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现代汽车设计论文

现代汽车设计方法概论

宇航学院

2012年4月23日

汽车结构之我见

这学期选修课选了现代汽车设计概论的选修课，虽说上课时间短，课时少，但是在老师的认真讲授下，我还是学到了很多关于汽车的知识的。

有汽车的发展史，有汽车的基本构造，还有很多品牌汽车的介绍，真的是获益匪浅啊！

就光说汽车结构吧，就了解了很多以前不知道的知识。

汽车总体构造的组成部分包括发动机、底盘、车身和电气系统，各个部分的作用不同，共同构成了一个完整的汽车。

一、发动机

汽车的动力来自发动机。

发动机是将某一种形式的能量转换为机械能的机器。

其功用是将液体或气体的化学能通过燃烧后转化为热能，再把热能通过膨胀转化为机械能并对外输出动力。

　发动机是汽车的心脏，为汽车的行走提供动力，关系着汽车的动力性、经济性、环保性。

简单来说，发动机就是一个能量转换机构，即将汽油（柴油）或天然气的热能，通过在密封汽缸内燃烧气体膨胀，推动活塞做功，转变为机械能，这是发动机最基本的原理。

发动机的

所有结构都是为能量转换服务的，发动机伴随着汽车走过了100多年的历史，无论是在设计、制造、工艺还是在性能、控制方面都有很大的提高，但其基本原理仍然没有改变。

这是一个富于创造的时代，那些发动机的设计者们，不断地将最新科技与发动机融为一体，把发动机变成一个复杂的机电一体化产品，使发动机性能达到近乎完善的程度，各世界著名汽车厂商也将发动机的性能作为竞争亮点，现在的汽车发动机不仅注重汽车动力的体现，更加注重能源消耗、尾气排放等与环境保护相关的方面，从而使人们在悠闲的享受汽车文化的同时，也能保护环境、节约资源。

既然发动机是汽车的“心脏”，那么平时车主要从哪些方面保养好爱车的“心脏”呢?

从以下七个方面来做应该能取得很好的效果。

1.使用适当质量等级的润滑油。

对汽油发动机应根据进排气系统的附加装置和使用条件选用SD-SF级汽油机油;柴油发动机则要根据机械负荷选用CB-CD级柴油机油，选用标准以不低于生产厂家规定要求为准。

2.定期更换机油及滤芯。

任何质量等级的润滑油在使用过程中油质都会发生变化，为了避免故障的发生，应结合使用条件定期换油，并使油量适中。

3.保持曲轴箱通风良好。

现在大部分汽油机都装有PCV阀，但窜气中的污染物会沉积在PCV阀的周围，可能使阀堵塞。

因此，须定期清除PCV阀周围的污染物。

4.定期清洗曲轴箱。

发动机在运转过程中，燃烧室内的高压未燃烧气体、酸、水分、硫和氮的氧化物经过活塞环与缸壁之间的间隙进入曲轴箱中，与零件磨损产生的金属粉末混在一起，形成油泥。

因此，应定期清洗曲轴箱，保持发动机内部的清洁。

5.定期清洗燃油系统，控制积炭的生成，能够使发动机保持最佳状态。

6.发动机水箱生锈、结垢是最常见的问题。

锈迹和水垢会限制冷却液的冷却系统中的流动，降低散热作用，导致发动机过热，甚至造成发动机损坏。

所以要定期清洗水箱，除去其中的锈迹和水垢。

7.保养三滤：

三滤是指空气滤清器、机油滤清器及汽油滤清器。

三滤在汽车发动机上对空气、机油和汽油起着过滤作用，从而对发动机起到保护作用，同时也提高了发动机的工作效率。

发动机如此重要，因此各国都在专注于发动机的研究。

下面是我国发动机的发展概况。

2005年全年我国共生产汽车发动机4,710,661台，比上年增长8.65%；全年共销售汽车发动机4,725,043台，同比增加8.99%；全年产销率为100.31%，销量略大于产量，库存有所减少。

其中汽油机2005年年产量为3,433,652台，同比增加13.59%；年销量为3,449,673台，同比增加13.85%。

柴油机2005年年产量为1,274,056台，同比减少2.94%；年销量为1,272,536台，同比减少2.51%。

2006年，国内汽车发动机总计生产318.96万台，比2005年同期增长34.76%；总计销售318.67万台，同比增长34.72%。

2007年中国规模以上企业的汽车起动机产销量均突破1600万台，发电机产销量突破1000万台，行业销售收入突破100亿元，利润近10亿元。

预计到2010年国内轿车市场将达到500万辆，微型客车将保持在90万辆左右。

因此汽油发动机市场增长空间巨大。

二、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。

（一）

、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、汽车底盘差速器和半轴等组成。

传动系的作用是将汽车发动机所发出的动力靠传动系传递到驱动车轮。

传动系具有减速、变速、倒车、中断动力、轮间差速和轴间差速等功能，与发动机配合工作，能保证汽车在各种工况条件下的正常行驶，并具有良好的动力性和经济性。

传动系可按能量传递方式的不同，划分为机械传动、液力传动、液压传动、电传动等。

（二）、离合器

离合器位于发动机和变速箱之间的飞轮壳内，用螺钉将离合器总成固定在飞轮的后平面上，在汽车行驶过程中，驾驶员可根据需要踩下或松开离合器踏板，使发动机与变速箱暂时分离和逐渐接合，以切断或传递发动机向变速器输入的动力。

变速器是通过改变传动比，改变发动机曲轴的转拒，适应在起步、加速、行驶以及克服各种道路阻碍等不同行驶条件下对驱动车轮牵引力及车速不同要求的需要。

传动轴总成由外万向节（RF节）、内万向节（VL节）和花键轴组成，RF节和VL节均为球笼式等速万向节。

减速器是汽车传动系中减小转速、增大扭矩的主要部件。

差速器通常按其工作特性分为齿轮式差速器和防滑差速器两大类。

齿轮式差速器当左右驱动轮存在转速差时，差速器分配给慢转驱动轮的转矩大于快转驱动轮的转矩。

半轴是差速器与驱动轮之间传递扭矩的实心轴，其内端一般通过花键与半轴齿轮连接，外端与轮毂连接。

　用来改变或保持汽车行驶或倒退方向的一系列装置称为汽车转向系统。

汽车转向系统的功能就是按照驾驶员的意愿控制汽车的行驶方向。

汽车转向系统对汽车的行驶安全至关重要，因此汽车转向系统的零件都称为保安件。

汽车转向系统和制动系统都是汽车安全必须要重视的两个系统。

（三）、行驶系

行驶系由汽车的车架、车桥、车轮和悬架等组成。

行驶系的功用是接受传动系的动力，通过驱动轮与路面的作用产生牵引力，使汽车正常行驶；承受汽车的总重量和地面的反力；　　缓和不平路面对车身造成的冲击，衰减汽车行驶中的振动，保持行驶的平顺性；与转向系配合，保证汽车操纵稳定性。

（四）、底盘维修

汽车上用以使路面在汽车某些部分（主要是车轮）施加一定的力，从而对其进行一定程度的强制制动的一系列专门装置统称为制动系统。

其作用是使行驶中的汽车按照驾驶员的要求进行强制减速甚至停车；使已停驶的汽车在各种道路条件下稳定驻车；使下坡行驶的汽车速度保持稳定。

对汽车起制动作用的只能是作用在汽车上且方向与汽车行驶方向相反的外力，而这些外力的大小都是随机的、不可控制的，因此汽车上必须装设一系列专门装置以实现上述功能。

但是，多年来底盘的锈蚀和防撞问题几乎不被人们所重视。

酸雨，废气，除雪剂，沙砾时刻在侵蚀，损害着它们，如何来保护底盘呢？

“底盘封塑”及时应运而生，它是在将底盘仔细去污，除油后把一种高附着性，高弹性，高防腐，防锈的柔性环氧树脂等合成塑胶厚厚地喷涂在底盘上，使之与外界隔绝，以达到防腐，防锈，防撞，防噪的作用。

一次“封塑”，受用终身。

底盘封塑是不会影响机件散热的，因为它只是喷在底盘其他部散热部位不喷也没必要喷，贴膜方法太多了，最好的是从下往上贴。

汽车底盘的保养往往被人视作可有可无，远没有发动机和车身那么受人重视，其实汽车底盘是否保养得法，直接关系到汽车的安全性、操控性、舒适性和经济性等各种关键的性能，丝毫不能掉以轻心。

汽车底盘的养护和发动机养护有很多相似之处，需要及时检查。

应该做到如下工作：

定期检查各总成机油；及时更换磨损的刹车片；四轮定位确保安全；底盘保护膜选择性喷涂。

底盘用来传递发动机发出的动力，使汽车产生运动，并保证汽车正常行驶的，因此底盘的维修显得很重要。

车架的作用是支承连接汽车的各零部件，并承受来自车内外的各种载荷。

车架是整个车的装配基体，汽车的绝大多数部件和总成都通过车架来固定其位置，并使它们保持正确的相对位置。

车架的维修通常有以下2种维修方法：

（1）车架变形的维修：

1）架宽度的维修；2）纵梁直线度维修；3）纵、横梁垂直度的维修；4）钢板弹簧支架销孔中心距及对角线的维修。

（2）架裂纹及铆接质量的维修：

直观检视及敲击维修，车架应无裂纹，各铆接部位的铆钉应无松动

现象，若出现裂纹应采用焊接修理。

刹车片的检修与更换：

拆下总泵储液罐盖，拆下销钉螺栓，向上打开缸体然后将刹车片保持架及内外衬片一同拆下，使用真空吸尘器清洁刹车片以将空气中微粒及其他物质造成的损害降低到最低限度。

（1）在缸体拆开的情况下不要踏下制动踏板，否则活塞会被弹出。

（2）注意不要损坏活塞防尘套或将机油弄到制动盘上，每次更换刹车片时都要更换衬片。

（3）若衬片生锈或橡胶层剥落应以新衬片更换。

（4）除非解体或更换制动钳总成否则不要拆卸连接螺栓，在这种情况下可用绳索吊住缸体以免拉伸制动软管。

维修工作至关重要，要经常检查制动管有无裂纹或破损，损坏的一律更换，更换时同一轴的2根软管内径必须相等。

要注意检查回位弹簧，若弹簧挂钩有明

显的弯曲变形、严重锈蚀或其长度超标准尺寸的5％，应予更换。

更换时同一轴上的各弹簧主要参数必须选配一致，选用回位弹簧的技术标准要符合各车型相关规定。

还要检查制动管有无裂纹或破损，损坏的一律更换，更换时同一轴的两根软管内径必须相等。

三、汽车车身

（一）结构分类

汽车车身的作用主要是保护驾驶员以及构成良好的空气力学环境。

好的车身不仅能带来更佳的性能，也能体现出车主的个性。

汽车车身结构从形式上说，主要分为非承载式、承载式和半承载式三种。

1）非承载式

非承载式车身的汽车有刚性车架，又称底盘大梁架。

车身本体悬置于车架上，用弹性元件联接。

车架的振动通过弹性元件传到车身上，大部分振动被减弱或消除，发生碰撞时车架能吸收大部分冲击力，在坏路行驶时对车身起到保护作用，因此车厢变形小，平稳性和安全性好，而且厢内噪音低。

但这种非承载式车身比较笨重，质量大，汽车质心高，高速行驶稳定性较差。

2）承载式

承载式车身的汽车没有刚性车架，只是加强了车头，侧围，车尾，底板等部位，车身和底架共同组成了车身本体的刚性空间结构。

这种承载式车身除了其固有的乘载功能外，还要直接承受各种负荷。

这种形式的车身具有较大的抗弯曲和抗扭转的刚度，质量小，高度低，汽车质心低，装配简单，高速行驶稳定性较好。

但由于道路负载会通过悬架装置直接传给车身本体，因此噪音和振动较大。

3）

半承载式

介于非承载式车身和承载式车身之间的车身结构，被称为半承载式车身。

它的车身本体与底架用焊接或螺栓刚性连接，加强了部分车身底架而起到一部分车架的作用，例如发动机和悬架都安装在加固的车身底架上，车身与底架成为一体共同承受载荷。

这种形式实质上是一种无车架的承载式车身结构。

因此，通常人们只将汽车车身结构划分为非承载式车身和承载式车身。

（二）汽车材料

车身材料也是一项很重要的指标。

轿车车身是轿车的重要组成部分，由它构成了成员的乘座空间和乘乘座环境，其外表展示了整车的造型艺术和整车的特征。

因此，车身材料既要满足车身设计、生产（制造）、装配、维护方面的要求；还要满足使用、安全等方面的要求，即满足强度、刚度、耐腐蚀、拉延性以及可焊接，易加工成型等方面的要求，所以轿车车身用材料种类较多。

车身用材料大致可分为二大类：

金属材料：

钢板、铸铁等重金属材料；铝、镁、钛等轻金属及其合金材料、泡沫金属等材料。

非金属材料：

工程塑料、纤维、树脂、玻璃、橡胶、非金属泡沫材料、非金属复合材料等。

汽车车身外壳绝大部分是金属材料，主要用钢板。

早期的轿车车身沿用了马车车身结构，整个车身以木材料为主。

1912年由爱德华.巴特首次制成了全金属的车身，1925年文森卓.兰西亚发明了承载式车身，车身由钢板冲压成型的金属结构件和大型复盖件组成，这种金属结构的车身一直沿用至今，得到不断的完善和发展。

目前汽车上应用的材料有：

a）镀锌薄钢板

从20世纪70年代开始轿车车身钢板采用镀锌薄钢板。

镀锌薄钢板广泛应用在汽车上，这是因为它有良好的抗腐蚀能力。

早年人们在试验中发现，将铁和锌放人盐水中，二者无任何导线联结时，铁和锌都会生锈，铁生红锈，锌生“白锈”；若在二者间用导线联结起来，则铁不会生锈而锌生“白锈”，这样锌就保护了铁，这种现象叫牺牲阳极保护。

工程师正是将这种现象运用到实际生产中，生产了镀锌钢板。

经研究，在镀锌量350克／平方米（单面）时，镀锌钢板在屋外的寿命（生红锈），田园地带约为15一18年，工业地带大约3一5年，这比普通钢板长几倍甚至十几倍。

在近代，轿车已经广泛使用镀锌钢板，采用的镀锌钢板厚度从0.5至3.0毫米，其中车身复盖件多用0.6至0.8毫米的镀锌钢板。

德国奥迪轿车的车身部件绝大部分采用镀锌钢板（部分用铝合金板），美国别克轿车采用的钢板80%以上是双面热镀锌钢板，上海帕萨特车身的外复盖件采用电镀锌工艺，内复盖件内部采用热镀锌工艺，可以使车身防锈蚀保质期长达11年。

b）普通低碳钢版

现代，汽车生产中，使用得最多的还是普通低碳钢板。

低碳钢板具有很好的塑性加工性能，强度和刚度也能满足汽车车身的要求，同时能满足车身拼焊的要求，因此在汽车车身上应用很广。

为了满足汽车制造业追求轻量化的要求，钢铁企业推出高强度汽车钢材系列钢板。

这种高强度钢板是在低碳钢板的基础上采用强化方法得到的，抗拉强度得到大幅增强。

利用高强度特性，可以在厚度减薄的情况下依然保持汽车车身的机械性能要求，从而减轻了汽车重量。

例如BH钢板是在低强度的条件下，经过冲压成形之后，进行烤漆加工热处理，以提高其抗拉强度。

对比之下，以往生产的强度在440MPa的钢板，在采用这种加工技术以后强度可增加到500MPa。

原来用厚度1毫米钢板做侧面板，用高强度钢板只需厚度0.8毫米。

采用高强度钢板还可以有效地提高汽车车身的抗冲击性能，防止在行驶中由于路面的砂石飞溅碰撞产生凹痕，延长了汽车的使用寿命。

车用高强度钢板应具有高强度和延塑性好的特点。

目前高强度钢有BH钢（烤漆硬化钢板）、双相DP钢、相变诱导塑性钢（TRIP）、微合金M钢、高强度无间隙固熔IF钢等。

它们一般用于需高强度、高抗碰撞吸收能、成形要求严格的零件，例如轮圈、加强构件、保险杠、防撞杠，随着性能及成型技术的进步，高强度钢板被用于汽车的内外板件，例如车顶板、车门内外板、发动机舱盖、行李舱盖等上。

现在许多中高档轿车都采用高强度钢板。

近年来在中高档汽车上越来越多使用了铝或塑料等非钢铁材料做车身部件，例如奥迪A2全铝制车身，日产SUV“奇骏”用塑料做前翼子板，更多的乘用车保险杠用塑料制成。

许多人认为，车身安全不安全，重要是车身牢固不牢固，钢板厚度越厚，也就越安全。

但现代的轿车设计恰恰不是这样考虑，设计者从力学研究的角度出发，该柔软的地方就柔软，该刚硬的地方就刚硬，根据不同的受力状况，让部分车体在碰撞时起到吸能分散的作用，尽量减弱冲击力。

已达到最大限度的保护驾驶员及成员的目的，例如：

丰田的GOA车身“吸能理论”

（三）汽车车身材料的发展趋势

铝、镁合金在汽车车身中的应用逐年增加，在不久的将来，批量生产的全铝汽车车身将出现，特别是在欧美地区，铝、镁合金在车身材料的构成中将占主导地位；

新型车身材料如塑料、复合材料在车身上的应用，将随着这些材料成形问题的解决而逐步增大比例。

车身材料呈现向更轻质、易成型、低成本、高稳定性发展的趋势。

汽车电子技术综述

四、电气系统

汽车电子化被认为是汽车技术发展进程中的一次革命，汽车电子化的程度被看作是衡量现代汽车水平的重要标志，是用来开发新车型，改进汽车性能最重要的技术措施。

汽车制造商认为增加汽车电子设备的数量、促进汽车电子化是夺取未来汽车市场的重要的有效手段。

据统计，从1989年至2000年，平均每辆车上电子装置在整个汽车制造成本中所占的比例由16％增至23％以上。

一些豪华轿车上，使用单片微型计算机的数量已经达到48个，电子产品占到整车成本的50％以上，目前电子技术的应用几乎已经深入到汽车所有的系统。

按照对汽车行驶性能作用的影响划分，可以把汽车电子产品归纳为两类：

一类是汽车电子控制装置，汽车电子控制装置要和车上机械系统进行配合使用，即所谓“机电结合”的汽车电子装置；它们包括发动机、底盘、车身电子控制。

例如电子燃油喷射系统、制动防抱死控制、防滑控制、牵引力控制、电子控制悬架、电子控制自动变速器、电子动力转向等，另一类是车载汽车电子装置，车载汽车电子装置是在汽车环境下能够独立使用的电子装置，它和汽车本身的性能并无直接关系。

它们包括汽车信息系统（行车电脑）、导航系统、汽车音响及电视娱乐系统、车载通信系统、上网设备等。

目前电子技术发展的方向向集中综合控制发展：

将发动机管理系统和自动变速器控制系统，集成为动力传动系统的综合控制（PCM）；将制动防抱死控制系统（ABS）、牵引力控制系统（TCS）和驱动防滑控制系统（ASR）综合在一起进行制动控制；通过中央底盘控制器，将制动、悬架、转向、动力传动等控制系统通过总线进行连接。

控制器通过复杂的控制运算，对各子系统进行协调，将车辆行驶性能控制到最佳水平，形成一体化底盘控制系统（UCC）。

由于汽车上的电子电器装置数量的急剧增多，为了减少连接导线的数量和重量，网络、总线技术在此期间有了很大的发展。

通讯线将各种汽车电子装置连接成为一个网络，通过数据总线发送和接收信息。

电子装置除了独立完成各自的控制功能外，还可以为其它控制装置提供数据服务。

由于使用了网络化的设计，简化了布线，减少了电气节点的数量和导线的用量，使装配工作更为简化，同时也增加了信息传送的可靠性。

通过数据总线可以访问任何一个电子控制装置，读取故障码对其进行故障诊断，使整车维修工作变得更为简单。

随着汽车电子技术的应用，汽车正在发生着以下重大的变化。

汽车的机械结构还将发生重大的变化，汽车的各种操纵系统向电子化和电动化发展，实现“线操控”。

用导线代替原来的机械传动机构，例如“导线制动”、“导线转向”、“电子油门”等。

汽车12伏供电系统向42伏转化。

随着汽车电子装置越来越多，消耗的电能正在大幅度地增加。

现有的12伏动力电源，已满足不了汽车上所有电气系统的需要。

今后将采用集成起动机－发电机42伏供电系统，发电机最大输出功率将会由目前的1千瓦提高到8千瓦左右，发电效率将会达到80％以上。

42伏汽车电气系统新标准的实施，将会使汽车电器零部件的设计和结构发生重大的变革，机械式的继电器、熔丝式保护电路将被淘汰。

汽车电子技术的应用将使汽车更加智能化。

智能汽车装备有多种传感器，能够充分感知驾车者和乘客的状况，交通设施和周边环境的信息，判断乘员是否处于最佳状态，车辆和人是否会发生危险，并及时采取对应措施。

今天，社会进入了信息网络时代，人们希望汽车不仅仅是一种代步工具，更希望在汽车是生活及工作范围的一种延伸，在汽车上就像呆在自己的办公室和家里一样，可以收听广播，打电话，上互联网，处理工作。

随着数字技术的进步，汽车也将步入多媒体时代。

利用windows操作系统开发的车载计算机多媒体系统，具有信息处理、通讯、导航、防盗、语言识别、图像显示和娱乐等功能。

可以预见到的将来，汽车装置自动导航和辅助驾驶系统，驾驶员可把行车的目的地输入到汽车电脑中，汽车就会沿着最佳行车路线行驶到达目的地。

人们可以通过语言识别系统操纵着车内的各种设施，一边驾驶着汽车，一边欣赏着音乐电视，还可上网预定饭桌、机票等。

这学期选了汽车设计的选修课，学到了很多知识，除了底盘外，还了解到了汽车一些基本的参数，不管以后会不会从事汽车方面的工作，了解一下这方面的知识还是很有必要的，也算是生活常识了。

总的来说，汽车设计这门课我是获益匪浅。