現(xiàn)代汽車設計與試驗.ppt

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現(xiàn)代汽車與汽車文化,2009~2010學年第一學期,課程主要內(nèi)容,第一講汽車發(fā)展史第二講著名汽車公司及其品牌第三講現(xiàn)代汽車第四講汽車造型變遷與色彩第五講汽車基本構造第六講現(xiàn)代汽車工業(yè)第七講現(xiàn)代汽車設計與試驗第八講安全行車第九講賽車運動與著名車展,學習目標,重點難點,主要內(nèi)容,本章小結(jié),第七講現(xiàn)代汽車設計與試驗,思考與練習,,一、知道汽車設計的七方面要求；二、了解汽車開發(fā)設計的基本過程，了解現(xiàn)代汽車的設計方法；三、熟悉汽車整車性能試驗及試驗內(nèi)容，了解汽車零部件試驗的試驗內(nèi)容；四、了解汽車試驗場的作用和我國現(xiàn)有的試驗場，熟悉汽車試驗場的一般道路設施，了解汽車風洞的目的．,,汽車的設計要求及設計過程汽車整車性能試驗及試驗內(nèi)容汽車試驗場的一般道路設施汽車風洞,,第一節(jié)汽車的設計要求,第二節(jié)汽車的現(xiàn)代設計方法,,第三節(jié)汽車試驗,一、汽車的設計要求,汽車設計要求大體可歸納為:,1、功能性為滿足汽車用途而提出的性能要求，即汽車的動力性、經(jīng)濟性、機動性、安全性和舒適性；設計人員在確定性能的設計目標時，應根據(jù)國情、使用條件等規(guī)定優(yōu)先次序（例如，高級轎車的動力性、舒適性和安全性是首要的；微型汽車的經(jīng)濟性和機動性是首要的；越野汽車機動性和可靠性是設計的首要目標）汽車的適應性：設計汽車時要考慮到不同道路、氣候條件對汽車性能的影響，盡可能使汽車在不同使用條件下都滿足其功能性要求。可以通過精心設計，也可以通過選裝不同的部件。汽車的個性化：滿足用戶的特殊功能要求汽車設計要具有更大的靈活性和變通性，以便在同一生產(chǎn)線上可以裝配處定制要求不同的汽車,2、工藝性一個好的設計不僅應使陳品的性能優(yōu)異，而且應使產(chǎn)品成本低，達到同類產(chǎn)品中最好的性能/價格比；結(jié)構工藝性：產(chǎn)品結(jié)構設計時所考慮的制造、維修的可行性和經(jīng)濟性；它包括：機械加工工藝性：標準化、通用化和產(chǎn)品系列化裝配工藝性：按零件→合件→組件→部件→產(chǎn)品考慮裝配單元的劃分和裝配次序,,,３、規(guī)范性汽車設計要在有關標準和法規(guī)的指導下進行除設計圖紙的繪制與標注應按有關國家標準進行外，汽車設計還應遵守與汽車有關的一些標準與法規(guī)中國汽車工業(yè)標準包括與國際基本通用的汽車標準和為宏觀控制汽車產(chǎn)品性能和質(zhì)量的標準，它包括國家標準、行業(yè)標準和企業(yè)標準；汽車標準又分為強制性標準（整車尺寸限制標準、汽車安全性標準、油耗限制標準、汽車排放物限制標準及噪聲標準等）和推薦性標準,為使中國汽車產(chǎn)品進入世界市場，設計時也應考慮到國際標準化組織汽車專業(yè)委員會(ISO/TC22)制訂的一些標準和美國標準協(xié)會標準(ANSI)、美國汽車工程師學會(SAE)標準、日本工業(yè)標準(JIS)、日本汽車標準組織(JASO)標準、日本汽車車身工業(yè)協(xié)會標準(JABIA)、日本汽車輪胎標準(JATMA)、日本汽車用品工業(yè)協(xié)會標準(JARP)、日本蓄電池工業(yè)協(xié)會標準(SBA)以及歐洲經(jīng)濟委員會(ECE)、歐洲經(jīng)濟共同體(EEC)所制訂的汽車法規(guī)等,4、使用經(jīng)濟性是包括燃油經(jīng)濟性在內(nèi)的更廣泛的一項要求，它包括燃料、潤滑油、輪胎、易損件等的消耗，還包括維修、保養(yǎng)等方面的費用開支。20世紀70年代以前，國產(chǎn)汽車的大修里程一般規(guī)定為10萬km；現(xiàn)在國產(chǎn)轎車和輕型貨車的大修里程一般規(guī)定為20萬km左右，大修里程的延長反映了汽車可靠性的提高，從而大大降低了汽車的運行費用5、循環(huán)經(jīng)濟性為了節(jié)省資源，減少給環(huán)境造成污染的各種廢棄物，汽車部件所用材料的循環(huán)經(jīng)濟性（即可回收性）日益受到重視。,,6、藝術性汽車既是代步工具，有實用價值，又是對產(chǎn)品外觀造型和內(nèi)飾布置等十分講究、具有藝術觀賞價值的工藝品。車身設計中，藝術家與工程師的作用同等重要；車型設計、色彩設計、車內(nèi)裝飾設計7、和諧性必須考慮人與車的和諧關系，即操縱要方便、乘坐要舒適；汽車設計是一門綜合考慮人機工程、交通工程、制造工程、運營工程、管理工程的系統(tǒng)工程。,二、汽車的現(xiàn)代設計方法,汽車的設計過程汽車設計理論與設計技術的發(fā)展現(xiàn)代汽車設計方法,汽車的設計過程,1.制訂產(chǎn)品開發(fā)規(guī)劃（明確開發(fā)目的和工作方向）首先，確定具體的車型；其次，進行可行性分析（根據(jù)用戶、市場、技術條件、工藝、成本核算等）；第三步，擬定汽車的初步方案（繪制方案圖和性能計算，選定汽車的技術規(guī)格和性能參數(shù)）；最后一步，制定出設計任務書（寫明對汽車形式、各主要尺寸、主要質(zhì)量指標、主要性能指標以及各總成形式和性能等具體的要求）；概念設計：是對下一代車型或未來汽車的總概念進行概括描述，確定汽車的基本參數(shù)、基本結(jié)構和基本性能的設計,2.初步設計（確定汽車的主要尺寸和基本形狀）1）汽車總布置設計（初步造型）：需要繪制汽車的總布置圖，繪出發(fā)動機、底盤各總成、駕駛操作場所、乘員和貨物的具體位置以及邊界形狀，也包括零部件的運動范圍校核。2）效果圖：勾畫出汽車的具體形象。分為構思草圖和彩色效果圖（包括外形效果圖、室內(nèi)效果圖和局部效果圖）兩種；,總布置圖,,,效果圖,構思草圖和彩色效果圖,3）制作縮小比例模型：是在構架上涂敷造型泥雕塑而成的，轎車縮小模型常用1：5的比例，要求比例嚴格、曲線流暢、曲面光滑,4）召開選型討論會：主要討論審美問題，但也涉及結(jié)構、工藝等方面，故常召集造型、結(jié)構設計師和工藝師等參加會議；,3.技術設計（確定汽車造型和確定汽車結(jié)構兩個方面）1）確定汽車造型(1)繪制膠帶圖：膠帶圖是用細窄的彩色不干膠紙帶粘貼成的1:1(全尺寸)汽車整車圖樣，可表達零部件形狀及外形曲線(2)繪制1：1整車外形效果圖。(3)制作1：1外部模型：是汽車外形定型的首要依據(jù)。在一個帶有車輪的構架上涂敷造型泥經(jīng)雕塑而成的；(4)制作1：1內(nèi)部模型：(5)造型的審批，交付企業(yè)最高領導審批，使汽車最終定型,,1：1內(nèi)部模型（儀表臺模型）,2）確定汽車結(jié)構主要確定汽車整車、部件(總成)和零件的具體結(jié)構。設計師需要考慮由哪些部件組合成整車，又由哪些零件組合成部件。零件設計是產(chǎn)品設計的根基：包括零件在整個部件中的作用和要求、選用什么材料和設計成什么形狀、與部件中其他零件相互配合和安裝圖紙是設計師與企業(yè)中的工藝師、技工和其他人員交流的“工程語言”：設計師必須把所設計的汽車結(jié)構用圖紙表達出來。按照投影原理并借助于幾個視圖、剖面或局部放大等手段，把產(chǎn)品的立體形狀和內(nèi)部結(jié)構詳細而清晰的表達出來。圖紙應按指定的比例繪制并且寫出對產(chǎn)品的技術要求。零件圖和總成圖。設計一輛汽車，需要繪制數(shù)以千計的圖紙,汽車設計理論與設計技術的發(fā)展,１、汽車設計理論的發(fā)展指導汽車設計實踐，汽車設計實踐經(jīng)驗的長期積累和汽車生產(chǎn)技術的發(fā)展與進步，又使汽車設計理論得到不斷的發(fā)展與提高；汽車是一種包羅了各種典型機械元件、零部件、各種金屬與非金屬材料及各種機械加工工藝的典型機械產(chǎn)品，因此其設計理論顯然要以機械設計理論為基礎涉及許多基礎理論、專業(yè)基礎理論及專業(yè)知識，例如：工程數(shù)學、工程力學、工程材料、熱力學、流體力學、空氣動力學、振動理論、機械制圖、機械原理、機械零件、機械強度、電工學、工業(yè)電子學、電控技術、液壓技術、汽車構造、汽車制造工藝、汽車維修等,２、汽車設計技術的發(fā)展汽車設計的方法和手段，汽車設計實踐軟件與硬件的總和。傳統(tǒng)-經(jīng)驗設計：經(jīng)過設計-試制-試驗-改進設計-試制-試驗等二次或多次循環(huán)，反復修改圖紙，完善設計后才能定型。設計周期長、質(zhì)量差、財力物力消耗大；現(xiàn)代-以科學實驗和技術分析為基礎：引進新的測試技術和各種專用的實驗設備進行科學實驗，廣泛采用近代數(shù)學物理分析方法。計算機輔助設計(CAD）此外還引進了最優(yōu)化設計、可靠性設計、有限元分析、計算機模擬計算或仿真分析、模態(tài)分析等，雷達防撞、衛(wèi)星導航、智能化電子儀表及顯示系統(tǒng)等高新技術產(chǎn)品的先天質(zhì)量取決于設計，產(chǎn)品廣義成本的70%由設計階段決定,現(xiàn)代汽車設計方法,汽車的現(xiàn)代設計理論為汽車設計的創(chuàng)造性過程建立各種數(shù)學模型，而其現(xiàn)代設計方法則針對這些數(shù)學模型進行求解，或者為設計師實施創(chuàng)造性的設計過程提供各種手段。采用現(xiàn)代設計理論和方法的優(yōu)點是可以不做或少做實驗，在設計階段就能預估未來汽車產(chǎn)品的性能、結(jié)構和品質(zhì)，從而縮短設計周期，提高設計質(zhì)量。幾種主要現(xiàn)代設計方法：有限元分析和評價技術、優(yōu)化設計、系統(tǒng)工程方法、人工智能和專家系統(tǒng)、疲勞和可靠性設計、價值工程、反求工程、人機工程和計算機輔助設計技術等,1.有限元分析把所需分析的結(jié)構離散化，使用最小位能原理或虛位移原理等力學基本原理，列出計算格式，用計算機求解。應用于車身、車架等板梁結(jié)構，及對各種零部件、組合結(jié)構等進行強度、剛度、熱強度、振動模態(tài)、穩(wěn)定性等計算分析；２.優(yōu)化設計基本任務：力求從各種可行方案中選擇最優(yōu)方案由設計要求確定設計變量、優(yōu)化準則、優(yōu)化目標函數(shù)和約束條件等，確定最優(yōu),3.系統(tǒng)工程方法為準確的定性和定量分析，需要系統(tǒng)分析，包括研究汽車系統(tǒng)結(jié)構、系統(tǒng)行為、系統(tǒng)的受控方式、怎樣使汽車系統(tǒng)演化才能達到設計者所期望的目標等4.可靠性設計以產(chǎn)品的壽命特征作為主要研究對象的一門綜合性科學，主要包括可靠性預測和可靠性分配等。,5.反求工程運用專業(yè)設計人員的知識、經(jīng)驗和創(chuàng)造性，對已有產(chǎn)品進行剖析和再設計的過程；6.人機工程以工程設計中與人體有關的問題為研究對象，目的提高人與他所操縱的機構在內(nèi)的整個系統(tǒng)的工作效能,7.計算機輔助設計計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）：CAD與CAM（計算機輔助制造）、CAPP（計算機輔助生產(chǎn)過程規(guī)劃）相結(jié)合；如車身與覆蓋件模具CIMS技術,三、汽車試驗,汽車的設計、制造過程始終離不開試驗；在客戶購買了汽車并使用的過程中，車輛交通管理部門還要定期對車況進行測試，以確保行車安全。汽車整車性能試驗汽車零部件試驗汽車試驗場汽車風洞,,,汽車整車性能試驗,1．動力性能試驗最高車速試驗的目的是測定汽車所能達到的最高車速，我國規(guī)定的測試區(qū)間是1．6km試驗路段的最后500m；加速試驗一般包括起步加速、高速檔或次高速檔從給定初速加速到給定車速兩項試驗內(nèi)容。爬坡試驗包括最大爬坡度（20m以上的人造坡道）與爬長坡（坡度為7％～10％、長l0km以上的連續(xù)長坡）兩項試驗，記錄爬坡過程中的換擋次數(shù)、各檔位使用時間和爬坡總時間，還要觀察發(fā)動機冷卻系統(tǒng)有無過熱，供油系統(tǒng)有無氣阻或滲漏等現(xiàn)象,,非接觸式汽車性能試驗儀,2．燃料經(jīng)濟性試驗通常做道路試驗或做汽車測功器（亦即轉(zhuǎn)鼓試驗臺）試驗,主要測量汽車驅(qū)動力、垂直力、車速、燃油經(jīng)濟性及排放等,汽車轉(zhuǎn)鼓試驗臺,3．制動性能試驗用制動效能和制動效能的穩(wěn)定性評價，常進行制動距離、制動效能、熱衰退和恢復試驗、浸水后制動效能衰退和恢復試驗等4．操縱穩(wěn)定性試驗試驗類型較多，如用轉(zhuǎn)彎制動試驗、轉(zhuǎn)向輕便性試驗、蛇形行駛試驗、側(cè)向風敏感性試驗、抗側(cè)翻試驗、路面不平度敏感性試驗、汽車穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗等,,側(cè)傾試驗,5．平順性試驗根據(jù)乘坐者的舒適程度來評價，其評價方法通常根據(jù)人體對振動的生理感受和保持貨物的完整程度確定；典型的試驗有汽車平順性隨機輸入行駛試驗和汽車平順性單脈沖輸入行駛試驗；6．通過性試驗一般在汽車試驗場和專用路段上進行,7．安全性試驗試驗項目多，耗資大碰撞安全試驗（正面、側(cè)面撞車試驗）,,整車撞車試驗,,整車撞車試驗（撞車后）,汽車零部件試驗,試驗通常是性能、強度、耐久性等內(nèi)容；發(fā)動機：性能試驗主要有功率、怠速、空轉(zhuǎn)特性、負荷特性、調(diào)速特性、起動、機械效率、多缸工作均勻性、排放和噪聲等試驗；發(fā)動機的重要零部件(如曲軸、連桿、活塞等運動件和缸蓋、缸體等固定件)應進行強度試驗。整機和重要部件常需進行耐久性試驗；下圖為MTS十通道道路模擬機在進行試驗。,,MTS零部件電液伺服試驗臺,,,十通道道路模擬機在進行試驗,a)MTS垂直十通道道路模擬機,b)MTS軸向十通道道路模擬機,十通道道路模擬機在進行試驗,汽車試驗場,1.汽車試驗場（試車場）的作用重現(xiàn)汽車使用過程中遇到的各種道路條件和使用條件，進行汽車整車道路試驗的場所。將實際存在的各種道路經(jīng)過集中、濃縮、不失真地強化形成典型化的道路。汽車試驗場的主要試驗設施是集中修筑的各種試驗道路由于汽車試驗在汽車開發(fā)過程中處于極為重要的地位，許多汽車企業(yè)都投入巨額資金修建大型的汽車綜合試驗場,2.我國的汽車試驗場海南汽車試驗場：建于1958年,在海南省五指山區(qū)瓊海市加積鎮(zhèn)，海拔670m,年平均溫度23.9℃,年平均濕度85%，是我國第一個現(xiàn)代化濕熱氣候的汽車道路試驗基地,高速性能試驗跑道：全長6公里，是我國最長的高速試車道，南北兩個環(huán)道有如兩個環(huán)型墻壁繞成一圈，跑道兩邊高差達5米多，有兩層樓高，路面與地平面的夾角成43度多,海南瓊海汽車試驗場,襄樊汽車試驗場：建于1985年，隸屬東風汽車工程研究院。占地2902畝，內(nèi)有高速環(huán)道、直線性能路、比利時環(huán)道等近30km試驗路面和濺水池、標準坡、灰塵洞等。是一個集室內(nèi)零部件臺架、整車以及道路試驗、服務保障于一體的綜合性的汽車產(chǎn)品研發(fā)機構，同時還具有汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗、進出口汽車商品檢驗、機動車排氣污染監(jiān)督檢驗、新產(chǎn)品定型及汽車專用儀器和汽車檢測線檢驗校準等能力，是目前全國功能最全、管理最好、服務一流的現(xiàn)代化汽車試驗基地。,,高速環(huán)行跑道：水泥混凝土路面,長圓形,全長5.3KM,寬12-13M,三車道,設計車速分別為50、100、160KM/H，最大安全車速210KM/H。兩條直線道各長1376M，彎道半徑315M，最大超高角34，可進行持續(xù)高速和整車性能試驗,襄樊汽車試驗場全景圖,,襄樊汽車試驗場,安徽省定遠縣境內(nèi)的解放軍總裝備部定遠汽車試驗場具有寒帶氣候特點的一汽集團吉林農(nóng)安汽車試驗場（國內(nèi)唯一具有側(cè)向風試驗設備的汽車試驗場）；交通部北京汽車試驗場；上海大眾轎車試車場等汽車試驗場；,安徽定遠汽車試驗場環(huán)形車道鳥瞰圖,全封閉高速循環(huán)跑道、6％－60％的八條標準坡道、涉水池、濺水池、搓板路、卵石路、高速路、坡路、山路、尾氣排放、發(fā)動機性能、碰撞安全等試驗項目，總里程達28.6Km。,交通部公路交通試驗場(北京通縣試驗場）,上海大眾試車場,3.試驗場的道路設施1)高速環(huán)形跑道：長度約4km～8km，多數(shù)采用兩端圓形路和中間直線路的形狀，也有橢圓形或其他形狀；設有3～5條車道，設計最高車速通常在200km/h以上，考驗汽車的高速性能和零部件的可靠性；2)高速直線跑道：長度約2.5km～4km，可供汽車作動力性、制動性和燃油經(jīng)濟性試驗；3)可靠性、耐久性試驗道路：模仿汽車使用過程中在各種好路和壞路（瀝青路、沙土路和各種不同的礫石路）上行駛的情況；,4)扭曲試驗路：汽車行駛時，車身和車架、前后軸、懸架以及汽車傳動系都產(chǎn)生反復扭轉(zhuǎn)，以考驗這些部件的性能；5)坡路：檢驗汽車的爬坡能力，還可考察駐車制動器(手剎)在坡道上的停車能力、汽車在坡路上起步時離合器的工作狀況等；6)操縱性、穩(wěn)定性試驗設施：圓形廣場，直徑100m，可供汽車轉(zhuǎn)向或繞“8”字形行駛試驗；易滑路是用來試驗汽車在冰雪或附著條件很低的路況下的行駛性能和制動性能；橫向風路段是考驗汽車空氣動力穩(wěn)定性的設施；7)涉水池：有淺水池(水深約0.2m)和深水池(水深1m～2m)兩種，用以檢查汽車涉水時水對汽車各種部件的影響；,高速試驗環(huán)道：橢圓形，全長４公里，時速分別60、90、120公里/小時，彎道設計用世界上最先進的麥克康奈爾螺旋線作緩和曲線，,航拍高環(huán),石塊路,50%標準縱坡,,城市廣場,扭曲路,搓板路,軟石路,汽車風洞,汽車風洞是用來研究汽車空氣動力學的一種大型試驗設施。是一條大型隧道或管道，里面有一個巨型扇葉，能產(chǎn)生一股強勁氣流，氣流經(jīng)過一些風格柵，減少渦流產(chǎn)生后才進入試驗室最大作用是用來測量汽車的風阻研究氣流繞過車身時所產(chǎn)生的效應（如升力、下壓力）模擬不同的氣候環(huán)境（如炎熱二寒冷、下雨或下雪）等情況；新車在造型設計階段，必須將汽車制成風洞試驗模型進行風洞試驗，以便改進汽車的形狀，提高空氣動力性能,風洞按尺寸大小可分為供縮小比例模型試驗的風洞和供整車試驗的大型風洞；按氣流流動的形式，又可分為直流式和回流式；帶有轉(zhuǎn)鼓測功器的全天候整車風洞功能較多，除可對汽車的空氣動力性能進行評價外，還可對嚴寒、高溫、潮濕等條件下的汽車性能進行測定；目前我國最大型的風洞是中國航空動力研究所的風洞試驗室；風洞試驗還可測定汽車模型表面的壓力分布情況以及借助于煙、絲帶、油膜等顯示汽車周圍的氣流流動情況,1-阻尼網(wǎng)；2-收縮段；3-試驗段；4-試驗汽車5-擴散段；6-螺旋擴散片；7-風扇葉片；8-安全網(wǎng)9-轉(zhuǎn)鼓試驗臺；10-空氣動力天平；11-附面層吸縫；12-天平平臺；13-導流器；14-動力與傳動裝置；15-建筑物,,整車風洞示意,,風洞壓力分布測量試驗,本章小結(jié),一、汽車設計的七方面要求；二、汽車開發(fā)設計的基本過程；現(xiàn)代汽車的設計方法；三、汽車整車性能試驗及試驗內(nèi)容；汽車零部件試驗的試驗內(nèi)容；四、汽車試驗場的作用和我國現(xiàn)有的試驗場；汽車試驗場的一般道路設施；汽車風洞的目的．,