Automobile layout
Abstract:
In automotive design, the automobile layout describes where on the vehicle the engine and drive wheels are found. Many different combinations of engine location and driven wheels are found in practice, and the location of each is dependent on the application for which the vehicle will be used. Factors influencing the design choice include cost, complexity, reliability, packaging (location and size of the passenger compartment and boot), weight distribution, and the vehicle#39;s intended handling characteristics.
Layouts can roughly be divided into two categories: front- or rear-wheel drive. Four-wheel-drive vehicles may take on the characteristics of either, depending on how power is distributed to the wheels.
Contents:
Front-wheel-drive layouts
Characteristics
Advantages
Disadvantages
Rear-wheel-drive layouts
Characteristics
Advantages
Disadvantages
Four-wheel-drive layouts
Advantages
Disadvantages
Unusual 4WD layouts
History and current use
See also
References
Front-wheel-drive layouts
Front-wheel-drive layouts are those in which the front wheels of the vehicle are driven. The most popular layout used in cars today is the front-engine, front-wheel drive, with the engine in front of the front axle, driving the front wheels. This layout is typically chosen for its compact packaging; since the engine and driven wheels are on the same side of the vehicle, there is no need for a central tunnel through the passenger compartment to accommodate a prop-shaft between the engine and the driven wheels.
As the steered wheels are also the driven wheels, FF (front-engine, front-wheel-drive layout) cars are generally considered superior to FR (front-engine, rear-wheel-drive layout) cars in conditions such as snow, mud, or wet tarmac. The weight of the engine over the driven wheels also improves grip in such conditions. However, powerful cars rarely use the FF layout because weight transference under acceleration reduces the weight on the front wheels and reduces their traction, limiting the torque which can be utilized. Electronic traction control can avoid wheelspin but largely negates the benefit of extra torque/power.
A transverse engine (also known as 'east-west') is commonly used in FF designs, in contrast to FR which uses a longitudinal engine. The FF layout also restricts the size of the engine that can be placed in modern engine compartments, as FF configurations usually have Inline-4 and V6 engines, while longer engines such as Inline-6 and 90° V8 will rarely fit. This is another reason luxury/sports cars avoid the FF layout. Exceptions do exist, such as the Volvo S80 (FWD/4WD) which uses transversely mounted inline 6 and V8 engines, and the Ford Taurus SHO, available with a 60° V8 and front-wheel drive.
Characteristics Edit
Front-wheel drive gives more interior space since the powertrain is a single unit contained in the engine compartment of the vehicle and there is no need to devote interior space for a driveshaft tunnel or rear differential, increasing the volume available for passengers and cargo.[1] There are some exceptions to this as rear engine designs do not take away interior space (see Porsche 911, and Volkswagen Beetle). It also has fewer components overall and thus lower weight.[1] The direct connection between engine and transaxle reduces the mass and mechanical inertia of the drivetrain compared to a rear-wheel-drive vehicle with a similar engine and transmission, allowing greater fuel economy.[1] In front-wheel-drive cars the mass of the drivetrain is placed over the driven wheels and thus moves the centre of gravity farther forward than a comparable rear-wheel-drive layout, improving traction and directional stability on wet, snowy, or icy surfaces.[1][2][3] Front-wheel-drive cars, with a front weight bias, tend to understeer at the limit which, according to Saab engineer Gunnar Larsson, is easier since it makes instinct correct in avoiding terminal oversteer, and less prone to result in fishtailing or a spin.[3][4]
According to a sales brochure for the 1989 Lotus Elan, the ride and handling engineers at Lotus found that 'for a given vehicle weight, power and tyre size, a front-wheel-drive car was always faster over a given section of road.'[5] However, this may only apply for cars with moderate power-to-weight ratio.[2][6][7] According to road test with two Dodge Daytonas, one FWD and one RWD, the road layout is also important for what configuration is the fastest.[3]
Weight shifting limits the acceleration of a front-wheel-drive vehicle. During heavy acceleration, weight is shifted to the back, improving traction at the rear wheels at the expense of the front driving wheels; consequently, most racing cars are rear-wheel drive for acceleration. However, since front-wheel-drive cars have the weight of the engine over the driving wheels, the problem only applies in extreme conditions in which case the car understeers. On snow, ice, and sand, rear-wheel drive loses its traction advantage to front or all-wheel-drive vehicles which have greater weight over the driven wheels. Rear-wheel-drive cars with rear engine or mid engine configuration retain traction over the driven wheels, although fishtailing remains an issue on hard acceleration while in a turn. Some rear engine cars (e.g., Porsche 911) can suffer from reduced steering ability under heavy acceleration, since the engine is outside the wheelbase and at the opposite end of the car from the wheels doing the steering. A rear-wheel-drive car#39;s centre of gravity is shifted rearward when heavily loaded with passengers or cargo, which may cause unpredictable handling behavior.[4]
On front-wheel-drive cars, the short driveshaft may reduce drivetra
全文共35041字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
汽车总布置
摘要：在汽车设计中，汽车总布置工作被描述为发动机和驱动轮在汽车上的位置确定。在实践中，发现有许多不同的发动机位置和驱动轮的组合类型，并且每个类型都取决于车辆所应用的领域。包括成本，复杂性，可靠性，承载空间（乘客车厢的位置和尺寸），轴荷分配，车辆特定的操控特性等因素，都会最终影响车辆布置的类型选择。
总布置可以被大致分为两种：前驱或后驱（四驱车可被认为具备前驱和后驱的共同特点
），区分的理由是动力被分配给车轮的形式。
前轮驱动
前轮驱动布局是指那些前轮驱动的车辆。在汽车中使用最广泛的布置形式是前置引擎和前轮驱动，引擎置于轴前，驱动前轮。这种布置特点是结构紧凑，因为引擎和从动轮在同一侧，所以不必为容纳发动机和从动轮之间的传动桥而专门设计一个需要穿过乘客舱的通道。
由于转向轮也是从动车轮，FF（前置引擎，前轮驱动的布置形式）汽车一般认为在诸如雪，泥，或湿路等道路条件下，其性能要优于FR（前置引擎，后轮驱动的布置形式）汽车。引擎在驱动轮上的重量也改善了在这种情况下的抓地性能。然而，追求动力性能的汽车却很少使用FF布置，因为加速度下的轴荷分配减少了前轴轴荷，进而减少了前轴的牵引力，限制了扭矩范围。
电子牵引力控制可以避免轮胎打滑，但很大程度上缩小了额外扭矩/功率效益。横置引擎（也被称为“东西置”）常应用于FF布置，而FR多用引擎纵置（“南北置”）。FF布置还限制了放在现代引擎舱内的引擎的尺寸，FF的配置通常有直列4缸和V型6缸引擎两种，而尺寸较长的引擎，比如直列6缸和90°V型8缸引擎就很少能用在FF布置上。这也是豪华车和跑车不使用FF布置的原因之一。当然也有例外，例如沃尔沃S80（FWD /四驱）采用横置直列6缸和V型8缸引擎，还有福特金牛座SHO，可用60°V型8缸引擎来前驱。
特点
前驱提供了更多的内部空间，由于动力总成被包含在车辆引擎内作为一个单一的单元，而无需为车桥的隧道或后差速器提供额外空间，增加了旅客和货物的可利用空间。但是，也有一些FR设计也不占空间（见保时捷911，和大众的甲虫），整体上看它也只有较少组件，也因此使得其重量降低.[1]。FF布置的引擎和传动桥的直接相连，使得其与有着相似发动机和变速器的后驱车相比，其传动系统的质量惯量和机械惯量减小，而燃油经济性更好。前驱车的传动系统的质量在驱动车轮上，使得重心前移，与FR布置相比，牵引力和湿雪、冰滑地面下的方向稳定性都大大提高.[1] [2] [3]。前驱车有一个重量偏差，因为它能自动回正的特性，会倾向于萨博公司工程师Gunnar Larsson所提出的不足转向，有利于正确转向而避免了极端转向，且不易造成摆尾或自旋。
根据1989年的 Lotus Elan公司的销售宣传册，Lotus公司的驾驶处理工程师发现，“给定车辆的重量、功率、轮胎尺寸，前驱车在给定的路段总能更快。”[5]。然而，这个结论可能只适用于中等比功率的汽车.[2][6][7]根据两辆道奇Daytonas汽车（Fwd和Rwd各一辆）速度的道路试验结果可以得知，道路状况对结果有很大影响.[3]
重量转移限制了前驱车的加速度。急加速时重量会向后方转移，后轮抓地性改善，而前轮（驱动轮）抓地性变差。因此，大多数赛车为了实现急加速，都采用的是后轮驱动。然而，由于前轮驱动汽车的发动机的重量在驱动车轮（前轮）上，所以这种问题也只适用于赛车这种需要急加速而前轮驱动汽车通常会出现转向不足的情况。在雪、冰、沙等地面上，后轮驱动就没有了牵引优势，因为前轮或全轮驱动车辆会有更大的重量作用在驱动轮上。
汽车发动机后置或中置的后驱车，其引擎配置保留了对驱动轮的牵引力，但转向时的摆尾加速问题依然存在。一些引擎后置汽车（例如，保时捷911）在强加速下，其转向能力下降，因为发动机是在轴距以外，并在汽车的另一端从车轮上实现转向。
后驱车在满载货物或乘客时会重心后移，这可能会导致意想不到的控制表现.[4]
而前驱车，因为短轴可以减少传动系统的整体复杂性，进而提高反应能力.[4]
优势
1.重量：较少的部件通常意味着较低的重量。
2.由于重量轻[8]，改善了燃油消耗率。
3.成本：组件少，整体安装复杂度低。（然而，FF和FR车之间零售价的巨大差异不能仅仅归因于布置不同，而更有可能是因为产量所带来的影响。因为FR布置大多数情况下用于运动型和性能型以及豪华型车（往往是高档或需要有有强大引擎的），而FF布置适用的则通常是大规模生产的主流车。直到2009年，也很少有现代的“家庭”汽车是使用FR布置的，所以直接成本比较不一定可能。通过奥迪A4 FrontTrak（具有FF布置和前轮驱动）和后轮驱动的宝马3系列（FR布置）之间的对比较能看出，它们都使用了紧凑型轿车的差速器和纵置的发动机结构.[1]
4.传动效率：FF布置的发动机和驱动桥之间的直接连接，使用相同的发动机和变速器，与FR布置相比，减小了动力传动系统的质量惯量和机械惯量，从而改善了燃油经济性.[1]
5.装配效率：FF布置的动力总成通常可以作为一个模块进行装配和安装，从而实现更高效生产。
6.由于动力传动系统的质量在驱动轮上，所以重心前移会比FR布置移动得更远，进而提高了车在湿雪或冰面上的牵引力和的方向稳定性.[1][2][3]
7.操纵性可控：前轮驱动的汽车，前面有一个重量偏差，倾向于转向不足的限制（据萨博工程师Gunnar Larsson的观点）所以会本能地正确转向而避免极端转向，且不易造成摆尾或自旋.[3][4]这使得一个熟练的司机即使是在转向发生侧滑的情况下，也可以通过松油门和拉手刹（大多数情况下手制动作用于后轮，只有某些雪铁龙车型和萨博车型例外）来控制汽车的运动.[3]
- 传动轴长度可以不因轴距的增长而增长。
缺点
1.FF布置是前轴荷分配较大的“头重”结构，因此倾向于转向不足。特别是在高功率的情况下。否则只有当FF布置使用四轮驱动，再加上积极的驾驶员辅助，以及主动前差速器，主动转向，和超快速可调的电冲击，才有可能避免转向不足的问题，使汽车的性能表现和FR布置的车一样优异。其实这些技术在Acura TL SH-AWD和奥迪S4 3 TFSI quattro两款车上已经得到应用，并且奥迪RS5 4.2 FSI quattro还具有重，复杂而且昂贵的特点.[9][10]虽然这些技术减小了前端过重的缺陷，但在轨道测试中与FR车辆相比，这些车依然缺点明显（包括那些使用四轮驱动的车[11][12]）
2.力矩转向指的是某些FF汽车在急加速时被拉向左或向右的趋势。它是一个关于车轮的方向舵（与车轮连接到转向机构的点相一致）和接触片的重心之间的点与点的偏移量，。牵引力施加在接触片的重心上，转向点偏移产生了转向轴的转向力矩。理想情况下，左右车轮会产生等大反向的转向力矩，进而相互抵消。然而现实却并非如此。转向力矩可以通过使用纵向布置、等长驱动轴、半轴、多连杆悬架或形心转向尺寸来控制.[13] [14][15][16][17][18][19]
3.汽车重心在加速时会后移，为后轮提供更多的牵引力，这是几乎所有赛车都是后轮驱动的主要原因之一。然而，由于前轮驱动汽车发动机的重量在驱动车轮上，重心后移问题只发生在比如试图加速通过地面潮湿的山丘或超过另一辆RWD车的极端情况。
4.在某些牵引的情况下，前轮驱动的汽车因为将有较少的重量施加在驱动轮上而可能表现出牵引力不足。正因为如此，FF车辆额定的安全拖车重量可能要小于相同尺寸和功率的后轮驱动或四轮驱动车辆。
5.由于尺寸和装配的限制，CV接头（等速接头）连接到轮毂会倾向于比具有相同作用的通常用于后轮驱动的万向节要更早磨损（虽然后轮驱动车辆的独立后悬架也采用等速万向节、半轴）。显著缩短前轮驱动汽车的传动轴长度会使CV接头弯曲到一个相当大的角度，这是由于转向所产生的附加力和角度所引起的。后轮驱动汽车的CV接头经常会被发现，其磨损程度和弯曲角度不足前轮驱动汽车的一半。
6.转向圈数。 FF布局几乎总是采用发动机横置（“东西向”）的布置形式，这限制了前轮可以转动的角度范围，从而相比于相同轴距的后轮驱动汽车，前轮驱动汽车的转向圈数增加。一个著名的例子就是旧版的迷你车，其一直为人所诟病的原因就是CV接头可操作角度的限制，但与之相对应的是采用了发动机纵置的FF或F4的布局形式的从奥迪（前1992）到萨博的汽车模型的转型圈数。
7.FF的发动机横置（也称为“东西”）的布置因为把发动机放置在现代汽车的发动机厢，因此还限制了发动机的尺寸，所以这种布置形式很少应用在需要强大功率的豪华车和跑车上。FF通常只能容纳直列4缸和V型6缸的发动机，而尺寸较长的引擎如直列6缸和90°大口径V8很少能被使用。但也有例外，解决这个问题的办法之一是使用交错引擎。
8.FF布置更依赖于使用前胎（加速，制动和转弯），因而比起FR布置会造成前胎更多的磨损。
9.在极端制动（如在恐慌下试图立即停车）时，在已经前轴过重的布局情况下，后轮牵引力进一步减少。这将导致前轮抓力的重量浪费，而后轮却没有足够的重量来产生抓力，以有效地利用抓力进行刹车。因为后轮的制动能力不是很高，所以很多便宜的前轮驱动汽车即使在今天在后轮还是采用鼓式制动器。
10.转向时给人的感觉比RWD车更加麻木不灵。这是由于传动轴、等速万向节等组件，增加簧下部分的额外重量。
后轮驱动布置
后轮驱动（RWD）一般是指发动机在车辆的前部驱动轮为车后轮，即发动机前置，后轮驱动的布置形式（FR布置），而前中置发动机，后中置发动机和后置发动机布局也有被采用的情况。这是大多数车辆直到上世纪70年代和80年代的传统汽车的布置形式.[ 20 ]几乎所有的摩托车和自行车都使用的是后轮驱动，通过传动轴、链条、或带，由前轮来转向，事实上驱动前轮周围的转向传动机构是一件非常困难和繁琐的事情。一个罕见的例外是以“移动支架”为特色的卧式自行车，它的整个传动系统，包括踏板和链条，都随着转向前轮而移动。
特点
绝大多数的后轮驱动汽车都采用的是前置发动机纵置，通过传动轴驱动后轮，传动轴则通过差速器与后轴相连。虽然大部分FR汽车是把变速器放在前置的发动机附近，但仍有一些FR车辆会把变速箱也放置在后面。FR布局常因其设计简单以及良好的操作特性而受到青睐。后轮驱动为汽车中部的传动系统留出空间，避免了与向前轮传递动力有关的复杂机械要求。对于以性能为导向的车辆，FR布置比FF布置更加适合，特别是对于发动机功率超过200马力的车辆。这是因为加速时重量会转移到车辆的后部，后轮重量增加，使得后轮的抓地力增加，需要大驱动力来克服。
FR布局的另一个优点是相比FF布局，由于动力传动系统的纵向布置，发动机厢的布置空间更加容易获得。
大功率发动机，比如直列6和90°大口径V8发动机通常太长，适合在FF布置中横置（“东西”），而如果纵置，FF布置通常可以容纳的最大发动机是直列4或V6系列，这也是豪车和跑车几乎从不使用FF布置的另一原因。
优势
- 重量分布均衡。随着越来越多发动机可以布置在前后轴之间（与发动机中置相比，是整个发动机在两轴之间）。并且传动机构可以更远地向后移[21]，后轮驱动汽车比前轮驱动汽车更接近均衡的前后重量分配。
2.加速时的重量转移。在急加速度情况下，重量被转移到后轮（驱动轮），从而提高牵引力。
3.无力矩转向[22]（除非是带偏移差速器的全轮转向机构）。
4.转向半径。因为前轮不需要复杂的驱动轴关节，所以比起前轮驱动汽车转动范围更大，进而在给定的轴距下FR布置的转向半径会更小。
5.更易于操控。更均匀的重量分布和更实用的重量转移共同提高了汽车的操纵性。前后轮负载更加均衡，提供了更大的抓地力和更优异的转向性.[23]
6.更好的制动性。均衡的重量分配有助于防止急刹车时后轮因过载而锁死.[23]
7.牵引。后轮驱动的车轮牵引负荷更能满足牵引车的动力需求，能够辅助转向，特别是高负荷的情况.[24]
8.可维护性。后轮驱动汽车的传动部件是模块化的，而不像前轮驱动汽车需要把很多零件安装在一个小空间内，因此需要的用以维修车辆的拆卸或专门的工具较少。
9.鲁棒性。由于尺寸和装配的限制，CV接头（等速接头）连接到轮毂会倾向于比具有相同作用的通常用于后轮驱动的万向节要更早磨损（虽然后轮驱动车辆的独立后悬架也采用等速万向节、半轴）。显著缩短前轮驱动汽车的传动轴长度会使CV接头弯曲到一个相当大的角度，这是由于转向所产生的附加力和角度所引起的。后轮驱动汽车的CV接头经常会被发现，其磨损程度和弯曲角度不足前轮驱动汽车的一半。（引用前文）
10.通过传动系统纵置，可以容纳大功率的发动机，如装配有直列6或90°大口径V8、或V10或V12的FR都是豪华车和运动型车常见的配置。这些发动机通常因为过长而不能用于FF发动机横置（“东西”）布局；FF配置通常最大可以容纳的发动机是直列4或V6。
10.道路抓地力反馈。前轮不受发动机和变速箱的影响，从而有更好的路面轮胎抓地力。
缺点
1.急加速度时（如赛车），由于后轮自旋有可能发生过度转向和尾翼摇摆。纠正措施是放开油门（牵引力控制系统会自动对后轮驱动的车辆进行此操
全文共9435字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[143005]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
