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一、汽车动力性评价指标
汽车动力性是汽车在行驶中能达到的最高车速、最大加速能力和最大爬坡能力,是汽车的基本使用性能。汽车属高效率的运输工具,运输效率的高低在很大程度上取决于汽车的动力性。这是因为汽车行驶的平均技术速度越高,汽车的运输生产率就越高。而影响平均技术速度的最主要因素就是汽车动力性。
随着我国高等级公路里程的增长,公路路况与汽车性能的改善,汽车行驶车速愈来愈高,但在用汽车随使用时间的延续其动力性将逐渐下降,不能达到高速行驶的要求,这样不仅降低了汽车应有的运输效率及公路应有的通行能力,而且成为交通事故、交通阻滞的潜在因素。因此,在交通部1990年发布的13号令中,特别要求对汽车动力性进行定期检测。动力性检测合格是营运汽车上路运行的一项重要技术条件。1995年交通部为了提高在用汽车的技术性能,发布了JT/T198-95《汽车技术等级评定标准》,将动力性作为第一项主要性能进行评定。另外早在1983年国家颁布的GB3798《汽车大修竣工出厂技术条件》第2.6项中对汽车大修后的加速性能规定了最低要求,这都说明了国家对在用汽车动力性的重视。
汽车检测部门一般常用汽车的最高车速、加速能力、最大爬坡度、发动机最大输出功率、底盘输出最大驱动功率作为动力性评价指标。
1.最高车速υamax(km/h)
最高车速是指汽车以厂定最大总质量状态在风速≤3m/s的条件下,在干燥、清洁、平坦的混凝土或沥青路面上,能够达到的最高稳定行驶速度。
2.加速能力t(s)
汽车加速能力是指汽车在行驶中迅速增加行驶速度的能力。通常用汽车加速时间来评价。加速时间是指汽车以厂定最大总质量状态在风速≤3m/s的条件下,在干燥、清洁、平坦的混凝土或沥青路面上,由某一低速加速到某一高速所需的时间。
(1)原地起步加速时间,亦称起步换档加速时间,系指用规定的低档起步,以最大的加速度(包括选择适当的换档时机)逐步换到最高档后,加速到某一规定的车速所需的时间,其规定车速各国不同,如0-50 km/h,对轿车常用0-80 km/h,0-100 km/h,或用规定的低档起步,以最大加速度逐步换到最高档后,达到一定距离所需的时间,其规定距离一般为0-400m,0-800m,0-100Om,起步加速时间越短,动力性越好;
(2)超车加速时间亦称直接档加速时间,指用最高档或次高档,由某一预定车速开始,全力加速到某一高速所需的时间,超车加速时间越短,其高档加速性能越好。
我国对汽车超车加速性能没有明确规定,但是在GB3798-83《汽车大修竣工出厂技术条件》中规定,大修后带限速装置的汽车以直接档空载行驶,从初速20km/h加速到40km/h的加速时间,应符合表 1规定。
表 1 直接档加速时间 发动机标定功率与汽车整备质量之比 (马力/t) 10-15 >15-20
>20-25 >25-50 >50
(kw/t) 7.36-11.03 >11.03-14.71 >14.71-18.39 >18.39-36.78 >36.78
加速时间 (s) <30 <25 <20 <15 <10
3.最大爬坡度Imax(%)
最大爬坡度是指汽车满载,在良好的混凝土或沥青路面的坡道上,汽车以最低前进档能够爬上的最大坡度。由于受道路坡道条件的限制,汽车综合性能检测站通常不做汽车爬坡测试。
4.发动机最大输出功率Pmax
发动机最大输出功率是指发动机在全负荷状态下,仅带维持运转所必需的附件时所输出的功率,又称总功率。此时被测试发动机一般不带空气滤清器、冷却风扇等附件。新出厂发动机的最大输出功率一般是指发动机的额定功率。额定功率是制造厂根据发动机具体用途,发动机在全负荷状态和规定的额定转速下所规定的总功率。在国外有些厂家所谓的额定功率是指发动机在额定转速下输出的净功率。常在额定功率后注有“净”字,以示区别。净功率是指在全负荷状态下,发动机带全套附件时所输出的功率。汽车发动机最大输出功率是汽车动力性的基本参数。汽车在使用一定时期后,技术状况发生变化,发动机的最大输出功率变小,所以用其变小的差值评价发动机技术状况下降的程度。如我国JT/T 198-95《汽车技术等级评定标准》就是按在用汽车的发动机最大输出功率与额定功率相比较小于75%时,将该车技术状况定为三级。所以发动机最大输出功率的大小作为一辆汽车在使用前、后和维修前、后动力性的评价指标很合理,但应注意,在汽车综合性能检测站用无外载测功法或底盘测功机所测定的发动机功率,必须换算为总功率后才能与额定功率比较。
5.底盘输出最大驱动功率DPmax
底盘输出最大驱动功率是指汽车在使用直接档行驶时,驱动轮输出的最大驱动功率(相应的车速在发动机额定转速附近)。
底盘输出最大驱动功率一般简称底盘输出最大功率,是实际克服行驶阻力的最大能力,是汽车动力性评价的一项重要指标。汽车在使用过程中,发动机本身、发动机附件及传动系的技术状况都会下降,其底盘输出的最大功率将因此减小。
二、汽车动力性检测项目与有关标准
汽车动力性检测项目主要有:加速性能检测、最高车速检测、滑行性能检测、发动机输出功率检测、汽车底盘输出功率检测。
动力性检测可依据的标准有:
JT/T198一95《汽车技术等级评定标准》;
GB/T15746.2-1995《汽车修理质量检查评定标准--发动机大修》;
GB3798-83《汽车大修竣工出厂技术条件》;
JT/T201-95《汽车维护工艺规范》。
三、汽车动力性台架检测方法
汽车动力性室内台架试验的方式,主要是用无外载测功仪检测发动机功率,底盘测功机检测汽车的最大输出功率、最高车速和加速能力。室内台架试验不受气候、驾驶技术等客观条件的影响,只受测试仪本身测试精度的影响,测试条件易于控制,所以汽车检测站广泛采用汽车动力性室内台架试验方式。为了取得精确的测量结果,底盘测功机的生产厂家,应在说明书中给出该型底盘测功机在测试过程中本身随转速变化机械磨擦所消耗的功率,对风冷式测功机还需给出冷却风扇随转速变化所消耗的功率。另外,由于底盘测功机的结构不同,对汽车在滚筒上模拟道路行驶时的滚动阻力也不同,在说明书中还应给出不同尺寸的车轮在不同转速下的滚动阻力系数值。
1.汽车底盘输出功率的检测方法
通过底盘测功机检测车辆的最大底盘驱动功率,用以评定车辆的技术状况等级。
(1)在动力性检测之前,必须按汽车底盘测功机说明书的规定进行试验前的准备。台架举升器应处于升状态,无举升器者滚筒必须锁定;车轮轮胎表面不得夹有小石子或坚硬之物;
(2)汽车底盘测功机控制系统、道路模拟系统、引导系统、安全保障系统等必须工作正常;
(3)在动力性检测过程中,控制方式处于恒速控制,当车速达到设定车速(误差±2km/h)并稳定5s后(时间过短,检测结果重复性较差),计算机方可读取车速与驱动力数值,并计算汽车底盘输出功率。
(4)输出检测结果。
2.发动机功率的检测方法
用发动机无外载检测仪检测发动机功率,使用方便,检测快捷,在规范操作的前提下,可对发动机动力性检测与管理提供有效依据。还可以用于同一发动机调试前后、维修前后的功率对比,因此也得到广泛使用。
(1)起动发动机并预热至正常状态,与此同时接通无外载测功仪电源,连接传感器;
(2)按仪器使用说明书进行操作;
(3)从测功仪上读取(或算成)发动机的功率值。
3.数据处理
(1)检测的数据处理
目前底盘测功机显示的数值,有的是功率吸收装置的吸收功率的数值,有的则是驱动轮输出的最大底盘输出功率的数值。对于显示功率吸收装置所吸收功率数值的,在检测结果的数据处理时,必须增加汽车在滚筒上滚动阻力消耗的功率、台架机械阻力消耗的功率及风冷式功率吸收装置的风扇所消耗的功率,其计算式应为:
汽车底盘最大输出功率=功率吸收装置所消耗的功率+滚动阻力所消耗的功率
+台架机械阻力所消耗的功率
+风冷式功率吸收装置冷却风扇所消耗的功率
(2)检测发动机最大输出功率的数据处理
依据JT/T198-95《汽车技术等级评定标准》的规定,所测发动机最大输出功率应与发动机的额定功率相比较。为此,发动机最大输出功率的计算式应为:
发动机最大输出功率Pmax=附件消耗功率P1+传动系消耗功率P2+底盘最大输出功率DPmax
所以,在测得底盘最大输出功率之后,应增加传动系消耗功率P2及附件消耗功率P1,才可确定发动机最大输出功率Pmax,若该汽车发动机额定功率为净功率,不包括发动机附件消耗功率P1,则处理后发动机最大输出功率Pmax的数值为Pmax=P2+DPmax。
用发动机无外载测功仪测得的发动机功率P为净功率,若该汽车发动机的额定功率为总功率,而不是净功率,则所测得的功率P应加发动机附件消耗功率P1后才可与额定功率相比较。
在汽车开发的整个周期和成本中,造型设计投入的人力、物力、成本都是很少的,但这个步骤却至关重要,是直接影响接下来的整个流程和产品最终市场销量的关键一步。
一般意义上的造型设计是从产品规划开始的,包含二维设计、三维设计、样车试制等。下面就各阶段做详细介绍。
产品规划
造型开发的前期需要对所开发车型做市场调研,以便对有针对性地规划造型定位,这个调研包含价位、目标客户群、竞争车型、流行元素等方面。在产品规划过程中,设计师了解到即将进行的造型的风格定位与功能定位有助于设计师更好的把握方向,也能使得新造型尽可能被目标客户群接受。
总布置设计是预先对车内各部件以及乘员坐姿等的布置,以满足功能空间要求,以及驾乘人员的人机工程要求。
二维设计
二维设计的开始需要造型设计师根据前期输入条件进行创意构思,新颖的创意是一款车区别于另一款车的关键,体现了车的不同个性,通常新颖的创意也是汽车产品吸引消费者的亮点所在。因为汽车的开发周期相对很长,一般要18-48个月,即使现在技术的发展很多的过程可以被压缩或者省略,一般也需要两年左右。这就决定了现在的造型是为了在至少两年以后的市场,要保证现在的创意在两年后不过时。这就需要设计师必须要有敏锐的造型观察力、判断力和对流行的预测能力。
表达创意最直接和快速的手段是草图,草图是设计师思维创意的快速表达。草图表现的方法多种多样,彩铅、钢笔、油性笔、马克笔、色粉和电脑辅助等都可以单独或者混合使用来表现。草图是设计师记录和推敲创意的途径,往往会充满了很多设计师的主观色彩,比较随意和放松,创意也往往是新颖别致。
草图结束后通常会有一个内部的评审,选出几个具有代表性的造型方向进行下一步的细化工作,也就是效果图。
效果图是用来指导油泥模型、数字模型和做方案展示用途,所以需要有精准的效果。比例、透视、色彩、材质都需要有准确的表达。这个时候对于草图中天马行空的创意需要有一些收敛,市场审美、价位成本、政策法规、材料工艺等等都需要被考虑周全。效果图一般分为外饰、内饰和细节效果图。效果图的表现技法也多种多样,较流行的画法是马克笔、色粉的结合使用。电脑软的应用很大程度上提高了设计的工作效率,很多设计师愿意通过电脑来完成这个步骤。
三维造型
效果图可以做的很逼真但是很多细节却无法准确体现,而且,效果图通常都是比较理想化的,具有一定的主观性,所以在效果图制作完成后,我们仍然需要一个三维模型作为依据来推敲和展示造型。
三维模型包括实体模型和数字模型两大类,实体模型按照过程分为:小比例油泥模型、全尺寸油泥模型、树脂模型等。数字模型主要有前期的CAS模型和后期的A-class两种。
实际工作中通常会制作小比例油泥模型,轿车的小比例模型通常为1:4或者1:5。小比例模型比效果图更具有真实感,在尺寸和比例方面也比效果图更为精准。小比例模型要求曲线流畅,曲面广顺。制作小比例模型需要从各个角度去审视,反复推敲每一条线和每一个面。一些有实力的设计公司会在草图效果图结束后借助三维建模软件构建一个简单的数学模型,通过数控铣床铣出一个油泥模型,再经过少量的精刮处理。
在几组小比例模型完成后,通过召开正式的造型评审会确定车型的初步造型。在造型方向确定以后就需要绘制全尺寸(1:1)造型效果图。同样,全尺寸油泥模型的制作对于造型的推敲也很重要,没有什么比一个与实物等大的模型来的更加直观更有说服力的。制作等比油泥模型需要贴一组精确的胶带图,胶带图的曲线数据取自于小比例模型,通过推敲胶带图来完善汽车的曲面。全尺寸模型对曲面和曲线质量要求很高,需要细腻、光顺,这往往要很长的时间。在1:1内外模型、效果图完成后还需要有另一次正式的评审,这次评审中会针对造型、结构、工艺等有更详细具体的意见。
接下来的过程中需要将油泥模型扫描后的点云数据输入计算机,通常的做法是根据油泥模型建立A级数学表面,就是通常所说的A-class。因为会被用于生产,所以A-class对于曲面的造型、质量的要求更为苛刻。
现在流行的另一种做法是效果图结束后,根据效果图的造型特征,直接在电脑中用辅助造型建模软件建立三维数字模型,配合虚拟现实技术用于方案评审展示。方案评审完毕后挑选出相应造型,通过数控铣床铣削出全尺寸油泥模型,然后对铣出来的模型进行精细处理,在造型确定后扫描全尺寸油泥模型并建立A-class表面。
在class A完成后有时会根据它制作一个硬质模型,通常的材料会是树脂、塑料、玻璃钢等。这个模型在视觉上要求尽量逼真,大多采用快速成型或者数控铣来完成这些件的制作。
样车制作
样车制作是造型开发的最后一个阶段,会将内、外饰在同一个车体中表现出来。这个制作过程还涉及到内、外饰的色彩设计,材质、面料和图案设计等,能如实地体现车型制造出来之后的状态。
结束语
至此,前期造型工作告一段落。但并不说明造型的工作就此完全结束,因为在工程设计的时候会出现很多前期造型无法预料的问题,需要造型设计师配合做相应的造型调整,甚至在车型上市后用户的反馈也可能会带来造型上的改进,直到这款车型停产,针对它的造型工作才最终结束。
此外,随着技术的不断进步,各种新的造型方式也在不断被尝试,尤其是电脑在汽车设计过程的介入给了我们更便捷的工作方式和更高的工作效率,近年来的比较热门的“无纸化设计”和“无油泥设计”就是其中的代表。不管技术如何发展,对于汽车造型设计师的要求永远不会降低,观察力、想象力、美感、空间感、工程知识、社科知识、工作技能、责任心等,永远都是汽车设计师的必修课。
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