五座中级汽车设计大作业.docx

汽车总体设计
——五座中级轿车设计

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前言
本次的大作业是进行中级五座轿车的设计，其中的大部分资料就在《汽车设计》课本上得到的，但是有的地方不是特别明确，所以在汽车之家的网站上查询了一些现在关注度比较高的中型车的各项参数，比如大众cc，大众迈腾、别克君越和丰田锐志，对德国车、美国车、日本车的质量尺寸参数都拿来做了参考，选取了一些参数。但是也发现了许多实际参数和课本上不同的地方。
比如说对汽车整备质量的计算，课本上表1-3对中型车（发动机排量1.6L-2.5L）人均整备质量值是0.210.29t之间，五座轿车的最大整备质量大概就是1.5t左右，但是别克君越的整备质量达到了接近1.8t。
相差比较多的还有燃油经济性参数，对发动机排量1.6L-2.5L的汽车百公里燃油消耗量在10-16L/100km，但是在大多数的车型中，燃油消耗量都没有这么大，特别是大众迈腾的百公里燃油消耗量只有6.2L/100km。
所以在这次的设计中，我没有完全按照课本上所给公式或是图表中的可取范围值进行设计，比如整备质量和燃油经济性参数都有了一些变动。

一 汽车形式的选择
1.1 整车总布置设计的任务
(1) 从技术先进性、生产合理性和使用要求出发，正确选择性能指标、质量和主要尺寸参数，提出总体设计方案，为各部件设计提供整车参数和设计要求；
(2) 对各部件进行合理布置和运动校核；
(3) 对整车性能进行计算和控制，保证汽车主要性能指标实现；
(4) 协调好整车与总成之间的匹配关系，配合总成完成布置设计，使整车的性能、可靠性达到设计要求。
1.2 设计原则、目标
（1） 汽车的选型应根据汽车型谱、市场需求、产品的技术发展趋势和企业的产品发展规划进行。
（2）选型应在对同类型产品进行深入的市场调查、使用调查、生产工艺调查、样车结构分析与性能分析及全面的技术、进行分析的基础上进行
（3）应从已有的基础出发，对原有车型和引进的样车进行分析比较，继承优点，消除缺陷，采用已有且成熟可靠的先进技术与结构，开发新车型。
（4）涉及应遵守有关标准、规范、法规、法律，不得侵犯他人专利。
（5）力求零件标准化、部件通用化、产品系列化。
1.3 汽车的轴数和驱动型式
因为是轿车不像火车有很大的载重量，所以采用二轴式就可以满足道路法规对轴载质量的需要，而且为了使结构简单、降低制造成本和整备质量，所以本车选择4*2的驱动形式。
1.4 布置形式
本次设计采用前置前驱的布置形式。主要是因为前置前驱的轿车前桥轴荷大，有明显的不足转向；动力总成结构紧凑，由于取消了贯穿前后的传动轴，所以车厢内地板中央不会凸起很高，有效的增加了车辆的内部使用空间。同时也利于降低车身高度，利于行驶的稳定性和舒适性；散热器布置在汽车前侧，所以散热条件比较好，发动机可以得到足够的冷却；行李箱的空间比较大；有利于减小轴距和整备质量······等等这些优点，所以选择前置前驱作为这次设计汽车的布置方式。

二 汽车主要参数的确定
汽车的主要参数包括尺寸参数、质量参数和汽车性能参数。

2.1 汽车质量参数的确定
2.1.1汽车质量参数
乘用车的质量参数包括整备质量、载客量、汽车总质量、轴荷分配等组成。

2.1.2 整车整备质量的预估
汽车的整车整备质量是指车上带有全部装备，包括随车工具和轮胎，加满油和水，但没有载人时的整车质量，用m0表示。参考《汽车设计》P19表1-3所列出的人均整备质量值，对于五座汽车，选取整备质量为1.5t。
2.1.3 汽车总质量的确定
轿车总质量是指汽车整车整备质量、成员行李质量和驾驶室乘员（含驾驶室）质量三者之和，用表示。驾驶室乘员质量以每人65kg。按乘员人数为5人。
ma=me+m0+5×65=1.8t
2.1.4汽车的轴荷分配
汽车的轴荷分配是指在满载或空载的静止状态下，各车轴对支撑平面的垂直载荷，也可以用百分比的形式来表示。轴荷分配的原则是依据轮胎均匀磨损和汽车主要性能的需要以及汽车的布置型式来确定的。为了使轮胎均匀磨损，一般希望满载时每个轮胎的负荷大致相等。在此需要考虑动力性和通过性，因为设计的是前置前驱的汽车，所以希望驱动桥有比较大的负荷。
设计满载时前轴55%，后轴45%。 空载时前轴60%，后轴40%。

2.2汽车主要尺寸的确定
2.2.1 汽车的主要尺寸
汽车的主要尺寸参数有外廓尺寸、轴距、轮距、前悬、后悬和车厢尺寸等。
2.2.2 汽车的轴距
轴距L对整备质量、汽车总长、汽车最小转弯半径、传动轴长度、纵向通过半径等均有影响。当轴距短时，上述各指标均减小。所以此次设计轴距尽量小些。
初步确定轴距为2800mm。
2.2.3 汽车的外廓尺寸及前悬后悬
GB 1589-1989规定了汽车外廓尺寸的界限。不包括后视镜，汽车宽度不超过2.5米；空载顶窗关闭状态下，其高不能超过4米；后视镜等单侧外伸量不能超过最大宽度处250mm顶窗、换气装置开启时不能超出车高300mm。
汽车总长是轴距、前悬、后悬的和。轴距L和汽车总长La有下述关系：La=L/C。对于前置前驱的汽车C值为0.62-0.66（但是我发现市场上的车基本上都不按这个参数）。其中缩减前悬后悬的长度有利于减小接近角和离去角，来提高通过性和方便性；但是为了布置发动机、保险杆、转向器等部件，也为了提高安全性，保证行李箱的面积等方面，前悬后悬不能太小。此次选取C值为0.63。在轴距是2800mm的前提下，选取车长为4500mm。前悬900mm，后悬800mm。
汽车的宽度一方面要保证零部件的布置，另一方面又要保证室内的宽度和车门厚度，乘用车的总宽Ba和车辆总长La有下述的近似关系：Ba=La/3+195mm，允许在上下60mm内变动。此次设计的为五座式的汽车，后座要留有三个人的空间，所以车宽不能小于1410mm。此次设计选取车宽1750mm。
影响乘用车的总高的因素有轴间底部离地高、地板及下部零件高、室内高和车顶造型高度。对于室内高，要考虑座位高、乘员上身长和头上部的空间，一般取1120mm到1380mm。车顶造型高度大约取20mm-40mm。所以 综合考虑，选择车高1450mm。
综上所述，此次的轮廓尺寸：车长4500mm，车宽1750mm，车高1450mm，前悬900mm，后悬800mm。

2.3汽车主要尺寸性能参数的确定
2.3.1 轿车动力性参数的确定
汽车的动力性参数包括最高车速、加速时间、上坡能力、比功率和比转矩等。
(1) 最高车速Vamax的确定
轿车的最高车速主要是根据汽车的用途以及使用条件和发动机功率大小来确定，根据《汽车设计》表1-7初步选取最高车速190km/h
(2) 加速时间的确定
汽车起步连续换档加速时间是汽车加速性能的一项重要指标。轿车通常用0～100km/h的加速时间来评价。参考大众迈腾等车型，选取加速时间为10s
(3) 最大爬坡度的确定
由于轿车在各地路面上行驶，要求有足够的爬坡能力。选取为30%。
2.3.2 汽车燃油经济性参数的确定
轿车的燃油经济性常用单位燃油消耗量来评价。是指每小时单位有效功消耗的燃油量。参考表1-8，再结合流行的车型和现在经济性要求比较高的趋势，设计百公里燃油消耗量为8L/100km。
2.3.3 汽车通过性参数的确定
轿车的通过性参数主要有接近角、离去角、最小离地间隙和最小转弯直径等。其值主要根据汽车的用途和使用条件选取，结合已经选取的轴距等参数，参考表1-11。选取最小离地间隙155mm，接近角25度，离去角18度，最小转弯直径为12m
2.3.4汽车操作稳定性参数
转向特性系数：为了保证良好的操作稳定性，汽车应有一定程度的不足转向，要求汽车以0.4g向心加速度沿定圆转向时，前后轮侧偏角之差来确定。此次设计选取参数为2度。
车身侧倾角：汽车以0.4g向心加速度沿定圆转向时，侧倾角为5度。
制动前俯角：汽车以0.4g减速度制动时，汽车的前俯角为1度。
2.3.5汽车制动性参数和舒适性参数
汽车制动性是尽可能短的距离内停车且保持方向稳定性，下长坡时保证一定车速并在一定坡道上长期驻车的能力。常用制动距离、平均制动减速度和行车制动的踏板力以及应急制动时的操纵力来评价。
设计在制动车速为50km/h时，行车制动距离为15m，应急制动距离为23m
汽车的舒适性包括了平顺性、空气调节性能、车内噪声、乘坐环境等。其中平顺性常用垂直振动参数评价。设计静挠度为200mm，动挠度为80mm，偏频为1Hz。

三 轿车主要部件的选择及布置
3.1 发动机的选择与布置
3.1.1 发动机形式的选择
目前汽车发动机主要采用汽油机和柴油机两大类。柴油机的压缩比大，燃油经济行好，但是造价高，为了提高整体经济性，降低价格，采用活塞式四冲程汽油机
3.1.2 发动机主要性能指标的选择
发动机的主要性能指标是发动机最大功率和发动机的最大转矩。
(1) 发动机最大功率Pemax及其相应转速ne的选择
汽车的动力性主要决于发动机的最大功率值，发动机的功率越大，动力性就好. 最 大功率值根据所要求的最高车速Vamax计算，如下：

式中：Pemax----最大功率，kw
ηT----传动系效率，对于单级减速器取0.9
g----重力加速度，m/s2
f----滚动阻力系数，取0.04
CD----空气阻力系数，取0.3
A----汽车的正面迎风面积，本车A=Bh=1.751.45=2.54㎡
ma----汽车总质量，1800kg
Vamax---汽车最高车速，190km/h
带入相关数据，可得：
Pemax ==105.8kw
也可以通过参考同级汽车的比功率统计值，然后选定新设计汽车的比功率值，并乘以汽车总质量，也可以求得最大功率值。
参考书上的对应转速的范围，再结合实际车型的最大功率转速，选取最大功率转速为5500r/min。
(2) 发动机最大转矩Temax及其相应转速nT的选择
当发动机最大功率Pemax和相应的转速np确定后，则发动机最大转矩Temax和相应转速nT可随之确定，其值由下式计算：
==
式中： ----转矩适应系数，一般1.1-1.3，在这里取1.2；
Pemax-最大功率，105.8kw
np----最大功率时转速，5500r/min
求的Temax----最大转矩，220Nm
而np/nT=1.4-2.0，在这里取为1.4，则有：
nT =np/1.5=5500/1.4=3928r/min
Temax =220Nm
因此，满足所选发动机的最大转矩及相应转速要求。
3.1.3 发动机的悬置
采用液压阻尼式橡胶悬置。用橡胶主簧承受静、动载荷；内部有三个液室，有液体工作介质，并伴有产生阻尼运动的孔、惯性通道。发动机前悬置点布置在动力总成质心的附近，支座布置在排气管之前。
3.2 车身形式
采用折背式车身，有明显的发动机舱、客舱和行李舱。也是目前使用最多最受欢迎的一种车身形式。
3.3 轮胎的选择
采用子午线轮胎，滚动阻力小，温升低，胎体缓冲性能和胎面的附着性能都比斜交轮胎要好，而且油耗低，寿命长。
采用低断面轮胎，胎面宽平。侧面刚性大、附着性强、散热条件好、高速行驶稳定性好。
采用无内胎的轮胎，平衡性好、发热少、刺扎后不易快速失气，高速行驶安全性能好。

四 参考资料
1. 《汽车设计》 第四版 吉林大学 王望予 主编
2. 汽车之家网-----