汽车性能集成开发实战手册

随着近20年来汽车行业的飞速发展，我国已成为全球*大的汽车市场，自主品牌整车及零部件的研发能力也取得了长足的进步。整车研发正处于从对标模仿走向全自主开发的过程，汽车从以整车架构主导的开发模式逐步转向以整车性能驱动的开发模式。本书系统地介绍了与整车各项核心性能相关的基础理论、设计方法和工程开发案例，并对未来发展趋势进行了展望。全书分运动性能、结构性能、舒适性能及综合性能4篇共16章，涵盖整车动力性和经济性、整车驾驶性、制动性能、操纵稳定性和平顺性、空气动力学性能、整车结构强度、整车安全性能、整车可靠性与耐久性、车内环境品质、整车NVH性能、空调性能、整车热管理、座椅舒适性、汽车人机工程。此外，《汽车性能集成开发实战手册》还介绍了各性能板块之间的内在物理联系和融合开发，通过工程案例阐述了整车性能开发中的精益化和集约化方法，同时对整车性能的主观评价进行了介绍，为汽车研发人员和技术管理人员评价产品提供了技术参考和标准。

《汽车性能集成开发实战手册》由具有丰富理论基础且拥有多年整车研发经验的一线研发人员联合编写，内容丰富，取材新颖，图文并茂且通俗易懂。

本书作者均为中国各大知名汽车公司的研发中心资深技术专家，是国内整车性能开发领域名副其实的实战派，主要执笔人从事整车性能研发工作达10年以上，具有扎实的理论基础和丰富的实战经验。

适读人群 ：汽车及相关行业研发人员

【适读人群】

《汽车性能集成开发实战手册》理论扎实，实用性和实践指导性强，适用于从事汽车整车及零部件研发的人员学习参考，也可作为高校汽车相关专业师生的参考书。

【图书特色】

1.《汽车性能集成开发实战手册》介绍了近年来我国整车性能方面的新的技术成果，借鉴了国外先进企业的案例及国际标准，并阐述了前沿技术和发展趋势。
2.《汽车性能集成开发实战手册》重点介绍了各个性能板块以及各性能板块之间的内在物理联系和融合开发，通过工程案例阐述了整车性能开发中的精益化和集约化方法，同时对性能的主观评价进行了介绍。

3.《汽车性能集成开发实战手册》为工程开发人员、技术管理人员评价产品提供了技术参考和标准。

我国自2009年汽车产销量（2009年产量为13791万辆，销量为136448万辆）跃居世界第一之后，已连续11年蝉联全球汽车销量冠军，成为名副其实的汽车大国，但在核心技术方面与传统汽车强国（如德国、日本和美国等）相比仍有不小的差距。2015年，节能与新能源汽车列为《中国制造2025》十大重点支持领域之一。2016年3月，中国汽车工业协会发布了《“十三五”汽车工业发展规划意见》，明确指出了新能源汽车、新能源电池和智能化是未来汽车领域创新的方向。

近年来，随着我国汽车产业快速发展及产业配套，产业集群效应逐步增强，几乎每一个汽车零部件都能通过市场采购渠道获得。但决定一个汽车品牌内在基因和灵魂的整车性能是无法通过购买和简单复制取得的，即使是完全相同的零部件组合在一起也可能呈现出迥异的性能。优良的整车性能需要研发团队进行精心且专业的性能定位定义、趋势预测、目标定义、目标分解、集成方案开发、实车调校、客观测试及主观评价等，属于整车开发中的核心技术。近年来，随着国内主机厂对产品研发投入的不断加大及汽车项目开发能力的持续提升，目前在整车性能开发中的单项性能，如整车动力经济性、结构强度、碰撞安全、NVH（噪声、振动与声振粗糙度）、热管理、空调性能、制动性能、操纵稳定性等开发技术，从早期目标定义到虚拟阶段CAE仿真，再到中期基于样车的开发，乃至最终的量产验证，已经积累了一定的开发经验。

整车性能集成能力决定产品最终的性能表现和用户体验，性能集成需要集成工程师团队对几乎所有的性能开发都有一定的了解，这样才能够对各种性能进行协调和平衡。通常一个有经验的工程师必须通过大量项目的实践和不断的知识积累，才能平衡好整车的各项性能，设计出恰到好处的产品。成长中的中国汽车产业面对着开放的全球市场，技术竞争压力大，尤其对整车性能集成开发知识的需求非常大。在物理硬件和软件几乎都可以采购的情况下，我国汽车企业亟须解决整车集成开发的核心关键技术。

加快推进汽车产业持续创新，是“中国制造2025”的重大战略需求。编写本书的初衷正是为了推动当前我国汽车产业的技术转型和升级，提高自主品牌的整车性能集成开发能力。

本书注重理论与实践相结合，采用了大量的图片和案例进行介绍，突出实用性和技术新颖性。书中所有实例均取材于真实的项目研发和工程实践，具有一定的理论参考价值和较高的工程实践指导意义。本书不仅囊括了近年来我国整车性能方面的新的技术成果，还借鉴了国外先进企业的案例及国际标准，并介绍了前沿技术和发展趋势。此外，本书除了对各个性能板块进行介绍外，还重点介绍了各性能板块之间的内在物理联系和融合开发，通过工程案例阐述了整车性能开发中的精益化和集约化方法，同时对性能的主观评价进行了介绍，为工程开发人员、技术管理人员评价产品提供了技术参考和标准。

本书由上汽集团商用车技术中心统筹组织策划，上汽集团乘用车技术中心、泛亚汽车技术中心、上汽大众、吉利汽车、比亚迪汽车、长城汽车、国家机动车产品质量监督检验中心（上海）等单位作为各章节的主要编写单位，饶洪宇、许雪莹、常朕、陆飞龙、张华清、井清、王志佳、赵爱霞、娄臻亮、蔡章林、陈栋华、李敬东、王云英、李莉、张风利、权循宇、刘胜、李政、季钰荣、杨志刚、李秀文、廖志恒、胡文静、花道兰、韩亚萍、赵福、张荣荣、霍聪敏、左卫国、李忠良、刘阳、邹春妹、许晶晶、钟杰、梁承友、许振兴、杜培源编著。本书在编写过程中参考了大量国内外公开发表的资料，包括网络公开的资料信息，在此向相关资料的作者表示感谢。初稿完成后，同济大学余卓平教授审阅了书稿，并提出了许多宝贵建议，在此对他表示衷心的感谢。

整车性能集成知识博大精深且发展迅速，由于编者的经验和能力有限，本书内容无法面面俱到，恳请读者对本书的内容和章节安排等提出宝贵意见，并对书中存在的不当之处提出批评和修改建议，以便修订时参考。

编著者

序言

前言

第1篇运 动 性 能

第1章整车动力性和经济性……3

1.1动力性和经济性概述……3

1.1.1动力性的定义和指征……3

1.1.2经济性的定义和指征及整车能耗测试工况……3

1.2动力性和经济性设计理论和方法……8

1.2.1牵引力、阻力与车辆动力学方程……8

1.2.2轮胎-道路力学模型……12

1.2.3动力性和经济性理论计算……13

1.2.4车辆模型构建及性能设计……16

1.2.5驱动单元性能设计……20

1.2.6传动系统性能设计……30

1.2.7储能系统性能设计……35

1.2.8高压电系统性能设计……44

1.3动力性和经济性开发案例……46

1.3.1特定节气门和换档策略的性能分析……47

1.3.2特定档位和坡度的性能分析……48

1.4展望……49

1.4.1内燃机性能提升技术……49

1.4.2高压平台提升技术……50

第2章整车驾驶性……52

2.1驾驶性概述……52

2.1.1驾驶性定义……52

2.1.2驾驶性理论基础……54

2.1.3驾驶性典型工况……55

2.2驾驶性设计理论与方法……56

2.2.1指标体系……56

2.2.2开发方法……63

2.2.3开发工具……72

2.2.4客观测试……79

2.3驾驶性开发案例……90

2.3.1传统动力车型开发案例……90

2.3.2新能源车型开发案例……94

2.4展望……97

2.4.1先进驾驶辅助系统……98

2.4.2自适应巡航控制系统……98

2.4.3“人-车-环境”协同自适应驾驶辅助……99

2.4.4整车控制策略……100

第3章制动性能……102

3.1电子制动系统概述……102

3.2电子制动系统动力学理论基础……104

3.2.1制动力分配与制动稳定性……104

3.2.2制动滑移率和驱动滑转率……106

3.2.3轮胎摩擦圆……107

3.2.4不足转向和过度转向特性……108

3.3电子制动系统理论基础……108

3.3.1防抱死制动系统(ABS)理论基础……110

3.3.2驱动防滑控制系统（TCS)理论基础……115

3.3.3车身电子稳定系统（ESP)理论基础……117

3.3.4电子驻车制动系统(EPB)理论基础……132

3.3.5电子制动系统（EBS)总布置设计……134

3.4电子制动系统整车集成……139

3.4.1电子控制系统匹配设备……139

3.4.2电子控制系统试验准备……141

3.4.3电子控制系统山路试验……141

3.4.4电子控制系统标准……142

3.5展望……143

3.5.1集成化发展历程……143

3.5.2集成化技术方案……144

第4章操纵稳定性和平顺性……147

4.1操纵稳定性和平顺性概述……147

4.1.1操纵稳定性和平顺性基本原理……147

4.1.2关键子系统及零部件……148

4.1.3性能集成的关联性……152

4.2操纵稳定性和平顺性设计理论与方法……153

4.2.1仿真分析……153

4.2.2客观试验……154

4.2.3主观评估和调试……159

4.2.4开发流程……162

4.3操纵稳定性、平顺性及整车开发案例……167

4.3.1操纵稳定性开发案例……167

4.3.2平顺性开发案例……171

4.3.3整车开发案例……174

4.4展望……180

4.4.1连续减振控制（CDC）……180

4.4.2主动电磁感应悬架（MRC）……181

4.4.3主动前轮转向（AFS）……182

4.4.4主动后轮转向（ARS）……182

4.4.5主动转矩控制（AYC）……183

第5章空气动力学性能……185

5.1空气动力学概述……185

5.2汽车空气动力学设计理论……185

5.2.1流体力学基本概念……185

5.2.2流体力学控制方程……189

5.2.3声学基本概念……190

5.2.4气动声学控制方程……191

5.2.5汽车空气动力学六分力……192

5.2.6气动噪声……197

5.3汽车空气动力学开发方法……200

5.3.1风洞试验……200

5.3.2道路试验……204

5.3.3计算流体力学仿真……206

5.4汽车空气动力学开发案例……211

5.4.1汽车低风阻形体……211

5.4.2汽车风阻组成……212

5.4.3汽车周围流场……213

5.4.4汽车各部位流场及减阻措施……216

5.4.5气动升力控制……222

5.4.6侧风稳定性控制……223

5.4.7风噪控制……224

5.4.8开发流程……225

5.5展望……227

第2篇结 构 性 能

第6章整车结构强度……231

6.1结构强度概述……231

6.1.1国内轿车强度开发现状……231

6.1.2面向我国用户的轿车强度开发……232

6.2结构强度设计理论与方法……233

6.2.1国内外轿车强度设计准则对比分析……233

6.2.2全球主要汽车工业国轿车强度水平分析……235

6.2.3我国市场轿车行驶里程调研分析……236

6.2.4轿车强度开发准则定义……237

6.3结构强度开发案例……240

6.3.1轿车强度试验标准体系构建……241

6.3.2轿车强度模拟计算原理与方法……242

6.3.3基于试验和仿真的结构强度优化……243

6.3.4底盘零部件强度开发流程与认可评价249

6.4展望……251

第7章整车安全性能……252

7.1整车安全性能概述……252

7.1.1交通事故调查与事故分析……252

7.1.2事故重建技术及应用……255

7.2汽车安全性能评价法规及标准……257

7.2.1全球车辆安全法规……257

7.2.2新车评价规程（NCAP）……258

7.2.3保险安全指数规程……261

7.2.4电动汽车的电安全法规……263

7.3汽车安全设计机理……265

7.3.1整车结构耐撞性设计……265

7.3.2约束系统防护机理……270

7.3.3行人碰撞保护设计机理……273

7.3.4主动安全技术与系统原理……276

7.4汽车安全集成开发技术……278

7.4.1整车正面碰撞安全开发技术……278

7.4.2整车侧面碰撞安全开发技术……282

7.4.3行人保护安全开发技术……286

7.4.4主动安全集成开发技术……288

7.5展望……292

7.5.1高逼真度生物人体模型……292

7.5.2自动驾驶的安全挑战……295

7.5.3电动汽车安全……297

第8章整车可靠性与耐久性……300

8.1可靠性与耐久性概述……300

8.1.1可靠性设计理论基础……300

8.1.2疲劳理论基础……302

8.2关键技术及应用案例……306

8.2.1用户用途关联技术……306

8.2.2可靠性验证策略……306

8.2.3用户目标设定关键技术……309

8.2.4整车可靠性加速试验规范……313

8.2.5动态载荷分解技术……316

8.2.6道路模拟试验技术……318

8.2.7振动台试验规范制定技术……320

8.3展望……321

8.3.1基于网联技术的用户目标获取……321

8.3.2虚拟路面技术……322

第3篇舒 适 性 能

第9章车内环境品质……327

9.1车内环境品质概述……327

9.1.1汽车车内环境污染……327

9.1.2汽车车内污染物危害……327

9.2车内环境品质控制标准……328

9.2.1国外标准……328

9.2.2国内标准……332

9.3车内污染物的成因分析……334

9.3.1来源分析……334

9.3.2影响因素……336

9.4车内环境品质开发与管控……337

9.4.1汽车内外饰用材开发……337

9.4.2车内环境研发体系与管控方式……355

9.4.3车内环境量产一致性管制……360

9.5展望……362

9.5.1车内环境净化……362

9.5.2车载香氛系统……366

第10章整车NVH性能……367

10.1NVH概述……367

10.2NVH设计理论与方法……368

10.2.1振动控制理论基础……368

10.2.2噪声控制理论基础……371

10.2.3振动噪声测量技术……373

10.2.4主观评价与心理声学……376

10.2.5试验与仿真分析……379

10.3NVH工程应用案例……382

10.3.1NVH目标设定……382

10.3.2动力总成噪声……385

10.3.3路面激励噪声……387

10.3.4振动舒适性……390

10.3.5空气动力噪声（风噪）……390

10.3.6机电辅助系统噪声……393

10.3.7车外噪声……395

10.3.8异响……398

10.4展望……399

10.4.1轻量化与NVH……399

10.4.2主动降噪与减振……400

10.4.3声品质设计……402

第11章空调性能……404

11.1汽车空调性能概述……404

11.2汽车空调性能设计理论与方法……405

11.2.1整车热负荷的计算……405

11.2.2空调系统型式及零件匹配计算……408

11.2.3空调风道设计……412

11.2.4空调系统台架试验规范……417

11.2.5汽车空调性能试验……422

11.3空调性能开发案例……426

11.4展望……428

第12章整车热管理……430

12.1热管理概述……430

12.2热管理设计理论与方法……430

12.2.1传热学基础……430

12.2.2热管理开发内容……431

12.2.3热管理虚拟仿真技术……434

12.2.4热管理试验开发技术……437

12.3热管理开发案例……439

12.3.1热管理开发目标设定……439

12.3.2热管理开发流程……440

12.3.3传统动力总成冷却性能开发……442

12.3.4零件热保护性能开发……445

12.3.5热管理控制与标定……449

12.3.6自燃风险预防……450

12.4展望……451

12.4.1混合动力车型热管理性能开发……452

12.4.2纯电动车型热管理性能开发……452

12.4.3燃料电池车型热管理性能开发……452

第13章座椅舒适性……454

13.1座椅舒适性概述……454

13.1.1静态舒适性……454

13.1.2动态舒适性……456

13.1.3舒适性功能……456

13.1.4主观评价……458

13.1.5客观评价……460

13.2座椅舒适性设计理论与方法……461

13.2.1汽车-座椅-人系统介绍……461

13.2.2座椅动态舒适性的设计原则……461

13.2.3座椅动态特性参数……462

13.3座椅舒适性开发案例……463

13.3.1座椅隔振、吸振性能开发……463

13.3.2侧翼支撑技术开发……465

13.3.3人-椅系统模态与共振频率开发……466

13.3.4座椅舒适性仿真技术……468

13.4展望……470

13.4.1座椅动态舒适性的发展方向……470

13.4.2座椅动态舒适性支撑技术……472

第14章汽车人机工程……475

14.1汽车人机工程概述……475

14.1.1人机工程发展历史……475

14.1.2人机工程开发职责及研究范围……475

14.1.3人机工程法规及设计规范……476

14.2乘员布置及人机工程尺寸定义……478

14.2.1二维假人模板……478

14.2.2乘员布置及核心硬点确定过程……483

14.2.3整车人机工程视野舒适性开发……487

14.2.4乘员上下车方便性开发……493

14.3视觉舒适性设计……494

14.3.1视觉舒适性定义……495

14.3.2视觉舒适性开发方法……496

14.3.3视觉舒适性主观评价……499

14.4操作舒适性设计……500

14.4.1操作舒适性开发流程及范围……500

14.4.2操作舒适性开发策略……501

14.4.3操作舒适性开发方法……501

14.5储物及多功能性设计……506

14.5.1储物空间定义……506

14.5.2储物空间开发流程……507

14.5.3整车储物功能评价指标……511

第4篇综 合 性 能

第15章整车性能主观评价……515

15.1整车性能主观评价概述……515

15.2准备工作……516

15.3常用道路……517

15.3.1汽车试车场……517

15.3.2社会道路……520

15.4评分标准……521

15.4.1评分标准选择……521

15.4.2实施方法……522

15.5主观评价方法……522

15.5.1动力性主观评价……523

15.5.2驾驶性主观评价……524

15.5.3NVH主观评价……532

15.5.4制动性能主观评价……537

15.5.5转向性能主观评价……541

15.5.6操纵稳定性主观评价……545

15.5.7平顺性主观评价……548

15.5.8空调性能主观评价……551

15.6评价结果展示……553

15.7主观评价能力建设……555

15.8展望……557

第16章整车性能融合开发……559

16.1整车性能概述……559

16.2整车性能融合的理论与特点……560

16.2.1整车性能融合的物理学基础……561

16.2.2整车性能融合的特点……563

16.3整车性能融合开发案例……565

16.3.1轻量化与性能融合……565

16.3.2热管理与NVH……566

16.3.3操纵稳定性与NVH……567

16.3.4经济性与NVH……569

16.3.5安全性、耐久性与NVH……570

16.3.6水管理与热管理……572

16.4展望……573

16.4.1性能融合深度……573

16.4.2性能融合广度……573

参考文献……574