1.5 汽車現代設計

1.5.1 汽車形式的確定

汽車總體設計的首要任務之一就是確定汽車的型號和形式。汽車的形式主要是指其軸數、驅動和布置形式。下面介紹確定汽車布置形式的基本方法。

1. 汽車的軸數

汽車可以采用兩軸、三軸、四軸甚至更多的軸數。影響選取軸數的因素主要有汽車的總質量、輪胎的負荷能力和道路法規對軸載質量的限制以及汽車的結構等。

隨著設計汽車的乘員數增多或裝載質量增加，汽車的整備質量和總質量也在增大。在軸數不變的情況下，汽車總質量增加以后，公路承受的負荷也增加。一旦負荷超過了公路設計的承載能力，公路就會產生損壞，使用壽命也將縮短。為了提高公路壽命、保護公路，有關部門制定了道路法規，對汽車的軸載質量加以限制。當所設計的汽車總質量增加到軸荷不符合道路法規的限定值時，設計師可選擇增加汽車軸數來解決。汽車軸數增加后，車輪、制動器、懸架等部件也要相應增多，使整車結構變得更加復雜，整備質量以及制造成本增加。若轉向軸數不變，汽車的最小轉彎直徑又增大，后軸輪胎的磨損速度也加快，所以增加汽車軸數是不得已的選擇。包括乘用車以及汽車總質量小于19t的公路運輸車輛和軸荷不受道路、橋梁限制的不在公路上行駛的車輛，如礦用自卸車等，均采用結構簡單、制造成本低廉的兩軸方案。總質量在19～26t的公路運輸車采用三軸形式，總質量更大的汽車宜采用四軸和四軸以上的形式。

2. 汽車的驅動形式

汽車的驅動形式常用如下代號表示，如4×2、4×4、6×6等，其中第一個數字代表車輪總數，第二個數字代表驅動輪數。下面介紹各類汽車的常用驅動形式。

（1）公路車輛（轎車、運輸車）

一般采用非全輪驅動形式（即在車輪總數中有非驅動輪），常用的形式有：

① 4×2，其特點是結構簡單、制造成本低，在轎車及總質量m<18t的公路用車（見圖1-8）上得到廣泛應用。

② 6×4或6×2，在總質量m超過18t、低于26t（18t<m<26t）的運輸車上得到廣泛應用。

③ 8×4，在總質量m>26t的運輸車上得到了廣泛應用。

（2）重型礦用自卸車

這類車輛的使用特點是活動場地小，要求機動性高，即轉彎半徑小，多采用短軸距的4×2形式，少數采用4×4或6×4。

（3）越野車

為提高通過性，一般采用全輪驅動形式。主要有：輕型越野車一般采用4×4形式，如圖1-9所示；中型越野車一般采用4×4或6×6形式；裝載質量>5t的軍用越野車普遍采用6×6或8×8形式。采用全輪驅動可以提高通過性，但結構復雜、質量大、傳動系效率低、油耗大。

3. 布置形式

汽車的布置形式是指發動機、驅動橋和車身或駕駛室的相互關系和布置特點。汽車的使用性能除取決于整車和各總成的有關參數以外，其布置形式對使用性能也有重要影響。

（1）乘用車布置形式

乘用車的布置形式主要有發動機前置前輪驅動（FF）、發動機前置后輪驅動（FR）、發動機后置后輪驅動（RR）三種，如圖1-10所示。少數乘用車采用發動機前置全輪驅動。

1）發動機前置前輪驅動（FF）。這種布置形式目前在發動機排量為2.5L以下的乘用車上得到廣泛應用，主要是因為有下述優點：與后輪驅動的乘用車比較，前輪驅動乘用車的前橋軸荷大，有適度的不足轉向性能；因為前輪是驅動輪，所以具有較高的越過障礙的能力；主減速器與變速器在一個殼體內，形成緊湊的動力總成結構，且在變速器與主減速器之間不需要傳動軸，可降低車內地板的凸包高度，有利于乘坐舒適性的提高；發動機布置在軸距外時，可以縮短汽車的軸距，有利于提高汽車的機動性；在汽車前部布置汽車散熱器，散熱條件好，有利于發動機冷卻；行李艙布置在汽車后部，空間較大；容易改裝為救護車或客貨兩用車；供暖機構簡單，管路短，供暖效率高；發動機、離合器、變速器與駕駛人位置近，操縱機構簡單；發動機橫置時能縮短汽車的總長，消除了傳動軸等因素的影響，減少了汽車消耗的材料，降低了整備質量；發動機橫置時，原主減速器用圓柱齒輪取代了錐齒輪，降低了制造難度，在裝配和使用時也不必對齒輪進行調整，變速器和主減速器可以使用同一種潤滑油。

發動機前置前輪驅動乘用車的主要缺點是：

前輪驅動的轉向結構和制造工藝均復雜，需要安裝等速萬向節；前橋負荷比后軸負荷重，并且前輪又是轉向輪，故前輪工作條件惡劣，輪胎壽命短；上坡行駛時因驅動輪上的附著力減小，汽車爬坡能力降低，特別是在爬泥濘的坡道時，驅動輪容易出現打滑并使汽車喪失操縱穩定性；由于后軸負荷小且制動時軸荷前移，后輪易抱死，引起汽車側滑；發動機橫置時受空間限制，總體布置工作困難，維修與保養時的接近性變差；若發生正面碰撞事故，因發動機及其附件損失較大，維修費用高。

發動機前置前輪驅動時，發動機可以橫置或縱置，也可以布置在軸距外、軸距內或者前橋上方。不同的發動機布置方案，對前排座椅的位置、汽車總長、軸距、車身造型、軸荷分配、整備質量、主減速器齒輪形式以及發動機的接近性等均有影響。當發動機橫置或縱置在前橋前方時，前排座椅及前圍板可以前移，特別是發動機橫置時允許的前移量較大，汽車的軸距及總長均能縮短，整備質量隨之減小。發動機縱置在前橋前會使汽車前懸、前軸荷增加，所以此時宜采用軸向尺寸短些的發動機。若發動機布置在前軸之后，受此影響前圍板和座椅需后移，同時汽車的軸距和總長均增長、整備質量增加，但前懸縮短，發動機的可接近性變好，且這種方案的軸荷分配較為合理。

2）發動機前置后輪驅動（FR）。發動機前置后輪驅動乘用車主要優點如下：軸荷分配合理，有利于提高輪胎的使用壽命；前輪不做驅動輪，因而不需要采用等速萬向節，有助于節約制造成本；操縱機構簡單；采暖機構簡單，且管路短供暖效率高；發動機冷卻條件好；上坡行駛時，驅動輪附著力增大，爬坡能力增強；比較容易改裝為客貨兩用車或救護車；有足夠大的行李艙空間；因變速器與主減速器分開，故拆裝、維修容易；發動機的可接近性良好。

發動機前置后輪驅動乘用車的主要缺點是：因為車身地板下方有傳動軸，所以地板上有凸起的通道，導致后排座椅中部座墊的厚度減薄，降低乘坐舒適性；汽車與其他物體出現正面碰撞時，易導致發動機進入客艙，對前排乘員造成嚴重傷害；汽車的總長、軸距均較長，整車整備質量增大，同時對汽車的燃油經濟性和動力性產生不利影響。發動機前置后輪驅動乘用車因客艙較長，乘坐空間較為寬敬，行駛平穩，故在發動機排量較大的乘用車上得到應用。

3）發動機后置后輪驅動（RR）。對于發動機后置后輪驅動乘用車，除了動力總成（包括發動機、離合器、變速器和主減速器）布置成一體而使結構緊湊以外，還有下述優點：因為發動機后置，汽車前部高度有條件降低，改善了駕駛人視野；同時排氣管不必從前部向后延伸，加上可以省掉傳動軸，故客艙內地板凸包只需要有較低的高度用來容納操縱機構的桿件和加強地板剛度即可，這就改善了后排座椅中間座位乘員出入的條件；整車整備質量??；乘客座椅能布置在舒適區內；上坡行駛時，由于驅動輪上附著力增加，提高了爬坡能力；當發動機布置在軸距外時軸距短，汽車機動性能好。

發動機后置后輪驅動乘用車的主要缺點是：后橋負荷重，使汽車具有過多轉向傾向，操縱性變差；前輪附著力小，不利于高速行駛時轉向，影響操縱穩定性；行李艙在前部，受轉向輪轉向時要占據一定空間和改善駕駛人視野的影響，行李艙體積不夠大；因動力總成在后部，距駕駛人較遠，導致操縱機構復雜；駕駛人不易發現發動機故障；發動機后置不利于發動機冷卻和前風窗玻璃除霜，而且發動機工作噪聲容易傳給乘員，汽車發生追尾又會對后排乘員構成危險；受發動機高度影響，改裝為客貨兩用車或救護車困難。因此目前乘用車極少采用發動機后置后輪驅動方案。

（2）商用車布置形式

1）客車布置形式?？蛙嚨牟贾眯问接邪l動機前置前輪驅動、發動機前置后輪驅動、發動機后置后輪驅動和發動機中置后輪驅動等。

① 發動機前置前輪驅動。發動機前置前輪驅動的布置形式比較少見，一般用于特種客車，如機場擺渡車等。此類客車一般具有較大軸距和較長的車體，駕駛區一般需要單獨隔離，故常采用發動機前置前輪驅動。采用這種布置形式的主要優點是操縱方便，乘客區較為寬敞，方便上下車輛，乘客區噪聲較低等。缺點是由于發動機前置，離合器、變速器和主減速機構等全部集中于車身前部，轉向等機構聚集在一起，使結構復雜，布置困難；前轉向驅動橋的產量較低，價格較高。

② 發動機前置后輪驅動。早期的客車大多由貨車底盤改裝而來，沿用貨車的發動機前置后輪驅動形式。采用這種布置形式的主要優點是與貨車通用部件多，便于由貨車改裝生產，便于發動機的冷卻以及動力和操縱機構相對簡單等。缺點是布置座椅時會受到發動機的限制，地板平面距地面較高，傳動軸長，難以隔離發動機的振動，舒適性差；采用前開門布置會使前懸加長，同時可能使前軸超載。

③ 發動機后置后輪驅動。發動機后置后輪驅動是目前客車中較為常見的布置形式，當發動機縱置時，能較好地隔離發動機的噪聲、氣味、熱量，方便檢修發動機，軸荷分配合理，使車廂后部的乘坐舒適性得到改善。當發動機橫置時，車廂面積得到較好的利用，并且發動機對座椅布置影響較小；缺點是發動機冷卻條件不好，且動力總成操縱機構復雜，發動機故障不易被發現。

④ 發動機中置后輪驅動和發動機側置后輪驅動。發動機中置后輪驅動是旅游客車中較為常見的布置形式，采用這種布置形式的主要優點是軸荷分配合理，傳動軸短，車廂面積利用最好且座椅布置不受發動機的限制。缺點是發動機必須采用水平對置式，且需要布置在地板下部，給發動機檢修帶來不便；發動機在寒帶的保溫條件和熱帶的冷卻條件均不好；動力總成操縱機構復雜。

2）貨車布置形式。按駕駛室與發動機相對位置的不同，貨車可以分為長頭式、短頭式和平頭式等形式。

① 長頭式。長頭式貨車的發動機位于駕駛室前部，發動機完全凸出在駕駛室前部，有獨立的發動機艙和蓋罩，如圖1-11a所示。這種布置形式的主要優點是駕駛室相對靠后，正面碰撞的緩沖區長，安全系數高；發動機維修的接近性好；駕駛室離發動機較遠，振動、噪聲和熱量對駕駛室的影響較小；發動機散熱性能好；駕駛室的地板高度較低，上下車比較方便，駕駛室布置容易；汽車的操縱機構簡單，易于布置；軸荷分配比較合理。缺點是車身前部較長；轉彎半徑較大；由于車頭部分體積較大，貨廂相對整車的面積利用率較低；由于車頭凸出，前部視野差。

② 短頭式。發動機的一部分伸入駕駛室內，一部分凸出在駕駛室之前，如圖1-11b所示。這種布置形式的主要優點是相對于長頭式貨車，其視野有顯著提高；貨箱的面積利用率提高；改善了長頭式貨車機動性能不好和外形尺寸過大的不足。缺點是由于駕駛室前移，發動機占用了部分駕駛空間，故需抬高駕駛室地板，影響駕乘人員出入的方便性；發動機的接近性和維修方便性變差；發動機的振動、噪聲和熱量較容易傳入駕駛室；駕駛室布置較困難。

③ 平頭式。

a. 發動機位于前軸之上、駕駛室的正下方。該布置形式的發動機完全伸入到駕駛室內，發動機艙蓋位于正副駕駛人座位中間，如圖1-11c所示。其優點是可以獲得最短的軸距和車長，由于減小了車身的尺寸，可以降低整車整備質量；機動性和視野良好；駕駛區縮短，可以大大提高后貨箱面積的利用率。缺點是駕駛室容易受到發動機振動、噪聲、熱量等的影響；發動機占用部分駕駛室空間，發動機艙蓋凸出于駕駛室內正副駕駛人座位之間，中間不易布設座位；大多數采用翻轉式駕駛室，操縱機構相對復雜；駕駛室地板高，一般采用多級踏步，上下車不便。

b. 發動機位于前軸之后、駕駛室的后下方。這種布置形式將發動機布置于駕駛室后下方，如圖1-11d所示，這也屬于平頭車的一種。該方式可以布置三人座椅，且中間座椅處沒有很高的凸起，目前應用廣泛。

3）越野車布置形式。越野車特別是軸數多的越野車，主要是在傳動系、軸距和采用轉向輪的方案上有較大的區別。不同方案對傳動系的復雜程度、汽車的通過能力、最小轉彎直徑以及零件的互換性等有影響。根據驅動橋數不同，越野車分為4×4、6×6、8×8等形式。圖1-12為擁有非貫通式驅動橋的6×6越野汽車，特點是動力由發動機傳至分動器，然后從分動器傳給各橋時，是經分動器的三個輸出軸和萬向節傳動軸分別傳給三個橋。

圖1-13為具有貫通式驅動橋的8×8越野汽車布置方案簡圖。其布置特點是從分動器輸出的動力傳至各橋時所經過的各傳動軸，皆布置在同一縱向鉛垂平面內，且通往一或四驅動橋的傳動軸要穿過第二或第三驅動橋。這種布置方案的萬向節使傳動軸數不僅少而且橋殼、半軸等零部件有互換的可能（視轉向輪的方案而定）。圖1-14所示為8×8越野汽車傳動機構側邊布置示意圖。除此之外，還有采用傳動軸混合式布置方案的。

在橋數相同的條件下，橋數多的越野汽車有多個軸距。如圖1-12所示，三橋越野汽車的第一橋與第二橋和第二橋與第三橋之間各有軸距L1和L2，而圖1-13和圖1-14所示的四橋越野汽車有三個軸距L1、L2和L3。對三橋越野汽車，圖1-12a所示的軸距布置方案為常見方案：L1>L2；為了提高汽車通過能力，有些越野汽車采用減小軸距、增加軸距L2并使L1=L2的布置方案（圖1-12b）；也有的越野車采用方案L2>L1（圖1-12c）。8×8越野汽車可選用的軸距布置方案較多，如圖1-13a～d所示。

當越野汽車橋數多且軸距長時，常因為使用條件不好而要求有較小的最小轉彎直徑來提高汽車的機動性。采用多橋轉向能減小最小轉彎直徑。6×6越野汽車采用圖1-12a所示方案時，其前橋為轉向驅動橋；而采用圖1-12b所示方案時，可采用第一橋和第二橋或第一橋和第三橋的車輪轉向；采用圖1-12c所示方案時應采用第一橋和第二橋車輪轉向。對于圖1-13b、c，應采用第一橋和第二橋車輪轉向方案；而對于圖1-13a，可以用第一橋和第二橋或第一橋和第四橋車輪轉向；對于圖1-13d，采用第一橋和第四橋車輪轉向是合理的。增加轉向輪不僅能減小汽車最小轉彎直徑，還有利于減少輪胎磨損。但是隨著轉向輪數的增加，采用等速萬向節的數量也相應增多，并且轉向傳動機構也更復雜、轉向沉重，此時必須采用動力轉向，增加了制造成本。4×4越野汽車因車橋少，與6×6或8×8越野汽車比較，結構簡單，制造成本低，在總質量比較小的越野汽車上得到廣泛的應用。6×6越野汽車的總體結構要比4×4越野汽車復雜，但在總質量較大的越野車上得到應用。