1.5 汽车现代设计

1.5.1 汽车形式的确定

汽车总体设计的首要任务之一就是确定汽车的型号和形式。汽车的形式主要是指其轴数、驱动和布置形式。下面介绍确定汽车布置形式的基本方法。

1. 汽车的轴数

汽车可以采用两轴、三轴、四轴甚至更多的轴数。影响选取轴数的因素主要有汽车的总质量、轮胎的负荷能力和道路法规对轴载质量的限制以及汽车的结构等。

随着设计汽车的乘员数增多或装载质量增加，汽车的整备质量和总质量也在增大。在轴数不变的情况下，汽车总质量增加以后，公路承受的负荷也增加。一旦负荷超过了公路设计的承载能力，公路就会产生损坏，使用寿命也将缩短。为了提高公路寿命、保护公路，有关部门制定了道路法规，对汽车的轴载质量加以限制。当所设计的汽车总质量增加到轴荷不符合道路法规的限定值时，设计师可选择增加汽车轴数来解决。汽车轴数增加后，车轮、制动器、悬架等部件也要相应增多，使整车结构变得更加复杂，整备质量以及制造成本增加。若转向轴数不变，汽车的最小转弯直径又增大，后轴轮胎的磨损速度也加快，所以增加汽车轴数是不得已的选择。包括乘用车以及汽车总质量小于19t的公路运输车辆和轴荷不受道路、桥梁限制的不在公路上行驶的车辆，如矿用自卸车等，均采用结构简单、制造成本低廉的两轴方案。总质量在19～26t的公路运输车采用三轴形式，总质量更大的汽车宜采用四轴和四轴以上的形式。

2. 汽车的驱动形式

汽车的驱动形式常用如下代号表示，如4×2、4×4、6×6等，其中第一个数字代表车轮总数，第二个数字代表驱动轮数。下面介绍各类汽车的常用驱动形式。

（1）公路车辆（轿车、运输车）

一般采用非全轮驱动形式（即在车轮总数中有非驱动轮），常用的形式有：

① 4×2，其特点是结构简单、制造成本低，在轿车及总质量 m <18t的公路用车（见图1-8）上得到广泛应用。

② 6×4或6×2，在总质量 m 超过18t、低于26t（18t< m <26t）的运输车上得到广泛应用。

③ 8×4，在总质量 m >26t的运输车上得到了广泛应用。

（2）重型矿用自卸车

这类车辆的使用特点是活动场地小，要求机动性高，即转弯半径小，多采用短轴距的4×2形式，少数采用4×4或6×4。

（3）越野车

为提高通过性，一般采用全轮驱动形式。主要有：轻型越野车一般采用4×4形式，如图1-9所示；中型越野车一般采用4×4或6×6形式；装载质量>5t的军用越野车普遍采用6×6或8×8形式。采用全轮驱动可以提高通过性，但结构复杂、质量大、传动系效率低、油耗大。

3. 布置形式

汽车的布置形式是指发动机、驱动桥和车身或驾驶室的相互关系和布置特点。汽车的使用性能除取决于整车和各总成的有关参数以外，其布置形式对使用性能也有重要影响。

（1）乘用车布置形式

乘用车的布置形式主要有发动机前置前轮驱动（FF）、发动机前置后轮驱动（FR）、发动机后置后轮驱动（RR）三种，如图1-10所示。少数乘用车采用发动机前置全轮驱动。

1）发动机前置前轮驱动（FF）。这种布置形式目前在发动机排量为2.5L以下的乘用车上得到广泛应用，主要是因为有下述优点：与后轮驱动的乘用车比较，前轮驱动乘用车的前桥轴荷大，有适度的不足转向性能；因为前轮是驱动轮，所以具有较高的越过障碍的能力；主减速器与变速器在一个壳体内，形成紧凑的动力总成结构，且在变速器与主减速器之间不需要传动轴，可降低车内地板的凸包高度，有利于乘坐舒适性的提高；发动机布置在轴距外时，可以缩短汽车的轴距，有利于提高汽车的机动性；在汽车前部布置汽车散热器，散热条件好，有利于发动机冷却；行李舱布置在汽车后部，空间较大；容易改装为救护车或客货两用车；供暖机构简单，管路短，供暖效率高；发动机、离合器、变速器与驾驶人位置近，操纵机构简单；发动机横置时能缩短汽车的总长，消除了传动轴等因素的影响，减少了汽车消耗的材料，降低了整备质量；发动机横置时，原主减速器用圆柱齿轮取代了锥齿轮，降低了制造难度，在装配和使用时也不必对齿轮进行调整，变速器和主减速器可以使用同一种润滑油。

发动机前置前轮驱动乘用车的主要缺点是：

前轮驱动的转向结构和制造工艺均复杂，需要安装等速万向节；前桥负荷比后轴负荷重，并且前轮又是转向轮，故前轮工作条件恶劣，轮胎寿命短；上坡行驶时因驱动轮上的附着力减小，汽车爬坡能力降低，特别是在爬泥泞的坡道时，驱动轮容易出现打滑并使汽车丧失操纵稳定性；由于后轴负荷小且制动时轴荷前移，后轮易抱死，引起汽车侧滑；发动机横置时受空间限制，总体布置工作困难，维修与保养时的接近性变差；若发生正面碰撞事故，因发动机及其附件损失较大，维修费用高。

发动机前置前轮驱动时，发动机可以横置或纵置，也可以布置在轴距外、轴距内或者前桥上方。不同的发动机布置方案，对前排座椅的位置、汽车总长、轴距、车身造型、轴荷分配、整备质量、主减速器齿轮形式以及发动机的接近性等均有影响。当发动机横置或纵置在前桥前方时，前排座椅及前围板可以前移，特别是发动机横置时允许的前移量较大，汽车的轴距及总长均能缩短，整备质量随之减小。发动机纵置在前桥前会使汽车前悬、前轴荷增加，所以此时宜采用轴向尺寸短些的发动机。若发动机布置在前轴之后，受此影响前围板和座椅需后移，同时汽车的轴距和总长均增长、整备质量增加，但前悬缩短，发动机的可接近性变好，且这种方案的轴荷分配较为合理。

2）发动机前置后轮驱动（FR）。发动机前置后轮驱动乘用车主要优点如下：轴荷分配合理，有利于提高轮胎的使用寿命；前轮不做驱动轮，因而不需要采用等速万向节，有助于节约制造成本；操纵机构简单；采暖机构简单，且管路短供暖效率高；发动机冷却条件好；上坡行驶时，驱动轮附着力增大，爬坡能力增强；比较容易改装为客货两用车或救护车；有足够大的行李舱空间；因变速器与主减速器分开，故拆装、维修容易；发动机的可接近性良好。

发动机前置后轮驱动乘用车的主要缺点是：因为车身地板下方有传动轴，所以地板上有凸起的通道，导致后排座椅中部座垫的厚度减薄，降低乘坐舒适性；汽车与其他物体出现正面碰撞时，易导致发动机进入客舱，对前排乘员造成严重伤害；汽车的总长、轴距均较长，整车整备质量增大，同时对汽车的燃油经济性和动力性产生不利影响。发动机前置后轮驱动乘用车因客舱较长，乘坐空间较为宽敬，行驶平稳，故在发动机排量较大的乘用车上得到应用。

3）发动机后置后轮驱动（RR）。对于发动机后置后轮驱动乘用车，除了动力总成（包括发动机、离合器、变速器和主减速器）布置成一体而使结构紧凑以外，还有下述优点：因为发动机后置，汽车前部高度有条件降低，改善了驾驶人视野；同时排气管不必从前部向后延伸，加上可以省掉传动轴，故客舱内地板凸包只需要有较低的高度用来容纳操纵机构的杆件和加强地板刚度即可，这就改善了后排座椅中间座位乘员出入的条件；整车整备质量小；乘客座椅能布置在舒适区内；上坡行驶时，由于驱动轮上附着力增加，提高了爬坡能力；当发动机布置在轴距外时轴距短，汽车机动性能好。

发动机后置后轮驱动乘用车的主要缺点是：后桥负荷重，使汽车具有过多转向倾向，操纵性变差；前轮附着力小，不利于高速行驶时转向，影响操纵稳定性；行李舱在前部，受转向轮转向时要占据一定空间和改善驾驶人视野的影响，行李舱体积不够大；因动力总成在后部，距驾驶人较远，导致操纵机构复杂；驾驶人不易发现发动机故障；发动机后置不利于发动机冷却和前风窗玻璃除霜，而且发动机工作噪声容易传给乘员，汽车发生追尾又会对后排乘员构成危险；受发动机高度影响，改装为客货两用车或救护车困难。因此目前乘用车极少采用发动机后置后轮驱动方案。

（2）商用车布置形式

1）客车布置形式。客车的布置形式有发动机前置前轮驱动、发动机前置后轮驱动、发动机后置后轮驱动和发动机中置后轮驱动等。

① 发动机前置前轮驱动。发动机前置前轮驱动的布置形式比较少见，一般用于特种客车，如机场摆渡车等。此类客车一般具有较大轴距和较长的车体，驾驶区一般需要单独隔离，故常采用发动机前置前轮驱动。采用这种布置形式的主要优点是操纵方便，乘客区较为宽敞，方便上下车辆，乘客区噪声较低等。缺点是由于发动机前置，离合器、变速器和主减速机构等全部集中于车身前部，转向等机构聚集在一起，使结构复杂，布置困难；前转向驱动桥的产量较低，价格较高。

② 发动机前置后轮驱动。早期的客车大多由货车底盘改装而来，沿用货车的发动机前置后轮驱动形式。采用这种布置形式的主要优点是与货车通用部件多，便于由货车改装生产，便于发动机的冷却以及动力和操纵机构相对简单等。缺点是布置座椅时会受到发动机的限制，地板平面距地面较高，传动轴长，难以隔离发动机的振动，舒适性差；采用前开门布置会使前悬加长，同时可能使前轴超载。

③ 发动机后置后轮驱动。发动机后置后轮驱动是目前客车中较为常见的布置形式，当发动机纵置时，能较好地隔离发动机的噪声、气味、热量，方便检修发动机，轴荷分配合理，使车厢后部的乘坐舒适性得到改善。当发动机横置时，车厢面积得到较好的利用，并且发动机对座椅布置影响较小；缺点是发动机冷却条件不好，且动力总成操纵机构复杂，发动机故障不易被发现。

④ 发动机中置后轮驱动和发动机侧置后轮驱动。发动机中置后轮驱动是旅游客车中较为常见的布置形式，采用这种布置形式的主要优点是轴荷分配合理，传动轴短，车厢面积利用最好且座椅布置不受发动机的限制。缺点是发动机必须采用水平对置式，且需要布置在地板下部，给发动机检修带来不便；发动机在寒带的保温条件和热带的冷却条件均不好；动力总成操纵机构复杂。

2）货车布置形式。按驾驶室与发动机相对位置的不同，货车可以分为长头式、短头式和平头式等形式。

① 长头式。长头式货车的发动机位于驾驶室前部，发动机完全凸出在驾驶室前部，有独立的发动机舱和盖罩，如图1-11a所示。这种布置形式的主要优点是驾驶室相对靠后，正面碰撞的缓冲区长，安全系数高；发动机维修的接近性好；驾驶室离发动机较远，振动、噪声和热量对驾驶室的影响较小；发动机散热性能好；驾驶室的地板高度较低，上下车比较方便，驾驶室布置容易；汽车的操纵机构简单，易于布置；轴荷分配比较合理。缺点是车身前部较长；转弯半径较大；由于车头部分体积较大，货厢相对整车的面积利用率较低；由于车头凸出，前部视野差。

② 短头式。发动机的一部分伸入驾驶室内，一部分凸出在驾驶室之前，如图1-11b所示。这种布置形式的主要优点是相对于长头式货车，其视野有显著提高；货箱的面积利用率提高；改善了长头式货车机动性能不好和外形尺寸过大的不足。缺点是由于驾驶室前移，发动机占用了部分驾驶空间，故需抬高驾驶室地板，影响驾乘人员出入的方便性；发动机的接近性和维修方便性变差；发动机的振动、噪声和热量较容易传入驾驶室；驾驶室布置较困难。

③ 平头式。

a. 发动机位于前轴之上、驾驶室的正下方。该布置形式的发动机完全伸入到驾驶室内，发动机舱盖位于正副驾驶人座位中间，如图1-11c所示。其优点是可以获得最短的轴距和车长，由于减小了车身的尺寸，可以降低整车整备质量；机动性和视野良好；驾驶区缩短，可以大大提高后货箱面积的利用率。缺点是驾驶室容易受到发动机振动、噪声、热量等的影响；发动机占用部分驾驶室空间，发动机舱盖凸出于驾驶室内正副驾驶人座位之间，中间不易布设座位；大多数采用翻转式驾驶室，操纵机构相对复杂；驾驶室地板高，一般采用多级踏步，上下车不便。

b. 发动机位于前轴之后、驾驶室的后下方。这种布置形式将发动机布置于驾驶室后下方，如图1-11d所示，这也属于平头车的一种。该方式可以布置三人座椅，且中间座椅处没有很高的凸起，目前应用广泛。

3）越野车布置形式。越野车特别是轴数多的越野车，主要是在传动系、轴距和采用转向轮的方案上有较大的区别。不同方案对传动系的复杂程度、汽车的通过能力、最小转弯直径以及零件的互换性等有影响。根据驱动桥数不同，越野车分为4×4、6×6、8×8等形式。图1-12为拥有非贯通式驱动桥的6×6越野汽车，特点是动力由发动机传至分动器，然后从分动器传给各桥时，是经分动器的三个输出轴和万向节传动轴分别传给三个桥。

图1-13为具有贯通式驱动桥的8×8越野汽车布置方案简图。其布置特点是从分动器输出的动力传至各桥时所经过的各传动轴，皆布置在同一纵向铅垂平面内，且通往一或四驱动桥的传动轴要穿过第二或第三驱动桥。这种布置方案的万向节使传动轴数不仅少而且桥壳、半轴等零部件有互换的可能（视转向轮的方案而定）。图1-14所示为8×8越野汽车传动机构侧边布置示意图。除此之外，还有采用传动轴混合式布置方案的。

在桥数相同的条件下，桥数多的越野汽车有多个轴距。如图1-12所示，三桥越野汽车的第一桥与第二桥和第二桥与第三桥之间各有轴距 L ₁ 和 L ₂ ，而图1-13和图1-14所示的四桥越野汽车有三个轴距 L ₁ 、 L ₂ 和 L ₃ 。对三桥越野汽车，图1-12a所示的轴距布置方案为常见方案： L ₁ > L ₂ ；为了提高汽车通过能力，有些越野汽车采用减小轴距、增加轴距 L ₂ 并使 L ₁ = L ₂ 的布置方案（图1-12b）；也有的越野车采用方案 L ₂ > L ₁ （图1-12c）。8×8越野汽车可选用的轴距布置方案较多，如图1-13a～d所示。

当越野汽车桥数多且轴距长时，常因为使用条件不好而要求有较小的最小转弯直径来提高汽车的机动性。采用多桥转向能减小最小转弯直径。6×6越野汽车采用图1-12a所示方案时，其前桥为转向驱动桥；而采用图1-12b所示方案时，可采用第一桥和第二桥或第一桥和第三桥的车轮转向；采用图1-12c所示方案时应采用第一桥和第二桥车轮转向。对于图1-13b、c，应采用第一桥和第二桥车轮转向方案；而对于图1-13a，可以用第一桥和第二桥或第一桥和第四桥车轮转向；对于图1-13d，采用第一桥和第四桥车轮转向是合理的。增加转向轮不仅能减小汽车最小转弯直径，还有利于减少轮胎磨损。但是随着转向轮数的增加，采用等速万向节的数量也相应增多，并且转向传动机构也更复杂、转向沉重，此时必须采用动力转向，增加了制造成本。4×4越野汽车因车桥少，与6×6或8×8越野汽车比较，结构简单，制造成本低，在总质量比较小的越野汽车上得到广泛的应用。6×6越野汽车的总体结构要比4×4越野汽车复杂，但在总质量较大的越野车上得到应用。

1.5.2 汽车主要参数及发动机的选择

汽车的主要参数包括尺寸参数、质量参数和汽车性能参数。

1. 汽车主要尺寸的确定

汽车的主要尺寸参数有外廓尺寸、轴距、轮距、前悬、后悬、货车车头长度和车厢尺寸等。

（1）外廓尺寸

汽车的长、宽、高称为汽车的外廓尺寸。在公路和市区内行驶的汽车的最大外廓尺寸有专门的法律法规进行限制，因此不能随意确定，而有些非公路用车辆可以不受法规限制。除法规和汽车的用途以外，还有载客量或装载质量及涵洞和桥梁等道路尺寸条件。汽车长度尺寸小，一些不仅可以减小行驶期间需要占用的道路长度，还可以增加车流密度，在停车时占用的停车场地面积也小。除此之外，汽车的整备质量也相应减小，这有利于提高比功率、比转矩和燃油经济性。GB 1589—2016《汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值》对车辆长度、宽度和高度作了规定，如货车长度不应超过12m，单铰接客车长度不超过18m，半挂车长度不超过13.75m，货车列车长度不超过20m；半挂车宽度不超过2.55m；低速货车高度不超过2.5m等。

乘用车的总长 L _a 是轴距 L 、前悬 L _F 和后悬 L _R 之和。它与轴距的关系为

式中， C 是比例系数， C =0.52～0.66，对发动机前置前轮驱动汽车， C =0.62～0.66；对发动机后置后轮驱动汽车， C =0.52～0.56。

乘用车宽度尺寸由乘员空间和车门等装置来决定，同时必须保证发动机、车架、悬架、转向系统和车轮的布置要求。与车辆总长 L _a 的关系为

B =( L _a / 3) + 195(mm)±60(mm)

式中， B 是乘用车总宽度。对于后座乘三人的乘用车， B 不应小于1410mm。

影响乘用车总高 H _a 的因素主要有轴间底部离地高度 h _m 、地板及下部零件高度 h _p 、室内高度 h _B 和车顶造型高度 h _t 等。轴间底部离地高度 h _m 应大于最小离地间隙 h _min 。由座位高、乘员上身长和头部及头上部空间构成的室内高度 h _B 一般在1120～1380mm之间。车顶造型高度 h _t 在20～40mm之间。

（2）轴距 L

轴距对汽车总长、最小转弯直径、整备质量、纵向通过半径及传动轴长度等都有影响。当轴距短时，上述各指标相应减小。此外，轴距还对轴荷分配、传动轴夹角等有影响，轴距必须在合适的范围内选取。过短的轴距会使车厢长度不足或后悬过长；上坡或制动时轴荷转移过大，汽车操纵稳定性和制动性能变差；车身纵向角振动增大，不利于提升汽车平顺性；万向节传动轴的夹角增大。

原则上发动机排量大的乘用车以及装载质量较大的货车或载客量较大的客车，轴距取得长；对机动性能要求高的汽车，轴距应该取短些。为了满足市场需求，汽车厂商在标准轴距货车的基础上，生产出轴距不同的变型车，其轴距变化推荐为0.4～0.6m。表1-1提供的数据可供初选轴距时参考。

（3）前轮距 B ₁ 和后轮距 B ₂

汽车轮距 B 对车厢或驾驶室内宽度、汽车总宽、总质量、最小转弯直径、侧倾刚度等有影响。增加前轮距，可以增加驾驶室内宽度，有利于增加侧倾角，但汽车总宽度和总质量会有所增加，同时会影响到最小转弯直径。国家标准规定汽车总宽不得超过2.55m，所以轮距不宜过大。但在取定的前轮距 B ₁ 范围内，应能布置相应总成，如发动机、车架、前悬架和前轮等，并保证前轮有足够的转向空间，同时转向杆系与车架、车轮之间有足够的运动间隙。在确定后轮距 B ₂ 时应考虑两纵梁之间的宽度、悬架宽度和轮胎宽度及它们之间应留有必要的间隙。各类汽车的轮距可参考表1-2提供的数据进行初选。

（4）前悬 L _F 和后悬 L _R

汽车的前悬和后悬尺寸根据总布置要求最后确定。前悬尺寸对汽车通过性、驾驶人视野、碰撞安全性、前钢板弹簧长度、上车和下车的方便性以及汽车造型等均有影响。增加前悬尺寸，将减小汽车的接近角，降低汽车通过性，并使驾驶人视野变差。对平头汽车，前悬还会影响从前门上、下车的方便性。对于长头车，前悬主要受到前保险杠、发动机、风扇、散热器等部件的影响，长头货车前悬一般在1100～1300mm的范围内。后悬尺寸对汽车通过性、汽车被追尾时的安全性、货箱长度或行李舱长度以及汽车造型等都有影响，并取决于轴距和轴荷分配的要求。后悬变长会使汽车离去角减小，导致通过性降低；而后悬短的乘用车行李舱尺寸较小。客车后悬长度不得超过轴距的65%，绝对值不大于3500mm；总质量为1.8～14.0t的货车后悬一般在1200～2200mm之间，特长货箱的汽车后悬可达到2600mm，但不得超过轴距的55%。

（5）货车车头长度

货车车头长度是指从汽车的保险杠到驾驶室的距离。车头长度尺寸对汽车外观、驾驶室的容积、发动机维修的方便性都有很大影响。一般来说，长头型货车车头长度一般控制在2500～3000mm，平头型货车车头长度一般控制在1400～1500mm。

（6）货车车厢尺寸

货车车厢的尺寸要求在运送集装箱和袋装货物时能装至额定吨数。车厢边板高度影响汽车质心高度和装卸货物的方便性，范围一般在450～650mm内。在汽车外宽符合国家标准的前提下车厢内宽应适当取大些，有利于缩短车厢长度和边板高度。行驶时能达到较高车速的货车，使用过宽的车厢会增加汽车迎风面积，导致空气阻力增加。在能满足运送额定吨位货物的前提下车厢内长应尽可能取小些，以利于减小整备质量。

2. 汽车质量参数的确定

汽车质量参数包括汽车的载客量和装载质量 m _e 、整车整备质量 m ₀ 及估算、汽车总质量 m _a 、质量系数 和轴荷分配等。

（1）汽车的载客量和装载质量 m _e

1）汽车的载客量：乘用车的载客量包括驾驶人在内不超过9个（9座），属于M1类汽车，其他M2、M3类汽车的座位数、乘员数及汽车的最大设计总质量参见国家标准GB/T 15089—2001。

2）汽车的装载质量是指在硬质良好路面上行驶时所允许的额定装载量。汽车在碎石路面上行驶的装载质量为在好路面上行驶的75%～85%。越野汽车的装载质量是指越野行驶时或在土路上行驶时的额定装载量。为确定货车装载质量 m ₀ ，首先应确认企业商品规划，其次要考虑到汽车的用途和使用条件。原则上货流大、运距长或矿用自卸车应采用大吨位货车；为了提高经济性，货源变化频繁、运距短的市内运输车采用中小吨位的货车。

（2）整车整备质量 m ₀ 及估算

整车整备质量是指车上带有全部装备（包括随车工具、备胎等），加满燃料和水，但没有装货且未载人时的整车质量。整车整备质量影响汽车的成本和使用经济性。目前，尽可能减小整车整备质量是为了通过降低整备质量增加装载量或载客量，抵消因满足安全标准、排气净化标准和噪声标准所带来的整备质量的增加，节约燃料。减小整车整备质量的措施包括用计算机优化设计；增加铝与复合材料在汽车上的应用比例；改善汽车各总成以及零件的结构，充分发挥强度，减小结构尺寸和用料量；采用承载式车身；提高轮胎的可靠性，去掉备胎等。减小整车整备质量，是汽车设计工作中必须遵守的一项重要原则。估算整车整备质量时，主要考虑的是既要保持先进性又要保持可行性。在总体设计阶段，往往需要预先估算这一数值，其方法如下：

1）对同级构造的相似样车及其部件的质量进行测定和分析，在此基础上初步估计出整车整备质量。

2）在没有样车参考时，首先为新车选择一个适当的质量系数 ，此系数定义为汽车装载质量 m _e 与整车整备质量 m ₀ 之比，即

该系数反映了汽车的设计水平和工艺水平， 值越大，说明该汽车的结构和制造工艺越先进。要达到较高的质量系数，就需要努力减轻零部件的自身重量，为达到这种目的，在材料、制造以及设计方面都要采取有效措施。在参考同类型汽车选定 （表1-2）以后，可根据给定的 m _e ，计算整车整备质量 m ₀ 。

乘用车和商用客车的整车整备质量，也可按每人所占汽车整车整备质量的统计平均值估算，见表1-3。

（3）汽车总质量 m _a

汽车总质量是指装备齐全，并按规定载满客、货时的整车质量。乘用车和商用客车的总质量由整车整备质量 m ₀ 、乘员和驾驶人质量以及乘员的行李质量三部分构成，其中乘员和驾驶人每人以65kg计，即

式中， n 是包括驾驶人在内的载客数； α 是行李系数，可按表1-4提供的数据选用。

商用货车的总质量 m _a 由整备质量 m ₀ 、载质量 m _e 和驾驶人及随行人员质量三部分组成，即

式中， n ₁ 是包括驾驶人及随行人员在内的人数，应等于座位数。

（4）轴荷分配

汽车的轴荷分配是指汽车在空载或满载静止状态下，各车轴对支承平面的垂直负荷，也可以用占空载或满载总质量的百分比来表示。

轴荷分配是汽车的重要质量参数，它对汽车的轮胎寿命和汽车的许多使用性能都有影响。对轴荷分配有如下要求：考虑到要使各轮胎磨损均匀和寿命相近，各个车轮的负荷应相差较小；为了确保汽车有良好的动力性和通过性，驱动桥的负荷应足够大，而从动轴上的负荷可以适当减小，以利于减小从动轮滚动阻力和提高在坏路面上的通过性；为了保证汽车有良好的操纵稳定性，又要求转向轴的负荷不应过小。

由上可知，各使用性能对轴荷分配参数的要求是相互矛盾的，这就要求设计时应根据对整车的性能要求、使用条件等，合理地选取轴荷分配。汽车的驱动形式与发动机位置、汽车结构特点、车头形式和使用条件等均对轴荷分配有显著影响。如发动机前置前轮驱动乘用车和平头式商用货车的前轴负荷较大，而长头式货车的前轴负荷较小。常在坏路上行驶的越野汽车，前轴负荷应该小些。当总体布置进行轴荷分配计算不能满足预定要求时，可通过重新布置某些总成、部件（如油箱、备胎、蓄电池等）的位置来调整。必要时，改变轴距也是可行的方法之一。各类汽车的轴荷分配见表1-5。

3. 汽车性能参数的确定

（1）动力性参数

汽车动力性参数包括最高车速 v _{a max} 、加速时间 t 、上坡能力、比功率和比转矩等。

1）不同车型的最高车速 v _{a max} 的范围见表1-6。

2）汽车在平直的良好路面上，从原地起步开始以最大加速度加速到一定车速所用去的时间，称为加速时间。对于最高车速 v _max >100km/h的汽车，加速时间常用车辆从静止加速到100km/h所需的时间来评价，例如发动机排量大于1.6L的乘用车，此值一般为8～17s，发动机排量小些的乘用车为12～25s。对于 v _max 低于100km/h的汽车，加速时间可用车辆从静止加速到60km/h所需的时间来评价。

3）上坡能力用汽车满载时在良好路面上的最大坡度阻力系数 i _max 来表示。因乘用车、货车、越野汽车的使用条件不同，对它们的上坡能力要求也不一样。通常要求货车能克服30%坡度，越野汽车能克服60%坡度。

4）汽车比功率 P _b 、比转矩 T _b 。比功率 P _b 是汽车所装发动机的标定最大功率 P _max 与汽车最大总质量 m _a 之比，即 P _b = P _emax / m _a 。它综合反映了汽车的动力性，比功率大的汽车的最高车速、加速性能要好于比功率小的汽车。乘用车的比功率明显大于货车和客车。发动机排量较大的乘用车的比功率要大于排量较小的乘用车，而货车的比功率随总质量 m _a 的增加而减小。为保证路上行驶车辆的动力性不低于一定的水平，防止某些动力性能差的车辆阻碍交通，应对车辆的最小比功率作出规定。我国GB 7258—2017《机动车运行安全技术条件》规定：低速汽车及拖拉机运输机组的比功率应大于等于4.0kW/t，除无轨电车、纯电动汽车外的其他机动车的比功率应大于等于5.0kW/t。比转矩 T 是汽车所装发动机的最大转矩 T _emax 与汽车总质量 m _a 之比， T _b = T _emax / m _a 。它能反映汽车的牵引能力。不同车型比功率和比转矩范围见表1-7。

（2）燃油经济性参数

汽车的燃油经济性用汽车在水平的水泥或沥青路面上，以经济车速或多工况满载行驶百公里的燃油消耗量（L/100km）来评价。该值越小，燃油经济性越好。发动机排量小的乘用车要求百公里燃油消耗量要低于排量大的乘用车（表1-7）。未来的发展趋势是百公里油耗量继续减少，如正在研制的超经济型乘用车的目标百公里燃油消耗量为3L/100km。

货车有时用单位质量的百公里燃油消耗量来评价（表1-8）。

（3）汽车最小转弯直径 D _min

影响汽车 D _min 的因素有两类：与汽车本身有关的因素和法规及使用条件对 D _min 的限定。前者包括汽车轴距、轮距、汽车转向轮最大转角以及转向轮数（如全轮转向）等对汽车最小转弯直径均有影响，除此之外，有关的国家法规规定和汽车的使用道路条件对 D _min 的确定也是重要的影响因素。转向轮最大转角越大，轴距越短，轮距越小和参与转向的车轮数越多时，汽车的最小转弯直径越小，表明汽车在停车场上调头和通过弯道半径较小路段的能力越强。对机动性要求高的汽车， D _min 应取小些。

各类汽车的最小转弯直径 D _min 见表1-9。

（4）通过性几何参数

总体设计要确定的通过性几何参数有：最小离地间隙 h _min ，接近角 γ ₁ ，离去角 γ ₂ ，纵向通过半径 ρ ₁ 等。各类汽车根据车型和用途通过性参数也不同，其范围见表1-10。

（5）操作稳定性参数

汽车操纵稳定性的评价参数较多，与总体设计有关并能作为设计指标的有：

1）转向特性参数。为了保证有良好的操纵稳定性，汽车应具有一定程度的不足转向。通常汽车以0.4 g 的向心加速度沿着一个定圆转向时，前、后轮侧偏角之差 δ ₁ -δ ₂ ，作为评价参数，此参数在1°～3°为宜。

2）车身侧倾角。汽车以0.4 g 的向心加速度沿定圆等速行驶时，车身侧倾角控制在3°以内较好，最大不允许超过7°。

3）制动前俯角。为了不影响乘坐舒适性，要求汽车以0.4 g 的减速度制动时，车身的前俯角不大于1.5°。

（6）制动性参数

汽车制动性是指汽车在制动时，能在尽可能短的距离内停车且保持方向稳定，下长坡时能维持较低的安全车速并有在一定坡道上长期驻车的能力。目前常用制动距离 s _t 、平均制动减速度 j 和行车制动的踏板力及应急制动时的操纵力来评价制动效能。GB 7258—2017规定的制动距离和制动稳定性要求见表1-11。

（7）舒适性

舒适性应包括平顺性、车内噪声、空气调节性能（温度、湿度等）、乘坐环境（活动空间、车门及通道宽度、内部设施等）及驾驶人的操作性能。

其中，垂直振动参数常用于评价汽车行驶平顺性，包括频率和振动加速度等，此外悬架动挠度也用来作为评价参数之一。各类汽车的悬架静挠度、动挠度和偏频见表1-12。

4. 发动机选择

（1）发动机形式选择

发动机详细分类如图1-15所示。

1）发动机种类的选择。目前绝大多数燃油汽车安装的都是往复式内燃机。在此讨论的发动机选型就是针对这种发动机的。

往复式内燃机可分为汽油机和柴油机两大类。目前，汽油机主要用于轻型汽车，例如轿车、微型和小型客车、微型和轻型货车等。这主要是因为汽油机具有质量和尺寸小、转矩适应性好、单位功率大、振动和噪声小、工作柔和、成本较低等优点。大型汽车已经柴油化，中型汽车也多采用柴油机。主要原因是与汽油机相比，柴油机的燃油经济性更好、使用成本低。柴油机的缺点主要是尺寸和质量大、转速低、单位功率较低、振动和噪声比较大、成本高、易生黑烟等，这限制了其在轿车等轻型汽车上的应用。近年来，随着柴油机技术的进步，上述缺点在一定程度上得到了克服，并且提高了转速，使其在一些轻型车和轿车上得到了应用，特别是在欧洲。但是，目前用在轻型车和轿车上的主流发动机还是汽油机。

2）发动机气缸排列形式的选择。按照气缸排列方式的不同，内燃机可以分成直列式、水平对置式和V形发动机。直列式发动机具有结构简单、宽度小，布置方便的特点，应用最为广泛。但是发动机气缸数增多时长度增大，影响在汽车上的布置。因此，直列式发动机的气缸数不超过6个。V形发动机的优点有长度短、高度低、曲轴刚度大等，被广泛应用在大型轿车和发动机长度受限的重型货车上。但是，由于其宽度比较大，在很多车辆上布置困难，造价也高。水平对置式发动机的主要优点是平衡好、高度低，在一些微型车及跑车上得到了应用。

3）发动机冷却方式的选择。发动机的冷却有风冷和水冷两种方式。风冷的优点是冷却系统简单、维修方便、对沙漠和异常气候的适应性好。但是，其存在冷却不均匀、功率消耗大、噪声大等缺点，故在汽车上应用不多。如今大部分汽车都采用水冷发动机。水冷的优点包括冷却均匀、工作可靠、噪声小、功率消耗小、能解决车内供暖等。

（2）发动机性能参数选择

1）发动机最大功率 P _emax 和相应转速 n _p 。根据所设计汽车应达到的最高车速 v _{a max} (km/h)，估算发动机最大功率为

式中， P _emax 为发动机最大功率（kW）； η _T 为传动系效率，对驱动桥用单级主减速器的4×2汽车可取为90%； m _a 为汽车总质量（kg）； g 为重力加速度（m/s ² ）； f _r 为滚动阻力系数，对乘用车 f _r =0.0165×[1+0.01( v _a -50)]，对货车取0.02，矿用自卸车取0.03， v _a 用 v _{a max} 代入； C _D 为空气阻力系数，乘用车取0.30～0.35，货车取0.80～1.00，客车取0.60～0.70； A 为汽车正面投影面积（m ² ）。

按式（1-6）估算的 P _emax 为发动机装有全部附件时测定得到的最大有效功率，约比发动机外特性的最大功率值低12%～20%。最大功率 P _emax 对应转速 n _p 的范围如下：汽油机的 n _p 在3000～7000r/min，因乘用车最高车速高， n _p 值多在4000r/min以上；总质量小些的货车的 n _p 值在4000～5000r/min之间，总质量居中的货车的 n _p 值更低些。柴油机的 n _p 值在1800～4000r/min之间。乘用车和总质量小些的货车用高速柴油机， n _p 值常取在3200～4000r/min之间；总质量大些的货车的柴油机 n _p 值在1800～2600r/min之间。采用高转速发动机虽然能提高功率，同时也有使活塞运动的平均速度增快、热负荷增加、曲柄连杆机构的惯性力增大并导致磨损加剧、寿命降低和振动及噪声等均增加的缺陷。

2）发动机最大转矩 T _emax 及相应转速 n _T 。 T _emax 为

式中， T _emax 为最大转矩（N·m）； α 为转矩适应性系数，一般在1.1～1.3之间选取； P _emax 为发动机最大功率（kW）； n _p 为最大功率转速（r/min）。

要求 n _p 与 n _T 之间有一定差值，如果它们很接近，将导致直接挡的最低稳定车速偏高，使汽车通过十字路口时换档次数增多。因此，要求 n _p / n _T 在1.4～2.0之间选取。

1.5.3 车身形式与轮胎选择

1. 车身形式

（1）乘用车车身形式

乘用车的车身由发动机舱、乘员舱和行李舱三部分组成。乘用车车身的基本形式有折背式、直背式和舱背式三种。三种基本车身形式的主要区别表现在车身顶盖与车身后部形状之间的关系上。折背式车身有明显的发动机舱、乘员舱和行李舱，且车身顶盖与车身后部呈折线连接，如图1-16a所示。直背式车身的特点是后风窗玻璃与行李舱连接，接近平直，如图1-16b所示。直背式车身流线型好，有利于降低空气阻力系数和使行李舱容积增大。舱背式乘用车车身的顶盖比折背式长，同时后窗与后行李舱盖形成一个整体的后部车门，如图1-16c所示，一般情况下行李舱容积小。将折背式车身顶盖向后延伸到车尾，形成两厢式的变型乘用车车身，如图1-16d所示，也受到消费者欢迎。

（2）客车的车身形式

客车车身有单层和双层之分，按照车头形式不同又有平头式和短（长）头式（图1-17）。当单层客车用来长途运送乘客时，考虑到乘客随身携带数量较多的货物或行李以及为了长途旅行提高乘坐舒适性安置空调机构的需要，常将地板高度设计得高些。这虽然给乘客上、下车带来不便，但地板下部空间可用来容纳货物和空调等其他一些附设机构。此时，车身裙部比普通客车的裙部要高，从而影响到车厢内明亮程度和方便观察外部景色的侧窗尺寸略显小。长途客车的车门数少，而且可以窄些。

驾驶人一侧应备有安全门，供汽车侧翻时疏散乘客逃生用。

城市客车的乘客随身携带的物品不多，但上、下车频繁，因此地板高度要尽可能设计得低些。为了满足乘客能迅速上、下车的要求，不仅车门数需增多，并且要求加宽。城市客车有尺寸较大的侧窗，且与裙部高度协调一致。足够大的侧窗有利于采光和改善视野。专用客车常根据使用条件和用户要求进行设计。

双层客车有两排平行的裙部和车窗（图1-17b）。双层客车的下层允许乘客坐乘或站立，而上层只供乘坐，因此下层占据的高度尺寸比上层要高。受此影响，上层侧窗尺寸不够大。如果汽车顶盖与侧面车窗之间的过渡部位设计有圆弧形顶窗，则既有利于采光，增加车厢内的亮度，同时也对上层乘客欣赏周围的风光有利。

单层、双层客车的车身形式分别如图1-17a、b所示。有些座位数不多的客车，汽车前下部向前伸出形成短头（图1-17c），其内部布置有发动机及其附件。这不仅对维修发动机有利，当汽车发生正面冲撞时，利用伸出部分的变形可以吸收碰撞能量，以保护前排乘员和满足有关国家法规的要求。这种汽车的车身高度较低，门数较少，有时在后部设有车门。为了满足乘客行走和安装空调机构的要求，有些汽车将车顶抬高，如图1-17c所示。

专用客车常根据使用条件和特殊要求进行设计。例如，用于机场内部迎送乘客的机场摆渡车，因不在公路上行驶，车身外形尺寸不受法规限制，宽度常在3m以上。汽车在停机坪、检票口和乘客出口处之间行驶，地面平坦，对最小离地间隙要求不高，汽车地板可以设计得很低，乘客仅踏一级踏板便可进入车内。这既有利于携带较大物件的乘客上下车，给行动不便的乘客也提供了方便。检票或下机瞬间乘客十分集中，随身还带有行李，这就要求车门数量多，而且宽度足够。考虑到这种汽车运距短，车内座位很少，站立乘客是主流，要求车身有足够高的尺寸供乘客站立，车窗也要足够大，为站立乘客提供良好的视野条件。

2. 轮胎的选择

（1）轮胎与车轮应满足的基本要求

轮胎及车轮用来支承汽车，承受汽车重量，在车桥（轴）与地面之间传力，驾驶人操纵转向轮可实现对汽车运动方向的控制。轮胎及车轮对汽车的动力性、经济性、操纵稳定性、通过性、制动性及行驶安全性和汽车的承载能力都有影响。因此，选择轮胎是很重要的工作。轮胎及车轮部件应满足下述基本要求：足够的负荷能力和速度能力；较小的滚动阻力和行驶噪声；良好的均匀性和质量平衡性；耐磨损、耐老化、抗刺扎和良好的气密性；质量小、拆装方便、价格低、互换性好。

（2）轮胎的分类

轮胎可以按胎体结构、帘线材料、用途、断面形状、胎面花纹、气密方式等进行分类，如图1-18所示。

（3）轮胎的特点及选用

子午线轮胎具有滚动温升低、阻力小、胎体缓冲性能和胎面附着性能好的特点，装车后能耗低、耐磨损寿命长、高速性能好（图1-19），很好地适应了现代汽车对安全、高速、低能耗的发展要求，是汽车设计时首选的轮胎。但子午线轮胎制造困难、成本比斜交轮胎高且不易翻修。常在高速条件下行驶的汽车，适合选用钢丝帘线轮胎，这种轮胎强度高、导热性好。钢丝帘线仅能做子午线轮胎。相对汽车常在低速条件下行驶时，可以选用聚酯、尼龙、人造丝等人造材料做帘线制造的轮胎。斜交轮胎多用上述材料制作。

低断面轮胎的胎面宽平、侧面刚性大、散热良好、附着能力强、高速行驶稳定性好。无内胎轮胎的平衡性良好、发热少、刺扎后不易快速失气、高速行驶安全性能良好。乘用车轮胎既是子午线结构，又是低断面、无内胎轮胎且具备它们的各种优点。商用车轮胎尺寸大、胎体厚、帘线层级多、承载能力强。非公路用轮胎附着性好，胎面耐刺扎，适用于恶劣条件，用于公路行驶时能耗增加，噪声大。轮胎的胎面花纹对滚动阻力、附着能力、耐磨性及噪声有影响。公路花纹轮胎滚动阻力小、噪声小，适合在铺装路面上使用。其中，纵向花纹轮胎适用于良好路面，横向花纹轮胎适用于土石路面。越野花纹轮胎附着性能良好，适宜于在坏路面或无路地带使用。混合花纹轮胎适用于使用路面条件变化不定的场合。图1-20为几种典型胎面花纹示例。

整车承载能力随轮胎气压的增加而增加，但轮胎的附着能力下降，振动频率增加，乘坐舒适性和安全性降低，对路面及汽车也有不良作用。标准轮胎不仅对外形尺寸，而且对使用气压也有标准规定。为了使用安全和满足舒适性要求，乘用车轮胎的使用气压不应高于所选轮胎规定负荷下限定气压的80%；而商用车轮胎的使用气压可接近选定轮胎层级所限定的气压。考虑到操纵稳定性的需求，前轮轮胎气压应低于后轮的轮胎气压。帘线层级越高，轮胎的承载能力也越强，并有与轮胎气压增加相似的缺点。

汽车行驶速度对轮胎负荷能力也有影响，车速高，轮胎的发热量增加，温度升高，易使胎面与轮胎帘线层脱落。这不仅使轮胎寿命降低，也会引发交通事故。子午线、低断面、无内胎的轮胎工作时导热好、发热少、散热迅速，因而温升低，有良好的速度特性。选取轮胎时，应使选用轮胎的速度级别所限定的最高使用速度大于所设计汽车的最高车速。为了满足不同乘用车对轮胎速度能力的需求，将轮胎的速度能力分级，例如在70～210km/h之间，按每10km/h分为一级；具有更高速度能力的轮胎，用来分级的速度更大些。

1.5.4 汽车的总体布置及运动校核

在汽车的载客量、车身形式、驱动形式、发动机形式等初步确定以后，要做更具体的工作，包括总布置草图的绘制、校核初步选定的各部件结构和尺寸是否符合整车尺寸和参数的要求，以寻求合理的总布置方案。绘图前要确定画图的基准线（面）。

1. 整车布置的基准线（面）——零线的确定

（1）车架上平面线

车架纵梁上翼面较长的一段平面或承载式车身中部地板或边缘上面在侧（前）视图上的投影线，称为车架上平面线，它作为标注各垂直尺寸的基准线（面），向上为“+”、向下为“-”。货车的车架上平面在满载静止位置时，通常与地面倾斜0.5°～1.5°，即车架呈前低后高的状态，这样在汽车加速时，货厢可接近水平。

（2）前轮中心线

通过左、右前轮中心并垂直于车架平面线的平面，在侧视图和俯视图上的投影线称为前轮中心线，它作为标注各纵向尺寸的基准线（面）或零线，向前为“-”、向后为“+”。

（3）汽车中心线

汽车纵向垂直对称平面在俯视图和前视图上的投影线称为汽车中心线，它作为标注各横向尺寸的基准线（面），向左为“+”、向右为“-”。

（4）地面线

地面线是地平面在侧视图和前视图上的投影线。它是标注汽车高度、接近角、离去角、离地间隙和货台高度等尺寸的基准线。整车的设计状态可分为半载状态、空载状态（整车整备质量状态）和满载状态。在整车的布置中，将车身放平（前地板平直部分保持水平），车身作为基准保持不动，在车身上固定的底盘件也随之保持不动。车轮的不同状态构成了不同的地面线，从而得到空载、半载、满载等不同的整车姿态。

（5）前轮垂直线

通过左、右前轮中心并垂直于地面的平面在侧视图和俯视图上的投影线称为前轮垂直线，它是用来作为标注汽车轴距和前悬的基准线。当车架与地面平行时，前轮垂直线与前轮中心线重合（如乘用车）。

2. 各部件的布置

（1）发动机的布置

1）发动机的上下位置对离地间隙和驾驶人视野有影响。乘用车前部因没有前轴，发动机油底壳至路面的距离应保证满载状态下最小离地间隙的要求。货车的发动机通常布置在前轴上方，考虑到悬架缓冲块脱落以后，前轴的最大向上跳动量达70～100mm，这就要求发动机的位置足够高，以保证发动机油底壳不被前轴碰坏。油底壳通常设计成深浅不一的形状，使位于前轴上方的地方最浅，同时再将前梁中部锻成下凹形状，前梁下部尺寸必须保证所要求的最小离地间隙。所有这些措施都将有利于减小发动机的安装高度，并使发动机舱盖随之降低，这能改善长头车的驾驶人视野，同时有利于降低汽车质心。除此之外，还要检查油底壳与横拉杆之间的间隙。发动机安装高度初定之后，用气缸体前端面与曲轴中心线交点 K 到地面高度 b 来标明其高度位置，如图1-21所示。

2）发动机的前后位置会影响汽车的轴荷分配、乘用车前排座位的乘坐舒适性、发动机前置后轮驱动汽车的传动轴长度和夹角以及货车的面积利用率。为减小传动轴夹角，发动机前置后轮驱动汽车的发动机常布置成向后倾斜状，使曲轴中心线与水平线之间形成1°～4°的夹角，乘用车多在3°～4°之间，如图1-21所示。对发动机前置后轮驱动的乘用车，其前纵梁之间的距离必须考虑吊装在发动机上的所有总成（如发电机、空调装置的压缩机等）以及从下面将发动机安装到汽车上的可能性，还应保证在修理和技术维护时，从上面安装发动机的可能性。

发动机的前后位置应与上下位置一起进行布置。前后位置确定以后，在侧视图上画出它的外形轮廓，然后用气缸体前端面与曲轴中心线交点到前轮中心线之间的距离来标明其前后位置，如图1-21中的尺寸 c 所示。此后可以确定汽车前围的位置：发动机与前围之间必须留有足够的间隙，以防止热量传入乘员舱并保证零部件的安装；离合器壳与变速器应能同时拆下，而无须拆卸发动机的固定点，此时应特别注意离合器壳上面螺钉的可接近性。

3）发动机曲轴中心线在一般情况下与汽车中心线一致。这对底盘承载系统的受力和对发动机悬置支架的统一有利。少数汽车如4×4汽车，考虑到前桥是驱动桥，为了使前驱动桥的主减速器总成在上跳时不与发动机发生运动干涉，应将发动机和前桥主减速器向相反方向偏移。

（2）转向系统的布置

转向系统布置的主要原则是使驾驶人操纵舒适、轻便，并使汽车具有较好的机动性和灵敏性，转弯时减小车轮的侧滑，减轻转向盘上的反冲力，并具有自动回正的作用。转向盘位于驾驶人座椅前方，为保证驾驶人转向舒适，应注意转向盘平面与水平面之间的夹角，并以取得转向盘前部盲区最小为佳，不影响驾驶人观察仪表，同时要考虑到应使转向盘周围有足够的空间。转向盘的位置和倾斜角度应保证驾驶人能舒适地进行转向操作，转向管柱的位置以不妨碍驾驶人操纵脚踏板时的腿部运动为原则。在布置转向杆系时，应检查转向范围内杆件的运动有无死角或死点；转向摇臂与转向直拉杆和转向节臂与直拉杆之间的夹角在中间位置时，应尽可能布置成接近直角，以保证较高的传动效率。

（3）传动系统的布置

由于发动机、离合器、变速器装成一体，在发动机位置确定后，包括发动机、离合器、变速器在内的动力总成也随之确定。驱动桥的位置取决于驱动轮的位置，同时为了使左、右半轴通用，差速器壳体中心线应与汽车中心线重合。为保证传动轴上的万向节两端夹角尽可能相等，夹角在满载静止时应不大于4°，当车身产生最大垂直振幅时也不应大于7°，常将后驱动桥主减速器轴线设计成向上倾斜一个小的角度，这样可以减小传动轴的夹角。在乘用车布置中，可以布置成变速器和主减速器在上面而传动轴在下面的两端高中间低的形式，这样可以减小车内地板出现的凸包，降低地板的高度，凸包与中间传动轴之间的最小间隙一般应为10～15mm。图1-22所示为两种U形布置万向节传动轴。

（4）悬架的布置

货车的前、后悬架和一些乘用车的前、后悬架，多采用纵置半椭圆形钢板弹簧。为了满足转向轮偏转所需要的空间，常将前钢板弹簧布置在纵梁下面。钢板弹簧前端通过弹簧销和支架与车架连接，而后端用吊耳和支架与车架相连。这样布置有利于缓和来自路面的冲击。同时，为了满足主销后倾角的要求，货车的前钢板弹簧应布置成前高后低状；后钢板弹簧布置在车架与车轮之间，应注意钢板弹簧上的U形螺栓和固定弹簧的螺栓与车架之间应当有足够的间隙。减振器应尽可能布置成直立状，以充分利用其有效行程；空间不允许时才斜向布置。

（5）制动系统的布置

踩下制动踏板所需要的力比踩下加速踏板要大得多，因此，制动踏板应布置在更靠近驾驶人的位置，并且还要做到操纵轻便。在布置制动系统时，应检查杆件运动时有无干涉和死角，不应在车轮跳动时自行制动。安全可靠、整齐美观是布置制动管路时的原则。在一条管路上，当两个固定点之间有相对运动时，要采用软管制动。平行管之间的距离不小于5mm，或者完全束在一起，交叉管之间的距离应不小于20mm，同时注意不要将管路布置在车架纵梁内侧的下翼上，以免由于积水使管路腐蚀。

（6）油箱、备胎、行李舱和蓄电池的布置

1）油箱根据汽车最大续驶里程来确定油箱的容积。乘用车为了在有限空间内布置油箱、备胎等物品，通常根据具体情况确定其形状。在布置油箱时应遵守的一条重要原则是：消声器和排气管应远离油箱，乘用车要求油箱与排气管的距离大于300mm，否则应加装有效的隔热装置；油箱距裸露的电器插头及开关不得小于200mm，更不应该布置在发动机舱内。乘用车油箱通常布置在行李舱下方。消声器、排气管通常布置在汽车的右侧；蓄电池靠近起动机可缩短线路。

2）备胎乘用车的备胎常布置在行李舱内，此时要求行李舱必须有足够的空间。如将备胎立置于行李舱的侧壁或后壁，这种情况要求行李舱的侧壁或后壁高度必须大于车轮直径。货车的备胎则常布置在油箱对面的纵梁上，以使左右纵梁受力较均匀，或布置在车架后部下方。

3）行李舱乘用车的行李舱布置在后座之后（即后悬处），应能容纳大的手提箱等多件行李。货车的工具行李舱通常布置在前后轮之间，长轴距货车考虑到轴荷分配，经常布置在车架尾部。

4）为了防腐和安全，同时考虑拆装的方便性，起动机与蓄电池应位于同侧，一般采用负极（阴极）搭铁。

（7）车身内部布置

以运送人为主、兼顾运送少量行李的轿车乘员舱内部布置，必须考虑有良好的乘坐舒适性和足够的安全性。进行乘员舱内部布置，使之适合人体特性要求，离不开人体尺寸这一基本参数。由躯干、大腿、小腿、脚以及基准样等组成的，在车身侧视图上安放人体样板时，首先要确定人体样板踵点与胯点之间的垂直高度 b 和考虑到座垫、靠背压缩量以后的胯点位置。布置时，要使人体样板上的胯点与初选的座椅上的胯点重合，并将人体样板的踵点安放在加速踏板处的地板上的踵点，然后根据选定的坐姿角 α 、 β 、 γ 及 δ 在图样上进行布置，检查初选的 b 值等是否合适。布置的人体样板如图1-23所示。

1）乘用车车身的内部布置和有关参考尺寸，如图1-24和表1-13所示。

2）货车车身的内部布置货车车身的内部布置应当满足标准GB/T 15705—1995《载货汽车驾驶员操作位置尺寸》的要求。其具体位置尺寸如图1-25所示，尺寸范围见表1-14。

对于平头式货车，转向盘与水平面夹角较小，该尺寸可参考客车的有关尺寸确定。

3）客车车身的内部布置总长较大的客车多为平头式，驾驶人乘坐姿势与长头车相比更为直立，且座椅较高，转向盘与水平面的夹角较小，大型客车车身的内部布置尺寸，如图1-26所示，对应的尺寸范围见表1-15。

（8）乘用车外廓尺寸

1） H 点和 R 点。能够比较准确地确定驾驶人或乘员在座椅中位置的参考点是躯干与大腿相连的旋转点“胯点”。实车测得的“胯点”位置称为 H 点，见图1-27。

进行总布置设计之初，先根据总布置要求确定一个座椅调至最后、最下位置时的“胯点”，并称该点是 R 点；然后以 R 点作为设计参考点进行设计。试制出样车后，将座椅调至最后、最下位置，用图1-27所示的三维人体模型测量胯点（ H 点）。而后将 H 点与 R 点相认证，并按 H 点位置确认或进行修改设计。如果测定的 H 点不超出以 R 点为中心的水平边长30mm、铅直边长20mm的矩形方框的范围，并且靠背角与设计值之间差值不大于3°，则认为 H 点与 R 点的相对位置满足要求。驾驶人入座后，大部分体重通过臀部作用于座椅的坐垫上，一部分通过背部由靠背承受，少部分通过左、右手和脚的踵点作用于转向盘和地板上。驾驶人在操作时身体上部的活动一定是绕 H 点的横向水平轴线转动。因此， H 点的位置决定了与驾驶人操作方便、乘坐舒适相关的车内尺寸的基准。

2）顶盖轮廓线的确定首先将座椅放置在高度方向和长度方向的平均位置处，然后确定 H 点，并引出一条与铅垂线成8°的斜线，如图1-28所示，再确定从 H 点沿8°斜线方向截取765mm的 F 点。 F 点相当于第50百分位驾驶人的头部最高点。从 F 点垂直向上截取100～135mm为车顶内饰线。车顶包括蒙面、隔离层、钢板等，厚度为15～25mm。因顶盖轮廓是上凸的曲面，并关于汽车的纵轴线对称，故再增加20～40mm才是汽车顶盖横剖面上的最高点。用同样方法找出后排座椅上方的最高点，前、后座椅上方两点连线即为顶盖的纵向轮廓线。

3）乘用车车身横截面由顶盖、车门和地板的外形组成。将在确定顶盖纵向轮廓时求得的左、右座椅乘员头部上方顶盖上的点画到横截面图上，再加上顶盖纵向轮廓线上的点，根据此三点可画出顶盖横向轮廓线。因乘用车车门小、车身低，在确定车身侧壁倾斜度时要考虑到上、下车的方便性。当车门上、下槛边缘之间的间距为零时，乘员上身需倾斜30°左右方能入座；当此间距为100～150mm时（上窄下宽），乘员上身只倾斜0°～10°即可入座。但此间距过大会使汽车上下比例失调，影响外观，且玻璃升降占用车门内空间大，并影响肩部和玻璃之间的间隙（要求大于100mm）、肘部和车门内表面之间的间隙（要求大于70mm）。车门玻璃下降的轨迹、玻璃升降器和门锁的尺寸等，都对车身外表面有影响。

（9）安全带的位置

在发生事故时，汽车与障碍物或汽车与汽车之间的碰撞称为一次碰撞。一次碰撞后车速迅速下降，车内驾驶人和乘员由于惯性继续以原有速度向前运动，并与车内物体发生碰撞（称为二次碰撞），并受到伤害。实践证明，驾驶人和乘员受到的伤害主要来源于在二次碰撞中与驾驶室上的风窗玻璃、转向管柱、风窗上梁、仪表板、转向盘、前立柱、后视镜、前座椅靠背、顶等部件发生接触，甚至可能被甩出汽车而遭受到各种伤害。在正面撞车时，安全带通过减小撞车瞬间人体运动的加速度值对乘员起到保护作用，降低引起二次碰撞的相对速度和位移，降低伤害。

安全带有两点式、三点式和四点式之分。两点式安全带能防止汽车碰撞时乘员下身有过大的相对位移，防止乘员被甩出车外，但它不能约束乘员上身运动，因此只在后排座椅和货车中间座椅上使用。三点式安全带由腰带和肩带组合而成。它既能防止乘员下半身有过大的位移，又能阻止上半身向前运动。目前轿车前排和货车前排驾驶人座位及其相邻座位均采用三点式安全带。

安全带固定装置在车内固定点的位置，对佩带方便性和安全保护作用有重要影响。下固定点位置选择不当，汽车碰撞时乘员下半身可能向前方滑移。肩带固定点位置选择不当，乘员上半身可能脱出安全带。因此，安全带固定点的位置十分重要，各国均有相应的规定。一般有如下两个方面。

1）腰带在车体上的固定点位置如图1-29所示，腰带固定点与 H 点的连线与水平线之间的夹角，在座椅各调节位置时应为（450°±30°），并要求固定装置的宽度应大于350mm。结构上无法实现时宽度可减少至300mm。

2）肩带固定点的位置肩带固定点的位置应在图1-29所示的阴影线范围内。

（10）安全气囊的应用

近年来，安全气囊在乘用车上得到了广泛应用。安全气囊系统的作用是辅助安全带起到辅助防护作用。只有在使用安全带的条件下，安全气囊才能充分保护驾驶人和乘员，相关统计数据表明，两者共同使用可使驾驶人和前排乘员的伤亡减少43%～46%，达到最佳保护效果。

安全气囊是在汽车发生一次碰撞与二次碰撞的间隔时间内，在驾驶人、乘员的前部形成的一个充满气体的“布袋”。一方面，驾驶人、乘员的头部和胸部压在气囊上与前面的车内物体隔开，如图1-30所示；另一方面，利用气囊本身的阻尼或气囊背面的排气孔排气节流的阻尼作用，来吸收碰撞时人体产生的动能，达到保护人体的目的。安全气囊布置在转向盘内或者乘员前部的仪表板内。

3. 运动校核

在总体布置设计中，进行运动校核包括两方面内容：①从整车角度出发进行运动学正确性的检查；②对于有相对运动的部件或零件进行运动干涉检查。上述检查关系到汽车能否正常工作，必须引起重视。

由于汽车是由许多总成组装在一起的，总体设计师应从整车角度出发，根据总体布置和各总成结构特点完成运动正确性的检查。如发动机前置时，会因采用中间轴式或两轴式变速器的不同而使变速器输出轴的转动方向不同，这就影响主减速器的结构，因此必须进行运动学方面的检查，以保证有足够的前进档数。又如，转向轮的转动方向必须与转向盘的转动方向保持一致，为此应对摇臂的位置、转向传动机构的构成、螺杆旋向等进行运动学正确性的检查。

由于前轮转向运动、车轮跳动等原因造成零部件之间有相对运动，并可能产生运动干涉而造成设计失误。原则上，有相对运动的地方都要进行运动干涉检查；做转向轮跳动图，确定转向轮上跳并转向到极限位置时所占用的空间，然后据此确定翼子板开口形状、轮罩形状、减振器的最大拉伸和压缩长度，同时检查转向轮与车架、纵拉杆等之间的间隙是否足够；根据悬架跳动量，作传动轴跳动图，确定传动轴上、下跳动的极限及最大摆角，检查传动轴与横梁的间隙以及传动轴长度的变化量；当后桥左、右轮在极限高度差位置时，决定货车车厢地板高度和后轮挡泥板位置，检查后钢板弹簧U形螺栓与车架之间的间隙。对于特种车辆，常根据其结构特点确定检查的内容，如牵引车与半挂车作转向运动时，半挂车车厢前板与驾驶室后围之间的间隙检查等。

1.5.5 汽车软件设计

控制软件是汽车电子控制系统的核心。软件开发的任务是通过程序实现系统的控制功能，并可以支持在特定的硬件平台上实现功能的不断增加，以满足汽车市场竞争的需要。传统的汽车电子软件开发手段已越来越难以适应不断增长的功能需求。从汽车电子工程师的角度来看，如何更加方便和可靠地实现更多的功能，是汽车电子软件开发方法发展的重要目标。

汽车电子软件开发方法遵循“V”形开发模式。“V”形开发模式是由控制方案设计、快速控制原型、目标代码生成、硬件在回路仿真和标定等阶段组成。这些不同的阶段排列成“V”形，在系统开发的每一个阶段都有相关的工具进行支持。控制方案设计阶段主要解决的问题是系统的整体方案设计和建模。这一步是整个设计过程的核心，不同的控制方案将决定最终的控制效果。

快速控制原型允许反复修改模型设计，进行离线及实时仿真。使用该技术，可以在最终产品硬件投产之前，仔细研究诸如离散化及采样频率等的影响、算法的性能等问题。通过将快速原型硬件系统与所要控制的实际设备相连，可以反复研究使用不同传感器及驱动机构时系统的性能特征，而且还可以利用旁路技术将原型电控单元或控制器集成于开发过程中，从而逐步完成从原型控制器到产品型控制器的顺利转换。硬件在回路仿真是指控制系统设计结束，产品型控制器已制作完成，在闭环下对控制系统进行详细测试。

代码自动生成是现代汽车电子软件开发的重要特点。采用Targetlink等工具，可以从MATLAB/Simulink及Stateflow中自动生成标准C代码的产品级代码。Targetlink生成的代码可靠性高，易读性好。可产生定点运算代码，适应多种微处理器和编译器。与传统的手工代码相比，Targetlink具有很多优越性，如自动从Simulink/Stateflow模型转换到目标处理器，以缩短系统实现周期。

基于模型的软件开发思想是将模型作为软件设计的中心，通过模型抽象出软件系统的关键问题并加以描述，通过模型表达出系统的解决方案。基于模型的软件开发思想的核心是通过采用形式化的工具对系统模型的验证，以保证系统设计的正确性。模型提供了一个物理系统的抽象，可以让工程师们通过忽略无关的细节而把注意力放到系统的重要部分来思考。工程中的所有工作形式都依赖模型来理解复杂的真实世界的系统。

基于模型的软件开发方法通过对目标系统建模，抽象出系统的关键问题用模型加以表达，使得开发者可以围绕模型对系统进行深入的思考和分析，以保证对系统理解的正确性。基于模型的软件设计方法的重点是系统的建模和模型的验证。

汽车电子软件系统的开发不仅需要考虑软件的正确性，还需考虑软件的可移植性、实时性和可靠性。特别是在汽车电子系统集成过程中对于应用程序在分布式系统中的优化将直接影响整个系统的性能。汽车电子系统一般具有如下特性。

（1）可移植性

软件可移植性是指软件产品从一种软硬件环境迁移到另外一种软硬件环境的能力。面对如此多汽车厂商、汽车零部件生产商以及芯片厂商，良好的可移植性可以增加软件代码的复用程度、减少软件的维护花费、延长软件的生命周期。目前，提高汽车电子软件可移植性的方法主要是通过制定相应的标准来完成，如OSEK/VDX标准、AUTOSAR标准。这些标准规范了汽车电子软件体系结构，对整个软件系统进行了“垂直分割”或“水平分割”。这不仅增加了汽车电子应用程序的通用性，也增加了系统软件在各个硬件平台的可移植性。

（2）实时性

实时性是指汽车电子系统对于任何一个外界输入都能获得及时的响应。汽车电子系统中的应用程序，如构件、任务或其他可运行的功能实体都必须在一定的时间限制内完成。如果未能在时间限制内完成，将会严重影响应用程序功能，甚至可能造成严重后果。在软件设计阶段，设计者必须对每个应用程序的最坏执行时间做出评估，然后根据当前的系统环境分析应用程序的最坏响应时间，并保证其不超过截止时间。

（3）可靠性

可靠性是指系统在规定条件下以及规定时间内执行所要求功能的能力。嵌入式系统容易受到电磁干扰、剧烈震动和高温高压等外部不确定因素干扰。除了这些外部环境所带来的瞬时错误以外，软件之间的冲突也可能使系统发生故障。因此，必须在软件设计阶段考虑系统的容错能力，并对系统的容错能力做出评估。

为了应对汽车电子软件的可移植性和可重用性问题，全球各大车厂、零部件生产商以及半导体公司都在努力推动汽车电子标准化。在汽车电子迅猛发展的今天，推动国内汽车电子软件标准化，增强汽车电子应用程序和系统软件的可移植性与可重用性，增强汽车电子系统的实时性，提高系统可靠性，对于提高我国汽车电子软件技术水平有着重要的意义。 c5OIVTW81bVQejFMz20jxOUjX1PQEhxlnR4PF9D71bm8ieFleEHgwykumqnObxhR