1.2　汽车总体构造及生产平台

1.2.1　汽车的基本组成

汽车主要由发动机、车身、底盘和电器等四大部件组成（图1.1），这些大部件通常也称为总成。

1．发动机总成

发动机是汽车的“心脏”，为汽车提供必需的驱动力，主要有内燃机和电机两种动力形式，其中内燃机是汽车的主流动力。由于石油是不可再生能源，以及内燃机排放造成的大气污染日趋严重，因此汽车越来越多地采用电驱动力系统，包括采用蓄电池或燃料电池驱动的纯电动力系统，以及电机与内燃机联合驱动的混合动力系统等。

根据运动机构不同，内燃机分为往复活塞式和旋转活塞式（图1.2）。往复活塞式内燃机利用一个或者多个活塞将缸内压力通过曲柄连杆机构转换成旋转动能。旋转活塞式内燃机又称为转子发动机，活塞在旋转过程时，燃烧室容积随着活塞转动而周期性变化，从而完成进气—压缩—做功—排气四个行程。目前绝大部分汽车都采用往复活塞式内燃机作为动力。转子发动机没有曲柄连杆机构，转子转一圈有三个燃烧室做功，相同功率的转子发动机相对于往复活塞式内燃机尺寸小、重量轻、振动和噪声低，其输出轴的转速是活塞转子自转速度的3倍，这与往复活塞式内燃机的活塞与曲轴是1∶1的运动关系不同。转子发动机最大的问题是油耗和有害物排放较高以及耐久性能较差，经典的转子发动机车型有马自达公司生产的RX7、RX8。

往复活塞式内燃机按气缸排列有直列、V型、W型和H型水平对置等排列形式。

（1）直列发动机。一般缩写为L，比如L4代表直列4缸。直列是使用最广泛的气缸排列形式，尤其是在2.5升以下排量的发动机上。常见的直列发动机有L3、L4、L5、L6，其中L3、L4、L5发动机往往需要安装平衡轴来抑制发动机的一阶与二阶振动，而L6发动机一阶振动和二阶振动自平衡，机械稳定性和平顺性出色。但由于L6的长度较长，不利于空间布置，目前只有宝马、奔驰等少数汽车生产厂家有L6车用发动机（图1.3）。

（2）V型发动机（图1.4）。将气缸分成两组，把相邻两列气缸以一定夹角（两列气缸中心线的夹角，通常为60°，部分为90°）布置在一起，从侧面看气缸呈V字形，故称V型发动机。与直列发动机相比，V型发动机缩短了机体的长度和高度，而更低的安装位置便于设计出风阻系数更低的车身；同时，V型布置还可抵消一部分振动，使发动机运转更平顺。常见的V型发动机有V6、V8、V10、V12。

（3）W型发动机。是德国大众专属发动机技术，将V型发动机的每侧气缸再进行小角度的错开，就成为W型发动机。或者说W型发动机的气缸排列形式是由两个小V形组成一个大V形，属V型发动机的变种。W型与V型发动机相比可将发动机做得更短一些，能节省发动机所占的空间，同时重量也可轻些，但它的宽度更宽。W型发动机最大的问题是发动机由一个整体被分割为两个部分，在运行时必然会引起很大的振动。针对这一问题，大众在W型发动机上设计了两个反向转动的平衡轴，让两部分的振动在内部相互抵消。使用W型发动机的只有大众旗下品牌的车辆，比如大众辉腾、宾利欧陆和奥迪A8使用的W12以及布加迪使用的W16（图1.5）。

（4）H型水平对置发动机。两列气缸夹角为180°，其制造成本和工艺难度高，目前世界上只有保时捷和斯巴鲁（图1.6）两个汽车厂在生产水平对置发动机。其最大优点是重心低，由于它的气缸平放，不仅降低了汽车的重心，还能让车头设计得又扁又低，能增强汽车的行驶稳定性。同时，水平对置的气缸布局是一种对称稳定结构，这使得发动机的运转平顺性比V型发动机更好。更低的重心和均衡的分配也为车辆带来了更好的操控性。其缺点是横置的气缸因为重力的原因，会使机油流到底部，使气缸一侧得不到充分的润滑。此外，但高精度的制造要求也带来了高养护成本，并且由于机体较宽，因而并不利于整车布局。

根据使用燃料不同，车用内燃机还可以分为汽油机和柴油机等常规燃料发动机，以及天然气（CNG）发动机、液化石油气（LPG）发动机、甲醇发动机、乙醇发动机、二甲醚（DME）发动机、氢气发动机等替代燃料发动机。

2．车身总成

车身是驾驶员工作的场所，也是装载乘客和货物的场所。车身应为驾驶员提供方便的操控条件，以及为乘客提供舒适安全的环境，并保证货物完好无损。根据有无车架，可将车身分为承载式车身和非承载式车身。

1）承载式车身

承载式车身没有车架，车身就作为发动机和底盘各部件的安装基体，车身兼有车架的作用并承受全部载荷（图1.7），可直接安装悬挂、发动机、传动等部件。优点：重量轻，整体弯曲和扭转刚度好；车室地板低，车辆高度尺寸小；以薄板加工为主，可用点焊焊接，易于批量生产。缺点：路面和发动机的噪声及振动容易传到车身；因为由整个车身来确保刚度，所以很难改造。承载式车身主要用于乘用车。

2）非承载式车身

非承载式车身（图1.8）通过橡胶软垫或弹簧与车架作柔性连接。车架是支撑全车的基础，承受着在其上所安装各个部件的各种载荷。车身只承受所载人员和货物的重力及惯性力。对非承载式车身，汽车底盘部分有专门的底盘受力结构即车架，用来安装悬挂、发动机、传动等机械结构。优点：除了轮胎与悬架系统对整车的缓冲吸振作用外，橡胶垫还可以起到辅助缓冲、适当吸收车架的扭转变形和降低噪声作用；底盘和车身可以分开装配，然后总装在一起，可以简化装配工艺；有车架作为整车的基础，便于汽车上各总成和部件的安装，同时易于更改车型和改装成其他用途的车辆；车架对车身还有一定的保护作用。缺点：由于设计时不考虑车身承载，故必须保证车架有足够的强度和刚度，导致整车自重增加；由于底盘和车身之间装有车架，使整车高度增大。非承载式车身主要用于载重货车、专业越野车。但是随着技术革新，一些硬派越野车也逐渐开始使用承载式车身。

3．底盘总成

底盘接受发动机的动力输出，使汽车产生运动，并保证汽车按照驾驶员的操纵正常行驶。底盘由以下几个系统组成。

1）传动系统

传动系统将发动机输出的动力传给驱动轮，包括离合器、变速器、传动轴、驱动桥等部件。下面主要对变速器进行介绍。常见的变速器有手动变速、自动变速、自动机械变速、双离合变速和无级变速等几种结构形式。

（1）手动变速器

手动变速器（manual transmission，MT）如图1.9所示。手动变速器用手拨动变速杆改变变速器内的齿轮啮合位置，改变传动比，从而达到变速的目的。踩下离合器时，才能拨动变速杆。如果驾驶者技术好，装手动变速器的汽车在加速、超车时比自动变速汽车快，也省油。未来手动变速箱的发展趋势是挡位数不断提高，以使发动机的转矩和转速更好地匹配汽车复杂的工况需求。

（2）自动变速器

自动变速器（automatic transmission，AT）如图1.10所示。自动变速器由液力变扭器、行星齿轮和液压操纵系统组成，通过液力传递和齿轮组合的方式达到变速变矩。其中液力变扭器是AT最重要的部件，由泵轮、涡轮和导轮等构件组成，兼有传递扭矩和离合的作用。自动变速器的挡位一般分为P（驻车挡）、R（倒挡）、N（空挡）、D（前进挡）、2（挡）、1（挡）或L（低速挡）等。自动变速器具有操作容易、驾驶舒适、能减少驾驶者疲劳的优点，受到驾驶者的欢迎，市场占有率逐步提高。未来AT的发展趋势是向多挡位的AT变速器发展，市场上已经有不少装配9AT和10AT的车型。

（3）电控机械自动变速器

电控机械自动变速器（automated mechanical transmission，AMT）如图1.11所示。AMT可以看作自动的手动变速器，即在通常的手动变速器和离合器上配备一套电子控制的液压操纵系统，以达到自动切换挡位的目的。AMT能根据车速、油门、驾驶员命令等参数，确定最佳挡位，控制原来由驾驶员人工完成的离合器分离与接合、换挡手柄的摘挡与挂挡，以及发动机油门开度的同步调节等操作过程，最终实现换挡过程的自动化。简单来说，AMT就是在手动变速器的基础上发展而来，保留了手动变速器的换挡结构和离合器，但实现了换挡的自动化。因此AMT实际上是由一个电脑系统来完成操作离合器和选挡的两个动作。AMT技术难度相对较低，但存在换挡过程中动力中断影响驾驶舒适性的问题。AMT主要应用于一些A0级别的乘用车和商用车如货车。

（4）双离合变速器

双离合变速器（dual clutch transmission，DCT）如图1.12所示。双离合变速器结合了手动变速器和自动变速器的优点，采用两套离合器相互交替工作来到达无间隙换挡的效果。两组离合器分别控制奇数挡和偶数挡，在换挡之前，DCT已经预先将下一挡位齿轮啮合，在得到换挡指令之后，DCT迅速向发动机发出指令，发动机转速升高，此时先前啮合的齿轮迅速接合，同时第一组离合器完全放开，完成一次升挡动作，其他换挡动作类推。两组离合器相互交替工作，切换挡动作极其迅速而且平顺，动力传输过程几乎没有间断。与采用液力变矩器的AT比较，由于DCT换挡更直接，动力损失更小，所以其燃油消耗可以降低。不过DCT也存在一些固有的弊端，比如，由于没有采用液力变矩器，又不能实现手动变速器“半联动”的动作，所以对于小排量发动机而言，低转速下扭矩不足的特性就会暴露出来。

目前常见的双离合变速器有大众的DSG、福特的Powershift、三菱的SST、保时捷的PDK以及奥迪的Stronic等。

（5）无级变速器

无级变速器（continuously variable transmission，CVT）就是我们常说的无级变速箱，顾名思义就是没有明确具体的挡位。操作上类似自动变速箱，但是速比的变化却不同于自动变速箱的跳挡过程，而是连续变化的，因此动力传输持续而顺畅。

CVT的工作原理如图1.13所示。主要通过改变主、从动轮和金属带的接触半径（即工作半径）来实现传动比的连续变化。主、从动轮由可动锥盘与固定锥盘组成，可动锥盘可以在主、从动轴上沿轴向移动。金属带沿V形槽方向移动时，其在主动轮和从动轮上的回转半径发生变化，从而改变了传动比。

CVT优点：动力输出是线性的，在实际驾驶中非常平顺；挡位设定更为自由，更容易达到传动系统中的齿轮比、速比以及发动机性能、耗油、废气排放的平衡；传动机械效率、省油性优于普通的AT，仅次于MT。CVT缺点：相比传统AT，它的成本要略高；而且操作不当，出问题的概率更高；传动的金属带能够承受的力量有限，因此不能承受过高的扭矩。

2）行驶系统

行驶系统将汽车各总成及部件连成一个整体并对全车起支承作用，以保证汽车正常行驶。行驶系统包括车架、前轴、驱动桥的壳体、车轮、悬架等部件。

悬架是车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，主要作用是传递作用在车轮和车身之间的一切力和力矩，比如支撑力、制动力和驱动力等，并且缓和由不平路面传给车身的冲击载荷引起的振动，保证乘员的舒适性。典型的汽车悬架结构由弹性元件、减振器以及导向机构等组成，分别起缓冲、减振和力的传递作用。绝大多数悬架具有螺旋弹簧和减振器结构，但不同类型悬架的导向机构差异很大。汽车悬架虽然由一些杆、筒以及弹簧等简单构件组成，但却是一个难达到完美要求的汽车总成。悬架既要满足汽车操纵稳定性的要求，又要保证汽车的舒适性要求，这两方面的要求往往是相互矛盾的。为了取得良好的舒适性，需要缓冲汽车的振动，这样弹簧就要设计得软些，但弹簧软了却容易使汽车发生刹车“点头”、加速“抬头”以及严重侧倾偏向，不利于汽车的转向，容易导致汽车操纵不稳定等。根据结构不同，悬架可分为独立悬架和非独立悬架两种（图1.14）。根据调节控制方式不同，悬架可分为被动悬架和主动悬架两种。

（1）独立悬架

独立悬架系统每一侧的车轮都是单独地通过弹性悬架系统悬挂在车架或车身下面的。优点是重量轻，减少了车身受到的冲击，并提高了车轮的地面附着力；可用刚度小的较软弹簧改善汽车的舒适性；可以使发动机位置降低，汽车重心也得到降低，从而提高汽车的行驶稳定性；左右车轮单独跳动，互不相干，能减小车身的倾斜和振动。但是，独立悬架系统存在着结构复杂、成本高、维修不便的缺点，同时因为结构复杂，会侵占一些车内乘坐空间。现代轿车大多采用独立悬架系统，按其结构形式的不同，独立悬架系统又可分为横臂式、纵臂式、多连杆式、烛式以及麦弗逊式悬架系统等。

麦弗逊（Macpherson）式悬架（图1.15）是随前置发动机前轮驱动（FF）车型的出现而诞生的。FF车型不仅要求发动机要横向放置，而且还要增加变速箱、差速器、驱动机构、转向机，前悬架空间不得不压缩，因此才设计出空间省、成本低的麦弗逊式悬架。

（2）非独立悬架

非独立悬架系统的结构特点是两侧车轮由一根整体式车架相连，车轮连同车桥一起通过弹性悬架系统悬挂在车架或车身的下面（图1.16）。非独立悬架系统具有结构简单、成本低、强度高、保养容易、行车中前轮定位变化小的优点；但由于其舒适性及操纵稳定性较差，在现代轿车中只有成本控制比较严格的车型才会使用，更多地用于货车和大客车。

（3）主动悬架

随着科技的进步，越来越多的高端车型采用了可软可硬、能高能低的主动悬架，如空气悬架、液压悬架和电磁悬架。

空气悬架由空气弹簧和可调减振器组成，具有调节车身高低和改变阻尼的能力，是全主动悬架。悬架可按需调整到最佳，拥有良好的适应性。同时，空气悬架还能调节阻尼，例如在过弯时硬一些，得到更好的支撑，正常行驶软一些，过滤掉多余振动。因为空气悬架的结构更为复杂，所以故障率更高。尤其是空气弹簧和减振器，在使用过程中还要不断调整，很有可能造成泵体过热而影响寿命。

液压悬架也是全主动悬架，能做到高低和阻尼的调节。每个车轮都有一个液压分泵，根据分泵向油缸内加注油液的多少来控制车身的高低，阻尼则是通过控制阀门大小来调节。相比于最高工作压力一致的空气悬架，液压悬架的体积要更小，易于布置。就算油封老化，油液也是慢慢泄漏，更加安全。但是液压悬架的响应速度要差一些，变化范围也没有空气悬架大，行驶一定里程后需要更换的问题仍然存在。

电磁悬架与空气悬架和液压悬架不同，不能改变高度，只能调节阻尼，属于半主动悬架。有别于以上悬架是靠改变阀门大小来实现阻尼控制，电磁悬架是在减振器油液之中加入一种被称为电磁液的特殊液体，主要成分是碳氢化合物和微小的铁粒，通过控制电磁液控制阻尼大小。电磁悬架的响应速度是最快的，凯迪拉克轿车所应用的磁流变减振器反应速度可达每秒1000次。对城市路况来说，电磁半主动悬架已经足够用，不但有更快的调节速度，可靠性也更高。

3）转向系统

转向系统保证汽车能按照驾驶员选择的方向行驶，由转向器及转向传动装置组成。

现代汽车越来越多地采用助力转向系统，即通过增加外力来抵抗转向阻力，让驾驶者只需更少的力就能够完成转向。助力转向最初是为了让一些自重较重的大型车辆能够更轻松地操作，但是现在已经非常普及，它让驾驶变得更加简单和轻松，并且让车辆反应更加敏捷，一定程度提高了安全性。常见的助力转向有机械液压助力、电子液压助力和电动助力三种。

（1）机械液压助力

机械液压助力（hydraulic power steering，HPS）是最常见的一种助力方式，它诞生于1902年，由英国人Frederick W.Lanchester发明，而最早的商品化应用则推迟到了半个世纪之后，1951年克莱斯勒把成熟的液压转向助力系统应用在Imperial车系上。由于其技术成熟可靠，而且成本低廉，被广泛普及。

机械液压助力的方向盘与转向轮之间全部是机械部件连接（图1.17），操控精准，路感直接，信息反馈丰富；液压泵由发动机驱动，转向动力充沛，大小车辆都适用；技术成熟，可靠性高，平均制造成本低。由于依靠发动机动力来驱动油泵，能耗比较高，所以车辆的行驶动力无形中就被消耗了一部分；液压系统的管路结构非常复杂，各种控制油液的阀门数量繁多，后期的保养维护成本高；整套油路经常保持高压状态，使用寿命也会受到影响，这些都是机械液压助力转向系统的缺点。

（2）电子液压助力

由于机械液压助力需要大幅消耗发动机动力，所以人们在机械液压助力的基础上进行改进，开发出了更节省能耗的电子液压助力转向（electro-hydraulic power steering，EHPS）系统。这套系统的转向油泵不再由发动机直接驱动，而是由电动机驱动，并且加装了电控系统，使得转向辅助力的大小不仅与转向角度有关，还与车速相关。机械结构上增加了液压反应装置和液流分配阀，新增的电控系统包括车速传感器、电磁阀、转向电子控制单元等。

电子液压助力拥有机械液压助力的大部分优点，同时还降低了能耗，反应也更加灵敏，转向助力大小也能根据转角、车速等参数自行调节，更加人性化。不过引入了很多电子控制单元，其制造、维修成本也会相应增加，使用稳定性也不如机械液压式的牢靠。随着技术的不断成熟，这些缺点正在被逐渐克服，电子液压助力已经成为很多家用车型的选择（图1.18）。

（3）电动助力

电动助力转向（electric power steering，EPS）系统是由电动助力机直接提供转向助力，省去了液压动力转向系统所必需的动力转向油泵、软管、液压油、传送带和装于发动机上的皮带轮，既节省能量，又保护了环境。另外，还具有调整简单、装配灵活以及在多种状况下都能提供转向助力的特点。EPS系统主要由扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制单元（ECU）等组成。根据助力电机的安装位置不同，EPS系统可分为转向轴助力式、齿轮助力式、齿条助力式3种（图1.19）。转向轴助力式EPS系统的电动机固定在转向轴一侧，通过减速机构与转向轴相连，直接驱动转向轴助力转向。齿轮助力式EPS系统的电动机和减速机构与小齿轮相连，直接驱动齿轮助力转向。齿条助力式EPS系统的电动机和减速机构则直接驱动齿条提供助力。

驾驶员在操纵方向盘进行转向时，转矩传感器检测到转向盘的转向以及转矩的大小，将电压信号输送到ECU，ECU根据转矩传感器检测到的转矩电压信号、转动方向和车速信号等，向电动机控制器发出指令，使电动机输出相应大小和方向的转向助力转矩，从而产生辅助动力。

4）制动系统

制动系统使汽车减速或停车，并保证汽车能可靠地停驻（图1.20）。

汽车制动系统由以下几部分组成：供能装置，包括供给、调节制动所需能量以及改善传能介质状态的各种部件，其中产生制动能量的部分称为制动能源；控制装置，包括产生制动动作和控制制动效果的各种部件，如制动踏板、制动阀等；传动装置，包括将制动能量传输到制动器的各个部件，如制动主缸和制动轮缸等；制动器，即产生制动摩擦力矩的部件。制动器有鼓式制动器和盘式制动器两种。

（1）鼓式制动器

鼓式制动器（图1.21）也称为块式制动器，是靠制动块在制动轮上压紧来实现刹车的。鼓式制动器是早期使用的制动系统，其刹车鼓1902年就已经使用在马车上了，直到1920年左右才开始在汽车上得到广泛应用。鼓式制动器的主流是内张式，它的制动块（刹车蹄）位于制动轮内侧，在刹车时制动块向外张开，摩擦制动轮的内侧，达到刹车的目的。鼓式制动器在轿车领域已经逐步退出而让位给盘式制动器。但由于成本比较低，目前仍然在一些经济类轿车中使用，主要用于制动负荷比较小的后轮和驻车制动。

（2）盘式制动器

盘式制动器（图1.22）也是采用液压控制，主要零部件有制动盘、分泵、制动钳、油管等。盘式制动器散热快、重量轻、构造简单、调整方便。特别是高负载制动时耐高温性能好，制动效果稳定，而且不怕泥水侵袭，能够在恶劣路况下正常使用。很多轿车采用的盘式制动器有平面式制动盘、打孔式制动盘以及划线式制动盘，其中划线式制动盘的制动效果和通风散热能力均最好。

盘式制动器已广泛应用于轿车，现在大部分轿车的全部四个车轮都使用盘式制动器，少数轿车只有前轮使用盘式制动器，与后轮的鼓式制动器配合，可使汽车制动时有较高的方向稳定性。在商用车中，盘式制动器在新车型及高端车型中逐渐被采用。

4．电器总成

电器设备由电源组、发动机起动系和点火系、汽车照明和信号装置等组成。此外，现代汽车都装有各种电子设备，如发动机电控系统（图1.23）和整车综合管理电子系统（图1.24）等所示。随着信息化和智能化科技的发展，汽车电器在汽车制造中所占成本比例将越来越大。

1.2.2　汽车的整体布局

汽车整体布局是指如何安排一辆汽车的各个组成部件及系统在整车中所处的相对位置。汽车的布局元素包括发动机、传动系统、座舱、行李舱、排气系统、悬挂系统、油箱、备胎等。其中发动机、传动系统和座舱是决定布局的“三要素”。按这三要素可将布局方式分为前置发动机前轮驱动（Front-engine Front-drive，FF）、前置发动机后轮驱动（Front-engine Rear-drive，FR）、中置发动机后轮驱动（Middle-engine Rear-drive，MR）、后置发动机后轮驱动（Rear-engine Rear-drive，RR）和四轮驱动（4-Wheel Drive，4WD）五大类型。一个优秀的布局方案应该在使各部件工作良好的基础上满足应有的使用功能，如载人、运货、越野等。下面对五种布局方案作简单介绍。

1．FF布局

发动机横置在车头，经过变速箱直接驱动前轮（图1.25），省略了传动轴装置，减轻了车重，结构比较紧凑；有效地利用了发动机舱的空间，驾驶室内空间更为宽敞，并有利于降低地板高度，提高乘坐舒适性；发动机靠近驱动轮，动力传递效率高，燃油经济性好。FF是目前绝大部分微、小、中型轿车采用的布局方式。

FF在操控性方面也具有优势。由于重心偏前且由前轮产生驱动力，在操控性方面具有明显的转向不足特性，属于一种安全的稳定倾向，是民用车的理想操控特性。FF抗侧滑能力也比FR强，但驱动轮附着利用率较小，上坡时驱动轮的附着力会减小；前轮的驱动兼转向结构比较复杂，发动机和传动系统集中在发动机舱内，布局拥挤，限制了采用大型发动机的可能性，这是大型轿车不采用FF的主要原因。

FF的缺点：前桥既是转向桥又是驱动桥，结构及工艺复杂，制造成本高，维修保养困难；前桥负荷较后轴重，并且前轮又是转向轮，故前轮工作条件恶劣，轮胎寿命短。

针对FF结构发动机舱布局拥挤这个问题，近年来出现了纵置发动机的FF布局，从而可以采用中大型的发动机。例如配2.8L V6的奥迪A6，就是属于为数不多的中大型FF轿车。发动机纵置是指发动机与汽车的前桥垂直，发动机横置是指发动机和汽车前桥平行。简单地讲就是你站在车头前面向发动机，如果发动机横着放在你眼前，就是横置发动机；竖着放在你眼前，就是纵置式发动机（图1.26）。

从力学角度来说，力的传输损耗与力的传输距离和力的方向变化次数有关。横置发动机的曲轴、变速器的输入／输出轴以及车桥都是平行的，因此前驱车最适合的就是横置发动机，动力传输距离短，方向一致，传动效率高。

大多数中、高级车型采用纵置发动机。第一，为复杂的前悬架腾出足够的布置空间。悬架直接关系到汽车的操控性能，而悬架的结构显然是悬架性能的关键，所以高级车型多采用双横臂、多连杆的悬架结构，还要再搭配可调刚度及高度的空气弹簧和可调阻尼力的减振器，这无疑会拥有大量的布置空间。而纵置的动力总成占用横向空间少，能够为悬架腾出这些空间。第二，减轻前桥轴荷，用于均衡整车轴荷。整车最具重量的发动机和变速器总成的布置无疑是左右前后轴荷配比的关键因素。纵置发动机可以让变速器的位置尽量向后伸，使动力总成的重心位于前桥之后，而横置发动机却难以做到这一点。轴荷分配不合理的横置发动机轿车甚至达到了前70%后30%，其性能可想而知。第三，体积庞大的大排量发动机难以横置。

2．FR布局

发动机纵置于车头，纵向与变速箱相连，经过传动轴驱动后轮（图1.27）。对于后驱车，因为动力要传递到后桥上，在传动距离无法缩短的情况下，就要尽可能减少动力传输方向的转换，使用纵置发动机就可以使曲轴与传动轴平行，减少了传动方向的转换，降低了能量的损失。这是后驱车多采用纵置发动机的原因之一。早期的汽车绝大部分采用FR布局，目前FR布局主要应用在中、高级轿车上。它的优点是轴荷分配均匀，即整车的前后重量比较平衡，因此操控稳定性比较好。后轮作驱动轮时，轮胎的附着利用率要优于前轮驱动，这是中、大型轿车都采用后轮驱动的主要原因。FR的缺点是传动部件多、传动系统重量大，贯穿座舱的传动轴占据了座舱的地板空间，影响了脚部空间和乘坐舒适性。同时降低动力传动系的传动效率，影响了燃油经济性；此外，在雪地或易滑路面上起动加速时，后轮推动车身，易发生甩尾现象。

传统的FR布局，发动机和变速箱在车头，轴荷分布依旧很难实现50∶50。因此一些跑车采用前置发动机、后置变速器的办法。发动机还在前面，只是把变速器移到后面，而驾乘人员就被夹在发动机和变速器之间。已经有很多车型采用这样的布置方式，包括克尔维特、阿斯顿马丁DBS、奔驰SLS、阿尔法—罗密欧8C以及日产GTR（四驱车）等车型。

图1.28为克尔维特C6构型，采用了前置发动机、后置变速器的布局。它采用了跑车中极为罕见的非承载式车身搭配脊梁式车架，传输动力的传动轴就在车子的脊梁里，脊梁是封闭的，传动轴可以自由地在里面高速转动，转速当然是完全与发动机转速相同，变速器位于后桥之前，后桥为断开式车桥。巨大的V8发动机纵向布置在前机舱里。其前后悬架均为双横臂式独立悬架。

3．MR布局

发动机放置在前、后轴之间，经变速箱直接驱动后轮（图1.29）。MR布局最大的优点是轴荷均匀，具有很中性的操控特性；更容易达到优良的前后重量分配，并且可使重心更低，过弯更顺畅。由于将车体中最沉重、惯性最大的发动机放在车体中部（驾驶舱和后轴之间），于是在刹车时不会出现头沉尾翘的现象；过弯不会像后置后驱那么容易转向过度。其缺点是发动机占去了座舱的空间，降低了空间利用率和实用性；对发动机的隔声和绝热效果差，乘坐舒适性有所降低。因此采用MR布局的大都是追求操控性的跑车，比如路特斯Elise系列、帕加尼Zonda等车型。

微型面包车也有很多采用MR布置形式，如五菱宏光、北汽威旺306等微面。微面的发动机一般位于前排座椅下方，微面主要用途是载人拉货，后轮往往承担绝大多数的重心，特别是在满载上坡的情况下，重心在车尾，如果采用FR或FF布局，本身动力就非常羸弱的微面根本就爬不上坡。但是微面的MR布局和超跑的MR布局还是有差别的，因为微面为了有更大的空间，整套动力总成布置在乘员舱之下，而不像超跑的乘员舱和动力总成空间非常靠近。

市场上还有一种称作“前中置发动机”的布局方式，即发动机置于前轴之后、乘员之前，后轮驱动。从形式上看，这种布局应属于FR，但能达到与MR一样的理想轴荷分配，从而提高操控性。本田S2000属于这种类型的布局。

4．RR布局

发动机放置在底盘后部（后轴），经变速箱直接驱动后轮（图1.30）。RR布局早期广泛应用在微型车上，如奔驰SMART，因为其结构紧凑，既没有沉重的传动轴，又没有复杂的前轮转向兼驱动结构。RR的缺点是后轴荷较大，在操控性方面会产生与FF相反的转向过度倾向，即高速过弯的稳定性差，容易侧滑。RR是大、中型客车较为流行的布置方式，现在采用RR布局的轿车已经很少，保时捷911是典型的RR布局。

后置发动机的车型较少，也是因为发动机和变速箱的重量较大，会直接使车辆的静止重心靠近尾部，导致车辆接近极速时容易甩尾，另外也影响了刹车时的稳定性。所以多年来，保时捷都在通过悬挂底盘的调校、电子系统的优化和逐渐前移的发动机位置来改善RR布局的先天劣势，甚至开始研发四驱版911，大大改善了行驶稳定性及湿滑路面的行驶能力。在其全新一代车型上，还增加了后轮主动转向功能作为选装，使其后轮的动态可控性更好。

5．4WD布局

无论是前置、中置还是后置发动机，都可以采用四轮驱动（图1.31）。由于四个车轮均有动力，附着利用率高，驱动越野性好，但重量大、占空间是4WD的缺点。此外，动力流失率即传动损失比单轴驱动大。四轮驱动过去只用于越野车，近年来随着限滑差速器技术的发展和应用，已经能够精确地调配转矩在各车轮之间的分配。因此出于提高操控性的考虑，采用四轮驱动的高性能跑车也越来越多。

常见的四驱形式可以分为三大类：分时四驱、全时四驱、适时四驱。

分时四驱是一种驾驶者可以在两驱和四驱之间手动选择的四轮驱动系统，由驾驶员根据路面情况，通过接通或断开分动器来选择两轮驱动或四轮驱动模式，这也是越野车或四驱SUV最常见的驱动模式。它的优点是结构简单，稳定性高，坚固耐用。但缺点是必须车主手动操作，有些甚至结构复杂，不止一个步骤，同时还需要停车操作，这样不仅操作起来比较麻烦，而且遇到恶劣路况不能迅速反应，往往错过了脱困的最佳时机；另外，分时四驱没有中央差速器，所以不能在硬地面（铺装路面）上使用四驱系统，特别是在弯道上不能顺利转弯。一般情况下，分时四驱车辆并不是长时间处于四驱状态，正常行驶状况下，采用的是两轮驱动，当需要通过恶劣路面时，驾驶员通过分动杆把两轮驱动切换成四轮驱动，从而提高车辆的通过性能。分时四驱的车型一般配有分动装置（分动箱挡杆或者按钮）。图1.32为分时四驱吉普“牧马人”车型的分动箱挡杆。

全时四驱（all wheel drive，AWD）是指汽车在行驶的任何时间，所有轮子均独立运动。全时四驱车会比两驱车（2WD）拥有更优异与安全的驾驶性能，尤其是碰到极限路况或是剧烈驾驶时。理论上，AWD会比2WD拥有更好的牵引力，将发动机动力输出经传动系统分配到四个轮胎与分配到两个轮胎上做比较，结果是AWD的可控性、通过性以及稳定性均会得到提升，即无论车辆行驶在何种天气以及何种路面（湿地、崎岖山路、弯路）时，驾驶员都能够更好地控制每一个行迹动作，从而保证驾驶员和乘客的安全。目前采用AWD技术的车型主要有奥迪quattro、大众4MOTION、奔驰4MATIC、讴歌SH-AWD等。

适时四驱是指只有在适当的时候才会四轮驱动，而在其他情况下仍然是两轮驱动的驱动系统，即根据车辆的行驶路况自动切换为两驱或四驱模式，不需要人为操作。相比全时四驱，适时四驱的结构简单得多，不仅可以有效地降低成本，而且也有利于降低整车重量。由于适时四驱的特殊结构，它更适合于前横置发动机前驱平台的车型，这使许多基于这种平台打造的SUV有了装配四驱系统的可能。适时四驱的缺点在于，在前后轴传递动力时，会受制于结构本身的缺陷，无法将超过50%以上的动力传递给后轴，这使它在主动安全控制方面没有全时四驱的调整范围那么大；相比分时四驱，它在应对恶劣路面时，适时四驱的物理结构极限偏低。全球采用适时四驱技术的车型大致有两大分支：一分支是以采用瑞典HALDEX公司提供的四驱为代表的欧系车，如大众的途观、帕萨特R36、高尔夫R20、奥迪TT3.2quattro、A3quattro，福特德国的KUGA，路虎的神行者2等；另一分支是以日本JECKT公司提供的四驱为代表的日系车，如丰田的RAV4和汉兰达等。

1.2.3　汽车生产平台

汽车生产平台是指由汽车制造厂商设计的、几个车型共用的产品平台。在汽车刚诞生的初期，汽车的主流生产方式是全手工制造，显然在产能和成本上难以满足普通大众的需求。直到20世纪初，福特公司在制造T型车时创造出影响整个世界工业的生产工艺——流水线。流水线生产方式大幅降低了生产周期和成本，同时降低了售价，使汽车终于走进了千家万户。然而，一条流水线一般只能生产一款汽车。随着社会经济的快速发展和市场需求的快速变化，一个型号的汽车产品生命周期越来越短，一个产品对应一条生产线的生产方式逐渐变得不能适应市场竞争。在20世纪80年代，产生了一种称为“汽车平台”的概念。汽车平台与车辆的基本结构相关，出自于同一平台的不同车辆具有相同的结构要素，例如车门立柱、翼子板、车顶轮廓等。同一平台车型的轴距一般情况下是相同的，同时一些配件是通用的。有时候很多种不同品牌的车在一个平台，而同一品牌的不同年度车型反而不在一个平台。下面介绍几种常见的生产平台。

1．大众MQB（Modular Querbaukasten）平台（图1.33）

MQB平台取代了原有的PQ25、PQ35和PQ46平台。该模块化平台在大众、奥迪、斯柯达和西雅特这4个品牌中得到极为广泛的应用，并生产从A00、A0、A到B四个级别的车型。涵盖车型：第七代大众高尔夫、第三代奥迪A3、第三代奥迪TT、第三代斯柯达明锐、第三代西雅特Leon。MQB平台的发动机采用横向前置布局，在此基础上可调整轮距、轴距和悬挂，开发出不同车型。不同车型可以通用大量零部件，可共线生产，从而大幅提高了生产灵活性并降低了成本。但是，一旦平台某一款车型的零部件出现问题，将会波及相当数量的车型。

2．大众MLB（Modularer L Ngsbaukasten）平台

MLB平台是指纵置发动机模块化汽车生产平台，由奥迪主导研发的这一平台主要用于生产大众集团B、C到D级的轿车、SUV等车型，奥迪A6、Q5和全新Q7等车型都基于此平台开发生产。这一平台最大的特点就是发动机的纵置布局，利于整车的前后配重比，同时纵置发动机更容易与奥迪四驱系统quattro中的托森差速器相匹配。

3．丰田TNGA（Toyota New Global Architecture）平台

丰田新一代TNGA生产平台的架构理念，可以使车辆的成本进一步降低，并拥有更好的性能，全新普锐斯就是TNGA平台下的第一款产品。在TNGA生产模式下，丰田车系将更加巧妙地共用零部件和总成，并与供应商更紧密地合作来降低成本。丰田自从创立了精益生产模式之后便成为各个厂商效仿的对象，TNGA形成规模以后，丰田在精益化生产方面又是一次大的进步。雅力士、普锐斯、卡罗拉、凯美瑞、RAV4乃至普瑞维亚等车型都被囊括在该平台内。在TGNA框架下，丰田将开发三个细分底盘平台：B（小型车）、C（中型车）和K（发动机前置前轮驱动中大型车）。采用上述三种平台打造的车辆将占丰田车辆总产量的50%。

4．沃尔沃SPA（Scalable Platform Architecture）平台

SPA平台是指大多数沃尔沃车型的汽车生产平台，不论车辆大小和复杂性，可以建在同一条生产线。独有的可扩展平台架构（SPA）有几个平台，共享基本相同的底盘结构、悬架、电气系统和传动系统。现在的车型系列，如沃尔沃S60、V60和XC60已形成一个集群。联合相同的模块和接口以及可扩展的系统和组件，可为基础的车型系列建立一个灵活的生产体系。新的引擎系列包括四缸汽油和柴油发动机，创新方案还包括全新的8速自动变速器和新型飞轮动能回收系统（KERS）。

5．宝马CLAR（Cluster Architecture）平台

CLAR平台是宝马后驱车生产平台，宝马3、5、7及其衍生车型都诞生于这个平台，特点是高度轻量化。

6．宝马UKL（Untere Klasse）平台

UKL平台是宝马前驱车生产平台，主要生产MINI、1系及其衍生车型，特点是成本低。

7．奔驰汽车生产平台

奔驰作为高端品牌汽车，也需要通过减少生产平台的数量来严格控制成本，包括共享设备和零部件，提高质量以及缩短新车的生产及上市时间等。为此，奔驰汽车的生产平台从以前的9个削减为现在的5个。目前仅留下MFA前驱平台、MRA后驱平台、MHA跨界车型、MSA运动车型平台以及SUV平台，主要平台如表1.1所示。