作者：洪永福,等
出版社：机械工业出版社
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汽车总体设计(第2版)试读：
前言
汽车总体设计是人们运用科技知识和方法，有目标地创造汽车产品的过程。现代汽车设计工程具有高度的综合性，需要各种汽车技术相互配合。
汽车总体设计的费用往往只占最终汽车产品成本的一小部分（6%～15%，并且随着产量的提升，所占成本的比例逐步降低），然而它对产品的先进性和竞争能力却有着决定性的影响，并往往决定70%～80%的制造成本和营销服务成本。所以说汽车总体设计是汽车工业创新的核心环节，是一个国家和地区工业创新能力和竞争能力的决定性因素之一。
汽车总体设计是指对汽车产品设计项目、提供有技术依据的设计文件和图样的整个活动过程，是汽车产品项目生命期中的重要环节，是对汽车产品项目进行整体规划、体现具体实施意图的重要过程，也是将研发技术转化为生产力的纽带，是确定与控制产品造价工程的重点阶段。汽车总体设计是否经济合理，对汽车商品造价的确定与控制具有十分重要的意义。
汽车总体设计工作主要可分为3个阶段：整车的总体设计，主要解决社会需求转化为汽车性能的问题；汽车各子系统和总成的设计，主要解决汽车的功能和布置问题；零部件的设计开发，主要解决强度、寿命和生产技术的问题和系统性问题。
大多汽车公司建立了高性能的计算机辅助工程分析系统（由高速运算计算机、三维图形工作站，以及NASTRAN、ANAQUS、LS-DYNA3D、PAM-CRASH、PAM-SAFE、MADYMO、AUTOF0RM、FLOW-3D、ADAMS等模拟分析软件组成），其专业CAE队伍与产品开发同步地广泛开发CAE应用，在指导设计、提高质量、降低开发成本和缩短开发周期上发挥着日益显著的作用。CAE应用于车身开发，在刚度、强度（应用于整车、大小总成与零部件分析以实现轻量化设计）、NVH（降噪、减振、提高乘坐舒适度三项合称NVH）及机构运动分析等已十分完善，而车辆碰撞模拟分析、金属构件冲压成形模拟分析、疲劳分析和空气动力学分析的精度还有待进一步提高，现在完全可以用于定性分析和改进设计，大大减少了费用高、周期长的试验次数；虚拟试车场整车分析正在着手研究，此外还有焊装模拟分析、涂装模拟分析等。
在与产品开发同步方面，美国福特汽车公司是这样做的：一个新车型开发项目配置一个结构分析小组，从该车型造型开始一直到该车型开发完成投产后半年的各个阶段内，配合产品设计开发进行分析，内容是以NVH为主的整车分析以及局部分析。
如果说三维CAD/CAE是近20年来车身开发技术发展的最重要推动力，则可以说CAE技术是推动下阶段车身开发技术发展的重要力量。因为随着各种过程模拟分析理论的发展和试验研究的配合，CAE技术的实用广度必将越来越大，在深度上也越加精确、成熟。
本书主要介绍汽车总体设计的工作内容与方法，也涉及主要总成的选型和车身造型设计。重点放在如何根据社会、市场的需求来选择和确定汽车应具备的性能参数和指标，如何优选汽车各个总成部件，通过合理的匹配和布置实现汽车所必需的功能，了解汽车设计的特点、任务和要求，掌握汽车设计工程的基本方法。
由于水平有限，本书难免会有不足及疏漏之处，还请广大读者批评指正。第一篇 汽车总体设计王程概论
1.汽车工业概述
汽车工业是资金密集、技术密集、人才密集、综合性强、经济效益高的产业。世界各个工业发达国家几乎无一例外地把汽车工业作为国民经济的支柱产业。汽车的研制、生产、销售、营运，与国民经济许多部门都息息相关，对社会经济建设和科学技术发展起重要推动作用。
汽车是衡量社会物质生活发展水平的标志。由于社会需求的不断增长和科学技术发展的推动，汽车设计日臻精巧，其运输效率和各项性能都有很大提高。因此，汽车已成为各国国民经济和社会生活中不可缺少的一种运输工具。
但是，汽车数量过多也造成了噪声、污染、道路堵塞、交通事故、停车场短缺等社会问题。所以，汽车工业还必须以性能优异的产品来适应环境保护、交通管理等方面的法规和政策的严格限制。
汽车的使用条件和工作环境多变，同一种汽车在不同地区所面临的使用条件，如道路、气候、维修能力和燃料供应等有很大的不同。
我国地域幅员辽阔，地形十分复杂，西部有雄伟的高原，海拔达1000～2000m，东部为广阔的平原和起伏的丘陵，平原海拔多在200m以下，西南多山地，各种地形相互交错，并且山地、沼泽和沙漠也有较大的分布，其中山区面积约占我国总面积的1/3，地势西高东低呈阶梯状分布。
一种汽车的设计，由于设计对象不同，考虑使用的出发点也不同，其最佳的适应范围也不同。汽车作为现代社会中主要的运输工具，其与社会有着密切的关系，而一个成功的汽车产品的设计，应该在内涵文化上满足社会文化、经济、艺术造型等多方面的要求。
自1886年第一辆汽车问世至今，汽车工业从无到有，迅猛发展，产量大幅度增加，汽车在安全、环保、智能、节能方面的技术日新月异。1950～1970年，全球汽车保有量每10年翻一番，1970年达到2.5亿辆。1986年，全球汽车保有量再次翻一番，达到5亿辆，目前全世界汽车的保有量已超过10亿辆。主要汽车生产国家有美国、中国、日本、德国、法国、俄罗斯、意大利、加拿大、英国等。2012年全世界汽车年产量近8000万辆，其中日、美两国的产量约占50%，欧洲各国总计占30%。预计到2050年，全球汽车年产量将升至25亿辆。
日、美、欧洲等发达国家发展汽车工业的特点是资本集中垄断，利用高科技优势，采用大批量生产方式；例如：美国的通用、福特、克莱斯勒3大汽车公司垄断了美国90%以上的汽车生产；西方7大汽车集团的轿车产量，占世界轿车产量将近70%。经济衰退、能源危机、政局动荡、石油价格波动、市场竞争激烈等许多因素对世界汽车工业影响很大。近十余年来，许多发达国家的汽车保有量和需求量已渐趋饱和，汽车工业在20世纪六七十年代迅速发展的势头已减缓，企业间竞争激化，贸易保护主义迅速蔓延。美国的汽车产量连年上下波动，西欧汽车产量停滞不前，企业不景气和严重亏损导致汽车企业不断出现股权转让以及兼并改组。世界各大汽车公司为了在激烈的竞争中求生存，采用将产品输出变为资本输出的对策，寻求多样化的国际合作方式，实现跨国经营。多边合作、联合生产、合资入股、渗透兼并等方式使跨国公司的数量日益扩大，汽车工业的生产经营渐趋国际化。
与此同时，一些新兴工业国家和发展中国家的汽车工业正在崛起。其中不少国家都用优惠政策吸引外资，采用引进先进技术和装备、进口全拆散零件（CKD）装车，逐步提高国产零件的装车比率，进而使主要部件自给，然后扩大零部件及整车出口的模式，发展自己的汽车工业。西班牙、巴西、韩国等国就是采用这种模式使汽车工业迅速发展的典型例子，其汽车年产量已达300万辆左右的规模。在这些国家中，由于经济发展和国民收入逐年增长，对汽车的需求量不断增加，促使汽车工业迅速发展。另一些发展中国家则采用合资经营或进口半拆散零件（SKD）装车等方式发展自己的汽车工业。可是，发展中国家要振兴汽车工业，都不同程度地面临工业基础薄弱、技术落后、资金匮乏、原料短缺、人才不足、销路不畅等种种困难。
中国的汽车工业是在1949年后才建立起来的。1953年7月，第一汽车制造厂（简称一汽）开始在长春市兴建（这一年为中国汽车工业建设开启之年），仅用3年建成并于1956年10月开工，大批生产装载量4t的解放CA10货车，从而结束了中国不能制造汽车的历史。这是新中国的第一个汽车厂，也是“一五计划”中国家156个重点项目之一。在1958年该厂又制造了我国第一辆轿车——东风牌轿车，接着又开始小批量生产红旗CA770高级轿车。
20世纪50年代后期和60年代，在一汽逐步扩大生产的同时，国家在“三线”地区先后建设起第二汽车制造厂、四川汽车制造厂和陕西汽车制造厂三个不同规模、以生产军用汽车为主的汽车生产基地。这三个基地的建设，标志着我国已具备独立开发载货汽车及主要依靠自己的力量设计和装备大中型载货汽车厂的能力。各地一批汽车修配企业相继改建成汽车制造厂，此外，城建和交通部门等也设立了一批公共交通车辆厂，使我国汽车的品种和产量进一步发展，进一步促进了我国汽车工业的发展，并带动了一大批地方企业的发展。1980年我国汽车年产量已超过22万辆。这一时期，汽车工业计划经济烙印明显，汽车工业的建设和生产紧跟政治形势，基本是为满足生产和公务需要，采取限制消费的政策。“六五计划”：20世纪80年代，在“改革、开放”的正确方针指引下，我国汽车工业又以更高的速度向前发展。1982年5月，中国汽车工业公司在北京成立。在中汽公司的统一领导和管理下，汽车行业以各个大型骨干厂为主，联合一批相关的中、小企业组建了解放、东风、南京、重型、上海、京津冀6个汽车工业联营公司和一个汽车零部件工业联营公司，促进了企业之间的合作和专业化分工生产，有利于技术引进和技术改造。在此期间，我国汽车工业加快了主导产品更新换代和新产品开发的步伐，产品质量提高，品种增多，汽车产量翻了一番——1985年年产量超过44万辆。“七五计划”：1985年，中央“七五计划”中第一次明确提出了要把汽车制造业作为支柱产业的方针，1987年国务院又确定了发展轿车工业来振兴我国汽车工业的发展战略。这两项决定确立了我国汽车工业在国民经济中的重要地位以及汽车工业发展的重点。1987年5月27日，国务院委托决策咨询小组在第二汽车厂召开轿车发展战略研讨会。会上，经过企业、专家、各级领导的讨论，对我国要发展轿车工业达成共识。中汽公司及其下属机构经过调整改组，充实了解放、东风、重型三大汽车企业集团并在国家计划中单列户头。以天津、上海、沈阳等城市为中心的汽车生产企业也组成了一些地方性企业集团。此外，其他部、委所属企业以及一批军工企业也从事汽车产品的生产，并确定在原有汽车工业基础上发展，发展轿车必须走高起点、大批量、专业化道路。“八五计划”：重点发展轿车，提高国内零部件配套能力。中央在关于发展国民经济的建议中提出，汽车制造业在整个国民经济发展中占有重要地位，不仅是为了满足交通运输业的需要，再次明确了汽车产业在国民经济中的重要地位。20世纪90年代初是国内汽车企业结构调整的关键时期。我国汽车工业有重点有选择地引进国外先进技术100多项，其中整车项目有与德国、法国、美国合资生产的轿车和吉普车，引进奥地利斯太尔（STEYR）和德国奔驰（MERCEDES-BENZ）重型汽车，美国和英国矿用自卸车，意大利依维柯（IVECO）和日本五十铃（ISUZU）轻型货车，以及铃木（SUZUKI）微型汽车。在1991年初的全国汽车工作会议上，围绕汽车工业的现状及发展目标，汽车行业调整的重点从载货汽车转到轿车，重点在“三大”的布局，搞好统筹规划。这一精神在“八五计划”中得到体现，在汽车工业相关内容中提出：加快发展轿车和轿车零部件工业，提高配套能力和本土化程度。重点建设一汽、二汽和上汽的轿车合资项目。开展一汽与德国大众公司合资经营，1990年奥迪100（AUDI100）轿车的生产线正式开工投产，同年双方又签订了年产15万辆高尔夫（GOLF）和捷达（JET-TA）轿车的协议书并开始兴建生产基地。二汽与法国雪铁龙（CITROEN）公司合作生产轿车的协议书亦于1990年底签订并着手实施。上汽与德国大众公司合资生产的桑塔纳（SANTANA）轿车，1985年底投产以来第一阶段规划已基本完成，在“八五规划”末期预计年产量可超过10万辆。“九五计划”：强调规模生产鼓励自主研发。1995年1月，国家计委、机械工业部在上海联合召开全国贯彻汽车工业产业政策座谈会。国务院领导指出：要大力促进骨干大型企业间的联合，最终形成为数不多的大企业集团；要按照市场需求，各方面协同配合，绝不能“遍地开花”、盲目发展；要有自主研究开发能力，否则就会受制于人。在“九五计划”中，国家对汽车工业发展的考虑，有两个重要背景：一是我国要加入世贸组织已成定局，而我国的轿车工业建立在合资基础上，要防止受制于人；二是经历了极度物质匮乏形成的巨大国内市场，使“产量不足”成为汽车工业突出的矛盾，在地方GDP及市场的刺激下，汽车企业“遍地开花”、盲目发展，散、乱、差的现象比较严重。此次计划针对汽车零部件提出：加大零部件投资力度和提高生产集中度，扶植一批主要零部件骨干企业尽快达到高起点、专业化、大批量的生产经营水平。“十五计划”中最令汽车界关注的，当属国家第一次明确提出“鼓励轿车进入家庭”。“十五计划”首次提出“鼓励轿车进入家庭”，至少包含三层意思：一是明确了轿车作为家庭耐用消费品的社会商品属性，对转变人们消费观具有重要的指导意义和现实意义；二是指明了轿车工业的发展方向，明确了以进入家庭为主的产品市场目标，对轿车生产经营企业提出更高的要求；三是确立了国家的政策导向，是鼓励而不是限制。“十五计划”积极倡导和促进轿车进入家庭。“十五”期间我国汽车产量提前完成计划目标。我国汽车产量以22.51%的年均增速，连续跨越3个百万辆大关，2005年实际产量为570万辆，其中轿车277万辆，分别为计划目标的1.78倍和2.52倍。占当年世界汽车总产量的8.58%，世界排名从20世纪末的第八位跃居第四位，每千人拥有汽车24辆；汽车工业总产值占全国工业总产值的比例为4.1%；汽车工业增加值占国内生产总值（GDP）的比例为1.2%。投入产出效益明显提高，对汽车工业上下游产业的带动作用更加显著。“十一五规划”：鼓励自主创新成为最强音。根据国家发改委的统计，2005年，我国有整车品牌355个，其中自主品牌占69%，主要集中在商用车领域。在115个乘用车品牌中，自主品牌只有34个。2005年新上市的73款新车中，自主开发的只占23.3%，其余的都是技术引进和联合开发。为此，在“十一五”期间，作为国家战略支撑点的自主创新自然也成为“十一五计划”中汽车工业发展的着力点。“十一五计划”提出：“增强汽车工业自主创新能力，加快发展拥有自主知识产权的汽车发动机、汽车电子、关键总成及零部件；发挥骨干企业作用，提高自主品牌乘用车市场占有率。鼓励开发使用节能环保和新型燃料汽车。引导企业在竞争中兼并重组，形成若干产能百万辆的企业。”
我国汽车工业经过60年的艰苦创业、巩固、调整与发展，虽然与世界先进水平还有相当大的差距，但汽车品种尚能完全满足国民经济的需要，并已形成相当的规模，为其迅速腾飞奠定了较好的基础。已分期分批建成几个大型现代化的轿车、轻型车、重型车基地并进一步提高汽车的水平。我国汽车的保有量超过1亿辆，年产量将超过2000万辆并跃居世界主要汽车生产国的行列。中国汽车市场2010年的井喷式增长，对全球汽车保有量的增长起到了重要作用。2010年，中国在用汽车的保有量同比增长27.5%，增量超过1680万辆，这个数字接近同期全球新增汽车保有量的一半。
无论是保有量的增速，还是新增保有量，中国都居世界第一。据统计，美国汽车人均保有量最高，人车比例为1.3∶1；意大利汽车人均保有量第二高，人车比例为1.45∶1；法国、日本和英国的汽车人均保有量分列3～5位，人车比例均低于1.7∶1；中国人均汽车保有量偏低，人车比例为17.2∶1。
高速公路的发展，促使汽车的运输能力和载货量逐渐加大。目前，高速公路用牵引半挂式汽车的总质量可达40t，车速可达120km/h以上，每年平均行驶里程约16万km。一些工业发达国家的汽车货运量在总货运量中的比重高达80%之多。20世纪60年代以来，载货汽车向大型化发展，汽车在矿山、钢铁、建筑、石油开发等部门运输量的比重也逐步上升，各国还采用变型和集装箱运输方式来扩大汽车的用途和降低汽车运输成本。在农业生产过程中，汽车运输也占有很重要的地位。由此可见，汽车已渗透到国民经济的各个部门中。
除载货汽车外，中国每年还要生产数量众多的供私人用的各种形式的乘用车——轿车（占整个汽车产量的80%），汽车已成为人们上下班、采购、旅游或出差的代步工具，起到了节省时间、加快生活节奏和使生活现代化的作用。
汽车作为陆上运输工具在社会上发挥的作用已经接近甚至超过了铁路，但它也给社会带来许多新问题：在车辆多的国家中造成车流密度大、交通拥挤和频繁的事故；废气和噪声对环境造成污染。如：世界上每年大约因道路交通事故造成50万人死亡，1000万人受伤，造成的经济损失相当于国民经济生产总值的1%～2.5%；我国近几年发生交通事故的频率约为23万起/年，每年因交通事故死亡的人数均超过7万人左右，相当于一个小型县城的人口数，平均每天死亡近200人，相当于每天坠毁一架大型客机。在日本，由于汽车排出的大量废气，曾引起严重的光化学烟雾中毒事件，使近万人中毒，数百人死亡。近年来，我国一些地区也有光化学烟雾污染的迹象，日益严重的光化学烟雾问题，以及全国各地城市发生的雾霾天气，严重影响了人们的正常生活，逐渐引起了人们的重视。所以许多国家制定了各种法规来加以防治，并对汽车设计提出了很严格的要求。
2.汽车类型
①按用途分类。
乘用车：主要用于载运乘客及其随身行李和临时物品的汽车，包括驾驶人座位在内最多不超过9座。
商用车辆：在设计上用于运送人员和货物的汽车，并且可以牵引挂车。乘用车不包括在内。汽车车型分类如下图所示。
②按GB/T 15089—2001《机动车辆及挂车分类》标准，将机动车辆和挂车分为M类、N类、G类、O类和L类。
M类：至少有4个车轮且用于载客的机动车辆。M类
N类：至少有4个车轮且用于载货的机动车辆。N类
3.汽车总体设计工程
这些设计过程尽管在时间上存在先后顺序，但是也可以同时进行，并行工作。
并行工程是指将传统的制造技术与计算机技术、系统工程技术和自动化技术有机地结合起来，在产品开发的早期阶段全面考虑产品生命周期的各种因素，力争使产品开发能够一次获得成功。它站在产品设计、制造全过程的高度，打破传统的组织结构带来的部门分割和封闭的观念，强调参与者协同工作的效应，重构产品开发过程。而总布置设计工程就是解决如何充分发挥这种协同工作和整合工作的组织作用，统领其他部门。
在汽车开发整体流程中，总布置设计贯穿整个全过程。作为汽车设计全过程的协调和监控机制，它逐渐确定设计硬点，直至最后的精确装配，保证所有车身和底盘以及内饰件之间的相互配合关系。从汽车造型效果图设计开始，总布置就必须针对客户提出的需求，收集竞争车型，提供汽车造型的总体设计参数，如总长、总宽、总高、轴距、轮距、车轮大小、接近角、离去角。造型师则按照相关信息进行造型效果图的制作。
当效果图评审通过后，便开始进行油泥模型的制作。通常油泥模型师除了要参考造型效果图和与造型师进行交流外，还必须严格遵守来自总布置设计的关键线图或胶带图。而胶带图和关键线图均是利用上述总体参数，并参考同类车型的外部轮廓和内部空间完成的总体参数控制线图，它是油泥模型师用来制作卡板、实现模型总体参数控制的重要工具。
油泥模型评审通过后，就可以进行车身的逆向和结构设计了。与此同时，底盘设计工作也已经开始。要追求快速开发的效率，自然是利用已有的底盘平台进行变型设计。总布置根据整车的要求，对底盘零部件空间的位置和形状提出要求，并进行一定的计算和匹配。底盘设计组则可以利用这些硬点进行零部件的设计；车身设计主要根据整车设计的刚度和设计要求，以及相关零件如发动机及其附件、底盘零部件的要求设计发动机舱、行李箱和车身结构；内饰的设计也需要根据总布置人机工程（包括可操纵范围校核、视野范围校核和舒适性等）要求，进行相应的造型设计和结构设计。
对于整车设计，零部件的配套是重要的一环，总布置要考虑多种零部件的代替方案以及各种方案的可行性分析，并与零部件配套厂家进行紧密的交流与合作，最后实现车身模具、附件、底盘零部件的配套，为进一步完善数模打下基础。同时，总布置设计还是与客户方案交流的窗口，能将产品的成本和结构的工艺性有效地结合在一起。
总之，总布置设计在整车整个开发过程中起着举足轻重的作用，只有利用并行工程的思想，才能做好各个子项目组的协调工作，缩短开发周期，提高工作效率，提高产品开发的成功率。（1）总布置设计是汽车设计的规划和向导
在汽车开发项目的设计任务书确定之后，总布置设计（Layout Design或Packa-ging）的工作就正式开始了。汽车总布置设计通过对整车设计的总体规划来确立车身、底盘、动力总成等系统之间的配置关系、重量、法规和整车的性能指标。总布置设计首先要确定设计硬点（Hard point）。设计硬点是指通过基本的线、面和基准点，以及控制结构和参数，来表达底盘、车身以及其他零部件之间的协调关系。
在主要设计硬点确立以后，造型、车身、底盘等设计就有了共同参照的依据和遵循的规范，各个子项目分头展开。
总布置设计对各运动机构和非运动部件的关系进行有机的协调，避免零部件之间产生运动学干涉。例如：轮胎跳动与轮罩包络图、悬架跳动和转向系统的运动学干涉校核、转向梯形校核等。
在整车设计中，人机工程学和舒适性设计是总布置设计必须校核满足的条件。例如：人体模型设计、驾驶人视野校核、上车舒适性校核、驾驶人可操作性校核、汽车座椅和头枕校核、前后刮水器校核、眼椭圆和头廓包络线校核等。
整车的总布置设计实现整车性能计算和仿真，进行整车性能匹配和系统优化。例如：制动力匹配、碰撞结构设计和模拟、动力性能计算、燃油经济性能分析、操纵稳定性计算、平顺性能计算、前后悬架刚度和阻尼匹配计算和分析、整车可靠性仿真分析和NVH（振动、噪声和舒适性）分析等。
总布置设计通过确定关键零部件的设计参数，指导设计选型。在设计选型上，设计公司通过和相关厂家合作，确定转向系统设计和选型、悬架设计与选型、发动机和变速器的选型、电喷和排放系统的匹配、安全带与安全气囊选型和仿真等。
总布置设计使整车的项目分组管理和协同开发（Concurrent Engineering）成为可能，让汽车设计在一个科学、计划和合理的条件下进行。早期的汽车总布置设计，采用二维总布置图样来发布。随着计算机技术的发展，进入20世纪90年代中期，三维发布的总布置设计已经开始被一些国外先进的汽车公司采用并逐渐被推广。这项技术的应用，在很大程度上提高了布置、设计的准确性和精度。
目前，国内的整车总布置设计与底盘及动力系统的状况相似，设计和匹配试验的能力和发达的国家比较还有一定的差距。建立在成熟底盘基础上进行的车身造型设计和改型设计，是目前绝大多数汽车公司普遍采用的开发模式。这种开发模式使汽车设计的安全性和稳定性得到了保证，同时大大缩短了开发周期，降低了开发的成本和风险。
总布置设计作为汽车设计的总线，其主要作用如右图所示。
整车总布置设计流程：在对一辆全新整车进行总体布置设计和对一辆整车局部改型设计布置时，往往采用不同的方法。（2）全新整车总体设计布置方法
首先，总布置设计工程师要确定整车设计思想，即明确设计任务书。在总体设计过程中，需要先确定整车主要尺寸参数、主要性能参数、质量参数以及各系统总成基本形式，选择发动机和轮胎型号等。这些属于初步的布置与方案设计阶段，即Layout阶段。随着设计工作进行到车身零部件逐步选定或设计逐步完成阶段就进入精细设计阶段，即所谓的精确布置与虚拟装配检查阶段，即packaging阶段。
初步确定这些参数是进行整车总布置设计的首要工作。这些尺寸和参数的确定不可能靠精确的公式计算出来，一般根据新产品开发计划和性能要求，在大量的市场车型调查和统计分析工作的基础上，参考国内外同类车型，选择相应的样车作为初步确定参数的依据。同时还应注意所确定的参数要符合各种法规和标准的要求。
然后，根据总布置设计的基本尺寸和设计要点，由造型设计师设计出各种汽车外形效果图和模型，然后确定汽车的车内设施设计。选定最佳方案后，再交总体设计师进行整车总体布置设计，确定整车总体参数后，进行油泥造型，定稿后再由总布置设计师进行整车总体详细布置设计。
整车总体设计尺寸参数主要包括：总长、总宽、总高；轴距、前悬、后悬、轮距（前轮、后轮）；离去角、接近角、最小离地间隙等。一般来说，随着总体设计参数的确定，其车身上的主要尺寸参数也可初步确定。随着整车总体设计参数和车身主要尺寸参数的确定，其他尺寸参数应在布置设计中逐步具体化，并使其满足主要尺寸的要求；同时，初步确定的整车及车身主要尺寸参数在布置设计的不断深化中又能得到反复修正，直到最终被确定下来。
整车总布置设计确立了汽车的长、宽、高、轴距、轮距等的控制尺寸，轴荷分配范围以及散热器、动力总成、前后桥、传动轴和车轮等的轮廓尺寸和位置等后，再参考同类车型有关数据作为借鉴。设计人员即可初步确定前悬和后悬的长度、前后风窗位置和角度、发动机舱盖高度、地板平面高度、前围板位置、座椅布置、内部空间控制尺寸、转向盘位置角度和操纵机构及踏板的相互位置等。总之，总布置设计是在满足车身造型要求的条件下，对发动机、驱动装置、悬架机构等总成，电气设备，燃油箱、备胎等部件，车身内饰总成和部件等的所在位置，以及车身室内空间大小、行李箱尺寸和车身主要技术参数进行设计确定的过程。其最终目的就是在有限的车身外形尺寸内布置所有的总成和部件，并获得最大的室内空间，提高产品的市场竞争力。整车总布置设计与车身、底盘设计有着相互制约、相互协调的关系，往往需要反复交叉进行。这种协调工作需要设计者的智慧和经验。在这个过程中，往往有很大一部分精力和时间都花费在修正数据的工作上，这就需要整个设计组把先期的准备工作做细。由于现今的很大一部分设计是在原有参考车型的基础上改进设计的，即使是开发一种全新车型，也不是重新设计所有部件，而是大量地采用沿用件以降低成本、减少风险。但是为了使产品以新的形象出现在用户面前，车身件往往需要重新设计，并对已知发动机和底盘部件的参数进行整车总布置。因此，在设计方法中综合了两种设计思想，即底盘及车身同时进行设计。
综上所述，今天的汽车，其作用不仅深入到国民经济的各个部门，还与社会和人民生活息息相关，因此在汽车设计中，必须考虑到这些因素而形成自己的特点。一辆汽车在不同地区所面临的使用条件，如道路、气候、维修能力和燃料供应等有很大的不同。以我国为例，南北之间纬度跨度很大，南部进入热带，北部接近寒带，因此南北温差悬殊；在辽阔的国土上，地形十分复杂：西部有雄伟的高原，东部有广阔的平原和起伏的丘陵，各种地形互相交错。不同的气候、地理条件对汽车的结构、材料和汽车设计都有特殊的要求，例如：高原地区要求发动机增压，寒冷地区要考虑冷起动、暖风加热设备等，热带地区希望驾驶室有良好的通风和隔热、空调设备等。因此，汽车设计人员一定要仔细调查研究汽车的各种使用条件，精心设计，才能确定合理的方案，使汽车能对复杂的使用条件有良好的适应性，并保证可靠地工作。
汽车性能的优劣不仅取决于组成汽车的各部件的性能，而且在很大程度上取决于各部件的协调和配合，取决于汽车总体布置；汽车总体设计水平的高低对汽车的设计质量、使用性能和产品的生命力起决定性的影响。
汽车是一个系统，因为：
①汽车是由多个要素（子系统及连接零件）组成的整体，每个要素对整体的行为均有影响。
②组成汽车的各要素对整体行为的影响不是独立的。
③汽车的行为不是组成它的任何要素所能具有的。
汽车具备系统的属性，对环境表现出整体性。一辆子系统属性匹配协调的汽车所具备的功能大于组成它的各子系统功能纯粹的、简单的总和；反之，如果子系统的属性因无序而相互干扰，即便是个体性能优良的子系统，其功能也会因相互扼制而抵消，功率循环、轴转向等就是典型的例子。
系统论所揭示的系统整体性和系统功能的等级性必然会映射到汽车设计任务中来，用整体性来解释汽车设计的终极目标，就是整车性能的综合优化。汽车设计任务的等级形态表现为，上位设计任务是确定下位设计任务要实现的目标，下位设计是实现上位设计功能的手段，上、下位体系可从总体设计逐级分至零件设计。汽车总体设计无疑处于这种体系的最上位，设计子系统的全部活动必须在总体设计构建的框架内进行。子系统设计固然重要，但统揽全局、设计子系统组合和相互作用体系规则的汽车总体设计对汽车的性能和质量的影响更加广泛、更为深刻。
要点
汽车设计的系统工程就是通过体系规则使设计现代化，汽车总体设计工程的终极目标是整车性能的综合优化。第1章 汽车设计特点
汽车设计理论是指导汽车设计实践的，而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。
汽车设计技术是汽车开发设计的方法和手段，是汽车设计实践的软件与硬件。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的机械产品，因此其设计理论显然要以机械设计理论为基础，并考虑到其结构特点、使用条件的复杂多变以及大批量生产等情况。它涉及许多基础理论、专业基础理论及专业知识，如工程数学、工程力学、热力学与传热学、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、工程材料、机械强度、电工学、工业电子学、电气与微机控制技术、液压技术、汽车理论、发动机原理、汽车构造、车身美工与造型、汽车制造工艺、汽车维修等。
在近百年中，汽车设计技术也经历了由经验设计发展到以科学试验和技术分析为基础的设计阶段。20世纪60年代中期，在设计中引入电子计算机后又形成了计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）等新方法，使设计逐步实现半自动化和自动化（图1-1）。
一种新车型的开发，往往要经过设计—试制—试验—改进设计—试制—试验等二次或多次循环。
电子计算机的出现和其在工程设计中的推广应用，使汽车设计技术飞跃发展，汽车设计过程完全改观。图1-1 计算机辅助设计（CAD）1.1 汽车设计特点
随着汽车工业的专业化、国际化趋势，汽车设计在汽车生产过程中的工作量占20%～30%。汽车的设计开发工作，是由根据市场调查及使用要求而制订的设计任务书开始的。1.汽车设计的内容
汽车设计的内容包括整车总体设计、总成设计和零件部件设计。整车总体设计又称为汽车的总布置设计，其任务是使所设计的产品达到设计任务书所规定的整车参数和性能指标的要求，并将这些整车参数和性能指标分解为有关总成的参数和功能。2.汽车设计的特点
①系列化，标准化，通用化（图1-2）。图1-2 系列化，标准化，通用化
②使用条件的复杂多变（图1-3）。图1-3 使用条件的复杂多变
③重视汽车使用中的安全、可靠、经济与环保（图1-4）。图1-4 安全、可靠、经济与环保
④车身设计既重视工程要求，又注重外观造型（图1-5）。
⑤在保证可靠性的前提下，尽量减小汽车的自身质量。和固定的机械设备不同，作为运输用的汽车，其自身质量直接影响其燃油经济性。和单件生产/小批量生产的产品不同，作为大批量生产的汽车，减轻其自身质量可节约大量的制造材料，降低生产成本。合理地减轻汽车的自身质量，会给汽车工业和汽车运输业带来巨大的经济效益。最优化设计方法可满足这方面的设计要求。图1-5 外观造型
⑥设计要在有关标准和法规的指导下进行。除设计图样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和推荐性标准。强制性标准主要有整车尺寸限制标准、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。为使我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）制定的一些标准和美国国家标准协会（ANSl）、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）以及联合国欧洲经济委员会（ECE）、欧洲经济共同体（EEC）所制定的汽车法规。
⑦汽车设计是考虑人机工程、交通工程、制造工程、运营工程、管理工程的系统工程（图1-6）。
要点
汽车设计具有使用条件复杂、涉及领域广、专业性强、安全法规要求多、三化要求高的特点。图1-6 系统工程1.2 设计步骤
现代汽车向清洁、节能、安全和智能方向发展，夹在质量和成本间的汽车设计数据空间越来越小。这就提出了精益设计等一系列课题，主要表现在以下几个方面：
①电子和电气产品的比重不断加大。新的电子产品，如电喷、ABS、安全气囊等控制系统核心都是汽车电子产品。汽车机电一体化速度加快。汽车电子产品工作条件恶劣，对产品性能和可靠性的要求又极为严格，产品一旦失效，将对安全造成威胁，所以汽车的电磁分析及电磁兼容性（EMC）研究已提到了议事日程。
EMC研究涉及电-磁-热-流体-压电-结构的多学科交叉分析。传统的有限元分析软件已不能满足电磁产品精益设计的要求，具有多物理场仿真功能的有限元分析软件ANSYS为此提供了合适的工具。
在设计中，采用场-路结合的方法模拟电动机电磁场分析，取得部件磁场分布，如气隙磁场、转子力矩、空载及负载的特性帮助产品设计。使用ANSYS分析轻而易举地解决了电动机定向晶粒钢材非线性磁流限值问题，在提高钢材磁密度的同时减少铜线的损失，设计出了轻量化电动机。
②非线性分析进入实用化阶段。世界上任何事物的本质都是非线性的，但在传统设计中常常简化为线性。现在，精益设计呼唤非线性分析。ANSYS软件强大方便的非线性能力满足了这个要求。
③系统分析在汽车设计中越来越重要。相关部件间的载荷传递一般无明确的规律，单个零部件的工况就不甚明确，这给汽车零部件分析增加了困难；而今ANSYS为汽车业提供的解决方案允许将分析对象扩大至总成系统直至整车，从而绕过了零部件内部复杂的受力关系这一难题，使得分析结果更加符合实际。
④动力学分析和弹性体分析结合。传统上动力学分析的对象只能是刚体，应力分析的弹性体只能是被约束的。悬架系统的动力学分析现在不需要对各机构部件刚化，可以在考虑结构弹性的同时分析其运动情况和工作时间的应力响应，可以大幅度提高分析精度。1.2.1 汽车设计的设计过程
1.制订产品开发规划
在汽车产品开始技术设计之前，必须制订产品开发规划。首先，必须确定具体的车型，就是打算生产什么样的汽车。其次是进行可行性分析，根据用户需求、市场情况、技术条件、工艺分析、成本核算等，预测产品是否符合需求，是否符合生产厂家的技术和工艺能力，是否对国民经济和企业有利。第三步是拟定汽车的初步方案，通过绘制方案图和性能计算，选定汽车的技术规格和性能参数。最后一步是制订出设计任务书，在其中写明对汽车形式、各个主要尺寸、主要质量指标、主要性能指标以及各个总成的形式和性能等具体的要求。
产品开发的前期工作，是分析各方面的影响因素，明确产品开发的目的和工作方向。否则，不经过周密调查研究与论证，盲目上马，轻则会造成产品先天不足，投产后问题成堆；重则会造成产品不符合需求，在市场上滞销，带来重大损失。
在产品开发的前期，企业为了进行各种研究与探讨，概念设计和概念车在近年来逐渐兴起。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。概念设计同样需要研究产品的开发目的、技术水平、企业条件、目标成本、竞争能力等。概念设计可能只停留在图样上和文件上的描述，成为“虚拟的”概念车，也可能制造出实体的样车供试验和研究。概念设计可能只是一种参考方案或技术储备，也有可能纳入正式的产品开发规划。所以概念设计不仅只供产品开发参考，也有可能成为正式产品开发规划的重要部分，成为新一代车型的初步设计。
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