现代汽车设计方法概论
发动机飞轮壳计算机学院
张 洋
10061089
2012年4月23日
一、汽车概述
1、汽车工业的发展
1886年德国人奔茨和戴姆勒发明了汽车后，在欧洲出现了一些生产汽车的公司。最早成立的汽车公司有德国的奔驰公司、戴母勒公司、法国的标致公司、雷诺公司、英国的奥斯汀公司
、意大利的菲亚特公司等，欧洲是汽车工业的摇篮。德国人发明了汽车，而促进汽车发展的是法国人。
1891年法国人阿尔芒•标致对汽车结构进行了重新设计：发动机前置，后轮驱动，脱离了马车式的设计思路，奠定了传动系的基本构造，汽车制造也从德国移向了法国。但手工生产，追求豪华，成本高，限制了汽车工业的发展。
● 第一次变革（成熟于美国）
1903年，亨利•福特汽车公司成立。 1908年推出了大众化的T型车，使家庭轿车的梦想成为现实，在长达20年的T型车生产期间，T型车被称为“运载整个世界”的工具。
1913年福特汽车公司在汽车城底特律市建成了世界上第一条汽车装配流水线，使T 型车成为大批量生产的开端，1915年，福特汽车公司的产量占美国各公司总产量的70％，而德、英、法等欧洲各国的汽车总产量也不过是美国汽车产量的5％。
1908年美国通用汽车公司成立。由于亨利•福特不注重T型车的改进，使其显得单调、简陋。1927年带有豪华饰件的通用公司的雪佛兰型汽车赢得了人们的普遍欢迎，击败了独霸
世界汽车市场20年的福特T型汽车，使其最终退出了汽车舞台。
● 第二次变革（发展于欧洲）
欧洲人不甘心美国汽车一统天下，但又无法在规模和价格上与美国竞争，因此，采用了：
1、品种多样化
利用自己的技术优势，针对美国车型单一、体积庞大、油耗高等弱点开发了多姿多彩的新产品，如发动机前置前驱动，发动机后置后驱动，承载式车身，微型节油车等，尽量适应不同的道路条件、个人爱好等要求，与美国汽车公司抗衡。
2、取消欧盟各国关税
20世纪50年代末至60年代初，欧盟取消各国关税，各国汽车可在欧洲自由销售，多样化的设计一下子变成了最大优势，世界工业重心一下子由美国移向西欧。
● 第三次变革(挑战于日本)
1、20世纪50年代之前
日本的汽车工业起步较晚，1933年，日本第一及第二大汽车公司丰田和日产汽车公司相继建立，但发展缓慢，如1929年，通用、福特在日本组装29338辆，日本自己生产的只有437辆。
2、60年代后
丰田厂采用“全面质量管理”：全员参加的、全过程的、全面运用一切有效方法、全面控制质量因素（人、机器、设备、材料、工艺方法、检测、环境）、全面经济效益的管理系统。引进“及时生产系统”，两者紧密衔接，推动了日本汽车工业的高速发展。
3、70年代后
1973年中东战争，引发全球石油危机，汽车由豪华气派型→小型省油型，日本抓住时机，生产节油汽车，占领欧美市场。1973年日本出口汽车达到200万辆；1977年日本出口汽车达到400万辆；1980年日本出口汽车量猛增到600万辆。
1960年日本汽车产量仅为16万辆，远远低于美国和欧洲各主要汽车生产国的产量。但到1967年，汽车产量达到300万辆，超过欧洲各主要汽车生产国的产量，居世界第二位。到1
980年日本汽车产量达到1100万辆，首次超过美国，跃居世界第一位。日本成为继欧洲、美国之后的第三个汽车工业发展中心，世界汽车工业又发生了从欧洲到日本的第三次转移。
2、汽车的总体构造
● 发动机（动力装置）：机体、曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系、冷却系、润滑系、点火系、起动系
● 底盘（执行装置）：传动系、行驶系、转向系、制动系
● 电气与电子设备（控制装置）
● 车身
3、汽车主要技术参数
● 整车整备质量：汽车完全装备好的质量，完整的发动机、底盘、车身、全部电器设备和车辆正常行驶所需要地辅助设备质量。
● 最大总质量：汽车满载时的总质量。
● 最大装载质量：最大总质量和整车整备质量之差。
● 转弯直径：外转向轮的中心平面在车辆支承平面上的轨迹圆直径
● 后悬：汽车后段刚性固定件的最后点到通过最后车轮轴线的垂面件的距离。
● 最小离地间隙：满载时，车辆支承平面与车辆最低点之间的距离。
● 接近角：汽车前端突出点向前轮引的切线与地面的夹角。
● 离去角：汽车后端突出点向后轮引的切线与地面的夹角。
● 排量：活塞从上止点移动到下止点所通过的空间容积称为气缸排量，如果发动机有若干个气缸，所有气缸工作容积之和称为发动机排量。
● 功率：功率是指物体在单位时间内所做的功。功率越大转速越高，汽车的最高速度也越高,常用最大功率来描述汽车的动力性能。最大功率一般用马力 (PS)或千瓦(kw)来表示，1马力等于0.735千瓦。
● 扭矩：扭矩是使物体发生转动的力。发动机的扭矩就是指发动机从曲轴端输出的力矩。在功率固定的条件下它与发动机转速成反比关系，转速越快扭矩越小，反之越大，它反映了汽车在一定范围内的负载能力。
● 最高车速(km/h)：汽车在水平良好路面上汽车能达到的最好行驶车速。
● 轴距(mm)：轴矩,是通过车辆同一侧相邻两车轮的中点,并垂直于车辆纵向对称平面的二垂线之间的距离.简单的说,就是汽车前轴中心到后轴中心的距离。
● 加速时间：汽车的加速性能，包括汽车的原地起步加速时间和超车加速时间。原地起步加速时间，指汽车从静止状态下，由一挡起步，并以最大的加速强度(包括选择最恰当的换挡时机)逐步换至高挡后，到某一预定的距离车速或车速所需的时间。目前，常用0――96KM所需的时间(秒数)来评价。超车加速时间，用最高挡或次高挡全力加速至某一高速所需要的时间。加速时间越短，汽车的加速性就越好，整车的动力性随即提高。
● 轮距：是车轮在车辆支承平面(一般就是地面)上留下的轨迹的中心线之间的距离。如果车轴的两端是双车轮时，轮距是双车轮两个中心平面之间的距离。
汽车的轮距有前轮距和后轮距之分，前轮距是前面两个轮中心平面之间的距离，后轮距是后面两个轮中心平面之间的距离，两者可以相同，也可以有所差别。一般来说，轮距越宽，驾驶舒适性越高，但是有些国产轿车没有方向助力的，如果前轮距过宽其方向盘就会很“重”，影响驾驶的舒适性。此外，轮距还对汽车的总宽、总重、横向稳定性和安全性有影响。一般说来，轮距越大，对操纵平稳性越有利，同时对车身造型和车厢的宽敞程度也有利，横向稳定性越好。但轮距宽了，汽车的总宽和总重一般也加大。如果轮距过宽还会影响汽车的安全性，因此，轮距应与车身宽度相适应。
● 压缩比：就是发动机混合气体被压缩的程度，用压缩前的气缸总容积与压缩后的气缸容积(即燃烧室容积)之比来表示。压缩比与发动机性能有很大关系，通常的低压压缩比指的是压缩比在10以下，高压缩比在10以上，相对来说压缩比越高，发动机的动力就越大。
● 主减速比：对汽车的动力性能和燃料经济性有较大的影响。一般来说，主减速比越大，加速性能和爬坡能力较强，而燃料经济性比较差。但如果过大，则不能发挥发动机的全部功率而达到应有的车速。主减速比越小，最高车速较高，燃料经济性较好，但加速性和爬坡能力较差。
● 最大爬坡度(%)：汽车满载时的最大爬坡能力。
● 风阻系数：空气阻力是汽车行驶时所遇到最大的也是最重要的外力。空气阻力系数，又称风阻系数，是计算汽车空气阻力的一个重要系数。它是通过风洞实验和下滑实验所确定的一个数学参数, 用它可以计算出汽车在行驶时的空气阻力。
二、汽车发动机
1、总体构造
由于发动机的工作原理相似，基本结构也就大同小异。汽油发动机通常是两大机构五大系统组成，柴油发动机通常是由两大机构四大系统组成（无点火系）。
● 曲柄连杆机构——实现热能转换的核心，也是发动机的装配基础。
● 配气机构——保证气缸适时换气。
● 燃料系——控制每循环投入气缸燃油的数量，以调节发动机的输出功率和转速。
● 冷却系——控制发动机的正常工作温度。
● 润滑系——减少摩擦力，延长发动机的使用寿命。
● 点火系——适时地向汽油发动机提供电火花（柴油发动机无点火系）
● 起动系——使曲轴旋转完成发动机起动过程。
2、主要性能指标
发动机的性能指标用来表征发动机的性能特点，并作为评价各类发动机性能优劣的依据。发动机的性能指标主要有：动力性指标、经济性指标、环境指标、可靠性指标和耐久性指标。
● 动力性指标：动力性指标是表征发动机做功能力大小的指标，一般用发动机的有效转矩、有效功率、发动机转速等作为评价指标。
✧ 有效转矩：发动机对外输出的转矩称为有效转矩
✧ 有效功率：发动机在单位时间对外输出的有效功称为有效功率
✧ 发动机转速：发动机曲轴每分钟的回转数称为发动机转速
● 经济性指标：发动机经济性指标一般用有效燃油消耗率表示。发动机每输出1kW·h的有效功所消耗的燃油量(以g为单位)称为有效燃油消耗率.
● 环境指标：环境指标主要指发动机排气品质和噪声水平。由于它关系到人类的健康及其赖以生存的环境，因此各国政府都制定出严格的控制法规，以期削减发动机排气和噪声对环境的污染。当前，排放指标和噪声水平已成为发动机的重要性能指标。
排放指标主要是指从发动机油箱、曲轴箱排出的气体和从汽缸排出的废气中所含的有害排放物的量。对汽油机来说主要是废气中的一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)含量；对柴油机来说主要是废气中的氮氧化物(NOx)和颗粒(PM)含量。
噪声是指对人的健康造成不良影响及对学习、工作和休息等正常活动发生干扰的声音。由于汽车是城市中的主要噪声源之一，而发动机又是汽车的主要噪声源，因此控制发动机的噪声就显得十分重要。如我国的噪声标准(GB/T 18697—2002)中规定，轿车的噪声不得大于79dB(A)。
● 可靠性指标和耐久性指标：可靠性指标是表征发动机在规定的使用条件下，在规定的时
间内，正常持续工作能力的指标。可靠性有多种评价方法，如首次故障行驶里程、平均故障间隔里程等。耐久性指标是指发动机主要零件磨损到不能继续正常工作的极限时间。
● 发动机万有特性：汽车发动机的工况能在很广泛的范围内变化。当发动机的工况(即功率和转速)发生变化时，其性能(包括动力性、经济性、排放性和噪声等)也随之改变。发动机性能指标随运行工况而变化的关系称为发动机万有特性。
三、汽车底盘
汽车底盘由传动系、行驶系、转向系和制动系四部分组成。底盘作用是支承、安装汽车发动机及其各部件、总成，形成汽车的整体造型，并接受发动机的动力，使汽车产生运动，保证正常行驶。
1、传动系
传动系一般由离合器、变速器、万向传动装置、主减速器、差速器和半轴等组成。
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