1.乘用车类别
根据GB/T 3730.1—2001《汽车和挂车类型的术语和定义》,乘用车是含驾驶座在内9座以下的汽车,包括普通乘用车、高级乘用车、小型乘用车、敞篷车、活顶乘用车、旅行车、多用途乘用车、仓背乘用车、短头乘用车、越野乘用车、专用乘用车。乘用车涵盖了轿车、微型客车以及不超过9座的轻型客车。
通常乘用车可分为基本型乘用车(轿车)、多用途车(MPV)、运动型多用途车(SUV)、专用乘用车和交叉型乘用车。按照功能划分为房车、旅行轿车、轿跑车、跑车、敞篷车等车型。按照车型布置划分为四门五座、五门掀背、双门双座、双门五座软顶等。
乘用车按功能不同的分类
多用途车(Multiple Purpose Vehicle,MPV),是集轿车、旅行车和厢式货车的功能于一身,车内每个座椅都可以调整,并有多种组合方式,前排座椅可以进行180°旋转的车型。
运动型多用途车(Sport Utility Vehicle,SUV)起源于美国,这类车既可载人,又可载货,行驶范围广泛,驱动方式多为四轮驱动。
专用乘用车是运载乘员或物品并完成特定功能的乘用车,它具有实现特定功能所需的特殊装备,如旅居车、防弹车、救护车、殡仪车等。
交叉型乘用车是指不能列入上述类型的其他乘用车。这部分车型主要指的是早期分类中的微型客车,今后新推出的不属于上述类型的车型也列入交叉型乘用车统计。由于乘用车的范畴较广,从某种意义上划分,微型客车的功用更接近商用车的范畴,因此狭义乘用车包含轿车、MPV和SUV。目前的合资企业在我国汽车市场主要涉及狭义乘用车领域,而且常常把微客加轿车扩充为定义上的广义乘用车,由于微型客车在我国市场销量较大,和轿车等车型的增长规律有很大的差别,因此需要拆开分析。这也是很多乘用车厂家分析市场的总体基础。
轿车是载送2~9人、供私人使用的汽车。轿车在美国被称为Sedan,在英国则称为Saloon,通常指用于人员以及行李运输的汽车。轿车除中部乘客舱外,外观上可见明显长度的发动机舱(车头)与行李箱(车尾),某些地区称这种外形的车为三厢车。
轿车的造型特点是形体比较完整,线条连贯流畅,对外形和内饰的要求较高。轿车的造型主要有以下几种类型:
轿车的造型划分
①四门轿车(Sedan):轿车最普通的形式,产量也较大,设有四扇门(左右侧各两扇)和两排座位,较舒适的座位在前排,其外形特点是明显地分成头部发动机舱、中部乘客舱和尾部行李箱3部分,这种三段式的形状称为三厢式(汽车总长度超过4m)。随着对空气动力性能的研究日益深入,这种车型的头部应尽量低矮,尾部需要加厚加高,而且后风窗玻璃的斜度趋于平缓,腰线前低后高,形成所谓的“半斜背式”形状。
②双门轿车(Coupe):设有两扇门(左右侧各一扇)以及两排或单排座位,较舒适的座位在前排。双排座椅的双门轿车几乎与四门轿车完全相同,仅在于门数的区别,而单排座椅的双门轿车的尺寸较小(总长通常在4m以下),并将尾部与中部结合起来,称为两厢式轿车。这种形式通常带有上掀式的背门,故又称为掀背式(hatch back)轿车。
③旅行车(Station Wagon):四门轿车的车顶向后延伸,后排座位可叠起来以放置较多或较长的行李。这种车型的尾部造型较呆板,尾灯造型往往受限制。
④四门硬顶车(FourDoorHardtop):是四门轿车的一种变形,其特点是中立柱(B柱)去掉上半段且车顶轻巧,动感较好,造型显得明快活泼,但车身密封性、翻车安全性均不及四门轿车。
⑤双门硬顶车(Two Door Hardtop):它是双门轿车的变形,其特点大致与四门硬顶轿车相同。
⑥高级轿车(Limousine):与其他轿车的重要区别是车主坐在后排,需要聘请驾驶人,有的设两排座位,有的设三排座位,有的还将中部加长,在驾驶人与乘客之间设有隔离板。这种汽车的结构、性能和造型要求极高,车内设施豪华奢侈。
⑦敞篷车(Convertible):供短途旅游观光用,通常采用可折叠的软篷,也有采用可拆卸硬顶或可收入行李箱的顶篷。敞篷车也有四门和两门之分。
⑧跑车(Roadster):供高速行驶用,单排或在后排设置加座,汽车的动力性较好,通常采用楔形造型,线条圆滑流畅,价格高昂。
⑨运动车(Sport Car):这是一种双座车,没有门窗的侧围便于上下车跨越,专供休闲游玩。
轿车是乘用车的一种,根据发动机的排量(V)、汽车总质量(ma)或汽车尺寸(总长)不同可进行进一步区分,如不同发动机排量的轿车,表明汽车的动力性和经济性指标不一样。我国根据发动机排量的不同,将轿车分为5级。
轿车的分类
微型、普通型及中级3种轿车的主要特点是尺寸较小、结构紧凑、前排座椅是较舒适的乘坐位置,而后排座椅通常供辅助用。因此,这些轿车最宜作为家庭用车。中高级和高级轿车的主要特点是尺寸大、装备齐全考究、性能优良、较舒适的乘坐位置设在后排。因此,这些轿车适用于社会上层人士使用。
目前的通俗分类方法:以价格为主,技术规格为辅。10万元以下为微型轿车或经济型轿车;10万~15万元为普通级轿车;15万~20万元为中级轿车。例如:将20万元以上的轿车称为中高级轿车,当然,随着车型的增加以及价格、款式、配置选择的多样化,A级车、B级车、C级车的边缘交会也会越来越多。例如:有些车型或许轴距属于A级车范围,而排量与价格却与B级车相差无几。因此,轿车分级不应过于僵化死板,应灵活处理。
随着全球经济一体化进程的不断加快,轿车产业所处的环境发生了深刻变化,市场竞争日趋激烈。这就要求我国轿车企业必须研究开发过程中的流程优化与工程管理问题,创建具有特色的轿车整车产品开发系统平台,快速开发出高质量的整车产品。轿车整车产品开发具有多阶段、多层次、多部门和多合作单位、多类型任务、多工具方法等特征,是一项高维度的综合集成的系统工程。
2.乘用车总布置设计
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Packaging)的工作就正式开始了。汽车总布置设计是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。
首先是确定设计硬点(Hardpoint)。设计硬点是将底盘、车身以及其他零部件之间的协调关系,通过基本的线、面和基准点,以及控制结构和参数进行表达。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。
整车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,避免零部件之间发生运动学干涉。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要校核满足的条件。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、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,确定转向系统的设计和选型、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、安全带与安全气囊的选型和仿真等。
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,三维总布置设计已经开始被一些国外先进的汽车公司采用。这项技术的应用,在很大程度上提高了布置和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,但与发达国家相比,设计和匹配试验的能力还有一定的差距。建立在成熟底盘基础上进行的车身造型设计和改型设计,是目前大多数汽车公司所采用的开发方式。这种开发的模式使汽车设计的安全性和稳定性得到保证,同时大大缩短了开发周期,降低了开发的成本和风险。
总布置作为汽车设计的主线,在汽车开发的过程中扮演着总设计师的角色,它的主要作用如下:
①市场调研和情报收集。
②整车的总体布置设计。
③确定整车的设计硬点和设计控制标准。
④整车的所有运动部件的运动干涉检查。
⑤整车的人机工程设计和舒适性法规的校核与优化。(www.xing528.com)
⑥整车的性能计算和仿真,实现整车性能匹配和系统优化设计,实现整车主要性能的优化设计。
⑦对整车数模进行全数字化装配检查,并协调各部门设计优化。
⑧协调各部门进行整车试制和对样车进行法规要求的性能试验。
3.设计方法和工作任务流程
对于大多数人来说,对乘用车的欣赏基本都是整车,除了性能之外,乘用车的外观和内饰是人们谈论最多的话题,因为这是对一辆车最直观的印象。所谓乘用车设计,简单的理解是根据一款车型的多方面要求来设计乘用车的外观及内饰,使其在充分发挥性能的基础上艺术化。
但是,乘用车设计是比较复杂的事情,并不像其他设计师在香槟和音乐的陪伴下寻找灵感那么纯粹。乘用车不是单纯的艺术品,不但要有漂亮的外表和吸引人的个性特征,而且应能安全可靠地行驶,这就需要整个设计过程融入各种相关的知识,如车身结构、制造工艺要求、空气动力学、人机工程学、工程材料学、机械制图学、声学和光学知识,当然更少不了诸如绘画、雕塑、色彩感等基本艺术元素。由此不难理解,为什么能称得上汽车设计师的人少之又少。
从脑子里的一个灵感,到最后得以实现,最简单也得有十几个步骤,最后无非是要得到市场的认可,性能优良的内“芯”,再加上一袭新衣包装,才是新车待嫁时。
(1)总体设计布置方法
在对一辆全新整车进行总体布置设计和对一辆整车进行局部改型设计布置时,会采用不同的方法。
下面探讨一下全新整车总体设计的布置方法。首先,总布置设计人员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。随着车身零部件逐步选定或设计逐步完成,就进入精细设计阶段,即精确布置与虚拟装配检查阶段(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,确定汽车的车内设施设计。选定最佳方案后,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,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;反之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,从而被最终确定出来。
整车总布置确立了汽车的长、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、前后风窗玻璃的位置和角度、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,总布置设计是对发动机、驱动装置、悬架机构等总成,电气设备,燃油箱、备胎、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,在满足车身造型要求下进行设计确定的过程。
其最终目的就是要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。
整车总布置有着与车身、底盘相互制约、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,而是大量地采用延用件以降低成本、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,进行总布置设计时,底盘及车身应同时进行设计。
(2)整车总布置设计的主要任务
乘用车整车总布置设计是对乘用车有关系统全局问题的设计,也就是设计系统总的设计处理。总体设计是汽车工程体系的总体方案和总体技术途径的设计过程。在汽车设计中,汽车总体设计则是负责汽车全面设计的整体指标,是指按设计任务书要求的内容进行设计计算,并附以必要的文字说明和图样设计,对于工程系统而言,具有协调指导的意义。整车总布置设计的主要任务如下:
①从技术先进性、生产合理性和使用要求出发,正确选择性能指标、质量和主要尺寸参数,提出总体设计方案,为各部件设计提供整车参数和设计要求。
②对各部件进行合理布置和运动校核。
③对整车性能进行计算和控制,保证汽车主要性能指标的实现。
④协调好整车与总成之间的匹配关系,配合总成完成布置设计,使整车的性能、可靠性达到设计要求。
(3)总布置设计的工作顺序
通常整车总体设计的工作顺序如下:
①从脑到手:草图。虽然计算机绘图已经非常普及,不过对于设计师来说,最直接的方式还是用铅笔把脑子里的想法表现出来。在从脑到手的初级阶段,没必要画得很精致,简洁的线条足以记录脑海中一个个一闪而过的构思,又或者在随手勾画中得到新的灵感。
②初步定稿:草图+说明。当思路比较明确后,可以绘一张草图,这时候汽车的主体线条和大方向上的细节设计都应该有所表现。注意:要在适当的地方加进简单说明,为下一环节做准备。
③理念表达:效果图。汽车效果图主要是为了把设计师的思路和理念用更细腻的手法表现出来,加入细节描绘和色彩,通过精致的绘画表达这款车的直观感受和立体效果。这是汽车设计的重要环节之一,就好像时装设计效果图一样,是决定模型制作的关键。有些效果图是手绘的,马克笔、色粉或者喷枪都会采用,也有设计师利用计算机绘画。效果图和最后的整车的细节未必完全相同,但是表现出来的气质却是一脉相承。
④内部设计:室内效果图。与汽车外观效果图同时做出来的还有内饰效果图,它详细地描绘了车内的各种细节和布局,并进行了必要的说明,这是未来制作模型的基础。
⑤观感评估:1/5油泥模型。虽然历经数十年,但是制作油泥模型依然是汽车设计生产中的必要环节。油泥是一种类似橡皮泥的黏土,但是更加坚硬,成形后的细节需要用刀刮削才能完成。一般先要制作比例小的油泥模型作为提案,这通常由设计师亲自操刀,大约两三个月才能最后完工。
⑥改进阶段:1∶1油泥模型。经过对提案模型的评估,决策层会选择一个或几个设计方案制作1∶1的油泥模型,因为对尺寸、细节等方面要求非常严谨,这种全尺寸模型会由专业的模型师来制作。经过不断的讨论和修改之后,进入定案阶段。
⑦测量阶段:三维坐标测量。将模型放在测量台上,使用三维坐标测量仪测出它表面上足够多点的空间三维坐标,用这些数据就可以在计算机中建立三维模型。
⑧最后阶段:计算机设计。把测量出的数据输入计算机,就可以开始三维模型的制作,未来这些数据将用于控制数控机床。
⑨设计完成。一辆成形的整车终于摆在眼前了,当然期间还有底盘和发动机等机械方面的设计,这里不再赘述。毕竟从设计到交到消费者手中,车辆还要经历重重考验,如风洞试验、模拟碰撞试验、各种残酷路况的艰苦路试、实车碰撞试验等。
要点
乘用车细分为基本型乘用车(轿车)、多用途车(MPV)、运动型多用途车(SUV)、专用乘用车和交叉型乘用车。
轿车整车总设计工程的工作,从构思、造型到效果分析,然后进行设计、制作全过程。
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