现代汽车设计与试验.ppt

现代汽车与汽车文化,20092010学年第一学期,课程主要内容,第一讲汽车发展史第二讲著名汽车公司及其品牌第三讲现代汽车第四讲汽车造型变迁与色彩第五讲汽车基本构造第六讲现代汽车工业第七讲现代汽车设计与试验第八讲安全行车第九讲赛车运动与著名车展,学习目标,重点难点,主要内容,本章小结,第七讲现代汽车设计与试验,思考与练习,一、知道汽车设计的七方面要求；二、了解汽车开发设计的基本过程，了解现代汽车的设计方法；三、熟悉汽车整车性能试验及试验内容，了解汽车零部件试验的试验内容；四、了解汽车试验场的作用和我国现有的试验场，熟悉汽车试验场的一般道路设施，了解汽车风洞的目的,汽车的设计要求及设计过程汽车整车性能试验及试验内容汽车试验场的一般道路设施汽车风洞,第一节汽车的设计要求,第二节汽车的现代设计方法,第三节汽车试验,一、汽车的设计要求,汽车设计要求大体可归纳为:,1、功能性为满足汽车用途而提出的性能要求，即汽车的动力性、经济性、机动性、安全性和舒适性；设计人员在确定性能的设计目标时，应根据国情、使用条件等规定优先次序（例如，高级轿车的动力性、舒适性和安全性是首要的；微型汽车的经济性和机动性是首要的；越野汽车机动性和可靠性是设计的首要目标）汽车的适应性：设计汽车时要考虑到不同道路、气候条件对汽车性能的影响，尽可能使汽车在不同使用条件下都满足其功能性要求。可以通过精心设计，也可以通过选装不同的部件。汽车的个性化：满足用户的特殊功能要求汽车设计要具有更大的灵活性和变通性，以便在同一生产线上可以装配处定制要求不同的汽车,2、工艺性一个好的设计不仅应使陈品的性能优异，而且应使产品成本低，达到同类产品中最好的性能/价格比；结构工艺性：产品结构设计时所考虑的制造、维修的可行性和经济性；它包括：机械加工工艺性：标准化、通用化和产品系列化装配工艺性：按零件合件组件部件产品考虑装配单元的划分和装配次序,、规范性汽车设计要在有关标准和法规的指导下进行除设计图纸的绘制与标注应按有关国家标准进行外，汽车设计还应遵守与汽车有关的一些标准与法规中国汽车工业标准包括与国际基本通用的汽车标准和为宏观控制汽车产品性能和质量的标准，它包括国家标准、行业标准和企业标准；汽车标准又分为强制性标准（整车尺寸限制标准、汽车安全性标准、油耗限制标准、汽车排放物限制标准及噪声标准等）和推荐性标准,为使中国汽车产品进入世界市场，设计时也应考虑到国际标准化组织汽车专业委员会(ISO/TC22)制订的一些标准和美国标准协会标准(ANSI)、美国汽车工程师学会(SAE)标准、日本工业标准(JIS)、日本汽车标准组织(JASO)标准、日本汽车车身工业协会标准(JABIA)、日本汽车轮胎标准(JATMA)、日本汽车用品工业协会标准(JARP)、日本蓄电池工业协会标准(SBA)以及欧洲经济委员会(ECE)、欧洲经济共同体(EEC)所制订的汽车法规等,4、使用经济性是包括燃油经济性在内的更广泛的一项要求，它包括燃料、润滑油、轮胎、易损件等的消耗，还包括维修、保养等方面的费用开支。20世纪70年代以前，国产汽车的大修里程一般规定为10万km；现在国产轿车和轻型货车的大修里程一般规定为20万km左右，大修里程的延长反映了汽车可靠性的提高，从而大大降低了汽车的运行费用5、循环经济性为了节省资源，减少给环境造成污染的各种废弃物，汽车部件所用材料的循环经济性（即可回收性）日益受到重视。,6、艺术性汽车既是代步工具，有实用价值，又是对产品外观造型和内饰布置等十分讲究、具有艺术观赏价值的工艺品。车身设计中，艺术家与工程师的作用同等重要；车型设计、色彩设计、车内装饰设计7、和谐性必须考虑人与车的和谐关系，即操纵要方便、乘坐要舒适；汽车设计是一门综合考虑人机工程、交通工程、制造工程、运营工程、管理工程的系统工程。,二、汽车的现代设计方法,汽车的设计过程汽车设计理论与设计技术的发展现代汽车设计方法,汽车的设计过程,1.制订产品开发规划（明确开发目的和工作方向）首先，确定具体的车型；其次，进行可行性分析（根据用户、市场、技术条件、工艺、成本核算等）；第三步，拟定汽车的初步方案（绘制方案图和性能计算，选定汽车的技术规格和性能参数）；最后一步，制定出设计任务书（写明对汽车形式、各主要尺寸、主要质量指标、主要性能指标以及各总成形式和性能等具体的要求）；概念设计：是对下一代车型或未来汽车的总概念进行概括描述，确定汽车的基本参数、基本结构和基本性能的设计,2.初步设计（确定汽车的主要尺寸和基本形状）1）汽车总布置设计（初步造型）：需要绘制汽车的总布置图，绘出发动机、底盘各总成、驾驶操作场所、乘员和货物的具体位置以及边界形状，也包括零部件的运动范围校核。2）效果图：勾画出汽车的具体形象。分为构思草图和彩色效果图（包括外形效果图、室内效果图和局部效果图）两种；,总布置图,效果图,构思草图和彩色效果图,3）制作缩小比例模型：是在构架上涂敷造型泥雕塑而成的，轿车缩小模型常用1：5的比例，要求比例严格、曲线流畅、曲面光滑,4）召开选型讨论会：主要讨论审美问题，但也涉及结构、工艺等方面，故常召集造型、结构设计师和工艺师等参加会议；,3.技术设计（确定汽车造型和确定汽车结构两个方面）1）确定汽车造型(1)绘制胶带图：胶带图是用细窄的彩色不干胶纸带粘贴成的1:1(全尺寸)汽车整车图样，可表达零部件形状及外形曲线(2)绘制1：1整车外形效果图。(3)制作1：1外部模型：是汽车外形定型的首要依据。在一个带有车轮的构架上涂敷造型泥经雕塑而成的；(4)制作1：1内部模型：(5)造型的审批，交付企业最高领导审批，使汽车最终定型,1：1内部模型（仪表台模型）,2）确定汽车结构主要确定汽车整车、部件(总成)和零件的具体结构。设计师需要考虑由哪些部件组合成整车，又由哪些零件组合成部件。零件设计是产品设计的根基：包括零件在整个部件中的作用和要求、选用什么材料和设计成什么形状、与部件中其他零件相互配合和安装图纸是设计师与企业中的工艺师、技工和其他人员交流的“工程语言”：设计师必须把所设计的汽车结构用图纸表达出来。按照投影原理并借助于几个视图、剖面或局部放大等手段，把产品的立体形状和内部结构详细而清晰的表达出来。图纸应按指定的比例绘制并且写出对产品的技术要求。零件图和总成图。设计一辆汽车，需要绘制数以千计的图纸,汽车设计理论与设计技术的发展,、汽车设计理论的发展指导汽车设计实践，汽车设计实践经验的长期积累和汽车生产技术的发展与进步，又使汽车设计理论得到不断的发展与提高；汽车是一种包罗了各种典型机械元件、零部件、各种金属与非金属材料及各种机械加工工艺的典型机械产品，因此其设计理论显然要以机械设计理论为基础涉及许多基础理论、专业基础理论及专业知识，例如：工程数学、工程力学、工程材料、热力学、流体力学、空气动力学、振动理论、机械制图、机械原理、机械零件、机械强度、电工学、工业电子学、电控技术、液压技术、汽车构造、汽车制造工艺、汽车维修等,、汽车设计技术的发展汽车设计的方法和手段，汽车设计实践软件与硬件的总和。传统-经验设计：经过设计-试制-试验-改进设计-试制-试验等二次或多次循环，反复修改图纸，完善设计后才能定型。设计周期长、质量差、财力物力消耗大；现代-以科学实验和技术分析为基础：引进新的测试技术和各种专用的实验设备进行科学实验，广泛采用近代数学物理分析方法。计算机辅助设计(CAD）此外还引进了最优化设计、可靠性设计、有限元分析、计算机模拟计算或仿真分析、模态分析等，雷达防撞、卫星导航、智能化电子仪表及显示系统等高新技术产品的先天质量取决于设计，产品广义成本的70%由设计阶段决定,现代汽车设计方法,汽车的现代设计理论为汽车设计的创造性过程建立各种数学模型，而其现代设计方法则针对这些数学模型进行求解，或者为设计师实施创造性的设计过程提供各种手段。采用现代设计理论和方法的优点是可以不做或少做实验，在设计阶段就能预估未来汽车产品的性能、结构和品质，从而缩短设计周期，提高设计质量。几种主要现代设计方法：有限元分析和评价技术、优化设计、系统工程方法、人工智能和专家系统、疲劳和可靠性设计、价值工程、反求工程、人机工程和计算机辅助设计技术等,1.有限元分析把所需分析的结构离散化，使用最小位能原理或虚位移原理等力学基本原理，列出计算格式，用计算机求解。应用于车身、车架等板梁结构，及对各种零部件、组合结构等进行强度、刚度、热强度、振动模态、稳定性等计算分析；.优化设计基本任务：力求从各种可行方案中选择最优方案由设计要求确定设计变量、优化准则、优化目标函数和约束条件等，确定最优,3.系统工程方法为准确的定性和定量分析，需要系统分析，包括研究汽车系统结构、系统行为、系统的受控方式、怎样使汽车系统演化才能达到设计者所期望的目标等4.可靠性设计以产品的寿命特征作为主要研究对象的一门综合性科学，主要包括可靠性预测和可靠性分配等。,5.反求工程运用专业设计人员的知识、经验和创造性，对已有产品进行剖析和再设计的过程；6.人机工程以工程设计中与人体有关的问题为研究对象，目的提高人与他所操纵的机构在内的整个系统的工作效能,7.计算机辅助设计计算机集成制造系统（CIMS）：CAD与CAM（计算机辅助制造）、CAPP（计算机辅助生产过程规划）相结合；如车身与覆盖件模具CIMS技术,三、汽车试验,汽车的设计、制造过程始终离不开试验；在客户购买了汽车并使用的过程中，车辆交通管理部门还要定期对车况进行测试，以确保行车安全。汽车整车性能试验汽车零部件试验汽车试验场汽车风洞,汽车整车性能试验,1动力性能试验最高车速试验的目的是测定汽车所能达到的最高车速，我国规定的测试区间是16km试验路段的最后500m；加速试验一般包括起步加速、高速档或次高速档从给定初速加速到给定车速两项试验内容。爬坡试验包括最大爬坡度（20m以上的人造坡道）与爬长坡（坡度为710、长l0km以上的连续长坡）两项试验，记录爬坡过程中的换挡次数、各档位使用时间和爬坡总时间，还要观察发动机冷却系统有无过热，供油系统有无气阻或渗漏等现象,非接触式汽车性能试验仪,2燃料经济性试验通常做道路试验或做汽车测功器（亦即转鼓试验台）试验,主要测量汽车驱动力、垂直力、车速、燃油经济性及排放等,汽车转鼓试验台,3制动性能试验用制动效能和制动效能的稳定性评价，常进行制动距离、制动效能、热衰退和恢复试验、浸水后制动效能衰退和恢复试验等4操纵稳定性试验试验类型较多，如用转弯制动试验、转向轻便性试验、蛇形行驶试验、侧向风敏感性试验、抗侧翻试验、路面不平度敏感性试验、汽车稳态回转试验等,侧倾试验,5平顺性试验根据乘坐者的舒适程度来评价，其评价方法通常根据人体对振动的生理感受和保持货物的完整程度确定；典型的试验有汽车平顺性随机输入行驶试验和汽车平顺性单脉冲输入行驶试验；6通过性试验一般在汽车试验场和专用路段上进行,7安全性试验试验项目多，耗资大碰撞安全试验（正面、侧面撞车试验）,整车撞车试验,整车撞车试验（撞车后）,汽车零部件试验,试验通常是性能、强度、耐久性等内容；发动机：性能试验主要有功率、怠速、空转特性、负荷特性、调速特性、起动、机械效率、多缸工作均匀性、排放和噪声等试验；发动机的重要零部件(如曲轴、连杆、活塞等运动件和缸盖、缸体等固定件)应进行强度试验。整机和重要部件常需进行耐久性试验；下图为MTS十通道道路模拟机在进行试验。,MTS零部件电液伺服试验台,十通道道路模拟机在进行试验,a)MTS垂直十通道道路模拟机,b)MTS轴向十通道道路模拟机,十通道道路模拟机在进行试验,汽车试验场,1.汽车试验场（试车场）的作用重现汽车使用过程中遇到的各种道路条件和使用条件，进行汽车整车道路试验的场所。将实际存在的各种道路经过集中、浓缩、不失真地强化形成典型化的道路。汽车试验场的主要试验设施是集中修筑的各种试验道路由于汽车试验在汽车开发过程中处于极为重要的地位，许多汽车企业都投入巨额资金修建大型的汽车综合试验场,2.我国的汽车试验场海南汽车试验场：建于1958年,在海南省五指山区琼海市加积镇，海拔670m,年平均温度23.9,年平均湿度85%，是我国第一个现代化湿热气候的汽车道路试验基地,高速性能试验跑道：全长6公里，是我国最长的高速试车道，南北两个环道有如两个环型墙壁绕成一圈，跑道两边高差达5米多，有两层楼高，路面与地平面的夹角成43度多,海南琼海汽车试验场,襄樊汽车试验场：建于1985年，隶属东风汽车工程研究院。占地2902亩，内有高速环道、直线性能路、比利时环道等近30km试验路面和溅水池、标准坡、灰尘洞等。是一个集室内零部件台架、整车以及道路试验、服务保障于一体的综合性的汽车产品研发机构，同时还具有汽车质量监督检验、进出口汽车商品检验、机动车排气污染监督检验、新产品定型及汽车专用仪器和汽车检测线检验校准等能力，是目前全国功能最全、管理最好、服务一流的现代化汽车试验基地。,高速环行跑道：水泥混凝土路面,长圆形,全长5.3KM,宽12-13M,三车道,设计车速分别为50、100、160KM/H，最大安全车速210KM/H。两条直线道各长1376M，弯道半径315M，最大超高角34，可进行持续高速和整车性能试验,襄樊汽车试验场全景图,襄樊汽车试验场,安徽省定远县境内的解放军总装备部定远汽车试验场具有寒带气候特点的一汽集团吉林农安汽车试验场（国内唯一具有侧向风试验设备的汽车试验场）；交通部北京汽车试验场；上海大众轿车试车场等汽车试验场；,安徽定远汽车试验场环形车道鸟瞰图,全封闭高速循环跑道、660的八条标准坡道、涉水池、溅水池、搓板路、卵石路、高速路、坡路、山路、尾气排放、发动机性能、碰撞安全等试验项目，总里程达28.6Km。,交通部公路交通试验场(北京通县试验场）,上海大众试车场,3.试验场的道路设施1)高速环形跑道：长度约4km8km，多数采用两端圆形路和中间直线路的形状，也有椭圆形或其他形状；设有35条车道，设计最高车速通常在200km/h以上，考验汽车的高速性能和零部件的可靠性；2)高速直线跑道：长度约2.5km4km，可供汽车作动力性、制动性和燃油经济性试验；3)可靠性、耐久性试验道路：模仿汽车使用过程中在各种好路和坏路（沥青路、沙土路和各种不同的砾石路）上行驶的情况；,4)扭曲试验路：汽车行驶时，车身和车架、前后轴、悬架以及汽车传动系都产生反复扭转，以考验这些部件的性能；5)坡路：检验汽车的爬坡能力，还可考察驻车制动器(手刹)在坡道上的停车能力、汽车在坡路上起步时离合器的工作状况等；6)操纵性、稳定性试验设施：圆形广场，直径100m，可供汽车转向或绕“8”字形行驶试验；易滑路是用来试验汽车在冰雪或附着条件很低的路况下的行驶性能和制动性能；横向风路段是考验汽车空气动力稳定性的设施；7)涉水池：有浅水池(水深约0.2m)和深水池(水深1m2m)两种，用以检查汽车涉水时水对汽车各种部件的影响；,高速试验环道：椭圆形，全长公里，时速分别60、90、120公里/小时，弯道设计用世界上最先进的麦克康奈尔螺旋线作缓和曲线，,航拍高环,石块路,50%标准纵坡,城市广场,扭曲路,搓板路,软石路,汽车风洞,汽车风洞是用来研究汽车空气动力学的一种大型试验设施。是一条大型隧道或管道，里面有一个巨型扇叶，能产生一股强劲气流，气流经过一些风格栅，减少涡流产生后才进入试验室最大作用是用来测量汽车的风阻研究气流绕过车身时所产生的效应（如升力、下压力）模拟不同的气候环境（如炎热二寒冷、下雨或下雪）等情况；新车在造型设计阶段，必须将汽车制成风洞试验模型进行风洞试验，以便改进汽车的形状，提高空气动力性能,风洞按尺寸大小可分为供缩小比例模型试验的风洞和供整车试验的大型风洞；按气流流动的形式，又可分为直流式和回流式；带有转鼓测功器的全天候整车风洞功能较多，除可对汽车的空气动力性能进行评价外，还可对严寒、高温、潮湿等条件下的汽车性能进行测定；目前我国最大型的风洞是中国航空动力研究所的风洞试验室；风洞试验还可测定汽车模型表面的压力分布情况以及借助于烟、丝带、油膜等显示汽车周围的气流流动情况,1-阻尼网；2-收缩段；3-试验段；4-试验汽车5-扩散段；6-螺旋扩散片；7-风扇叶片；8-安全网9-转鼓试验台；10-空气动力天平；11-附面层吸缝；12-天平平台；13-导流器；14-动力与传动装置；15-建筑物,整车风洞示意,风洞压力分布测量试验,本章小结,一、汽车设计的七方面要求；二、汽车开发设计的基本过程；现代汽车的设计方法；三、汽车整车性能试验及试验内容；汽车零部件试验的试验内容；四、汽车试验场的作用和我国现有的试验场；汽车试验场的一般道路设施；汽车风洞的目的,