《车辆构造与性能介绍》课件

车辆构造与性能介绍欢迎参加《车辆构造与性能介绍》课程本课程将带您深入了解各类车辆的基本构造、工作原理以及性能特点我们将从发动机、传动系统、底盘系统等核心部件入手，全面剖析现代汽车技术目录1课程基础课程概述、学习目标、汽车发展简史2车辆构造发动机系统、传动系统、底盘系统、车身结构、电气系统3性能特性动力性能、经济性能、制动性能、操控性能、安全性能、环保性能未来技术课程概述课程内容教学方法适用对象本课程系统介绍现代车辆的构造原理与采用理论与实践相结合的方式，通过图本课程适合汽车工程专业学生、汽车技性能特性，涵盖传统燃油车辆和新能源解分析、案例研究和虚拟仿真等多种手术人员、维修工程师以及对汽车技术感车辆的核心技术从基础机械系统到先段，帮助学习者直观理解复杂的汽车系兴趣的爱好者无需高深的工程背景，进电子控制，全面展示汽车工程的发展统工作原理但基础的物理和机械知识将有助于更好与创新地理解课程内容学习目标融会贯通1能够综合应用所学知识分析车辆性能问题评估能力2具备评估车辆性能指标的能力原理理解3掌握各系统工作原理与相互关系结构认知4识别车辆主要部件及其功能通过本课程的学习，学生将能够理解汽车各主要系统的基本构造和工作原理，掌握评估车辆性能的方法，并具备分析常见故障的初步能力课程还将培养学生对新技术的认知能力，为未来深入学习汽车工程奠定基础我们期望学生在课程结束后，不仅能够理论联系实际，还能形成系统化的汽车工程思维，为后续专业课程或职业发展做好准备汽车发展简史11769年:蒸汽车时代法国工程师尼古拉·约瑟夫·居诺发明了世界上第一辆自走式蒸汽车，虽然速度缓慢，但开创了机动车辆的先河21886年:内燃机车诞生卡尔·本茨设计制造了世界上第一辆实用的汽油发动机汽车，配备三轮车架，这被广泛认为是现代汽车的起源31908年:大规模生产亨利·福特推出T型车并采用流水线生产方式，使汽车从奢侈品变为普通民众能够负担的交通工具41997年至今:新能源与智能化丰田普锐斯推出商业化混合动力车型，随后纯电动车、智能网联技术和自动驾驶技术迅猛发展，汽车进入新时代车辆总体构造动力系统传动系统底盘系统包括发动机及其附属系统，将发动机产生的动力传递支撑车身和各种总成，包负责产生车辆的动力，是到车轮，包括离合器、变括行驶系统、转向系统和汽车的心脏根据能源速器、传动轴、差速器等制动系统，直接影响车辆类型可分为内燃机、电动部件，控制车辆的速度和的操控性、舒适性和安全机或混合动力系统扭矩输出性车身及电气系统车身提供乘员舱和装载空间，电气系统负责车辆的信号处理、照明、舒适设备和安全控制等功能发动机概述定义与功能主要部件发动机是车辆的动力来源，将化一般包括气缸体、气缸盖、活学能转化为机械能它通过燃烧塞、连杆、曲轴、配气机构、点燃料释放热能，然后将热能转化火系统（汽油机）或喷射系统为机械功，驱动车辆行驶现代（柴油机）、冷却系统、润滑系发动机不仅追求动力输出，还需统和进排气系统等这些部件协兼顾燃油经济性、排放控制和可同工作，确保能量高效转换和稳靠性定运行分类方式可按燃料类型（汽油、柴油、天然气等）、冷却方式（水冷、风冷）、气缸排列形式（直列、型、水平对置等）、进气方式（自然吸气、增V压）或工作循环（二冲程、四冲程）等多种方式分类发动机工作原理进气冲程压缩冲程1活塞下行，进气门打开，混合气体进入气缸活塞上行，气门关闭，混合气被压缩2排气冲程做功冲程43活塞上行，排气门打开，废气排出点火或喷射，燃料燃烧，活塞被推下行四冲程发动机完成一个工作循环需要曲轴旋转两周（），而活塞在气缸内完成四个行程在这个过程中，发动机将燃料的化学能转化为曲轴的720°旋转机械能现代发动机通过精确控制燃油喷射时间、点火时刻和气门正时，优化燃烧过程，提高效率发动机的实际工作过程比理论循环复杂，涉及热力学、流体力学和材料科学等多学科知识设计者需要平衡动力输出、燃油经济性、排放控制和噪声振动等多种因素发动机类型按气缸排列方式分类，主要有直列式（气缸垂直排成一列，结构简单，适用于小排量车型）、V型（气缸成V形排列，结构紧凑，振动小，常用于中高端车型）、水平对置式（气缸水平相对，重心低，平衡性好，保时捷等品牌采用）和旋转活塞式（体积小，功率大，但密封难度高）按工作循环分，有四冲程（主流车型采用，效率高，排放低）和二冲程（结构简单，功率密度高，主要用于小型机械）此外，还可按燃料类型（汽油、柴油、天然气）、进气方式（自然吸气、涡轮增压、机械增压）等方式分类不同类型发动机各有优缺点，适用于不同的应用场景汽油发动机结构气缸盖组包含进排气门、气门弹簧、凸轮轴等配气机构，形成燃烧室顶部，控制进排气流程现代发动机多采用顶置凸轮轴设计，提高气门控制精度气缸体组包含气缸、水套、机油通道等，是发动机的主体结构气缸内壁需耐高温、耐磨，通常采用铸铁或铝合金材质，并进行特殊处理以延长使用寿命活塞连杆组包括活塞、活塞环、活塞销和连杆，将气体爆炸压力转化为机械运动活塞承受高温高压，材质多为铝合金，需精确控制膨胀系数曲轴飞轮组将往复运动转化为旋转运动，并平衡运行曲轴材质通常为高强度合金钢，经过精密加工和平衡处理，确保高速运转时的稳定性柴油发动机结构高压喷射系统加强型气缸组件增压系统柴油发动机最显著的特点是采用高压燃油由于压缩比高（通常为16:1至22:1），柴现代柴油发动机几乎都配备涡轮增压器，直接喷射系统，燃油压力可达2000bar油机的气缸、活塞、连杆等部件比汽油机利用排气能量提高进气量，克服大排量柴以上现代系统如共轨直喷技术能精确控更为坚固气缸材质多采用高强度铸铁，油机响应迟滞问题高端系统采用可变几制喷射时间、压力和次数，大幅提高燃烧活塞顶部设计特殊燃烧室形状，优化燃烧何涡轮或双级增压，兼顾低转速扭矩和高效率和降低排放过程转速功率新能源发动机纯电动驱动系统1以电池为能源，电机为动力核心，具有零排放、高效率特点混合动力系统2结合内燃机与电动机优势，改善燃油经济性，降低排放燃料电池系统3利用氢气与氧气电化学反应产生电能，排放物仅为水纯电动驱动系统通常由高压电池组、电机、电机控制器和减速器组成电动机具有全转速范围高效率的特点，低速即可输出最大扭矩，减速器结构简化为单级或双级减速，无需复杂变速器代表性车型如特斯拉、比亚迪汉等Model3混合动力系统根据混合方式可分为串联式、并联式和混联式丰田系统代表混联式，本田代表串联为主的混合燃料电池系THS i-MMD统则通过催化剂使氢气和氧气反应产生电能，具有加注快速、续航长的优势，但基础设施建设和成本仍是挑战传动系统概述变速器离合器改变传动比，适应不同行驶工况2控制动力接合与分离，实现平稳起步和换挡1传动轴3传递转矩，连接变速器与驱动桥5半轴4驱动桥将动力从差速器传递到车轮包含主减速器和差速器，改变转向并分配动力传动系统是连接发动机与驱动轮之间的纽带，负责传递、变换和分配动力良好的传动系统设计能够充分发挥发动机性能，提高车辆的动力性、经济性和操控性根据驱动方式不同，传动系统布局可分为前置前驱、前置后驱、后置后驱和四轮驱动等形式现代车辆越来越多地采用自动变速器，包括液力自动变速器、双离合变速器和无级变速器等，提高驾驶舒适性和燃油经济性离合器3主要部件包括从动盘、压盘和分离轴承三大核心部件秒

0.2分离时间专业车手可在极短时间内完成离合器操作公里60000平均寿命正常使用条件下的摩擦片平均使用寿命种2主要类型干式单片和湿式多片是两种常见设计离合器是传动系统中连接发动机与变速器的关键部件，其主要功能是控制动力的接合与分离，实现平稳起步、换挡和停车工作原理基于摩擦原理，通过压紧或释放摩擦片实现动力传递或切断手动挡汽车采用驾驶员踏板控制的机械或液压离合器，而自动挡汽车则采用电控液压或电磁控制的自动离合器新型车辆还出现了电子离合器、双离合器等先进设计，进一步提高了传动效率和换挡平顺性适当使用和维护离合器对延长其使用寿命至关重要变速器电动车减速器手动变速器纯电动车通常只需单级或双级减速器，因为电动机具有宽结构简单，传动效率高，维修成本低，驾驶者可完全控制广的高效区间和较大的起步扭矩结构大幅简化，重量轻，换挡时机其核心部件包括输入轴、输出轴、中间轴、同传动效率高，维护简单，但缺乏传统变速器的灵活性步器和换挡机构等主要优势是直接的驾驶感受和较高的机械效率自动变速器包括液力自动变速器AT、双离合变速器DCT、无级变速器CVT等AT采用液力变矩器代替离合器，换挡平顺；DCT综合手动和自动变速器优点，换挡快速；CVT则提供无级变速，平顺性好主减速器与差速器主减速器差速器扭矩分配将来自变速器的高速低允许同一轴上的两个车现代四驱系统采用主动扭矩转变为低速高扭轮以不同速度转动，保扭矩分配技术，通过电矩，一般采用螺旋伞齿证车辆转弯时内外轮路子控制多片离合器或液轮设计传动比通常在径差异传统开放式差压耦合器，根据路况智3-5之间，是汽车最终速器在单轮打滑时动力能调整前后轴和左右轮传动比的重要组成部流失，限滑差速器和差之间的扭矩分配，提高分合理选择主减速器速锁则可改善牵引力分操控性和通过性传动比对整车动力性和配经济性有重要影响车桥车桥类型整体式车桥车桥分为驱动桥和从动桥驱动左右车轮通过一根坚固的桥壳连桥传递动力并承受载荷，包括半接，结构强度高，成本低，多用轴、差速器和轮毂等；从动桥仅于商用车和部分越野车缺点是承受载荷，结构相对简单根据非簧重较大，影响乘坐舒适性和悬架形式，又可分为整体式桥和操控性，且左右车轮不能独立工独立悬架式桥作独立悬架式车桥每个车轮单独连接到车身，左右车轮互不影响，减小了非簧重，提高了舒适性和操控性现代乘用车多采用这种形式，尤其是前轮麦弗逊式和后轮多连杆式设计应用广泛车轮与轮胎天然橡胶合成橡胶炭黑和硅钢丝和织物其他化学物质现代轮胎是一个复杂的工程产品，由胎面、胎侧、胎圈、帘布层和内衬等部分组成胎面直接接触路面，需要具备抓地力和耐磨性；帘布层提供强度和稳定性；胎圈确保轮胎与轮辋紧密配合；内衬则保证气密性轮胎根据结构可分为子午线轮胎和斜交轮胎，其中子午线轮胎因其优异的性能已成为主流根据用途又可分为公路轮胎、越野轮胎、雪地轮胎等轮胎规格表示法如225/45R1794W，分别代表胎宽、扁平比、结构类型、轮辋直径、载重指数和速度级别转向系统方向盘驾驶员操作界面，连接转向柱，传递转向指令转向机构将旋转运动转化为直线运动，包括齿轮齿条式、循环球式等转向传动装置连接转向机构与转向节，转向拉杆、直拉杆等转向节通过转向主销实现车轮转向，同时承受力和力矩转向系统的主要作用是按照驾驶员的意图改变车辆行驶方向现代汽车多采用动力转向系统，减轻驾驶员转向力，提高驾驶舒适性和安全性动力转向根据辅助动力来源可分为液压动力转向（HPS）、电液动力转向（EHPS）和电动助力转向（EPS）先进的转向系统还包括可变转向比系统、主动转向系统和线控转向系统等转向几何参数如主销后倾角、主销内倾角和前轮前束对车辆的直线行驶稳定性和转向回正性有重要影响电动助力转向因其能耗低、可调性强，正成为当前主流制动系统制动踏板制动助力器1驾驶员输入力，放大1:4至1:7利用真空或液压进一步放大制动力2制动器主缸与分泵43将液压力转化为机械摩擦力减速车轮产生并分配液压力至各轮制动器制动系统是车辆最重要的安全系统之一，其功能是减速、停车和驻车现代汽车普遍采用液压制动系统，由制动踏板、制动助力器、制动主缸、制动管路、制动分泵和制动器等部件组成根据制动器构造，可分为盘式制动器和鼓式制动器两种主要类型电子制动系统如防抱死制动系统、电子制动力分配系统、制动辅助系统和车身稳定控制系统大大提高了车辆制动安全性ABS EBDBAS ESC新能源汽车还采用电子液压制动系统或电子机械制动系统，更好地与能量回收系统集成，提高能源利用效率悬架系统悬架系统连接车身与车轮，吸收路面冲击，保证轮胎与地面接触，并传递制动和转向力主要由弹性元件（弹簧、空气气囊等）、减振器、连杆机构、横向稳定杆等组成良好的悬架设计需要平衡舒适性与操控性这两个往往相互矛盾的需求根据结构特点，悬架可分为独立悬架和非独立悬架独立悬架包括麦弗逊式（结构简单，占用空间小）、双叉臂式（运动学特性好）和多连杆式（高度可调，性能优异但成本高）等非独立悬架包括整体桥式悬架（强度高，成本低）和扭力梁式（结构紧凑，成本适中）等先进的电子控制悬架如空气悬架、磁流变悬架可根据路况自动调节高度和硬度车身结构1承载式车身2非承载式车身现代乘用车主流设计，车身本传统的车架车身结构，由坚固身承担主要载荷，结构轻量的车架承受主要载荷，车身安化，空间利用率高主要由高装在车架上结构简单坚固，强度钢、铝合金等材料通过模易于维修，多用于商用车、越块化设计构成，整体刚性好，野车等缺点是重量大，空间同时设有多个吸能区域，提高利用率低，舒适性相对较差碰撞安全性3混合式车身结合了承载式和非承载式特点，部分载荷由车架承担，部分由车身承担如一些和皮卡采用这种设计，平衡了强度和重量现代混合SUV式设计多采用铝合金车架和复合材料车身，减轻重量汽车电气系统电源系统包括蓄电池和发电机，为整车提供电能现代车辆使用交流发电机，通过电子调节器控制输出电压，蓄电池容量通常为12V/45-100Ah智能充电系统根据电气负载和电池状态调整充电电流，提高效率启动系统由启动机和启动控制电路组成，提供发动机初始启动动力现代启动机多采用永磁式设计，减小体积和重量启停技术要求启动系统具备高频启动能力和快速响应特性照明与信号系统包括前照灯、转向灯、制动灯、倒车灯等LED和激光大灯提高照明效率和寿命，自适应前照灯系统可根据行驶状况自动调整光型和照射范围，提高夜间行车安全性电子控制系统包括发动机控制、变速器控制、车身控制、驾驶辅助等多个子系统高端车型可配备多达100多个电子控制单元ECU，通过CAN、LIN、FlexRay等总线网络通信安全系统被动安全系统主动安全系统综合安全系统保护乘员在碰撞发生时减轻伤害包括预防事故发生的系统包括防抱死制动将传感器、控制单元和执行机构集成，三点式安全带（可减少50%致命伤系统ABS、电子稳定控制系统ESC、提供全方位安全保障例如，预碰撞安害）、预紧式安全带（碰撞前瞬间收牵引力控制系统TCS、制动辅助系统全系统可在碰撞前识别危险、警告驾驶紧）、安全气囊系统（前排、侧面、窗BA、车道保持系统LKA、自动紧急员、主动制动并预设安全带和气囊，形帘式、膝部等多达10余个）、安全车身制动系统AEB、盲点监测系统BSD成完整安全链车联网技术还可实现车结构（前后防撞梁、侧防撞梁、安全舱等现代车辆配备的主动安全系统已超辆间安全信息共享等）过20种舒适系统空调系统座椅系统音响系统调节车内温度、湿度和空气质提供支撑和舒适性高端座椅提供娱乐和信息从基础的4扬量现代空调系统多采用电子配备电动调节（多达22向）、声器到高端的20多扬声器系统，控制自动空调，配备多区域温座椅记忆、加热/通风/按摩、集成数字处理技术和主动降噪控、空气净化、负离子发生等动态支撑等功能人体工程学技术高端系统如Bowers功能新型环保制冷剂和热泵设计减轻长途驾驶疲劳，安全Wilkins、BangOlufsen技术提高能效，尤其适用于电头枕可降低追尾事故颈椎损伤可提供接近音乐厅的听觉体验动车风险氛围系统提升内饰质感包括环境照明（多达64色可调）、香氛系统、全景天窗等先进系统可根据驾驶模式、音乐节奏自动调整内饰氛围，提供个性化驾乘体验车辆性能概述动力性能经济性能12加速能力、最高车速、爬坡能力燃油经济性、维护成本环保性能操控性能63排放水平、回收利用转向响应、稳定性、极限操控安全性能舒适性能主动安全、被动安全、预防安全54乘坐舒适性、NVH控制车辆性能是衡量车辆综合素质的关键指标集合，反映了车辆在各种使用条件下的表现能力不同类型车辆对性能侧重点不同跑车注重动力性和操控性；家用车强调经济性和舒适性；越野车关注通过性和可靠性车辆性能不仅受设计因素影响，还与使用环境、驾驶习惯和维护状况密切相关当前汽车设计面临平衡各项性能指标的挑战，如何在满足动力需求的同时兼顾经济性和环保性，是现代汽车工程技术创新的重点方向动力性能速度km/h汽油车功率kW电动车功率kW动力性能是车辆在各种行驶条件下产生并利用动力的能力，是车辆最基本和直观的性能表现主要包括加速性能（如0-100km/h加速时间）、最高车速、爬坡能力和通过能力等指标动力性能直接影响车辆的机动性和适应复杂路况的能力影响车辆动力性能的因素包括功率重量比、传动比匹配、空气动力学特性等汽油车功率随转速上升而增加，而电动车在较低速度即可输出最大扭矩，因此在起步加速方面具有优势先进的电子控制系统如牵引力控制和弹射起步技术可以优化动力输出，提高实际道路条件下的动力性能表现经济性能1燃油经济性衡量车辆使用能源的效率，通常用百公里油耗L/100km或燃油经济性km/L表示现代紧凑型轿车市区工况油耗约6-8L/100km，高速公路工况可降至4-6L/100km动力总成效率、车重、风阻和滚动阻力都显著影响燃油经济性2维护成本包括定期保养、零部件更换和修理费用与车辆设计、材料质量和生产工艺密切相关一般而言，复杂的高性能车辆维护成本更高厂家通常提供5年/10万公里的质保，影响使用初期的维护支出3残值率车辆在特定使用年限后的保值能力一般车辆3年后残值约为原价的60-70%，5年后约为40-50%品牌声誉、产品可靠性和市场需求直接影响残值表现高残值意味着全生命周期拥有成本更低4使用税费各国基于排量、排放或价值征收不同税费例如，中国对排量超过

2.0L的车征收较高购置税，欧洲则对高CO2排放车征收更高税费电动车通常享有税费减免优惠，降低使用成本制动性能制动性能是汽车安全性能的核心指标，主要考察车辆减速停车的能力关键指标包括制动距离（如100-0km/h制动距离）、制动稳定性和重复制动耐热衰退性优秀的制动系统应在各种路况和环境条件下保持稳定可靠的制动效果制动性能受多种因素影响制动系统设计（如盘式/鼓式、制动器尺寸）、轮胎抓地力、车辆重量分布和制动控制系统（如ABS、EBD）等高性能车型通常采用多活塞卡钳和大尺寸通风盘，提供更出色的制动力和散热性能现代车辆的电子制动力分配系统可根据负载状况自动调节前后轴制动力分配，优化制动效果操控性能转向响应方向盘转动与车辆转向的关系，直接影响驾驶者对车辆控制的精确度和信心好的转向系统应具备适当的转向力反馈、线性的转向响应和良好的回正性侧向稳定性车辆在高速行驶和转弯时抵抗侧倾和保持稳定的能力合理的重心高度、悬架几何参数和横向稳定杆设计能提高侧向稳定性侧向加速度通常用表示，优g秀运动型车型可达以上

0.9g极限控制性车辆在接近或超过轮胎抓地力极限时的可控性良好的设计应使车辆具有渐进的极限特性，而非突然失控电子稳定系统可在极限状态下辅助驾驶员保持控制综合平衡性车辆各项操控特性之间的协调性，如转向、制动和加速之间的平衡顶级运动车型追求中性转向特性，在极限状态下既不严重转向不足也不易发生转向过度平顺性种4振动类型车辆主要存在垂直、俯仰、横摇和扭转四种振动形式1-30Hz人体敏感范围人体对1-30赫兹范围内的振动最为敏感40dB高档车噪声高档轿车100km/h时车内噪声应低于40分贝个3噪声来源发动机、风噪和路噪是三大主要噪声源平顺性指车辆行驶时的舒适程度，主要包括振动舒适性和声学舒适性两方面优良的平顺性可减轻驾乘人员疲劳，提高行车安全性现代车辆设计中，平顺性日益成为关键指标，尤其是在中高级轿车领域影响平顺性的因素包括悬架系统设计、车身刚度、噪声隔绝材料和空气动力学特性等高端车型采用空气悬架、主动悬架和自适应减震器，可根据路况实时调节悬架特性隔音方面，多层隔音材料、双层隔音玻璃和主动降噪系统能有效降低车内噪声水平新能源汽车因无内燃机噪声，更注重风噪和路噪控制通过性驱动系统要素越野能力指标底盘防护高通过性车辆通常采用全时四驱或适时四通过性主要通过接近角、离去角、通过驱系统，配备中央差速锁、前后桥差速锁越野车通常配备发动机下护板、传动系统角、最小离地间隙、涉水深度和最大爬坡等装置先进的四驱系统如地形反馈系统护板和油箱护板等底盘防护装置，防止崎度等参数衡量专业越野车可拥有超过可根据不同路面条件（沙地、岩石、雪地、岖路面对关键部件的损伤高端越野车还的接近角和离去角，以上的30°200mm泥泞等）自动调整动力分配和电子控制参使用高强度钢材或铝合金制造防护结构，离地间隙，以及以上的爬坡能力45°数兼顾保护性能和轻量化要求稳定性方向稳定性车辆在直线行驶时保持预定方向的能力，受转向系统、悬架几何、轮胎特性和气动特性影响良好的方向稳定性表现为驾驶者无需频繁修正方向，车辆能自动抵抗侧风和路面不平的干扰横向稳定性车辆在转弯和变线时的稳定表现，与轮距、重心高度、悬架设计和轮胎性能密切相关稳定的车辆在转弯时车身侧倾小，车轮保持良好的接地性，为驾驶者提供清晰的反馈和足够的安全裕度纵向稳定性车辆在加速和制动时的稳定性能，取决于轴距、前后重量分布和悬架特性良好的纵向稳定性使车辆在强加速或紧急制动时不会出现严重的俯仰现象，保持方向控制稳定性控制系统电子稳定控制系统ESC通过传感器监测车辆状态，在检测到稳定性降低时自动干预制动和动力，帮助车辆保持稳定研究表明，ESC可减少单车事故风险达40%高级系统还整合适应性巡航、车道保持等功能，实现主动稳定控制安全性能预防安全1避免事故发生的主动干预主动安全2危险情况中的主动控制被动安全3事故发生时减轻伤害基础安全4制动、转向等基本控制能力车辆安全性能是现代汽车设计的核心关注点，可分为主动安全和被动安全两大类主动安全系统旨在预防事故发生，包括制动系统ABS/EBD、稳定控制系统ESC和先进驾驶辅助系统ADAS；被动安全系统则在事故发生时保护乘员，包括安全气囊、安全带和车身吸能结构等现代车辆安全评价标准如C-NCAP、E-NCAP等采用碰撞测试、安全装备评价和主动安全技术评估相结合的综合评价体系五星级安全车型需在正面碰撞、侧面碰撞、侧柱碰撞、鞭打测试等多项测试中表现优异，并配备完善的主动安全系统安全技术的发展趋势是从被动向主动转变，从保护向预防演进可靠性设计阶段1可靠性设计是车辆研发的核心工作，包括计算机辅助工程分析、失效模式分析、设计验证计划和审核等环节先进厂商采用设计故障预防DFP方法，分析预测可能的故障点并在设计阶段消除测试验证阶段2包括台架试验、耐久试验和极限条件测试整车耐久性测试通常要完成相当于车辆使用寿命

1.5-2倍的里程，在各种恶劣环境下验证可靠性如死亡谷高温测试、阿拉斯加极寒测试等生产制造阶段3严格的质量控制体系和生产工艺标准确保设计意图得到贯彻现代汽车厂采用全面质量管理TQM和六西格玛等方法，追求零缺陷生产关键零部件100%检测，整车下线全检确保质量使用维护阶段4完善的售后服务网络和维修保养体系支持车辆长期可靠运行车载诊断系统OBD实时监控车辆状态，及时提醒维护保养大数据分析技术可预测潜在故障，实现预防性维护环保性能CO排放限值g/km NOx排放限值g/km汽车环保性能主要指其对环境影响的控制水平，包括尾气排放控制、噪声控制、电磁辐射控制和资源回收利用等方面其中尾气排放是最主要的环保指标，主要包括CO、HC、NOx、PM（颗粒物）等有害物质的排放量控制提高环保性能的技术包括发动机内部净化技术（如直喷技术、缸内温度控制）、尾气后处理技术（如三元催化转化器、颗粒捕集器、SCR系统）和整车油耗控制技术（如启停系统、轻量化）国六排放标准不仅大幅降低了各项污染物排放限值，还增加了实际道路排放测试RDE要求，极大提高了车辆全工况环保水平电动车以其零尾气排放特性成为未来环保发展方向动力性能指标最大功率最大扭矩功率重量比传动效率发动机在特定转速下能够输出的最发动机能够输出的最大转矩，单位单位重量对应的功率大小，单位为从发动机输出到车轮的功率传递效大功率，单位为千瓦或马力为牛米扭矩的大小和输或功率重量比是率手动变速器效率约为kW·N·m kW/kg PS/kg

0.92-PS普通家用轿车最大功率约出转速范围影响车辆的起步性能、反映车辆综合动力性能的重要指标，

0.95，自动变速器约为

0.85-为70-150kW，高性能车则可达爬坡能力和超车能力柴油机和涡数值越高，动力性能越好赛车的

0.92，CVT约为

0.84-

0.90传300kW以上功率直接影响车辆轮增压发动机通常拥有更高的低转功率重量比可达

0.5-

1.0kW/kg，动效率直接影响实际动力输出和燃的最高车速和加速能力速扭矩普通轿车约为

0.05-

0.15kW/kg油经济性，是整车设计的重要考量因素加速性能加速性能是衡量车辆动力表现的最直观指标，通常用0-100km/h加速时间、60-100km/h加速时间（超车加速）、400米起步加速时间等指标表示加速性能不仅关系到驾驶乐趣，更影响日常驾驶的安全性，如超车和汇入高速公路时的机动能力影响加速性能的关键因素包括功率重量比、扭矩特性、传动比设计、牵引力控制和起步技术等现代高性能车普遍采用涡轮增压、轻量化车身和多离合变速器技术提升加速性能电动车凭借电机瞬时大扭矩的特性，在起步加速方面具有显著优势，高端电动车的0-100km/h加速时间可低至3秒以内，媲美超级跑车最高车速功率因素克服阻力需要足够功率理论上，车辆每增加50kW功率，最高车速约提高30-40km/h（在中高速范围）超高速行驶时风阻呈指数增加，功率需求急剧上升空气动力学风阻系数Cd和迎风面积是决定高速阻力的主要因素专为高速设计的跑车Cd值通常在

0.28-

0.35之间，而量产轿车大多在

0.23-

0.30之间传动系统最高档传动比设计直接影响最高车速赛车和高速公路巡航车辆追求较长的顶挡比，以降低高速时的发动机转速，提高效率和最高速度最高车速是车辆理论上能够达到的最大行驶速度，受发动机最大功率、空气动力学特性、传动系统设计和轮胎速度等级限制普通轿车的最高车速通常在180-220km/h，高性能轿车可达250-300km/h，超级跑车则可能超过350km/h虽然最高车速是车辆性能的一项重要指标，但在实际道路使用中受到法律限制部分车型会主动限制最高车速（如德系豪华车常限制在250km/h），既考虑安全因素，也满足保险要求高速稳定性、散热能力和制动性能对安全高速行驶同样重要，是高速车型设计中的重点考量因素爬坡能力扭矩与重量1决定爬坡极限的主要因素传动比设计2合理的低档位传动比提高爬坡能力牵引力控制3防止车轮打滑，充分利用发动机动力爬坡能力是车辆在坡道上行驶的能力，通常用最大爬坡度（以百分比或角度表示）衡量普通乘用车的最大爬坡度约为（约30%-40%17°-），越野车可达到（约），专业攀爬车甚至可挑战超过的极端坡度22°60%-100%31°-45°100%决定爬坡能力的关键是车辆在驱动轮上能够产生的牵引力与爬坡阻力的对比影响因素包括发动机扭矩、变速器低档传动比、最终传动比、驱动形式（前驱后驱四驱）、重量分布、轮胎附着特性和车辆重心位置等越野车通常通过配备低速挡（如分动箱低速挡）、差速锁和较大轮//胎花纹来提高爬坡能力现代电子控制系统如坡道起步辅助和陡坡缓降控制能进一步优化车辆在陡坡上的表现燃油经济性指标燃油经济性是衡量车辆能源利用效率的重要指标，反映了车辆在单位距离内的能源消耗传统燃油车主要以百公里油耗（L/100km）表示，而新能源车则使用百公里电耗（kWh/100km）或综合能耗国家标准测试包括市区工况、郊区工况和高速工况，综合计算得出综合工况油耗值影响燃油经济性的因素包括动力总成效率（发动机热效率、传动效率）、整车重量、空气动力学特性、轮胎滚动阻力和附件能耗等现代车辆通过涡轮增压小排量技术、可变气门正时、缸内直喷、启停系统、混合动力技术和轻量化材料等多种手段提高燃油经济性各国对燃油经济性都有严格法规要求，如中国的乘用车燃料消耗量限值和欧洲的CO2排放限值，直接推动了节能技术的发展制动距离

0.8G最大减速度高性能轿车在紧急制动时的理论最大减速度接近

0.8G米36优秀表现高性能轿车100-0km/h制动距离的标杆水平约为36米倍2湿滑路面湿滑路面制动距离可能延长至干燥路面的2倍倍4冰雪路面冰雪路面制动距离可能延长至干燥路面的4倍以上制动距离是车辆从特定速度完全停止所需的距离，是评价制动性能的最直接指标一般使用100-0km/h制动距离作为标准测试项目制动距离不仅与制动系统性能相关，还受轮胎抓地力、车重、载荷分布、路面状况和ABS等电子系统表现的影响制动性能测试通常在干燥、平坦的沥青或混凝土路面进行，测量从踩下制动踏板到车辆完全停止的距离优秀的乘用车制动距离在38-42米范围内，高性能车可达到36米左右，顶级跑车甚至可低至34米重要的不仅是绝对制动距离，还包括制动稳定性（车辆不偏离直线）和制动力衰减性（多次紧急制动后性能变化）现代汽车通常采用通风盘式制动器前轮和盘式或鼓式制动器后轮的配置，高性能车则全部采用更大尺寸的通风盘式制动器转向灵活性转向灵活性反映了车辆响应驾驶者转向指令的速度和精确度，是操控性能的重要组成部分关键评价指标包括转向比（方向盘转角与前轮转角的比值）、转向力度、转向精确度和回正力等良好的转向系统应具备线性响应、恰当的转向力反馈和优异的方向稳定性现代汽车普遍采用电动助力转向EPS系统，相比传统液压助力转向具有能耗低、可调性强的优势先进的转向技术包括可变转向比系统（低速大转向角，高速小转向角）、主动转向系统（前后轮协调转向）和线控转向系统（取消机械连接）等灵活性测试项目包括麋鹿测试、蛇形绕桩和赛道操控等，综合评价车辆的转向响应和极限操控能力家用车追求轻松舒适的操控感，而运动型车则注重精准反馈和极限表现悬架性能舒适性导向悬架运动性导向悬架综合性能悬架以吸收路面震动，提供舒适乘坐体验为以提供精准操控和响应为主要目标特尝试平衡舒适性和运动性的设计方案主要目标特点是较软的弹簧刚度和较点是较硬的弹簧刚度和减振器阻尼，更通常采用自适应阻尼控制和可变空气弹大的悬架行程，可有效过滤路面不平，紧凑的悬架结构和较低的重心高度车簧，可根据驾驶模式和路况实时调整特但车身侧倾和俯仰较为明显典型应用身姿态控制优异，但对路面不平的过滤性宝马的动态阻尼控制DDC、奥迪于豪华轿车和家用车型，如奔驰S级的能力较弱典型应用于运动型轿车和跑的自适应空气悬架等都属于此类电控AIRMATIC空气悬架，可根据路况自动车，如保时捷的PASM主动悬架管理系系统可在舒适和运动模式间瞬间切换，调节高度和软硬度统满足不同需求噪声、振动与声振粗糙度NVH传递路径分析噪声源识别2研究噪声和振动传播方式1通过声学传感器定位噪声来源设计优化从源头减少噪声振动产生35主动控制吸隔减振处理采用电子系统主动抵消噪声4通过材料和结构阻断传播NVHNoise,Vibration andHarshness性能是现代汽车开发中的关键质量指标，直接影响乘坐舒适性和感知品质噪声来源主要包括动力系统噪声（发动机、传动系统）、风噪（高速气流与车身相互作用）和路噪（轮胎与路面接触）振动则来自发动机运转、传动系统、车轮不平衡和路面不平等优化NVH性能的方法包括结构设计（如发动机悬置、车身加强筋）、材料应用（如声学玻璃、多层隔音毯）和主动控制技术（如主动降噪系统）高端车型采用双层隔音玻璃、声学层压玻璃、主动发动机悬置和多区域隔音材料，使车内噪声水平降至极低纯电动车由于没有发动机噪音，风噪和路噪变得更为突出，需要专门的NVH优化策略被动安全性能安全气囊系统车身结构安全约束系统现代汽车可配备多达10个以上的安全气采用安全笼设计理念，包括高强度乘员三点式安全带结合预紧器和限力器，碰撞囊，包括正面气囊（驾驶员和前排乘舱和前后可变形吸能区高强度钢、超高时迅速收紧乘员并控制约束力，避免过大客）、侧面气囊、窗帘式气囊、膝部气囊强度钢和铝合金等先进材料广泛应用于关冲击力造成胸部伤害儿童约束系统和中央气囊等高级系统采用智能算法，键结构部位碰撞时，吸能区有序变形吸CRS通过ISOFIX接口牢固连接，专为可根据碰撞类型、力度和乘员特征调整气收能量，安全笼保持完整性保护乘员儿童体型设计，提供合适保护囊展开时间和压力主动安全性能碰撞预警系统利用雷达、摄像头等传感器监测前方车辆和障碍物，当系统判断碰撞风险增加时发出警告高级系统可识别行人、自行车和大型动物，并根据碰撞风险等级提供分级警告自动紧急制动系统当驾驶员未对碰撞警告作出反应时，系统自动介入施加制动力全速段AEB系统可在0-200km/h范围内工作，并能处理静止物体、移动车辆和行人等多种情况研究表明，AEB可减少40%的追尾碰撞事故车道保持辅助系统通过摄像头识别车道标线，当车辆无意识偏离车道时发出警告或主动修正方向高级系统可与导航数据结合，预判道路曲率，提前调整干预策略，适应复杂道路条件驾驶员监测系统利用车内摄像头和方向盘传感器监测驾驶员状态，识别疲劳、分心或健康异常迹象系统可通过声光提示、座椅振动甚至主动减速等方式提醒驾驶员，必要时可自动安全停车并呼叫救援耐久性与可维修性1结构耐久性现代汽车设计寿命通常为15-20年或20-30万公里关键结构部件如车身、底盘和主要机械组件需经过严格的疲劳测试和加速寿命测试，模拟全生命周期使用条件防腐处理如电泳涂装、热浸镀锌和cavity wax注入等技术显著延长了车身使用寿命2易损件耐久性制动片、离合器、空气滤清器等易损件设计更换周期制动片约3-5万公里，离合器约10-15万公里，正时皮带约8-10万公里（链条式无需更换）现代车辆通过传感器监测易损件状态，提供基于实际使用条件的维护提醒，优化维护周期3模块化设计为提高可维修性，现代车辆普遍采用模块化设计理念前后副车架、动力总成总成、悬架模块、前脸模块和仪表板总成等大型模块便于整体拆装维修友好设计包括合理布置检修口，优化紧固件位置，标准化连接件等，降低维修复杂度和时间4诊断与维修支持车载诊断系统OBD通过故障码、数据流和冻结帧等功能支持精确诊断制造商提供全面的维修手册、技术公告和专用工具，支持维修作业远程诊断技术允许技术中心专家远程分析复杂问题，提高维修效率和准确性排放标准国四标准2010年1限制CO、HC、NOx和PM等污染物排放，相当于欧IV标准水平采用三元催化器和简单的OBD系统汽油车CO限值为

1.0g/km，NOx限值为2国五标准2013年

0.08g/km进一步降低排放限值，特别是NOx和PM汽油车CO限值维持在

1.0g/km，但NOx限值降至

0.06g/km柴油车PM限值从

0.025g/km降至国六a标准2019年

30.005g/km，要求采用颗粒捕集器DPF大幅收紧限值，增加实际道路排放RDE测试和48小时蒸发测试汽油车CO限值降至

0.7g/km，NOx限值降至

0.035g/km要求采用更先进的废气后4国六b标准2023年处理系统和OBD监测能力在国六a基础上进一步严格化，尤其是NOx和PN颗粒物数量限值汽油车NOx限值降至

0.02g/km，相当于欧6d标准增加发动机冷启动和低温排放要求，延长排放保证期至20万公里新能源车辆技术新能源车辆根据动力来源可分为纯电动汽车BEV、混合动力汽车HEV、插电式混合动力汽车PHEV、增程式电动汽车EREV和燃料电池电动汽车FCEV纯电动车使用电池储能，通过电机驱动；混合动力车结合内燃机和电动机优势；燃料电池车利用氢气与氧气反应产生电能，实现零排放电池技术是新能源车发展的核心主流锂离子电池能量密度已从早期的100Wh/kg提升至目前的180-250Wh/kg，未来固态电池有望达到350-500Wh/kg充电技术也在快速发展，最新超级充电桩功率达350kW，可在15分钟内为车辆充入80%电量电机方面，永磁同步电机、感应电机和开关磁阻电机各有优势，适用于不同车型电控系统通过精确控制电机转矩和能量流向，优化能效和驾驶体验智能网联技术车载信息娱乐系统车联网通信技术整合导航、多媒体、通信和联网服务的中央控制平台最新系统采用大尺寸触包括V2V（车对车）、V2I（车对基础设施）、V2P（车对行人）等通信模式，摸屏（部分车型超过15英寸）、自然语音识别和云端服务，支持无线地图更新、统称为V2X技术基于DSRC或C-V2X标准，车辆可与周围环境实时交换信息，流媒体音乐和远程诊断苹果CarPlay和安卓Auto等标准接口实现了智能手机获得超出传感器视野的信息，提前识别潜在危险例如，前方车辆紧急制动、与车机的无缝集成红绿灯状态和道路工程信息等远程监控与控制车载软件与OTA更新通过移动应用实现对车辆的远程监控和控制功能包括车辆定位跟踪、远程启现代车辆搭载的软件代码量已超过1亿行，通过OTA（空中下载）技术可实现远动/熄火、远程空调控制、车门锁控制等安全功能包括防盗报警、车辆异常移程更新特斯拉率先采用全车OTA，可更新从动力系统到信息娱乐系统的所有动提醒和地理围栏（车辆驶出预设区域时报警）远程诊断可监测车辆健康状软件，持续优化性能并增加新功能，让车辆随时间推移越来越智能化态，提前发现潜在问题自动驾驶技术L5级:完全自动驾驶1无需人类干预，全场景自主行驶L4级:高度自动驾驶2特定场景下完全自主，无需人类监督L3级:有条件自动驾驶3系统控制车辆，但需人类随时接管L2级:部分自动驾驶4系统可同时控制转向和速度，人类监督L1级:驾驶辅助5单一系统辅助，如自适应巡航或车道保持自动驾驶技术以复杂的传感器系统为基础，主要包括摄像头（识别车道线、交通标志和障碍物）、雷达（测量距离和相对速度）、激光雷达（创建精确3D环境地图）、超声波传感器（近距离探测）和高精度GPS（厘米级定位）这些传感器通过传感器融合技术集成信息，构建完整环境感知计算平台是自动驾驶的核心，高级系统采用AI芯片组，运算能力达数百TOPS（每秒万亿次运算）决策算法基于深度学习和规则模型，负责路径规划、行为决策和运动控制目前商用系统主要在L2-L3级别，如特斯拉FSD、奔驰Drive Pilot等L4级系统已在特定场景如自动代客泊车、封闭园区穿梭巴士等应用，但全场景L5级仍面临技术和法规挑战轻量化技术密度g/cm³成本倍数相对钢材轻量化是提高车辆动力性能和燃油经济性的关键技术，每减重10%可降低6-8%的燃油消耗主要轻量化策略包括材料替代、结构优化和制造工艺创新高强度钢可在保持强度的同时减薄板材；铝合金广泛应用于车身外板、结构件和悬架部件；镁合金用于仪表板支架、转向盘等；碳纤维用于高端车型的车身结构先进设计方法如拓扑优化和参数化设计可在保持性能的前提下减少材料用量混合材料连接技术如自冲铆接、激光焊接和结构胶粘接解决了不同材料连接难题整车轻量化设计理念已从简单替换材料发展为从概念阶段考虑多材料方案轻量化技术在电动车中同样重要，虽然电池重量增加，但轻量化可延长续航里程，突破电动车重量迁移困境先进材料应用超高强度钢铝合金应用复合材料技术热成形钢热冲压钢强度可达车用铝合金主要包括系车身板材、碳纤维增强复合材料强度高、重1500MPa6xxxCFRP以上，主要用于A/B柱、门槛、防撞梁等5xxx系内板和7xxx系高强度结构件量轻，用于高端车型的车身和底盘部件安全关键部位先进高强度钢如铝合金车身可减重左右，但成本增加树脂传递模塑、高压树AHSS40%RTMHP-RTM钢、钢和马氏体钢兼具强度和铝压铸技术快速发展，特斯拉脂传递模塑等技术降低了生产周期，使碳TRIP TWIP50-80%成形性，在车身结构中占比不断提高现Model Y采用的一体化大型铝合金压铸件纤维在中高端车型中应用增多玻璃纤维代车身可使用5-7种不同强度等级的钢将数十个零件整合为一个部件，大幅简化复合材料GFRP成本较低，用于非承重材，根据受力情况优化布局制造流程部件如保险杠、行李箱盖等车载信息娱乐系统人机交互界面连接性能音响系统从早期的按键控制发展到现代多触通过4G/5G、WiFi、蓝牙等多种无从基础4扬声器系统到顶级20多扬点触控屏、手势控制和自然语音识线技术实现与外部世界的联接支声器系统，音质差异显著高端系别顶级系统采用OLED曲面屏、持无线CarPlay/Android Auto、统如BowersWilkins、增强现实抬头显示AR-HUD和数OTA软件更新和远程诊断部分系Burmester采用分立功放、高保真字仪表盘组合，提供沉浸式交互体统具备热点功能，为车内其他设备扬声器和数字信号处理技术主动验语音助手支持多轮对话和上下提供网络连接云端服务可提供实降噪和声场优化技术可创造出接近文理解，可控制车辆各项功能时路况、在线导航和个性化内容推音乐厅的听觉体验，同时抑制车内荐不需要的噪声应用生态开放式系统允许第三方应用开发，形成应用生态圈流媒体服务如Spotify、网易云音乐、导航应用高德、百度、支付服务和视频应用丰富了车内娱乐选择部分车企建立专属应用商店，支持车载应用的下载和更新，打造智能移动生活空间未来汽车发展趋势电动化内燃机车辆逐渐被电动车替代，各大车企纷纷宣布电动化时间表高效电机、高能量密度电池和快充技术是关键发展方向预计2030年全球新车销量中电动车占比将达到40%以上，2050年可能超过90%智能化智能驾驶辅助逐步向高级自动驾驶演进，L3级系统开始商业化应用，L4级系统在特定场景推广通过AI和大数据技术，车辆将提供个性化服务和深度学习能力，不断优化驾驶体验车载语音助手将成为控制车辆的主要交互方式网联化5G和车联网技术实现车与车、车与路、车与云的全面连接车辆将成为移动互联网终端，提供丰富的在线服务和远程功能V2X技术将显著提高交通效率和安全性，为自动驾驶创造有利条件车载数据将成为重要资产，催生新型商业模式共享化从个人拥有向按需出行转变，共享出行服务和自动驾驶出租车队将改变城市交通格局车辆设计将更注重乘客体验和空间灵活性，商用和个人用途的界限日益模糊订阅制等新型用车模式提供更大灵活性，适应不同出行需求课程总结1车辆基础构造2性能特性及评价本课程系统介绍了车辆的基本我们详细探讨了影响车辆性能构造，包括发动机、传动系的各项指标，从动力性、经济统、底盘系统和车身结构等性到安全性、舒适性和环保这些系统相互协作，共同确保性这些性能指标不是孤立车辆的正常运行随着技术发的，它们相互影响、相互制展，传统内燃机逐渐向混合动约，车辆设计是寻求多方面平力和纯电动系统转变，但基本衡的复杂工程过程不同类型工程原理保持不变车辆对性能指标有不同侧重3前沿技术与未来趋势课程最后介绍了汽车领域的前沿技术和发展趋势，包括新能源技术、智能网联、自动驾驶、轻量化和先进材料等电动化、智能化、网联化和共享化将重塑未来汽车产业，创造新的机遇和挑战知识回顾传动系统发动机系统2离合器、变速器、差速器工作原理1四冲程工作原理、类型、结构特点转向与制动3转向机构、制动力分配、安全控制新技术7电动化、智能化、网联化、轻量化悬架与车身悬架类型、车身结构、舒适性设计4经济与安全6动力性能燃油经济性、主动安全、被动安全5加速性、最高车速、爬坡能力评价通过本课程，我们系统学习了车辆构造的基础知识与先进技术，从传统内燃机到现代电动系统，从机械控制到智能网联这些知识构成了理解现代汽车工程的基础框架车辆技术正处于百年来最大的变革期，传统技术与新兴技术相互融合，创造出更安全、更高效、更智能的出行工具我们希望这门课程不仅提供了技术知识，还培养了系统思考和跨学科融合的能力，这对于未来汽车行业的发展至关重要思考题1技术比较分析比较分析传统内燃机车辆与纯电动车辆在动力系统、传动系统和控制系统方面的主要区别讨论这些区别如何影响车辆的性能特性、使用成本和环境影响思考未来十年内，两种技术路线可能的发展趋势2性能优化设计假设你是一名车辆工程师，需要设计一款兼顾动力性能和燃油经济性的中型轿车请说明你会采取哪些技术方案来平衡这两个相互矛盾的性能要求，并解释各方案的优缺点和适用条件3安全系统评估对比分析被动安全系统和主动安全系统在车辆安全性方面的作用讨论在资源有限的情况下，应优先发展哪类安全技术，并说明理由考虑不同区域、不同使用场景下的差异化需求4未来出行展望智能网联、自动驾驶和共享出行将如何改变未来城市交通？讨论这些技术可能带来的社会变革，包括城市规划、能源使用、生活方式等方面分析实现这一愿景的主要技术障碍和社会挑战参考文献•王湘潭,刘金泳.《汽车构造》第五版.机械工业出版社,2018•余志生.《汽车理论》第六版.机械工业出版社,2019•于光.《汽车电子控制技术》.电子工业出版社,2017•卢荣忠.《新能源汽车技术》.机械工业出版社,2020•Thomas D.Gillespie.《汽车运动学与动力学基础》.机械工业出版社中文版,2016•James Larminie,John Lowry.《电动汽车技术》.机械工业出版社中文版,2018•SAE International.《J3016自动驾驶系统分级》.2021•中国汽车工程学会.《中国汽车工程发展报告》.2022•中国汽车技术研究中心.《中国汽车产业发展年度报告》.2023除上述参考文献外，本课程还参考了各大汽车制造商的技术资料、技术论文集和行业标准文件建议学生通过这些资源进一步深SAE入学习相关知识，拓展专业视野。