当前，汽车已进人人类社会的各个领域。工业、农业、商业与国际贸易，教育、科技、文 化、艺术、卫生保健、国防以及其他各项建设事业，以至人类的现代生活领域及家庭，都与 汽车有紧密联系。汽车已成为人们日常工作、生产、学习、生活、旅行中最方便、最经常使 用的交通工具，成为发达国家每个家庭的生活必需品，成为现代社会的象征。例如，198】 年美国平均每人一年的出行里程为11988km,其中乘自用轿车的比率竞达83.8%，如果 再加上乘公共汽车，则乘汽车的比率高达85.5%，而乘火车及飞机的比率总共不超过 14,5%),在美国的客运中轿车之所以占了这样高的比率，是由于人们的日常工作（例如 上下班)、生活（例如购物、访友、旅行）都离不开自用轿车的缘故。在其他发达国家情况也 类似，即以汽车为客运手段的比率在逐年增加，且已超过铁路、水运和空运的比率之和 随着“城市化”水平的提高，汽车运输的比率将继续提高。我国城镇人口比率不高，“城市 化”水平较低，不仅低于发达国家的“城市化”水平·，而且低于世界平均水平·，那么，汽车 运输在我国国民经济及人民生活中的地位又是怎样呢？众所周知，长期以来运输就是我 国国民经济的一个薄弱环节，是国家计划重点发展的一项事业，而汽车运输又是现代运输 中与国民经济及人民生活联系最紧密，使用最广泛、最方便、最及时的交通手段，我国 大地区不是铁路、水运，空运所能达到的，汽车便成为深人这些地区唯一可行的机动交通 工具。即使在铁路、水运、空运沿线，也需用汽车将分散在各处的物资集中到车站、港口和 机场后才能转运。短途运输，甚至较长途的鲜品运输，用汽车比用火车的经济效益要好。 这是因为汽车运输在运行时间和通车地域范围方面具有火车无法比拟的机动性和“门对 门运输”的优点，与铁路运输相比，它既可缩短运输时间又杜绝了中间转运时多次装卸的 损失。因此在国外，不仅在客运中，而且在货运中，汽车运输占有的比率逐年增加，我国也 必然会顺应这一发展趋势。由于公路建设具有周期相对短适应地区广、地方和群众也可 以筹建等特点，再加上已实现公路通车的地区带来的经济迅速发展和繁荣等明显效果，人 们终于得出了“要想富，修公路”的结论，待别是那些既无铁路又无水运的我国广大农村 汽车则成为唯一可行的高效运输工具。火车，轮船和飞机只能做城市间的交通工具，而城 市内的交通，离开汽车不行。过去，我国城市交通结构基本上是公共汽车、，电车加上自行 车的体系，由于公交事业的投资有限，城市乘车难的问题长期得不到解决，面过多地发展 自行车又会使道路拥挤、管瑾困难、事故不断。小轿车方便，高效，舒适，快速，安全。如以 轿车在城市平均车速为40km/小h计，比目前地面公交车时速16km/h提高2.5倍，比自行 车平均时速10km/小快4倍。积极而适当地发展公务、出租，尤其是自用小轿车，不仅会 方便人们的工作、生活，提高办事效窄及运输效率，改善城市交通状况，而且由于小轿车的 日世活动半径可很大，这样，在城市工作的人们可大量地移居远郊区、卫星城以至农村，这 不仅可控制城市规模、避免人口过于集中，对于农村建设、消灭城乡差别，也会有积极意 义。特别应指出的是，没有汽车运输，就不会有我国乡镇企业的大发展。由上述可见，即 使对我们这样一个发展中的国家来说，汽车也已成为国民经济以及各项事业和人民生活 学习、工作、生产等活动不可缺少的交通工具。大力发展汽车工业特别是轿车工业，大力 发展汽车运输业，已成为我国兴旺发达，实现四个现代化的极为重要的条件。 根据20世纪90年代的统计数字，分别为0%一90%及50%左石 2
汽车是由上万个零件组成的结构复杂、加工精密的“技术密集、劳动密集、资金密集” 型的机（机械）、电（电器、电子），化（化工）、美（美工造型）一体化且大批量生产的产品（见 图1-2)，也是世界上零件数以10计、产量以10计的唯一产品，是产值高、寿命长，需要 量大的社会必需品。虽然世界上一些尖端技术往往由字航、信息、核能等尖端工业开始 但要把这些技术转化为价格低廉并为整个社会所共享的财富，非经过以大批量生产产品的 汽车工业不可。因此，一些当代世界上的最新技术与成果，首先在汽车上或汽车工业中得到 图1-2四轮驱动轿车的结构图 】,发动机：2-转向系的转向盘：3-车身4一制动系的制动鼓：5一传动系的后敏动桥： 6,7,8一行驶系的减振器.后攀前车轮及锅板弹簧，9-传动系的万向节马与传动轴：10-的转 问动车轮 推广应用。如超徽型计算机，微电子，计算机辅助设计(CAD)与计算机辅助制造(CAM 激光、精密机械制造与柔性加工，优化、可靠性、自动控制、有限元分析、模态分析，模拟计 算、程控等现代技术及现代加工设备及机器人等，不仅越来越多地引进汽车设计、制造、试 验研究中，而且有些现代高新技术成果就直接用到汽车上，以满足对汽车的安全、节能、环 保以及其他性能越来越高的要求。例如，发动机、变速器的微机控制系统，制动器的电子 防抱死装置(ABS)与驱动车轮牵引力控制系统(TCS,traction control systems),汽车的 雷达防撞装置，交通路线优化选择的电子导航系统，多功能高精度智能化的电子仪表及显 示系统，车门锁的阔控及报警装程，安全气毒等等。另外，汽车材料种类繁多，工艺也很复 杂。在制造中要用铸、锻、烨、冲压，金属切削与无切削加工，热处理、表面处理、油漆、装配 等各种加工工艺及其设备：要消耗大量的各种钢材、有色金属、工程塑料、橡胶，玻璃、油漆 等：要安装电机，电器，仪表、微机控制系统、电子设备、空调设备、内饰和座楠、安全设备 (安全带与安全气意》等。汽车在使用中还要消耗大量的燃料、润滑油以及零配件：汽车还 需要维护保养及理。因此，汽车工业要以钢铁、有色金属与非金属材料、机械制造、电机 电器与电子.化工、石油及其加工、汽车零配件制造与修理等工业以及当代许多先进技术 为基础，要有这些基础工业与科学技术的扶植。反过来说，汽车工业发展了，又能带动这 3
些基础工业的迅速起飞与现代科技的蓬勃发展。从这种意义上来讲，汽车工业已成为许 多先进国家的支柱产业。一些发展中国家在有了一定工业基础之后，为了带动整个国民 经济的发展，往往将汽车工业作为支柱产业。另外，在汽车的制造与使用中需要大量的劳 动力，带来大量的就业岗位。因此，许多国家对发展汽车工业都极为重视。到1987年，世 界汽车的年产量达4600余万辆，而保有量达每10人就有一辆汽车的水平。1995年，全 世界在运行中的汽车达到6.2265亿辆，与1960年的1.27亿辆相比，其增加量超过 390%。1997年，全世界汽车的年产量又达到了5500多万辆，世界的这种“汽车化”程度 将日益提高。 美国汽车工业早已发展成为与锅铁、建筑并列的三个最大的行业之一。如今美西的 信良产业与高新技术产业发展讯猛，相汽车工业仍不失为美国产业最主要的支柱之一 在全球汽车保有量中，美国生产的汽车占34.8%。日本汽车工业在1941年已有5万辆 的年产能力，1955年就达到了年产15万辆。自1960年开始大力发展轿车工业，在质量、 节油及成本上下功夫，并革新企业管理模式，鼓励职工关心企业经营，使汽车年产量在20 年内增长10倍，到1980年达到1104.3万辆，曾一度超过美国而成为世界第一汽车生产 大国，其生产的汽车占全球汽车保有量的27,02%。西欧也是汽车生产大户，其产品约占 世界汽车保有量的32.21%。1998年，德国汽车的出口额达到总出口额的18%，在所有 出口产品中排在第一位。韩国的汽车工业起步于20世纪60年代，并从一开始就把汽车 工业作为国民经济的支柱产业、经济发展的先导产业、出口创汇的重点产业和国家经济实 力与技术水平的代表产业给予了必要的保护、正确的引导和有力的支持。很快形成了以 大型企业集团为骨干的汽车工业产业体系，再加上企业的自律和竞争，积极自主开发具有 国际竞争力的新车型，提高国产化率，推进出口，使汽车产量由1980年的123135辆（轿车 占46.47%)发展到1988年的1083655辆（轿车占80.47%），突破了百万辆大关，1996 年的生产能力又达到350万辆。 旧中国没有真正的汽车制造工业。1953年，中国汽车工业从起步，开始建立第 汽车制造厂，三年后便生产出国产“解放牌”中型载货汽车。60年代建设了第二汽车制造 ,生产中国独立设计的“东风牌”中型载货汽车。后来又建设了“川汽”、“陕汽”等重型汽 车厂，还在修理厂的基础上建成了如“北汽”，“上汽”、“南汽”、“济汽”等一批骨干企业，但 汽车的品种在过去的长时间内“缺重少轻”，更无轿车工业。“七五”·期间又有一批骨干 企业兴起，但与许多国家相比，中国汽车工业还很落后，汽车的产量、品种和质量都远远满 足不了篇要。鉴于这种情况，国家于“七五”期间提出“要把汽车制造业作为重要的支柱产 业，争取有一个较大的发展”，又决定“高起点、大批量、专业化”地发展轿车工业，并把第 汽车制造厂、第二汽车制造厂、上海、北京、天津，广州等定为轿车生产基地，引进国外车型 及先进技术与资金，强调要认真消化吸收，培养自行开发能力，加速国产化等，这些都是很 必要的措施，到1994年，中国大陆汽车的年产量就达到了1338500辆，1997年又达到了 158万辆，其中轿车为48.7万辆。但要快速发展中国汽车工业，必领加强统第规划，进行 宏观控制，克服分散，避免重复。为此，1994年国家颂布了“汽车工业产业政策”，它起到 ·指第七个玉年计划期间 4
了促进中国汽车工业的产业重组和投资集中，引导大型企业与骨干企业实行联合，促进金 业集闭化，加大投资力度与集中度，加快轿车工业和汽车零部件工业的发展，促进国产化 根讲产品自主开发和科被讲步，完姜汽车市场体系，扩大产品出口和带动相关工业的同先 发限等作用，并使中国汽车工业向大规模、专业化、高水平的生产型过渡，以形成在国际上 的竞争力。 汽车昆作为一种亦通T且而在生钓，但发展到今天户经不能抑它理解为单域的“行” 的手段。因为“汽车化”改变了当代世界的面貌，它已经成为当代物质文明与进步的象征 及文明形态的一种代表。中国汽车工业的振兴也必然会使中国的面貌焕然一新，在繁荣 经济，促进四个现代化的实现，提高中国人民的生活水平，推动社会与地球上近四分之 的人类进步方面，发挥巨大的作用。 1.2汽车设计理论与设计技术的发展 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 技术的发展与进我，又使汽车设计理论得到不惭的发展与提高。汽车设计技术是汽车产 品设计的方法和手段，是汽车设计实践的秋件与硬件。 由于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 被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。它涉及到许多基础理论、专业 基础理论及专业知识，例如：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」 电控与微机控制技术、液压技术、液力传动、汽车理论（汽车动力学或汽车行驶性能）、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. 汽车设计技术在近百年中也经历了由经验设计发展到以科学实验和技术分桥为抹础 的设计阶段，进而自60年代中期在设计中引人电子计算机后又形成了计算机辋助设计 (CAD)等新方法，并使设计逐步实现半自动化和自动化。 经验设计是以已有产品的经验数据为依据，运用一些带有经验常数或安全系数的经 验公式进行设计计算的一种传统的设计方法。这种设计由于缺乏精确的设计数据和科学 的计算方法，使所设计的产品不是过于笨重就是可靠性差。 一种新车型的开发往往要经 过设计一试制一试验一改进设计一试制一试验等二次或多次循环，反复修改图纸，完善设 计后才能定利，设计周期长，质盈差，消耗大」 随着测试技术的发展与完善，在汽车设计过程中引进新的测试技术和各种专用的试 验设备，进行科学实验，从各方面对产品的结构、性能和零部件的强度、寿命进行测试，同 时广泛采用近代数学物理分析方法，对产品及其总成、零部件进行全面的技术分桥、研究， 这样就使汽车设计发展到以科学实验和技术分析为基础的阶段。 电子计算机的出现和在工程设计中的推广应用，使光车设计技术飞跃发展，设计过程 完全改观。汽车结构参数及性能参数等的优化选择与匹配、零部件的强度核算与寿命预 测、产品有关方面的模拟计算或仿真分析、车身的美工造型等等设计方案的选择及定型、 。5
设计图纸的绘制，均可在计算机上进行。采用电子计算机作分析计算手段，由于其计算速 度很快且数据容量很大，就可采用较准确的多自由度的数学模型来模拟汽车在各种工况 下的运动，采用现代先讲的数学方法讲行分析，可取得较准确的结果，这就为设计人员分 析多种方案进行创造性的工作提供了很大的方便。当前，由于计算机的外部设备及人机 联系方面的成就，已可将计算机的快速计算和逻辑判断能力、大容量的数据储存及高效的 数据处理能力、计算结果的动态图像显示功能与人的创造性思维能力及经验结合起来，实 现人机对话式的半自动化设计，或与产品设计的专家系统相结合，实现自动化设计。其设 计过程可由电子计算机对有关产品的大量数据、资料进行检案，对有关设计问题进行高速 的设计计算，通过计算机屏幕显示其设计图形和计算结果：设计人员亦可用光笔和人机对 话语言直接对闲形进行修改，取得最佳设计方案后，再由与计算机联机的绘图设备绘出产 品图纸。这种利用计算机及其外部设备进行产品设计的方法，统称为计算机辅助设计 (CAD,computer aided design)。今后CAD将与CAM(computer aided manufacture,iH 算机辅助制造)，CAT(computer aided test,计算机辅助测试)结合成CADMAT系统，更 将显示出其巨大的功用。 随者计算机在汽车设计中的推广应用，一些近代的数学物理方法和基础理论方面的 新成就在汽车设计中也日益得到广泛应用。死代汽车设计，除传统的方法、计算机辅助没 计方法外，还引进了最优化设计1幻、可靠性设计]、有限元分析、计算机模拟计算或仿真 分析、模态分析等现代设计方法与分析手段，甚至还引进了雷达防撞、卫星导航、智能化电 子仪表及显示系统等高新技术。汽车设计理论与设计技术达到当前的高水平，是百余年 来特别是近三十年来基础科学、应用技术、材料与制造工艺不断发展进步的结果，也是设 计、生产与使用经验长期积累的结果。它立足于规模宏大的生产实践，以基破理论为指 导，以体现当代科技成就的汽车设计软件及硬件为手段，以满足社会需求为目的，借助于 材料、工艺、设备、工具，测试仪器、试验技术及经营管理等领域的成就，不断地发展进步。 汽车工业已在世界范固内展开了剧烈的竟争，缩短新车型的设计开发时间、降低成 本、提高质量、提高市场竞争力，日益成为各汽车制造厂家考虑的首要问题。并行工程 (CE,concurrent engineering)[)作为现代的、先进的产品设计开发模式，是解决上述问题 的好办法，已为各国汽车制造业所采用。所谓并行工程，是集成、并行设计产品及相关过 程（包括制造、维修等）的系统工程，它考虑到产品从概念设计、设计定型、制造、使用、维修 直至报废这一全过程中的所有相关因素，能解决因设计与制造工艺脱节而引起的设计改动 频紫、开发时间长、成本高等矛盾，可最大限度地提高设计质量和开发效率，提高产品的市场 竞争力，并行工程的关键是对产品及其相关过程实行集成的并行设计，面向制造与装配的 设计(DFMA,design for manufacturing and assembly)as,是并行工程的重要内容。 在产品开发的能个过程中，设计是关键。产品的先天质量决定于设计。统计表明，产 品在包括原材料、制造、使用、维修等各方面的花费即广义成本的？0%也是由设计阶段决 定，DFMA的目标就是尽量早地在设计阶段就引人制造与装配等工艺的约束，例如材料 的选择、制造工艺性、装配性等约束，使设计方案的修改尽可能地在产品开发的前期进行 诚少从造到装配时发生的不利情况，使产品设计一次成功，避免在产品开发后期因改变 设计而造成的巨大浪费。 6