最高檔傳動(dòng)比為主減速器傳動(dòng)比的乘積。 通常選擇到汽車的最高車速相當(dāng)于發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率時(shí)車速，最高車速取最大。近年來為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率利用率和燃油經(jīng)濟(jì)性，出現(xiàn)了減小最小傳動(dòng)比的趨勢，有的裝有5檔變速器的汽車，第5檔的最高車速反而低于第四檔的最高車速。相反，汽車的動(dòng)力性會(huì)增強(qiáng)，后備功率會(huì)增大，但燃油經(jīng)濟(jì)性會(huì)下降。 在選定最小傳動(dòng)比時(shí)，要考慮到最高檔行駛時(shí)的汽車應(yīng)有足夠的動(dòng)力性能，及應(yīng)有足夠的最高檔動(dòng)力因數(shù)。中型貨車：0.04～0.08，中級轎車：0.1～0.15。 普通載貨汽車最高檔通常選用直接檔，若無分動(dòng)器或輪邊減速器，則傳動(dòng)系的最小傳動(dòng)比等于主減速器的主減速比。主減速比是主減速器設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)，應(yīng)在汽車總體設(shè)計(jì)時(shí)就確定。 載貨汽車為了得到足夠的功率儲(chǔ)備而使最高車速有所下降，如圖2.1中的i01曲線所示： 圖2.1 不同主減速比時(shí)的汽車功率平和圖 可按下式選擇： =（0.377~0.472） （2.3） 式中：—驅(qū)動(dòng)車輪的滾動(dòng)半徑，m，所選輪胎型號為7.50-16的子午線輪胎，其自由直徑為d=820mm，因計(jì)算常數(shù)F=3.05，故滾動(dòng)半徑 ==0.3982m； —發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率時(shí)的轉(zhuǎn)速，=3200 r/min； —最高車速，90km/h； —變速器最高檔傳動(dòng)比，1.0。 所以=5.338~6.683，初取=5.338。 根據(jù)所選定的主減速比i0的值，就可基本上確定主減速器的減速形式（單級減速，不需要輪邊減速器）,并使之與汽車總布置所需要的離地間隙相適應(yīng)。 汽車驅(qū)動(dòng)橋離地間隙如表2.3所示。其中，輕型載貨汽車的離地間隙要求在190~220mm之間。 所以初選最小間隙為190mm。 表2.3 汽車驅(qū)動(dòng)橋離地間隙 車型 離地間隙/mm 載貨汽車 微型，輕型 中型 重型，超重型 190~220 210~275 230~345 2.8.2 最大傳動(dòng)比的選擇 最大傳動(dòng)比為變速器頭檔速比與主減速器速比的乘積，若主減速比確定，則在確定變速器頭檔速比即可。該速比主要是用來爬坡與道路條件很差的情況汽車仍能行使。 最后驗(yàn)算最低檔時(shí)的最低穩(wěn)定車速，該車速?zèng)]有規(guī)定的限值。一般情況下，汽車只要能滿足最大爬坡度的要求（即最大動(dòng)力因數(shù)），那最低穩(wěn)定車速也能滿足。轎車一般要求爬坡能力達(dá)到30%以上。 設(shè)計(jì)的傳動(dòng)系的最大傳動(dòng)比為變速器的I檔傳動(dòng)比與主減速比的乘積。 應(yīng)根據(jù)汽車最大爬坡度、驅(qū)動(dòng)車輪與路面的附著條件、汽車的最低穩(wěn)定車速以及主減速比和驅(qū)動(dòng)車輪的滾動(dòng)半徑等綜合確定。 汽車爬陡坡是車速不高，空氣阻力可以忽略，則最大驅(qū)動(dòng)力用于克服輪胎與路面間的滾動(dòng)阻力及爬坡阻力。故有 （2.4） 則由最大爬坡度要求的變速器I檔傳動(dòng)比為4.117 根據(jù)驅(qū)動(dòng)車輪與路面附著條件 （2.5） 式中：—道路的附著系數(shù)，在良好路面上取=0.8； —汽車滿載靜止于水平路面時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋承受的載荷（N），初步設(shè)計(jì) 采用前/后驅(qū)動(dòng)橋承受的質(zhì)量為3000kg，則 ≤6.527 所以4.117≤≤6.527 綜上所述，初步選取變速器I檔傳動(dòng)比=5.3。 2.8.3 變速器檔位數(shù)的選擇 變速器檔位數(shù)的多少，要根據(jù)汽車的類型，使用條件和性能要求及最高檔和最低檔的速比范圍大小而定。 檔位數(shù)越多，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率利用率越高，（高功率區(qū)工作時(shí)間長），即增加了動(dòng)力性，同時(shí)也增加了發(fā)動(dòng)機(jī)在低油耗區(qū)工作的可能性，提高了燃油經(jīng)濟(jì)性。 由于相鄰檔之間的比值不能太大(一般不超過 1.7~1.8，太大了換檔困難)，所以在最大傳動(dòng)比與最小傳動(dòng)比值越大，則檔位數(shù)應(yīng)增多。而檔位多的變速器即 7個(gè)前進(jìn)檔時(shí)，其變速器結(jié)構(gòu)，特別是操縱機(jī)構(gòu)就會(huì)很復(fù)雜，所以有的車輛就采用增加前置或后置式變速器的辦法來解決此矛盾。如需要全輪驅(qū)動(dòng)，可以增設(shè)兩檔的分動(dòng)器。 因?yàn)槲宜O(shè)計(jì)的事輕型載貨汽車，它的比功率小，所以選擇五檔變速器。各檔之間壁紙不宜大于1.7~1.8。 采用等比數(shù)列分配格擋傳動(dòng)比，則公比q≈1.517 所以二檔傳動(dòng)比3.257，三檔傳動(dòng)比2.273，四檔傳動(dòng)比1.501，符合條件。 2.9 本章小結(jié) 本章確定了發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩及相應(yīng)轉(zhuǎn)速，確定了發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩及相應(yīng)轉(zhuǎn)速并確定了傳動(dòng)系的傳動(dòng)比。其中發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率為88kw；發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率時(shí)的轉(zhuǎn)速為3200；發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩為Temax=300N?m；發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩時(shí)的轉(zhuǎn)速為nt=2000；主減速器的傳動(dòng)比為5.0；變速器的傳動(dòng)比為一檔傳動(dòng)比5.3，二檔傳動(dòng)比3.257，三檔傳動(dòng)比2.273，四檔傳動(dòng)比1.501，五檔傳動(dòng)比1。 第3章 汽車主要參數(shù)的選擇 總布置設(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。 3.1 主要尺寸參數(shù)的選擇 通過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、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、靜力半徑和滾動(dòng)半徑、負(fù)載能力； (6)車箱內(nèi)長及外廓尺寸； (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)前簧作用長度； (20)后簧作用長度； (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、總寬、總高、前懸、后懸、接近角、離去角、最小離地間隙等。 圖3.1 汽車的主要尺寸參數(shù) 軸距的選擇要考慮它對整車其他尺寸參數(shù)、質(zhì)量參數(shù)和使用性能的影響。軸距短一些，汽車總長、質(zhì)量、最小轉(zhuǎn)彎半徑和縱向通過半徑就小一些。但軸距過短也會(huì)帶來一系列問題，例如車廂長度不足或后懸過長；汽車行駛時(shí)其縱向角振動(dòng)過大；汽車加速、制動(dòng)或上坡時(shí)軸荷轉(zhuǎn)移過大而導(dǎo)致其制動(dòng)性和操縱穩(wěn)定性變壞；萬向節(jié)傳動(dòng)的夾角過大等。因此，在選擇軸距時(shí)應(yīng)綜合考慮對有關(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：—貨箱長度可根據(jù)汽車的裝載質(zhì)量、載貨長度來確定，或參考同類型、同裝載量汽車的貨廂長度和裝載面積來初步確定； —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，可通過對駕駛室、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； —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)通過總布置和相應(yīng)的計(jì)算來完成，其中包括檢查最小轉(zhuǎn)彎半徑和萬向節(jié)傳動(dòng)的夾角是否過大，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，多取為輪胎直徑的1.1～1.25倍。汽車輪距對汽車的總寬、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。但輪距也不宜過大，否則，會(huì)使汽車的總寬和總質(zhì)量過大。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、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)。汽車的前懸不宜過長，以免使汽車的接近角過小而影響通過性。 汽車的后懸長度主要與貨廂長度、軸距及軸荷分配有關(guān)。后懸也不宜過長，以免使汽車的離去角過小而引起上下坡時(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％，其長度不大于3.5m。輕型及以上的載貨汽車的后懸一般為1.2～2.2m。長軸距、特長貨廂的汽車，其后懸可長達(dá)約2.6m。 3.2 整車質(zhì)量參數(shù)估算 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)量可通過樣件實(shí)測得到，亦可參照同類車型樣件實(shí)測值修正得到。 各總成質(zhì)心位置可通過實(shí)測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)心縱向位置相對滿載狀態(tài)的變化忽略不記。 3.2.1 空車狀態(tài)下整車質(zhì)量、軸荷分配和質(zhì)心高度的計(jì)算 整車整備質(zhì)量(自重) Mc按下式計(jì)算： = 式中：—用估算整車整備質(zhì)量的全部總成數(shù)量(總成的劃分可根據(jù)實(shí)際 情況由設(shè)計(jì)人員自定)； —整車裝備質(zhì)量，kg。 3.2.2 滿載狀態(tài)下整車質(zhì)量、軸荷分配和質(zhì)心高度的計(jì)算 整車最大總質(zhì)量(總重) Mt按下式計(jì)算： = —用于估算整車最大總質(zhì)量的全部總成和負(fù)載的數(shù)量(一般在整車整備質(zhì)量基礎(chǔ)上加上乘員和最大裝載質(zhì)量)。 3.2.3 非懸架質(zhì)量的估算 對于非獨(dú)立懸架，整個(gè)車橋總成(包括制動(dòng)器、輪轂、車輪等)都屬于非懸架質(zhì)量；一端與車橋鉸接，另一端與車架固定點(diǎn)鉸接件(如轉(zhuǎn)向拉桿、傳動(dòng)軸、導(dǎo)向臂、穩(wěn)定桿等)可將靜止時(shí)作用于車橋鉸接點(diǎn)的質(zhì)量作為非懸架質(zhì)量(轉(zhuǎn)向拉桿、傳動(dòng)軸等件可取其質(zhì)量的1/2作為非懸架質(zhì)量)；螺旋彈簧取其質(zhì)量的1/2作為非懸架質(zhì)量；吊掛式鋼板彈簧取其質(zhì)量的3/4作為非懸架質(zhì)量；平衡懸架鋼板彈簧取其質(zhì)量的1/4作為非懸架質(zhì)量。 對于獨(dú)立懸架和其它特殊形式的懸架可視其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行非懸架質(zhì)量估算。 3.2.4 整備質(zhì)量利用系數(shù) 汽車的整備質(zhì)量利用系數(shù)是汽車的裝載量與整備質(zhì)量之比，即 它表明單位汽車整備質(zhì)量所承受的汽車裝載質(zhì)量。顯然，此系數(shù)越大表明該車型的材料利用率越高和設(shè)計(jì)與工藝水平越高。因此，設(shè)計(jì)新車型時(shí)在保證汽車零部件的強(qiáng)度、剛度及可靠性與壽命的前提下，應(yīng)力求減輕其質(zhì)量，增大這一系數(shù)值。 表3.1 各類汽車的整備質(zhì)量利用系數(shù) 汽車類型 ηm0 備注 載貨汽車 輕型 0.8～1.1 柴油車為0.8～1.0 中型 1.2～1.35 重型 1.3～1.7 礦用自卸車 裝載量 mG<45t 1.1～1.5 mG>45t 1.3～1.7 3.2.5 軸荷分配 汽車的軸荷分配是汽車的重要質(zhì)量參數(shù)，它對汽車的牽引性、通過性、制動(dòng)性、操縱性和穩(wěn)定性等主要使用性能以及輪胎的使用壽命都有很大的影響。因此在總體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)汽車的總體布置型式、使用條件及性能要求合理地選定軸荷分配。 汽車的布置型式對軸荷分配影響較大，例如對載貨汽車而言，長頭車滿載時(shí)的前軸負(fù)荷分配多在28％上下，而平頭車多在33％～35％。對轎車而言，前置發(fā)動(dòng)機(jī)前輪驅(qū)動(dòng)的轎車滿載時(shí)的前軸負(fù)荷最好在55％以上，以保證爬坡時(shí)有足夠的附著力；前置發(fā)動(dòng)機(jī)后輪驅(qū)動(dòng)的轎車滿載時(shí)的后軸負(fù)荷一般不大于52％；后置發(fā)動(dòng)機(jī)后輪驅(qū)動(dòng)的轎車滿載時(shí)后軸負(fù)荷最好不超過59％，否則，會(huì)導(dǎo)致汽車具有過多轉(zhuǎn)向特性而使操縱性變壞。 在確定軸荷分配時(shí)也要考慮到汽車的使用條件。對于常在較差路面上行駛的載貨汽車，為了保證其在泥濘路面上的通過能力，常將滿載前軸負(fù)荷控制在26％～27％，以減小前輪的滾動(dòng)阻力并增大后驅(qū)動(dòng)輪的附著力。對于常在潮濕路面上行駛的后驅(qū)動(dòng)輪裝用單胎的4×2平頭貨車，空載時(shí)后軸負(fù)荷應(yīng)不小于41％，以免引起側(cè)滑。 在確定軸荷分配時(shí),還要充分考慮汽車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及性能要求。例如：重型礦用自卸汽車的軸距短、質(zhì)心高，制動(dòng)或下坡時(shí)質(zhì)量轉(zhuǎn)移會(huì)使前軸負(fù)荷過大，故在設(shè)計(jì)時(shí)可將其前軸負(fù)荷適當(dāng)減小，使后軸負(fù)荷適當(dāng)加大。為了提高越野汽車在松軟路面和無路地區(qū)的通過性，其前軸負(fù)荷應(yīng)適當(dāng)減小以減小前輪的滾動(dòng)阻力。 軸荷分配對前后輪胎的磨損有直接影響。為了使其磨損均勻，對后輪裝單胎的雙軸汽車，要求其滿載時(shí)的前后軸荷分配均為50％，而對后輪為雙胎的雙軸汽車，則前后軸荷可大致按1/3和2/3的比例處理。當(dāng)然，在實(shí)際設(shè)計(jì)中由于許多因素的影響，上述要求只能近似地滿足。 在確定汽車的軸荷分配時(shí)，還要考慮汽車的靜態(tài)方向穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)方向穩(wěn)定性。根據(jù)理論分析，汽車質(zhì)心位置到汽車中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)的距離s 對汽車的靜態(tài)方向穩(wěn)定性有決定性的影響。這個(gè)距離可由下式計(jì)算得到： = 式中：，—分別為汽車質(zhì)心離前、后軸的距離。L1 和L2 取決于軸荷分配， —兩個(gè)前輪的輪胎側(cè)偏剛度之和，N/rad； —后輪的輪胎側(cè)偏剛度之和，N/rad； —汽車全部輪胎的總側(cè)偏剛度之和，N/rad； 當(dāng)s<0時(shí)，汽車質(zhì)心位于中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)之前，汽車具有不足轉(zhuǎn)向特性，汽車靜態(tài)的方向穩(wěn)定性較好。反之，當(dāng)s>0時(shí)，汽車具有過度轉(zhuǎn)向特性。此時(shí)存在著一個(gè)臨界車速，低于此車速時(shí)，汽車的行駛時(shí)穩(wěn)定的，高與此車速，則汽車就不能穩(wěn)定行駛。在汽車設(shè)計(jì)時(shí)一般希望汽車具有適度的不足轉(zhuǎn)向特性。為此，要很好地匹配上述參數(shù)，使 <0 3.3 主要性能參數(shù)的選擇 3.3.1 動(dòng)力性參數(shù) 汽車的動(dòng)力性參數(shù)主要有直接檔和 I 檔最大動(dòng)力因數(shù)、最高車速、加速時(shí)間、汽車的比功率和比轉(zhuǎn)矩等。 3.3.1.1 直接檔動(dòng)力因數(shù) 的選擇主要是根據(jù)對汽車加速性與燃料經(jīng)濟(jì)性的要求，以及汽車類型、用途和道路條件而異。轎車的隨發(fā)動(dòng)機(jī)排量的增大而增大。中、高級轎車對加速性要求高，故值較大。微型和普通級轎車為了節(jié)省燃料，值較小。載貨汽車的值是隨汽車總質(zhì)量的增大而逐漸減小的，但也有個(gè)限度。微型貨車的值較大，輕型貨車次之，因?yàn)樗鼈儾粫?huì)拖帶掛車，而且對平均車速和加速性能的要求也較高。中、重型貨車的多在0.04～0.07范圍內(nèi)。對中、重型貨車選擇時(shí)的要求是：拖帶掛車后仍能以直接檔在具有3％坡度的公路上行駛。鞍式牽引汽車及半掛車等汽車列車的D0max應(yīng)在0.03以上。礦用自卸汽車的行駛阻力大，其值也應(yīng)不小于0.04。客車的值也是隨著其總質(zhì)量的增大而減小，但豪華型客車應(yīng)比普通型客車的值要大一些。 3.3.1.2 Ⅰ檔動(dòng)力因數(shù) I檔最大動(dòng)力因數(shù)直接影響汽車的最大爬坡能力和通過困難路段的能力以及起步并連續(xù)換檔時(shí)的加速能力。它和汽車總質(zhì)量的關(guān)系不明顯而主要取決于所要求的最大爬坡度和附著條件。對于公路用車，多在0.30～0.38。中級及以上的轎車，其值的上限可高達(dá)0.5，以便獲得必要的最低車速和較強(qiáng)的加速能力。礦用自卸汽車(裝載量為6.5t以下)的值多在0.30～0.46，當(dāng)采用液力機(jī)械傳動(dòng)時(shí)，由于汽車起步后動(dòng)力因數(shù)下降較快，為保證有足夠的爬坡速度和加速能力，值還應(yīng)取大一些。軍用越野汽車的爬坡能力要求高達(dá)60％～75％，故其值多選擇在0.63以上。 3.3.1.3 最高車速Vmax 隨著汽車性能特別是主被動(dòng)安全性能的提高以及各國公路路面的改善和高速公路的發(fā)展，汽車的最高車速普遍有所提高。選擇時(shí)應(yīng)考慮汽車的類型、用途、道路條件、具備的安全條件和發(fā)動(dòng)機(jī)功率的大小等，并以汽車行駛的功率平衡為依據(jù)來確定。 3.3.1.4 汽車的比功率和比轉(zhuǎn)矩 這兩個(gè)參數(shù)分別表示發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率和最大轉(zhuǎn)矩與汽車總質(zhì)量之比。比功率是評價(jià)汽車動(dòng)力性能如速度性能和加速性能的綜合指標(biāo)，比轉(zhuǎn)矩則反映了汽車的比牽引力或牽引能力。在比較各國車型的比功率時(shí)，應(yīng)考慮到各國內(nèi)燃機(jī)功率測定標(biāo)準(zhǔn)的差異。為了保證載貨汽車在高速公路上的速度適應(yīng)性，有些國家對汽車的比功率值有所規(guī)定。我國標(biāo)準(zhǔn)GB7258—97 中規(guī)定，對公路用的機(jī)動(dòng)車輛其比功率的最小值不能低于4.8kW/t。農(nóng)用運(yùn)輸車不低于4kW/t。 3.3.1.5 汽車的加速時(shí)間 汽車由起步并換檔加速到一定車速的時(shí)間，稱為“0—的換檔加速時(shí)間”；而在直接檔下由車速為20km/h加速到某一車速(km/h)的時(shí)間，稱為"20— 的直接檔加速時(shí)間”，它們均為衡量汽車加速性能和動(dòng)力性能的重要指標(biāo)