内容简介

汽车工程师在实践和培训中需要快速和可靠地掌握汽车工程及技术的基础知识和细节以及与此相关的主要工业过程。这些信息系统地、有分析地汇集在原书第7版手册中。除考虑当前汽车技术的发展外，书中还进一步讨论了电驱动和混合动力驱动方面的快速发展。新的动力方案影响到整个汽车的所有子系统的大部分系统，并影响手册中几乎所有的章节，包括从汽车组装件，经汽车电气系统网络、安全性，直到对车间工作人员的要求。本版手册的另一个重点是将主动安全性和被动安全性部分地耦合为“组合式安全性”的新系统。本版手册还加入了很多新内容。

作者均为德国汽车工业企业和零部件供应商的专业人员，他们将汽车的理论和实践融合在一起。

本书适用于已经入职或即将入职的汽车工程师、系统工程师；与汽车相关的立法、行政机关、协会、监控、保险方面的专业人员；以汽车工程为重点的高等学校和高等职业学校教师；专业记者；对汽车制造感兴趣的专业人员和技术传播者；汽车后市场相关技术人员、教师和学生。

目录

译者的话

前言

第1章人类的活动——移动性1

1.1序言1

1.2移动性的原因和方式2

1.2.1定义2

1.2.2人们的各种活动确定他们的

移动性3

1.2.3货运的运输系统4

1.2.4对移动性的一些特殊要求5

1.3移动性的张力场和影响5

1.4对汽车有重大关系的移动性要求6

1.4.1一些基本要求6

1.4.2一些特殊要求7

第2章要求与目标冲突8

2.1产品创新与至今取得的技术进步8

2.1.1用户的希望8

2.1.2立法9

2.1.3汽车技术12

2.2立法者的要求17

2.2.1批准上路行驶17

2.2.2国家的和超国家的法律来源20

2.2.3交通事故预防（主动安全性）22

2.2.4减轻交通事故后果

（被动安全性）24

2.2.5对排放与噪声辐射的要求25

2.2.6其他28

2.2.7前景29

2.2.8标准30

2.3新技术33

第3章汽车物理学38

3.1基本原理38

3.1.1定义38

3.1.2行驶阻力和驱动力40

3.1.3影响汽车燃油消耗的各种因素42

3.1.4各种动态力42

3.1.5其他定义43

3.2空气动力学43

3.2.1基本原理43

3.2.2作用范围45

3.2.3汽车研发顺序52

3.3热工程53

3.3.1内燃机冷却53

3.3.2乘员室的采暖和冷却58

3.3.3用于加热和冷却具有替代驱动系统的

车辆的组件和系统64

3.4声学和振动69

3.4.1引言69

3.4.2行驶噪声71

3.4.3驱动噪声73

3.4.4滚动噪声81

3.4.5风噪声82

3.4.6机电噪声83

3.4.7“咯咯”声、“嘎吱”声、“叽

叽”声87

3.4.8外部噪声87

3.4.9振动舒适性91

3.4.10电动化行驶的声学与振动94

3.4.11声学研究过程95

第４章造型和新方案98

4.1设计98

4.1.1设计的重要性98

4.1.2设计目标98

4.1.3设计过程99

4.1.4具体设计过程100

4.1.5虚拟设计过程102

4.1.6模型阶段102

4.1.7颜色、装饰和个性化103

4.1.8在产品准备中的设计工作103

4.1.9决定103

4.1.10制作设计模型和现代设计104

4.1.11设计中的感悟104

4.2汽车方案和组装107

4.2.1概述和定义107

4.2.2汽车方案设计108

4.2.3影响因素和组装的设计范围120

4.2.4在各汽车等级中选出的汽车方案

实例126

4.2.5汽车方案和在汽车工业实际中的组装

过程129

4.2.6汽车方案的发展130

4.3新型驱动130

4.3.1电驱动130

4.3.2燃料电池驱动系统138

4.3.3混合动力驱动151

4.3.4斯特林发动机、蒸汽发动机、燃气

轮机、飞轮165

4.3.5氢气内燃机172

第5章动力装置180

5.1发动机技术基础180

5.1.1内燃机工作过程180

5.1.2定义和特征参数182

5.1.3发动机类型185

5.1.4设计和发动机力学192

5.1.5奥托发动机(点燃式发动机)207

5.2柴油机238

5.2.1定义238

5.2.2发明史239

5.2.3内燃机技术基础240

5.2.4柴油机燃烧244

5.2.5柴油机燃烧方式250

5.2.6柴油机的结构和功能特征255

5.2.7废气后处理264

5.2.8柴油272

5.2.9调节275

5.2.10柴油机的未来276

5.3增压284

5.3.1背景284

5.3.2增压原理285

5.3.3结构288

5.3.4发动机与压气机的耦合289

5.3.5调节290

5.3.6与增压有直接关系的发动机

部件292

5.3.7其他调节系统292

5.3.8减小发动机尺寸和增压：趋势、

局限性、影响293

5.3.9废气涡轮增压器系统开发方法295

5.3.10前景296

5.4传动系297

5.4.1概述297

5.4.2起步部件301

5.4.3手动换档变速器系统307

5.4.4自动有级变速器310

5.4.5无级自动变速器320

5.4.6双离合器变速器324

5.4.7混合动力327

5.4.8变速器电控330

5.4.9展望335

5.5全轮驱动、制动和驱动控制337

5.5.1全轮驱动方案337

5.5.2驱动和制动控制351

5.6排气系统358

5.6.1排气系统的任务358

5.6.2催化转化器360

5.6.3柴油机微粒过滤器360

5.6.4罐装（包壳）和陶瓷反应体的

支撑361

5.6.5消声器363

5.6.6噪声调谐364

5.6.7固体噪声365

5.7汽车电气系统能量管理365

5.7.1基本状况365

5.7.2爪极式交流发电机366

5.7.3电能储存器368

5.7.4传统车辆的电源系统370

5.7.5带有电气化动力系统的车辆电源

系统375

5.8二冲程发动机的机会与风险376

5.8.1二冲程发动机工作方式376

5.8.2二冲程发动机方案377

5.8.3开发重点378

5.8.4归纳与评价382

5.9常规燃料、代用燃料和能量载体382

5.9.1市场经济法则384

5.9.2能源供应安全性386

5.9.3化石能源387

5.9.4可再生能源388

5.9.5总结393

5.9.6燃料族概况394

第6章车身406

6.1车身结构406

6.1.1自承载车身406

6.1.2空间框架417

6.1.3钢车身轻型结构研究427

6.1.4敞篷轿车433

6.1.5车身前部模块439

6.2车身材料441

6.2.1历史回顾441

6.2.2方案和结构443

6.2.3对车身材料的要求和设计准则444

6.2.4车身的典型材料447

6.2.5车身所用材料品种实例452

6.2.6不同材料的混合结构454

6.2.7特制材料的生产技术459

6.3表面保护462

6.3.1表面保护的好处462

6.3.2表面保护的开发和生产464

6.3.3前景472

6.4汽车内部空间473

6.4.1人机工程学和舒适性473

6.4.2通信系统和导航484

6.4.3车内舒适性／热舒适性492

6.4.4汽车内部配置502

6.5风窗玻璃刮水、清洗系统511

第７章底盘518

７.１前言518

7.1.1“底盘”的定义518

7.1.2底盘任务518

７.１.3行驶动力学和作用在底盘上的

各种力520

7.1.4基本的目标冲突525

7.1.5前景526

7.2制动系527

7.2.1前言527

7.2.2制动系统设计528

7.2.3制动系部件535

7.2.4传感器549

7.2.5制动功能和辅助系统552

7.2.6新的和未来的制动系统结构564

7.3轮胎、车轮和防滑链571

7.3.1引言571

7.3.2轮胎结构572

7.3.3对轮胎的要求572

7.3.4轮胎将力传递给路面578

7.3.5作为整个汽车系统的组合件的

轮胎584

7.3.6未来的轮胎工艺588

7.3.7车轮590

7.3.8防滑链597

7.4底盘设计601

7.4.1车轮悬架运动学601

7.4.2弹性运动学604

７.４.３车轮悬架613

7.4.4减振、阻尼、稳定器618

7.4.5转向系631

7.4.6主动转向系646

7.5评价准则658

7.5.1行驶性能的主观评价658

7.5.2行驶性能的客观评价659

7.6燃料系统666

7.6.1法规和用户特有的规范666

7.6.2燃料箱在汽车上的布置668

7.6.3燃料供给系统方案669

7.6.4燃料箱670

7.6.5燃料供给系统672

7.6.6燃料过滤674

7.6.7燃料体积测量装置675

7.6.8活性炭过滤器（AKF）676

7.6.9对混合动力汽车燃料供给系统设计

（KVA）的特别要求676

7.6.10前景677

7.7代用能量载体的燃料供给系统677

7.7.1要求677

7.7.2法规678

7.7.3压力罐和低温罐在汽车上的

布置678

7.7.4燃料储存压力罐和燃料系统679

7.7.5低温液化气罐和燃料供给系统680

7.7.6发展趋势681

第8章汽车电气/电子/软件691

8.1汽车电气/电子/软件的意义691

8.1.1概述691

8.1.2对电子系统开发过程和新技术的新

要求693

8.1.3系统工程694

8.1.4新技术设计：AUTOSAR698

8.1.5前景700

8.2汽车电气系统700

8.2.1汽车电气系统的组成700

8.2.2设计规范707

8.2.3汽车电气系统结构713

8.2.4电气系统开发过程721

8.2.5开发趋势726

8.3汽车通信系统727

8.3.1概述727

8.3.2电线连接的通信系统727

8.3.3无线通信系统731

8.3.4总结与展望734

8.4电磁兼容EMV734

8.4.1抗自干扰735

8.4.2抗外部电磁场干扰736

8.4.3抗远程干扰736

8.4.4标准和指令736

8.4.5EMV安全保护737

８.５功能领域738

８.５.１导言738

８.５.２照明设备738

８.５.３仪表板总成—人性化仪表752

8.5.4信息娱乐/多媒体755

8.5.5驾驶人辅助系统770

8.5.6遥控784

8.6人—机相互作用789

8.6.1驾驶人—汽车系统790

8.6.2信息传递792

8.6.3简单认识驾驶人模型793

8.6.4测量驾驶人工作强度、负荷、肌肉

张力794

8.6.5模拟794

8.7软件796

8.7.1软件课题的前言796

8.7.2软件开发过程796

8.7.3成功因素799

8.7.4底层软件架构解耦和软件平台800

8.7.5软件产品系列800

8.7.6应用领域801

8.7.7对汽车软件的工程挑战802

8.7.8潜力804

8.7.9组织上的挑战805

8.8现代控制工程法805

8.8.1对汽车控制系统的一些要求806

8.8.2现代控制器设计方法806

8.8.3对现代各种控制器设计方法的

评价810

8.8.4前景810

第9章汽车安全性816

9.1概述816

9.2汽车安全性领域816

9.3事故研究的结果818

9.3.1导言818

9.3.2官方道路交通事故统计819

9.3.3保险公司的交通事故数据819

9.3.4InDepth的事故调查819

9.4避免事故的车辆安全性822

9.4.1车辆层面的辅助系统823

9.4.2带有环境传感器的辅助系统824

9.5生物力学和保护规范826

9.5.1生物力学826

9.5.2保护规范828

9.5.3模拟装置830

9.6对车身的准静态要求831

9.6.1座椅和安全带固定点检验831

9.6.2车顶强度831

9.6.3侧面构件831

9.7汽车动态碰撞832

9.7.1前碰撞832

9.7.2侧向碰撞834

9.7.3车尾碰撞835

9.7.4汽车翻滚836

9.8乘员保护836

9.8.1汽车内部空间836

9.8.2乘员拉回系统837

9.8.3乘员拉回系统与汽车的相互

作用841

9.8.4侧向碰撞843

9.8.5兼容性846

9.9组合式安全性848

9.9.1驾驶人、汽车、周围环境848

9.9.2预先防止碰撞849

9.9.3组合式行人保护系统853

9.9.4组合式安全功能开发流程854

9.9.5救援和救助855

9.9.6Car2X安全性——前景856

9.10在开发安全性部件时的计算机辅助

设计857

9.10.1基本原理857

9.10.2数字工具描述857

9.10.3部件计算858

9.10.4整车设计859

9.11总结861

第10章材料和生产方法864

10.1回顾864

10.2现代汽车材料866

10.2.1汽车上各材料组所占的质量

分数866

10.2.2材料性能的提高868

10.2.3连接技术的进步896

10.2.4在零件成型和成形方面的进步901

10.２.５环境兼容方面的进步909

10.2.6热电和在乘用车上的应用

可能性914

10.２.7汽车上的纳米技术916

10.３材料的竞争和相互配合922

10.４汽车结构中的滚动轴承923

10.４.１导言923

10.４.２滚动轴承的常见类型923

10.４.３滚动轴承的设计925

10.４.４最近的滚子轴承开发的示例性

设计927

10.4.5滚动轴承的润滑和润滑剂 934

第１1章产品设计过程942

１1.１在产品设计过程中的同步工程和

产品管理942

１1.１.１概述942

11.1.2产品设计过程943

１1.１.３产品规划946

11.1.4创新管理948

11.1.5产量、设计任务书、法规949

11.1.6方案开发950

１1.１.７产品数据管理（ＰＤＭ）951

11.1.8产品寿命周期管理（PLM）951

11.1.9批量生产开发953

11.1.10批量生产汽车陪同

（全程陪同）957

11.1.11前景957

11.2早期开发阶段的汽车方案958

11.2.1概述958

11.2.2顺序959

１1.２.３实例961

１1.２.４前景963

１1.３在汽车开发中的计算和仿真963

１1.３.１概述963

11.３.２在ＰＥＰ中的ＣＡＥ过程和必要的

配备964

11.3.3使用领域和方法967

11.3.4零件制造过程仿真977

１1.３.５优化979

11.４测量、试验技术980

１1.４.１简要回顾980

11.4.2汽车制造中的测量和试验技术

基础981

11.4.3选择的一些实例986

11.4.4测量和试验技术效果989

１1.５质量管理990

11.6汽车的使用和维护993

11.6.1前言993

１1.６.２可维护性和可靠性994

11.6.3寿命周期成本997

11.6.4车间服务过程中的组织1000

11.6.5合理的维护设计1000

11.6.6策略与方案1005

第12章赛车1014

12.1使用条件1014

12.1.1体育属性1014

12.1.2技术法规1014

12.1.3运动法规1014

12.2汽车目录1015

12.3结构1017

12.3.1单体座舱1017

12.3.2车身1018

12.3.3发动机1019

12.3.4变速器1020

12.3.5底盘1021

12.4性能和圈速1022

12.4.1车辆参数1022

12.4.2可直接测量的车辆参数的

灵敏度1023

12.4.3开发潜力1023

12.5空气动力学和行驶动力学的开发1025

12.5.1气动效率和气动平衡1025

12.5.2空气动力学的影响参数1025

12.5.3空气动力学和轮胎影响1027

12.5.4空气动力学与行驶动力学1028

12.6可靠性1029

第13章前景——汽车向何处去1030

前言/序言

新版《汽车工程手册》承继了大家熟悉的，由Heinrich Buschmann和Paul Koeβler两位教授编写的《汽车工程手册》。他们共同编写的第1版《汽车工程手册》出版于1940年。Koeβler教授1973年编辑出版的第8版是该书的最后一版。直至今天，仍有很多汽车工程师还在他们的工作中使用书中的许多基础知识。新版《汽车工程手册》是出版社、作者共同合作的一部完全新的、有关教学、科研和实践的重要的著作，编写这样一部手册是对我们的重大挑战。本书以多视角方式描绘迷人的汽车世界和它的发展历程。100多家著 名的汽车企业和零部件供应商的专业人员参加了本书的编写工作。本书是时代的记录，它描述了当前汽车的高度发展水平和继续飞速发展的趋势。

本书从移动性的需要出发，定义了对汽车的一些要求和由此产生的目标冲突，并且从这些要求和目标冲突中得到与工程物理基础相关的现代汽车的框架结构条件。“汽车设计”相关章节仔细地抓住了对用户的回报、购买意愿和用户认可这些基本要素。“汽车方案和组装”相关章节指出，按具体的设定重点有各种各样的总方案和变型方案。另外还回答了代用动力方案，如电驱动、燃料电池、混合动力或燃气轮机的一些观点和结论。

“经典驱动”占有较大篇幅。除电驱动外现代点燃式发动机和柴油机的往复活塞式发动机技术在可见的未来仍将使用。显然，这两种发动机仍有进一步的发展潜力。排气后处理、增压、辅助装置等的优化仍是重要的题目。变速器的形式越来越丰富，如双离合器变速器或全轮驱动方案实例指出的变速器。尽管二冲程发动机在动力装置中变得寂静无声，但仍有重新使用它的机会，并分析存在的问题。代用燃料、添加燃料或驱动能量，从长远看具有较大价值。在汽车制造方面需要处理总是被用户苛求的和综合性的一些课题，它们覆盖自承载车身的基本原理、空间框架结构技术、敞篷轿车、人机工程、舒适性、汽车安全性，直至通信系统、导航系统，不断增加的电子系统——统称为“线控操纵”和驾驶人辅助系统。这清楚地表明，汽车上几乎所有功能和系统都离不开电子部件。内容广泛的“汽车安全性”一章增加了新的内容，叙述了交通事故预防、减小交通事故后果的措施和组合式安全性系统。

在最近十多年，对汽车的高要求使汽车重量明显增加。目前汽车重量出现逆转态势。因此，未来的材料技术、生产方法和零部件结构必须满足对轻结构的特别要求，同时要继续重视再生。随着汽车产品的综合性和复杂度的不断提高，优化产品设计过程是不可避免的。在高质量要求下缩短开发时间、控制开发成本迫使设计者系统性地采用仿真计算法、模拟法、测量/试验法、质量安全法以及虚拟现实（Virtual Reality)等技术；所有产品设计过程的参与者，如文中详细指出的，从一开始就要协同工作（同步工程）。

《汽车工程手册》第7版在2011年的第6版基础上，又进行了内容的修订和扩充，如交通事故研究、软件和赛车。特别要指出的是汽车电气/电子/软件这一章，它根据当前的技术水平和发展趋势重新组合，并对主要部分重新加工处理。还要提及的是与它相关的遥控技术、信息娱乐和多媒体应用。汽车已越来越多地进入全球通信行列。本书更新了文献目录，包括最 新的、与主题有关的文献、著作内容和考虑到信息需要的一些改进插图。

各种事物和技术的新发展以及有关全球CO2排放形势、微粒和NOx的公开讨论，已深刻地影响汽车发展。相关内容的更新实际上牵涉到所有的动力相关章节，主要是在混合动力方案方面、纯电驱动方面，以及内容广泛的汽车电气系统能量管理方面。由于汽车的快速发展，有必要修订和更新一些重要章节。

在编写本书中，来自整个德语系工业界的许多专家提供了大量的专业知识。我们对所有作者做出的贡献表示由衷的感谢。同样，感谢Springer Vieweg出版社出版本书。感谢许多助手，首先是Elisabeth Lang夫人和Ewald Schmitt先生，以及感谢所有读者为改进第7版质量所提的很多建议。

2013年9月，Grünwald/Braunschweig汉斯-赫尔曼·布雷斯乌尔里希·赛富尔特