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機(jī)電工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)方案
論證報(bào)告
設(shè)計(jì)題目: HG7164乘用車總體設(shè)計(jì)
1
目 次
1 乘用車的發(fā)展?fàn)顩r與展望…………………………………………………… 2
2 汽車形式的選擇……………………………………………………………… 2
2.1汽車軸數(shù)的選擇………………………………………………………… 2
2.2汽車驅(qū)動(dòng)形式的選擇…………………………………………………… 2
2.3汽車布置形式的選擇…………………………………………………… 3
3 汽車主要參數(shù)的初步選定…………………………………………………… 3
3.1汽車主要尺寸的選定…………………………………………………… 3
3.2汽車質(zhì)量參數(shù)的選定…………………………………………………… 4
3.3汽車性能參數(shù)的選定…………………………………………………… 4
4 發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇……………………………………………………………………6
4.1發(fā)動(dòng)機(jī)形式與型號(hào)的選擇……………………………………………… 6
4.2發(fā)動(dòng)機(jī)主要性能參數(shù)的選擇…………………………………………… 7
5輪胎的選擇……………………………………………………………………… 7
論證結(jié)果…………………………………………………………………………… 7
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………… 8
1乘用車的發(fā)展?fàn)顩r與展望
乘用車是在其設(shè)計(jì)和技術(shù)特性上主要用于載運(yùn)乘客及其隨身行李和/或臨時(shí)物品的汽車，包括駕駛員座位在內(nèi)最多不超過9個(gè)座位。乘用車下細(xì)分為基本型乘用車（轎車）、多用途車（MPV）、運(yùn)動(dòng)型多用途車（SUV）、專用乘用車和交叉型乘用車。
根據(jù)過去一年的銷售情況來看，乘用車的總體產(chǎn)銷都在平穩(wěn)快速增長(zhǎng)，并保持兩位數(shù)的增速。四大類品種環(huán)比均呈一定增長(zhǎng)，而多用車的產(chǎn)銷則有一定的下降。今年，我國汽車行業(yè)和重點(diǎn)汽車企業(yè)將力求主要經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)達(dá)標(biāo)，工業(yè)產(chǎn)值繼續(xù)穩(wěn)中求增。但值得注意的是，受到市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇、產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力較弱等因素的影響，自主品牌汽車銷量的增速低于乘用車總體銷售的增速，我國自主品牌汽車的發(fā)展依舊十分嚴(yán)峻。
影響2014年汽車銷量的有利因素可歸納為以下幾點(diǎn)：宏觀經(jīng)濟(jì)總體穩(wěn)定；消費(fèi)者信心增強(qiáng)；汽車消費(fèi)剛性需求依舊存在；新型城鎮(zhèn)化的推進(jìn)和消費(fèi)升級(jí)促進(jìn)催生新的購車需求需求。而市場(chǎng)不利的因素有：世界總體經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇緩慢的影響；環(huán)境、能源、交通等問題的影響；國際市場(chǎng)不穩(wěn)定對(duì)中國品牌出口的影響?？梢钥闯觯覈嚦擞密嚨陌l(fā)展將會(huì)在困難中尋求發(fā)展，在逆境中求生存。
而國外乘用車的制造企業(yè)則將未來的發(fā)展目標(biāo)定在了新能源汽車和混合動(dòng)力汽車身上。由于地球石油資源的日益衰減，各大汽車巨頭紛紛考慮采用新能源發(fā)動(dòng)機(jī)取代現(xiàn)有的燃油發(fā)動(dòng)機(jī)，以應(yīng)對(duì)未來“無油”的時(shí)代，各大公司及國外多家咨詢公司一致預(yù)測(cè)：未來5年將迎來一次世界范圍內(nèi)的新動(dòng)力汽車研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化高潮，新動(dòng)力汽車將成為繼蒸汽機(jī)和內(nèi)燃機(jī)之后的第3次汽車革命。
綜上所述，乘用車的發(fā)展依舊展現(xiàn)出很強(qiáng)的生命力，但面臨著動(dòng)力代換的問題，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)必須向新能源動(dòng)力轉(zhuǎn)換，發(fā)展的形式嚴(yán)峻但仍充滿活力。
2汽車的總體布置方案
2.1汽車軸數(shù)的選擇
汽車的軸數(shù)視每輛車具體的情況而定，而汽車的總質(zhì)量、道路對(duì)軸載的限制、輪胎的承受能力和汽車結(jié)構(gòu)是影響汽車軸數(shù)的主要原因。乘用車一般采用兩軸方案，一方面這樣的選擇使得汽車的總體結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，便于生產(chǎn)與安裝，一方面降低了整車成本，使得產(chǎn)品的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力得到了提升。本次設(shè)計(jì)的HG7164汽車為轎車，故采用兩軸的方案。
2.2汽車驅(qū)動(dòng)形式的選擇
汽車驅(qū)動(dòng)形式是指發(fā)動(dòng)機(jī)的布置以及驅(qū)動(dòng)輪的數(shù)量和位置。對(duì)于一般乘用車來講，有4X2、4X4兩大類，其中，前一位數(shù)字代表了汽車車輪總數(shù)，后一位代表了驅(qū)動(dòng)輪數(shù)。本次設(shè)計(jì)，從制造成本和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)繁的角度出發(fā)，決定用4X2的驅(qū)動(dòng)形式以滿足最基本的載送人員和貨物的要求，這樣的布置方式機(jī)動(dòng)性好，成本低，是一種典型的、成熟的方式。
2.3汽車布置形式的選擇
汽車的布置形式主要是指發(fā)動(dòng)機(jī)的布置位置，即發(fā)動(dòng)機(jī)與車身的相互關(guān)系。乘用車的布置形式主要有發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)（FF）、發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)（FR）、發(fā)動(dòng)機(jī)后置后輪驅(qū)動(dòng)（RR）三種方式，少數(shù)乘用車采用發(fā)動(dòng)機(jī)前置全輪驅(qū)動(dòng)，三種布置形式各有各的特點(diǎn)，但從市場(chǎng)需求的角度和設(shè)計(jì)成本的角度出發(fā)，本次乘用車HG7164汽車決定采用發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)的布置形式。
3汽車主要參數(shù)的初步選定
3.1汽車主要尺寸的選定
3.1.1外廓尺寸
汽車的外廓尺寸指汽車的長(zhǎng)、寬、高。乘用車的總長(zhǎng)=軸距L+前懸LF+后懸LR，它與軸距L有下述關(guān)系：La=LC。式中，C為比例系數(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)汽車的C值為O.62～O.66。轎車總寬與車輛總長(zhǎng)之間有下述近似關(guān)系：Ba=La3+（195?60）mm。轎車的總高與軸間底部離地高度、地板及下部零件高、室內(nèi)高和車頂造型高度等有關(guān)。參考國家對(duì)車輛外廓尺寸的相關(guān)規(guī)定，本設(shè)計(jì)車輛的外廓尺寸在規(guī)定范圍內(nèi)定取。綜上，初選外廓尺寸分別為：總長(zhǎng)La為4515mm，總寬Ba為1725mm，總高Ha為1445mm。
3.1.2軸距
軸距，就是通過車輛同一側(cè)相鄰兩車輪的中點(diǎn)，并垂直于車輛縱向?qū)ΨQ平面的二垂線之間的距離。軸距決定了汽車的重心以及車的內(nèi)部使用空間，因此，汽車的軸距是一項(xiàng)非常重要的參數(shù)，本設(shè)計(jì)汽車軸距決定采用2600mm。
表1
3.1.3輪距和后輪距
汽車輪距的大小會(huì)直接影響汽車的總體寬度，受汽車外廓尺寸的限制，輪距不宜過大，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)前置的車輛而言，在選定的輪距范圍內(nèi)應(yīng)能布置下發(fā)動(dòng)機(jī)、前懸架等重要部件，同時(shí)應(yīng)使前輪有足夠的空間轉(zhuǎn)向。輪距的選取還要考慮到車架與車梁、懸架、輪胎寬度以及他們之間的間隙等因素。該設(shè)計(jì)車輛決定采用：前輪距1475mm，后輪距1476mm。
3.1.4前懸和后懸
長(zhǎng)的汽車前懸有利于在汽車正面碰撞后對(duì)駕駛員起到很好的緩沖沖擊的作用，但長(zhǎng)前懸同時(shí)減小了汽車的接近角，通過性隨之降低，還會(huì)導(dǎo)致惡化駕駛員視野。后懸長(zhǎng)會(huì)減小汽車的離去角，降低通過性，但過短的后懸又會(huì)使汽車后備箱的尺寸變小，減小了汽車攜帶貨物的能力。本次設(shè)計(jì)前懸后懸初選為L(zhǎng)F為905mm，LR為1010mm。
3.2汽車質(zhì)量參數(shù)的選定
3.2.1整車整備質(zhì)量m0
整車整備質(zhì)量為車上帶有全部裝備（包括隨車工具、備胎等），加滿燃料和水，但沒有裝貨和載人是的整車質(zhì)量。整車整備質(zhì)量對(duì)汽車的制造成本和燃油經(jīng)濟(jì)性有重要影響。設(shè)計(jì)參數(shù)給定m0為1250kg。
3.2.2汽車的載質(zhì)量
汽車的裝載質(zhì)量為在硬質(zhì)良好路面上行駛時(shí)所允許的額定載質(zhì)量。本車設(shè)計(jì)對(duì)象為排量為1.6L的緊湊型乘用車，共設(shè)計(jì)五個(gè)座位。
3.2.3汽車總質(zhì)量ma
汽車總質(zhì)量是指汽車加上所有載重的情況下的總質(zhì)量。本車總質(zhì)量為1630kg。
3.2.4軸荷分配
根據(jù)所查閱文獻(xiàn)，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)的乘用汽車，滿載時(shí)，前軸47%～60%，后軸40%～53%；空載時(shí)，前軸56%～66%,后軸34%～44%。
表2
3.3汽車性能參數(shù)的選定
3.3.1動(dòng)力性參數(shù)
⑴最高車速Vamax
乘用車的最高車速隨著道路條件的改善和高速公路的普及在不斷提升，但出于安全因素，一般要求最高車速也不宜過高，對(duì)于排量為1.6L的乘用車而言，最高車速一般在150～210km/h，本設(shè)計(jì)初步選定最高車速Vamax=180km/h。
⑵加速時(shí)間t
汽車的加速時(shí)間分為原地起步加速時(shí)間和超車加速時(shí)間,通常,我們用原地起步加速時(shí)間來評(píng)價(jià)汽車的加速能力。原地起步加速時(shí)間指汽車由1檔或2檔起步，并以最大的加速強(qiáng)度（包括選擇恰當(dāng)?shù)膿Q檔時(shí)機(jī)）逐步換至最高檔后到某一預(yù)訂的距離或車速所需的時(shí)間。發(fā)動(dòng)機(jī)排量為1.6L的乘用車，此值一般在12~25s，根據(jù)相關(guān)資料，初定參數(shù)值為13s。
⑶爬坡能力
汽車的上坡能力是用滿載（或某一載質(zhì)量）時(shí)汽車在良好路面上的最大爬坡度imax 表示的。對(duì)于經(jīng)常在城市和良好公路上行駛的汽車，最大爬坡度在10°左右即可。對(duì)于載貨汽車，有時(shí)需要在壞路上行駛，最大爬坡度應(yīng)在30%即16.5°左右。而越野汽車要在無路地帶行駛，最大爬坡度應(yīng)達(dá)30°以上。本設(shè)計(jì)的汽車，最大爬坡度要求為30%，即16.7°。
⑷汽車的比功率和比轉(zhuǎn)矩
比功率是汽車所裝發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)定最大功率與汽車最大總質(zhì)量之比。它可以綜合反映汽車的動(dòng)力性。比轉(zhuǎn)矩是汽車所裝發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩與汽車總質(zhì)量之比。它能反映汽車的牽引能力。參考表3，排量為1.6L的乘用車，比功率Pb可取35～65（kW/t），比轉(zhuǎn)矩Tb可取80～110（Nm/t）。本次設(shè)計(jì)中由已知原始參數(shù)可計(jì)算出比功率Pb為47.9kW/t，比轉(zhuǎn)矩Tb為89.6Nm/t。
表3
3.3.2汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性參數(shù)
⑴百公里燃油消耗量
汽車在良好的水平路面上以直接擋滿載等速行駛100㎞時(shí)的燃油消耗量Q(L/100㎞)，稱為汽車的“百公里最低燃油消耗量”。它是汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性常用的評(píng)價(jià)指標(biāo)。參照有關(guān)車型設(shè)計(jì)百公里燃油消耗量為10.0—16.0L(100Km·t)之間，初定百公里燃油消耗為14L。
表4
⑵最小轉(zhuǎn)彎直徑
轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)至極限位置時(shí)，汽車前外轉(zhuǎn)向輪轍中心在支撐平面上的軌跡圓的直徑，稱為汽車最小轉(zhuǎn)彎直徑Dmin 。Dmin 用來描述汽車轉(zhuǎn)向機(jī)動(dòng)性，是汽車轉(zhuǎn)向能力和轉(zhuǎn)向性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。參考表5，最小轉(zhuǎn)彎直徑取10.4m。
表5
3.3.3通過性幾何參數(shù)
總體設(shè)計(jì)要確定的通過性幾何參數(shù)有：最小離地間隙hmin，接近角γ1，離去角γ2，縱向通過半徑ρ1等。對(duì)于本次設(shè)計(jì)的4x2乘用車，根據(jù)表6可分別取得：hmin=200mm，γ1=25°，γ2=20°，ρ1=6m。
表6
4發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇
4.1發(fā)動(dòng)機(jī)形式與型號(hào)的選擇
就目前整個(gè)汽車市場(chǎng)而言，絕大部分的汽車均采用往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)，其分為柴油機(jī)和汽油機(jī)兩大類。從市場(chǎng)現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)可挑選性、質(zhì)量、成本、震動(dòng)、噪聲和可互換性等角度考慮，本設(shè)計(jì)汽車采用直列往復(fù)活塞式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。
經(jīng)過準(zhǔn)確的計(jì)算和反復(fù)的比較，本次設(shè)計(jì)車輛決定選用F16D3型發(fā)動(dòng)機(jī)，其相關(guān)性能參數(shù)如下表所示：
發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)
F16D3
氣缸排列型式
L型
進(jìn)氣類型
自然吸氣
型式
MT/AT
排氣量（ml）
1598
壓縮比
9.5
供油方式
多點(diǎn)電噴
氣門結(jié)構(gòu)
雙頂置凸輪（DOHC）
最大功率（kW/rpm）
78/6000
最大扭矩（N·m/rpm）
146/3600
排放法規(guī)
國四
缸蓋材料
鋁合金
缸體材料
鑄鐵
燃料類型
汽油
表7
4.2發(fā)動(dòng)機(jī)主要性能參數(shù)的選擇
發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率可由汽車的最高車速來確定：
Pemax=1ηT（magf3600uamax+CDA76140uamx3）
將相關(guān)參數(shù)帶入式中，計(jì)算得：
Pemax=10.91630×9.8×0.02953600×180+0.3×1.6676140×1803=68.56kW
由該式計(jì)算出的功率為發(fā)動(dòng)機(jī)的凈功率，即有效功率，而發(fā)動(dòng)機(jī)最大額定功率通常比有效功率高12%~20%，所以可選擇的發(fā)動(dòng)機(jī)最大額定功率區(qū)間值為76.79～82.28kW。轎車發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率的相應(yīng)轉(zhuǎn)速np一般比較大，多在4000以上，參考其他同級(jí)車輛，本車擬定np=6000。
發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩由下式確定：
Temax=KMTP=9549KMPemaxnp
將上述參數(shù)帶入式中，可得：
Temax=9549×1.15×（76.79～82.28）6000=（140.54～150.59）N·m
np和nT之間要求滿足關(guān)系式：
npnT=1.4~2.0
由此，nT可得取值區(qū)間為3000～4285r/min，本設(shè)計(jì)取3600。
5輪胎的選擇
輪胎是汽車上最重要的組成部件之一，它的作用主要有：支持車輛的全部重量，承受汽車的負(fù)荷；傳送牽引和制動(dòng)的扭力，保證車輪與路面的附著力；減輕和吸收汽車在行駛時(shí)的震動(dòng)和沖擊力，防止汽車零部件受到劇烈震動(dòng)和早期損壞，適應(yīng)車輛的高速性能并降低行駛時(shí)的噪音，保證行駛的安全性、操縱穩(wěn)定性、舒適性和節(jié)能經(jīng)濟(jì)性。本設(shè)計(jì)選用倍耐力CINTURATO P1（185/65 R14）型輪胎
論證結(jié)果
本次設(shè)計(jì)的汽車——HG7164汽車軸數(shù)采用兩軸，驅(qū)動(dòng)形式選定4X2，布置方式采用發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)?？傞L(zhǎng)La為4515mm，總寬1725mm，總高1445mm，軸距2600mm，前輪距1475mm，后輪距1476mm，前懸905mm，后懸1010mm。整車整備質(zhì)量為1250kg，總質(zhì)量為1630kg。百公里油耗初定為7.7L，設(shè)計(jì)最高時(shí)速180Km/h，汽車原地起步加速時(shí)間為13s，設(shè)計(jì)最大爬坡度為30%，即16.7°。
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