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[积分下载] 人机工程《H-Point》第十六期 - 动力总成的全方位布局(一)

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天宇 发表于 2017-2-10 21:04:34 | 显示全部楼层 |阅读模式
      《H-Point》第十六期 - 动力总成的全方位布局(一)        第八章:动力总成
    动力总成是对结构有重要影响的系统之一,由于他的尺寸和重量都比较大。”“电动,混合动力,和其他革命性的动力总成为重塑车身结构,设计更高效的汽车布局提供了新的机遇。”
第一节:动力总成剖视图
       动力总成系统为车轮提供和传递了动能。历史上,大多数汽车都使用的内燃机和一些轮轴机械系统连接发动机,驱动车轮。今天,我们看到了各种各样的动力总成系统,带有电池或氢燃料电池的电动机以及混合动力系统。下图是传统前置引擎,后轮驱动的动力总成布局的纵向侧视图。这与内燃机结构装置看起来是截然不同的,但是它们有相同的基本组成元素。

❶ 引擎
       引擎大小各异,结构也不同,但是它们有共同的组成元素:气缸,气缸盖,油盘,活塞,机轴,调速轮,进气系统,排气系统,启动器,附件传动装置以及一些其他的辅助元件。由于引擎的尺寸,重量较大,以及与轮子的关系,使它成为影响布局的重要组成之一。

❷ 变速器
      手动或者自动的变速箱通常都是在引擎尾部,提供各种速比的速度动能。离合器(手动)或者转矩变换器(自动)位于引擎和变速箱中间。

❸ 冷却系统
      冷却系统通常装置在汽车前部方便得到冷空气的地方。其大小取决于发动机的功率和载荷能力。油冷却器,空调冷却器,变速箱冷却器以及涡轮增压冷却器通常适合发动机冷却器安装在一起的,为气流创造了相当大的空间。

❹ 油箱
      油箱体积取决于车辆的尺寸和范围。油箱布局中的主要考虑因素是高速碰撞情况下的安全性。

❺ 排气系统
      排气系统的布局一般不在布局的早期进行研究,但是系统中较大的组成部件应适当加以考虑,如触媒转换器,消声器。

❻ 主减速器
     主减速器包含了驱动轴,差速器和分动箱(四轮驱动)。它们的运动情况与悬架相连接,应该在设计初期加以研究。 典型的前轮驱动的动力总成剖视横置发动机,前轮驱动布局是乘用车最常用的布局结构。 电动动力系统结构剖视图电动系统的布局与传统动力系统的布局在要求上是不同的。相比传统的内燃机而言,电动系统的发动机非常小但是能量或者储存能量的系统非常大。主要利用这些组成结构内在的潜能。如果能将动力系统装置在地板下边,那么设计师就可以缩减整车长度,并且改变外饰比例。
  
● 蓄电池 / 燃料电池
     电动发动机可以使用蓄电池,也可以使用燃料电池。蓄电池由多种材料制成,基于一定的成本和功率要求。燃料电池包含了燃料柱,压缩器以及氢燃料储存装置。
● 冷却系统
     尽管电动系统比内燃机更加高效,它们依然会发热,需要散热。
● 发动机和主减速器
     电动发动机因为尺寸的缘故,动力十足,在低转速区域产生的扭矩也十分惊人。这就允许它们被安装在后轴上,免去了传统的变速箱。主减速器和差速器可直接通过减速齿轮安置在发动机上。

     内燃机过去被装置在各种可能的方位。每种结构组成都有其利弊,但都为了满足其特殊的功能目标,如,动能,布局有效性,牵引力,重力分配。下图是一些典型的量产车辆的案例。   


    前横置发动机 – 前轮驱动
      这是过去45年里乘用车中最流行的布局方式之一。这种布局能有效提高空间使用率,并能预先组装好动力总成和悬架,然后安装到车身上。小型经济型车辆或者大型的厢型车是以乘员空间为主,这种布局最为理想。它同样适用于大多标准的中等尺寸的车辆。

     前部车架纵梁之间的宽度限制了引擎的长度,这种布局方式不适用于豪华型车辆。变速器缩短了一侧传动轴的长度,对悬架行程也有一定限制。从侧视图可看出,变短的传动轴要求主动轴的位置应靠近变速器的从动轴,因此,引擎位于前轮中间。这种布局结构适用于平行的混合动力系统,并且不需要对总体尺寸作出大的修正。

前纵置引擎 – 后轮驱动(4轮驱动)
     这种传统的布局方式兴起于十九世纪晚期,但至今仍被大多皮卡,豪华型乘用车,越野车使用。纵向朝向允许较大(较长)的引擎被安装在车架纵梁之间,并且不受转向角的限制,这种布局方式有助于缩小车子转向时的轮距。因为引擎与驱动轮之间没有直接相连,其位置可以在轴荷分布的基础上考虑进行优化。手动变速箱与传动轴直接连接,方便迅速换挡。

主减速器经过固定的差速器或者固定轴。四轮驱动则通过一个分速箱和额外的连接前桥的传动轴。较长的传动轴允许越野车上安装较大的悬架系统。

前纵置引擎 – 后轮驱动(全轮驱动)
    这种布局通常适用于专门研究全轮驱动的乘用车厂商。它提供了轻便高效的全四轮驱动的驾驶方式。但这种布局主要的缺点在于变速器和前轴的关系导致前悬系统过长。与横置引擎不同,这种纵置引擎的驱动轴是等长的,使引擎安装更加灵活,但是驱动轴的转动角仍然受到限制。差速器减少了“非弹簧重量”,有助于在使用固定轴时的操控性。

中置引擎 – 后轮驱动和全轮驱动

    这种布局非常适用于高性能的越野车。将引擎纵向安装在后轮前面既对操纵过程载荷分配进行了优化,也提高了车子的转弯性能,但是后排就无法安置乘员了。全轮驱动也适用于这种布局,当动力总成位于靠近车子后方的位置时,冷却系统可以安装在靠近引擎与车子前方距离较远的位置,通常是在后轮中间。这种布局方式会影响排气口位置,也会对外饰布局产生显著的影响。

后纵置引擎 – 后轮驱动和全轮驱动
     这种布局方式曾经备受一些欧洲生产低功率家用车的厂商所钟爱,但今天已经很少使用了。尽管电动牵引力控制系统和轮胎技术使得车辆便于驾驶,但是过后的重心导致极限情况下的操纵仍十分困难。牵引力仍然太大了。全轮驱动可以轻易使用这种布局,行李可以放在前盖下边,车子后方也能有乘员的乘用空间。  

中横置引擎 – 后轮驱动
     这种布局通常适用于小型越野车。引擎大小受到轮距宽度的限制,因此经常会在轻便的高性能车上发现这种布局方式。其动力总成的布局源自于前轮驱动车辆的布局方式,这使短轮距的车辆有了更好的荷载分配。


后横置引擎 – 后轮驱动
     后横置引擎的布局方式适用于空间紧张的情况下。是微型车的理想布局方式,其引擎足够小,可以安装在车后,或者驾驶员座椅下方。有助于节省汽车前方驾驶员脚部空间。前防撞系统要求碰撞情况下保险杠和驾驶员脚部之间有足够空间,不在防撞区域安装引擎有助于提高空间效率。


中下置引擎 – 后轮驱动
      这种布局方式可提高空间效率而非荷载分配,因此它适用于微型多用途汽车。引擎装置在乘员座椅下方,使其尺寸有了一定的限制,同时对汽车重量也有限制。维修和保养也相对不便, 通过安装分动箱,该布局也可以使用全轮驱动。

电能驱动
     通过布局设计图可以看出,电能驱动为汽车空间效率的设计提供了相当大的机会,主要是因为发动机比内燃机要小很多。动力总成的其他组件都分布在相对较远的位置,不同于传统的动力系统那样,所有结构都机械式的贯穿在一起,其周围形成了一个又大又笨重的配置结构体。另外一处明显的区别是能源和燃料。传统的汽车里有一个油箱,体积相对比较小,可以安置在其他部件之间,然而电动系统的能源,不管是蓄电池还是燃料电池,都非常大,而且蓄电池还非常重。这恰好也是它的优势,可以降低重心。
   
混合动力驱动系统
     这种系统被认为是未来全电气化动力系统的敲门砖。它混合了内燃机和电动机的特性,提供了长距离下更加高效节能的动力系统。尽管与传统的动力系统相比,它有更多的组件,但是引擎变得越来越小,因为电动机可以提供额外的扭矩。

  ● 并联式混合动力汽车
内燃机与电动机(启动发电机)通过机械方式连接提供动能通过变速器和主减速器使汽车驱动。

● 串联式混合动力汽车
在内燃机作用下发电机产生电能供给电动机。这种类型的混合动力系统有一个布局上的优势,它不需要变速器和传动轴,并且将内燃机与轮胎分离。

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                《H-Point》第十六期 - 汽车动力总成的全方位布局(一).pdf (2.25 MB, 下载次数: 19, 售价: 2 金钱)

动力总成的全方位布局

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动力总成的全方位布局
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18166863956 发表于 2017-6-26 14:47:27 | 显示全部楼层
感谢您的分享,你的资料很好,希望在以后的工作中能够用到
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vxh星坠暗雨 发表于 2018-5-23 15:40:34 | 显示全部楼层
没来得急看,应该不错,先帮你顶











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大海无语505 发表于 2018-6-3 12:42:19 | 显示全部楼层
不错。值得学习啊,顶一个











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lgy千千都 发表于 2018-6-4 16:00:19 | 显示全部楼层
不错的。谢谢喽











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x夹包 发表于 2018-6-5 07:06:20 | 显示全部楼层
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丁摇摇mb 发表于 2018-6-6 14:40:52 | 显示全部楼层
确实不错,眼前一亮的好文











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豆大豆993 发表于 2018-6-6 15:28:11 | 显示全部楼层
顶你!辛苦了~











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南强yhp 发表于 2018-6-6 17:46:27 | 显示全部楼层
我也想听大家的建议!谢











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x夹包 发表于 2018-6-9 10:04:20 | 显示全部楼层
我喜欢,请大家鼓掌支持,谢谢











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