前置前驅(qū)乘用車總體設(shè)計cad圖紙+說明書

前置前驅(qū)乘用車總體設(shè)計cad圖紙+說明書,前置,前驅(qū),先驅(qū),乘用車,總體,整體,設(shè)計,cad,圖紙,說明書,仿單 機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計說明書 設(shè)計題目: 前置前驅(qū)乘用車總體設(shè)計 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)教師：  目次 1 引言……………………………………………………………………………… 1 2 汽車主要形式的選擇…………………………………………………………… 1 2.1汽車的軸數(shù)……………………………………………………………… 1 2.2汽車的驅(qū)動形式………………………………………………………… 1 2.3汽車的布置形式………………………………………………………… 1 3 汽車主要參數(shù)的選擇…………………………………………………………… 2 3.1汽車的主要尺寸參數(shù)…………………………………………………… 2 3.2汽車的主要質(zhì)量參數(shù)…………………………………………………… 3 3.3汽車的主要性能參數(shù)…………………………………………………… 4 4 汽車主要總成部件的選擇……………………………………………………… 7 4.1發(fā)動機(jī)的選擇…………………………………………………………… 7 4.2輪胎的選擇……………………………………………………………… 9 4.3變速器的選擇…………………………………………………………… 10 4.4其它總成的選擇………………………………………………………… 12 5 汽車的總體布置設(shè)計…………………………………………………………… 14 5.1汽車總布置圖基準(zhǔn)線的確定…………………………………………… 14 5.2汽車主要總成部件的布置……………………………………………… 14 5.3車身的布置設(shè)計………………………………………………………… 15 5.4運(yùn)動校核………………………………………………………………… 15 設(shè)計總結(jié)…………………………………………………………………………… 17 參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………… 18 致謝………………………………………………………………………………… 17  1引言 本設(shè)計——HG7164乘用車總體設(shè)計作為整個汽車設(shè)計的第一個環(huán)節(jié)，在整個汽車的設(shè)計中有著十分重要的統(tǒng)領(lǐng)全局設(shè)計的作用，本文將從整車設(shè)計方案、各總成的配合與協(xié)調(diào)、總體布置、設(shè)計計算等各個方面闡述該車的總體設(shè)計。 2汽車主要形式的選擇 2.1汽車的軸數(shù) 本設(shè)計車輛為質(zhì)量較輕的緊湊型乘用車，設(shè)計目的僅為滿足客戶最基本的出行需要，因此對軸荷的要求不高，一般常見的兩軸便可滿足要求，本設(shè)計便采用結(jié)構(gòu)、制造簡單，成本較低的兩軸式。 2.2汽車的驅(qū)動形式 本設(shè)計采用市面上最常見的4X2驅(qū)動形式。 2.3汽車的布置形式 本設(shè)計采用前置前驅(qū)的布置形式,良好的轉(zhuǎn)向不足特性使整車的操作穩(wěn)定性、舒適性都能得到保證。由于沒有很長的傳動軸，較短的傳動路線使整車的總質(zhì)量比較輕，有利于提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性，同時也降低了制造成本，良好的發(fā)動機(jī)接近性也有利于日后的維修。 圖1 不同形式的布置形式 圖2 前置后驅(qū)的驅(qū)動形式 3汽車主要參數(shù)的選擇 3.1汽車的主要尺寸參數(shù) 3.1.1軸距L 轎車的軸距與其市場定位、總體長度和用途有關(guān)，轎車的軸距與總長之間要有適當(dāng)?shù)谋壤?，軸距一般為總長的54%—60%。本次設(shè)計的HG7164乘用車作為一款定位于家用、緊湊型的中級汽車，要達(dá)到機(jī)動性好、成本低的目的，因此軸距不宜過長，參考表1提供的相關(guān)數(shù)據(jù)，本次設(shè)計軸距采用2600mm。 3.1.2前輪距B1、后輪距B2 輪距的大小對汽車的橫向穩(wěn)定性、整車總體寬度和總質(zhì)量都會產(chǎn)生影響。轎車一般的輪距可按照經(jīng)驗(yàn)公式初步選定： B=0.75Ba+100?80或B=kL 其中，B——轎車的輪距，mm； Ba——轎車總寬，mm； L——轎車軸距，mm； k——系數(shù)，轎車一般取0.5—0.54。 參考表1中各級別轎車的輪距，本次設(shè)計的汽車輪距?。呵拜喚?475mm，后輪距1476mm. 表1 各級別轎車的軸距和輪距 車型 類別 軸距L/mm 輪距B/mm 轎車 微型 2000～2200 1100～1380 普通 2100～2540 1150～1500 中級 2500～2860 1300～1500 中高級 2580～3400 1400～1580 高級 2900～3900 1560～1620 3.1.3前懸LF和后懸LR 汽車前懸的設(shè)計長度應(yīng)考慮到在此長度內(nèi)能否布置下發(fā)動機(jī)、轉(zhuǎn)向器、水箱等部件，過短會導(dǎo)致上述部件無法安裝下，過長會導(dǎo)致汽車的接近角變小從而影響通過能力。轎車后懸長度主要影響汽車后備行李箱的大小和軸核分配的要求，過短過長分別會影響整車攜帶貨物能力和離去角大小。本設(shè)計選取前懸LF=905mm，后懸LR=1010mm。 3.1.4外廓尺寸 轎車總長可根據(jù)下述經(jīng)驗(yàn)公式選?。? La=L+LF+LR或La=LC 其中：L——軸距，mm； LF——前懸，mm； LR——后懸，mm； C——比例系數(shù)，對于前置前驅(qū)的汽車，取0.62～0.66。 轎車總寬可按經(jīng)驗(yàn)公式取值： Ba=La3+(195?60) 其中：Ba——汽車總寬，mm； La——汽車總長，mm。 本設(shè)計車輛總長取4515mm，總寬取1725mm，總高取1445mm。 3.2汽車的主要質(zhì)量參數(shù) 3.2.1汽車的裝載量 轎車一般情況下主要用于載送乘客人員，因此其裝載量就是可承載的最多人數(shù)，本車作為中級車最大載客量一般為5。 3.2.2汽車的整備質(zhì)量 作為一項(xiàng)重要的設(shè)計指標(biāo)，汽車的整備質(zhì)量的大小可以粗略評估一輛車整體的使用油耗與設(shè)計成本。本車整備質(zhì)量取1250kg。 3.2.3汽車的總質(zhì)量 轎車的總質(zhì)量可由下式確定： ma=m0+mf+mp 其中：ma——汽車總質(zhì)量，kg； m0——汽車整備質(zhì)量，為1250kg； mf——附加設(shè)備質(zhì)量，取55kg； mp——乘客和駕駛員質(zhì)量，每人以65kg計算，取325kg。 根據(jù)上式便可得出該車的總質(zhì)量，為1630kg。 3.2.4汽車的軸荷分配 汽車的軸荷分配即前后軸所承載重量占整車的比重。參考表2，本車軸荷分配為： 空載時：前軸58%～62%，后軸38%～42%； 滿載時：前軸50%～55%，后軸45%～50%。 表2各類轎車的軸荷分配范圍 車型 空載 滿載 前軸 后軸 前軸 后軸 轎車 前置前驅(qū)FF 56%～66% 34%～44% 47%～60% 40%～53% 前置后驅(qū)FR 50%～55% 45%～50% 45%～50% 50%～55% 后置后驅(qū)RR 42%～50% 50%～58% 40%～45% 55%～60% 3.3汽車的主要性能參數(shù) 3.3.1動力性參數(shù) ⑴直接檔和Ι檔最大動力因數(shù)D0max和DΙmax D0max的選擇主要考慮對汽車加速性、經(jīng)濟(jì)性的要求，DΙmax標(biāo)志著汽車的爬坡能力和通過能力的好壞，該兩項(xiàng)參數(shù)的值均要求在表3所規(guī)定的范圍內(nèi)，隨后的計算中會對這兩項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行校核。 ⑵最高車速uamax 參考表3的相關(guān)數(shù)據(jù)，本車設(shè)計最高車速為180km/h。 ⑶比功率和比轉(zhuǎn)矩 各國均對這兩項(xiàng)指標(biāo)有所規(guī)定，參照表3，本車比功率擬定范圍45—50kW/t，比轉(zhuǎn)矩擬定范圍為90—100N·m/t。 表3 轎車動力性參數(shù)取值范圍 汽車類別 直接檔最大動力因數(shù) D0max Ι檔最大動力因數(shù) DΙmax 最高車速 uamax /（km/h） 比功率/（kW/t） 比轉(zhuǎn)矩/（N·m/t） 轎 車 微型 發(fā) 動 機(jī) 排 量 ≤1.0L 0.07～0.11 0.30～0.40 90～120 18～50 40～60 普通級 >1.0～1.6L 0.09～0.12 0.30～0.45 120～160 36～64 80～99 中級 >1.6～2.5L 0.11～0.13 0.30～0.50 160～200 43～68 90～110 中高級 >2.5～4.0L 0.13～0.15 0.30～0.50 180～220 50～72 95～125 高級 >4.0L 0.15～0.20 0.30～0.50 200～260 60～110 100～160 ⑷加速時間 本設(shè)計汽車采用0到100km/h的百公里加速時間，設(shè)計值定為13s。 ⑸上坡能力 汽車的上坡能力一般用最大爬坡度來表示。轎車的工作環(huán)境大部分在城市地區(qū)，路況通常較好，因此所要求能達(dá)到的坡度要求不高，本設(shè)計最大爬坡度30%，即16.7°。 3.3.2機(jī)動性參數(shù) 汽車機(jī)動性參數(shù)主要指汽車的最小轉(zhuǎn)彎半徑Rmin，即當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)至極限位置時由轉(zhuǎn)向中心至前外輪接地中心的距離，其值與汽車的軸距、輪距及車輪的最大轉(zhuǎn)向角有關(guān)。轎車的通常為軸距的2—2.5倍，參照表4，該車的為5.2m。 表4 各級轎車的最小轉(zhuǎn)彎半徑 級別 Rmin/m 微型 3.5～5.0 普通級 4.5～6.0 中級 5.0～6.5 中高級 5.0～7.0 高級 5.5～7.5 3.3.3操縱穩(wěn)定性參數(shù) ⑴前、后輪側(cè)偏角絕對值之差 本車設(shè)計值為2°。 ⑵車身側(cè)傾角 本車設(shè)計值為2°。 ⑶制動點(diǎn)頭角 為了減小汽車在通過凹凸路面時對乘客造成的不適感，汽車以0.4g的減速度制動時，車身的點(diǎn)頭角不應(yīng)大于1.5°，本車設(shè)計值為1°。 3.3.4行駛平順性參數(shù) 汽車的行駛平順性一般以垂直震動參數(shù)來表示，本設(shè)計以前后懸架的靜、動撓度或偏頻及車身振動加速度等參數(shù)值作為設(shè)計要求。表5給出了相關(guān)參數(shù)的取值范圍，通常情況下，n1與n2要接近且n2略大于n1。 表5 汽車懸架的偏頻、靜撓度和動撓度 車型 滿載時偏頻n/Hz 滿載時靜撓度fc/cm 滿載時動撓度fd/cm 前懸架n1 后懸架n2 前懸架fc1 后懸架fc2 前懸架fd1 后懸架fd2 轎 車 普通級、中級 1.02～1.44 1.18～1.58 12～14 10～18 8～11 10～14 高級 0.91～1.12 0.98～1.29 20～30 15～26 8～11 10～14 3.3.5制動性參數(shù) 我國通常以車速30km/h的最小制動距離來評價汽車的制動效能，表6給出了相關(guān)參數(shù)范圍。 表6 汽車制動距離的統(tǒng)計值范圍 車型 va=30km/h時的制動距離/m va=50km/h時的制動距離/m 轎 車 微型 5.0～6.0 普通級 5.5～6.5 中級 5.5～6.5 中高級、高級 5.2～8.0 14～19 3.3.6通過性參數(shù) 在總體設(shè)計中需要確定的有：最小離地間隙hmin、接近角α、離去角β及縱向通過半徑ρ，參照表7的取值范圍，本設(shè)計汽車hmin取180mm，α取27°，β取25°，ρ取6m。 表7 汽車通過性的幾何參數(shù) 車型 最小離地間隙hmin/m 接近角 α/（°） 離去角 β/（°） 縱向通過半徑 ρ/m 轎車 微型、普通級 0.12～0.18 20～30 15～25 3～5 中、中高、高級 0.13～0.20 5～8 4汽車主要總成部件的選擇 4.1發(fā)動機(jī)的選擇 4.1.1發(fā)動機(jī)形式的選擇 就目前整個汽車市場而言，絕大部分的汽車均采用往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)，其分為柴油機(jī)和汽油機(jī)兩大類。從市場現(xiàn)有發(fā)動機(jī)可挑選性、質(zhì)量、成本、震動、噪聲和可互換性等角度考慮，本設(shè)計汽車采用直列往復(fù)活塞式汽油發(fā)動機(jī)。 4.1.2發(fā)動機(jī)最大功率及其相應(yīng)轉(zhuǎn)速 發(fā)動機(jī)最大功率可由汽車的最高車速來確定： Pemax=1ηT（magf3600uamax+CDA76140uamx3） 式中，Pemax——發(fā)動機(jī)最大功率，kW； ηT——傳動系的傳動效率，轎車一般取0.9； ma——汽車總質(zhì)量，取1630kg； g——重力加速度，取9.8g； uamax——最高車速，km/h，本車取180km/h； f——滾動阻力系數(shù)，對轎車而言，f=0.0165+0.0001（ua-50），其中ua為車速（km/h），本車f計算得0.0295； A——汽車正面投影面積，m2。對于轎車而言，可按前輪距、汽車總高 等尺寸近似計算，即，對于本車而言，A計算得1.66； CD——空氣阻力系數(shù)，轎車一般取0.28—0.4，本車取0.3。 將相關(guān)參數(shù)帶入式中，計算得： Pemax=10.91630×9.8×0.02953600×180+0.3×1.6676140×1803=68.56kW 由該式計算出的功率為發(fā)動機(jī)的凈功率，即有效功率，而發(fā)動機(jī)最大額定功率通常比有效功率高12%~20%，所以可選擇的發(fā)動機(jī)最大額定功率區(qū)間值為76.79～82.28kW。轎車發(fā)動機(jī)最大功率的相應(yīng)轉(zhuǎn)速np一般比較大，多在4000以上，參考其他同級車輛，本車擬定np=6000。 4.1.3發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩及其相應(yīng)轉(zhuǎn)速 Temax=KMTP=9549KMPemaxnp 式中，Temax——發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，N·m； KM——轉(zhuǎn)矩適應(yīng)性系數(shù)，參考同級別發(fā)動機(jī)實(shí)驗(yàn)值選取，一般汽油機(jī)取1.1—1.3，本車取1.15； TP——最大功率點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩，N·m； np——最大功率點(diǎn)轉(zhuǎn)速，r/min； Pemax——發(fā)動機(jī)最大功率，kW。 將上述參數(shù)帶入式中，可得： Temax=9549×1.15×（76.79～82.28）6000=（140.54～150.59）N·m np和nT之間要求滿足關(guān)系式： npnT=1.4~2.0 由此，nT可得取值區(qū)間為3000～4285r/min，本設(shè)計取3600。 根據(jù)上述計算與選擇的相關(guān)主要參數(shù)，本次設(shè)計車輛決定選用F16D3型發(fā)動機(jī)，其相關(guān)性能參數(shù)如下表所示： 表8 F16D3型發(fā)動機(jī)性能參數(shù) 發(fā)動機(jī)型號 F16D3 氣缸排列型式 L型 進(jìn)氣類型 自然吸氣 型式 MT/AT 排氣量（ml） 1598 壓縮比 9.5 供油方式 多點(diǎn)電噴 氣門結(jié)構(gòu) 雙頂置凸輪（DOHC） 最大功率（kW/rpm） 78/6000 最大扭矩（N·m/rpm） 146/3600 排放法規(guī) 國四 缸蓋材料 鋁合金 缸體材料 鑄鐵 燃料類型 汽油 從參數(shù)中可以看出，該發(fā)動機(jī)最大功率為78 kW在設(shè)計計算中所規(guī)定的區(qū)間76.79～82.28kW范圍內(nèi)，最大扭矩為146 N·m，同樣在（140.54～150.59）N·m 的設(shè)計范圍，均滿足設(shè)計要求。 4.2輪胎的選擇 輪胎的型號和尺寸是一項(xiàng)十分重要的計算參數(shù)，其在制動系、轉(zhuǎn)向系的設(shè)計計算中對結(jié)果的影響甚大，需謹(jǐn)慎選取。 圖3 CINTURATO P1型輪胎 由于子午線輪胎比起普通斜線輪胎和帶束斜交輪胎有如耐磨性好、使用壽命長、附著性能好等眾多優(yōu)點(diǎn)，綜合考慮，本設(shè)計選用倍耐力CINTURATO P1（185/65 R14）型輪胎：該輪胎的生產(chǎn)過程中使用環(huán)保的材料以降低工廠對環(huán)境的污染，同時在保證長使用周期的前提下能最大限度地降低汽車油耗和二氧化碳的排放，并保持高性能和安全性、提高駕駛舒適性。 4.3變速器的選擇 4.3.1最小總傳動比imin 最小總傳動比imin可由最高車速來確定： imin=0.377nprruamax 式中，rr——車輪滾動半徑，計算得0.289m； np——發(fā)動機(jī)最大功率對應(yīng)的轉(zhuǎn)速，為6000r/min； uamax——汽車最高車速，為180km/h。 帶入相關(guān)數(shù)據(jù)，得： imin=0.377×6000×0.289180=3.632 用下式對直接檔最大動力因數(shù)D0max進(jìn)行校核： D0max=Ft-FwG≈0.113 查表3知該值在直接檔最大動力因數(shù)D0max要求的范圍內(nèi)，因此最小傳動比imin可取該計算值。 4.3.2主減速器傳動比i0 本設(shè)計采用帶有直接檔的三軸式變速器，則主減速器傳動比i0就等于傳動系最小總傳動比imin，即i0=3.632。 4.3.3最大傳動比imax 由 Ftmax=Ff+Fimax 或 Ttq maxig1i0ηTr=Gfcosαmax+Gsinαmax 即 ig1≥G(fcosαmax+sinαmax)rrTtq maxi0ηT 式中, Ttq max——發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，為146N·m； ig1——1檔傳動比； i0——主減速器傳動比，為3.632； ηT——傳動系效率，取0.9； rr——車輪滾動半徑，為0.289m； f——滾動阻力系數(shù)，取0.0295； αmax——最大爬坡度，取16.7°。 將上述數(shù)據(jù)帶入式中，可得： ig1≥1630×9.8×(0.0295×cos16.7°+sin16.7°)×0.289146×0.9×3.632=3.05 用下式中對DΙmax進(jìn)行校核： DΙmax=fcosαmax+sinαmax=0.3156 根據(jù)表3提供的檔最大動力因素范圍，該值滿足要求，因此可取計算值范圍。 同時，汽車驅(qū)動輪仍需滿足路面附著條件： Temaxig1i0ηTrr≤G2φ 即 ig1≤rrG2φTemaxi0ηT 其中，φ——路面附著系數(shù)，干燥、良好的瀝青或混凝土路面一般為0.7—0.8，這里取0.75。 帶入相關(guān)參數(shù)可得： ig1≤0.289×0.52×0.75×1630×9.8146×3.632×0.9≈3.773 綜上可知Ι檔傳動比取值范圍為3.05≤ig1≤3.773，本設(shè)計ig1取3.5。 4.3.4檔位數(shù)與各檔傳動比的選擇 本車選用5檔變速器。各檔分配的傳動比可按等比級數(shù)分配，即： ig1ig2=ig2ig3=ig3ig4=ig4ig5=q 因5檔為直接檔，即ig5=1，則由ig1=3.5，得 ig4=q，ig3=q2，ig2=q3，ig1=q4 即： ig4=4ig1=1.368 ig3=4ig12=1.871 ig2=4ig13=2.559 但實(shí)際上各檔傳動比滿足下式關(guān)系： ig1ig2≥ig2ig3≥ig3ig4≥ig4ig5 但各檔位間的比值一般不超過，綜合考慮，本設(shè)計變速器各檔位傳動比的分配如下表所示： 表9 變速器各檔位傳動比的分配 檔位 1檔 2檔 3檔 4檔 5檔 倒檔 傳動比 3.5 2.5 1.8 1.32 1 3.3 4.4其它總成的選擇 離合器、主減速器、懸架、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、車架與車身等剩余總成或結(jié)構(gòu)的選擇均從成本、性能、質(zhì)量等角度出發(fā)進(jìn)行，本著減輕質(zhì)量、節(jié)約油耗、對汽車有良好適應(yīng)性、滿足合理的人機(jī)工程學(xué)等原則，選擇出最可靠、安全、經(jīng)濟(jì)的相關(guān)部件，現(xiàn)將選擇的結(jié)構(gòu)匯總于下表： 表10 部分總成部件或結(jié)構(gòu)的選擇 離 合 器 類型 摩擦式離合器 從動盤類型 單盤 壓緊機(jī)構(gòu) 膜片彈簧 從動盤外徑尺寸 180mm 工作環(huán)境 干式 分離指向 拉式 操縱機(jī)構(gòu) 人力機(jī)械式 主 減 速 器 類別 單級式 齒輪副結(jié)構(gòu)、輪齒類型 斜齒圓柱式 傳動比 3.632 懸 架 系 統(tǒng) 前懸架 類型 麥克弗森式獨(dú)立懸架 結(jié)構(gòu) 滑動立柱、橫擺臂、減震器 后懸架 類型 扭轉(zhuǎn)梁隨動臂式半獨(dú)立懸架 結(jié)構(gòu) 無需橫向穩(wěn)定器 轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 轉(zhuǎn)向類型 液壓動力輔助 轉(zhuǎn)向盤 三輻條式、皮革套、位置可調(diào) 轉(zhuǎn)向軸 裝配吸能裝置、萬向節(jié)，可鎖止 轉(zhuǎn)向盤極限圈數(shù) 3圈 轉(zhuǎn)向器類型 齒輪齒條式、可逆式 轉(zhuǎn)向系角傳動比 20 最小轉(zhuǎn)彎半徑 5.2m 制 動 系 統(tǒng) 行車制動形式 真空助力、ABS 助力比 5 雙回路類型 型 駐車制動形式 機(jī)械式、可鎖止 前后制動器 類型 盤式 制動盤直徑 250mm 鉗盤類型 浮鉗盤式 驅(qū)動機(jī)構(gòu) 簡單制動 制動缸 主缸活塞直徑 38mm 輪缸活塞直徑 28mm 車 身 殼體形式 承載式 材料 鋁合金 車門 開啟方法 順開式 數(shù)量 4 車窗 風(fēng)窗 前、后均為曲面玻璃 升降玻璃 圓柱面、按鈕式調(diào)節(jié) 附屬裝置及安全防護(hù)裝置 座椅 前后位置、傾斜度可調(diào) 前、后保險杠及護(hù)條 安全氣囊 三點(diǎn)固定式安全帶 5汽車的總體布置設(shè)計 5.1汽車總體布置圖基準(zhǔn)線的確定 繪制汽車的總布置圖，首先要確定各視圖的基準(zhǔn)線：地面線、前輪中心線、車架上平面線、汽車中心線、前輪垂直線。這些基準(zhǔn)線是繪圖設(shè)計的參考基準(zhǔn)，對汽車的總體布置和制圖有重大影響。 5.2汽車主要總成部件的布置 5.2.1動力總成的布置 發(fā)動機(jī)上下位置的布置要考慮發(fā)動機(jī)油底殼到路面的距離應(yīng)滿足汽車在滿載情況下對最小離地間隙的要求；發(fā)動機(jī)過高容易出現(xiàn)下面達(dá)到離地間隙極限、上面碰到發(fā)動機(jī)罩的的現(xiàn)象，此時需要協(xié)調(diào)整車總布置和車身布置；發(fā)動機(jī)前后位置的布置也應(yīng)考慮軸荷分配與前排乘坐空間等因素以提高汽車的性能與乘坐舒適性；前置前驅(qū)發(fā)動機(jī)的乘用車曲軸中心線與水平線常形成的夾角。 5.2.2傳動系的布置 傳動系的布置形狀從側(cè)面看去一般為U形，這樣可有效降低汽車地板高度，增大后排座椅到前排座椅的距離。 5.3.3轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的布置 轉(zhuǎn)向盤的布置以保證駕駛員有充足外部視野和內(nèi)部儀表視野為原則，使方向盤與水平面呈一定夾角。轉(zhuǎn)向桿件和轉(zhuǎn)向器的布置要保證在極限運(yùn)動范圍內(nèi)無死角或死點(diǎn)，并且不能產(chǎn)生運(yùn)動干涉，以保證轉(zhuǎn)向系與整車運(yùn)動協(xié)調(diào)。 5.3.4制動系統(tǒng)的布置 操作方便是對制動踏板和手制動桿件的首要要求，其次操縱桿件位移時應(yīng)無死角和干擾，以保證車身震動時不會發(fā)生自行制動的現(xiàn)象。 5.3.5懸架的布置 轎車懸架的布置要滿足汽車具有一定運(yùn)動性的要求，減震器盡可能直立布置以充分利用有效行程。前懸架要留出足夠空間滿足轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向需求。 5.3.6其他部件的布置 ⑴備胎的布置 布置在行李箱下以方便取出。 ⑵油箱的布置 布置在行李箱內(nèi)，并遠(yuǎn)離消音器和排氣管。 ⑶蓄電池的布置 為縮短線路與起動機(jī)同側(cè)并要求距離達(dá)到最小。 ⑷聲器的布置 消聲器應(yīng)盡量靠近剛性橫梁并與地板間要留有足夠間隙。 5.3車身的布置設(shè)計 車身的布置設(shè)計首先應(yīng)確定各總成、構(gòu)件的主要控制點(diǎn)和主要中心線以作為后續(xù)設(shè)計的依據(jù)點(diǎn)。然后進(jìn)行車身內(nèi)部的布置，在必要時，布置設(shè)計中應(yīng)采用人體模型以保證結(jié)構(gòu)的合理性。 5.4運(yùn)動校核 本設(shè)計需要確定前輪轉(zhuǎn)向輪的跳動、傳動軸跳動、轉(zhuǎn)向傳動裝置與懸架共同運(yùn)動。 圖4 轉(zhuǎn)向拉桿與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的運(yùn)動協(xié)調(diào)校核圖 圖5 轉(zhuǎn)向輪跳動圖 圖6 傳動軸跳動圖 設(shè)計總結(jié) 本次的HG7164乘用車總體設(shè)計在發(fā)動機(jī)、變速器的選擇計算上都嚴(yán)格按照設(shè)計規(guī)定進(jìn)行，在結(jié)果上取得了令人滿意的結(jié)果，達(dá)到了設(shè)計之初的期望，但是在其余總成的選擇、總體布置和運(yùn)動校核上存在著很多的不足與缺陷，由于參考文獻(xiàn)上對這部分描述的不詳細(xì)，沒有很權(quán)威的內(nèi)容供參考，以及在課堂學(xué)習(xí)上的缺失使得這部分內(nèi)容沒有達(dá)到期望，希望能在今后的學(xué)習(xí)中對這部分內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)足。在繪圖方面，整車的圖紙繪制都能按照制圖規(guī)范進(jìn)行，在外形設(shè)計上增加了個性內(nèi)容，但同時也暴露出了很多問題，比如比例選擇、線型調(diào)整等問題。由于長時間沒有使用繪圖軟件導(dǎo)致本設(shè)計在制圖開始就舉步維艱，繪圖的不熟練使自己花費(fèi)了很多的時間去適應(yīng)，這也提醒自己在今后的學(xué)習(xí)、工作上對繪圖應(yīng)引起足夠的重視。 總的來說，本次的畢業(yè)設(shè)計不僅將大學(xué)四年所學(xué)的知識重新梳理了一遍，同時在應(yīng)用中又有了新的認(rèn)識與收獲，在與同組人員的溝通中也學(xué)習(xí)到了團(tuán)隊合作的意識，這些都會對自己今后的發(fā)展打下堅實(shí)的基礎(chǔ)，幫助自己更好、更快到成長。 參考文獻(xiàn) [1] 唐新蓬.汽車總體設(shè)計.北京：高等教育出版社，2010 [2] 王望予.汽車設(shè)計（第四版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004 [3] 陳家瑞.汽車構(gòu)造上冊（第五版）.北京：人民交通出版社，2006 [4] 陳家瑞.汽車構(gòu)造下冊（第五版）.北京：人民交通出版社，2006 [5] 余志生. 汽車?yán)碚摚ǖ谖灏妫?北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009 [6] 國忠.現(xiàn)代設(shè)計方法在汽車設(shè)計中的應(yīng)用. 沈陽：東北大學(xué)出版社, 2002 [7] 諸文農(nóng).底盤設(shè)計（上冊）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981 [8] 劉茂光.汽車輪胎手冊.北京：人民交通出版社，1987 [9] 張君媛、楊陽.汽車總布置的設(shè)計參數(shù). 1997 [10]郭秀榮、馬雷.汽車造型設(shè)計.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012 [11]王國權(quán)、龔國慶.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009 [12]徐灝.機(jī)械設(shè)計手冊(第4卷).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1991 [13]汽車工程手冊編輯委員會.汽車工程手冊[M]：設(shè)計篇.北京：人民交通出版社，2001. 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文獻(xiàn)出處：《現(xiàn)代電動,混合動力和燃料電池汽車基礎(chǔ),理論和設(shè)計》第一章第一至第四節(jié)，作者：Mehrdad Ehsani教授；Yimin Gao教授；Ali Emadi教授。 環(huán)境影響和現(xiàn)代運(yùn)輸史 內(nèi)燃發(fā)動機(jī)車輛的發(fā)展，特別是汽車，是現(xiàn)代科技最偉大的成就之一。汽車通過滿足人們在日常生活中對不同移動性的要求，對現(xiàn)代社會的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。汽車行業(yè)的快速發(fā)展，不同于其它行業(yè)，促使人類的進(jìn)步從原始的安全性發(fā)展到了高度發(fā)達(dá)的工業(yè)體。汽車行業(yè)和服務(wù)于該行業(yè)的行業(yè)構(gòu)成了世界經(jīng)濟(jì)的支柱，并且占了雇傭勞動人口的最大份額。然而，世界各地大量汽車的使用已經(jīng)造成并將繼續(xù)造成對環(huán)境和人類生活的嚴(yán)重問題?？諝馕廴?，全球變暖和地球石油資源的快速耗竭是現(xiàn)在最關(guān)心的問題。在最近的幾十年中，對運(yùn)輸?shù)南嚓P(guān)研究和開發(fā)活動已經(jīng)強(qiáng)調(diào)了高效，清潔和安全運(yùn)輸發(fā)展的必要。通常情況下，電動汽車（EV），混合動力電動汽車（HEV），和燃料電池汽車已提出在不久的將來取代傳統(tǒng)的車輛。本章回顧了空氣污染，氣體排放引起的全球變暖和石油資源枯竭的問題。并且也給出了電動汽車，混合動力汽車歷史和燃料電池技術(shù)的簡要回顧。 1空氣污染 目前，所有的汽車都是通過碳?xì)浠衔锶剂系娜紵@得其推動力所需的能量。燃燒是燃料和空氣所產(chǎn)生的反應(yīng)，并釋放出熱量和燃燒產(chǎn)物。熱量通過發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)化成機(jī)械能并且燃燒產(chǎn)物排放到了大氣中。HC是一種其分子由碳原子和氫原子組成的化合物。理想情況下，碳?xì)涞娜紵粫a(chǎn)生不會對環(huán)境造成危害的二氧化碳和水。事實(shí)上，綠色植物通過光合作用吸收二氧化碳。二氧化碳是植物生命所需的必要成分。除非是空氣中氧氣幾乎不存在，動物的呼吸并不受吸入二氧化碳的影響。 事實(shí)上，在燃燒發(fā)動機(jī)中，HC的燃燒從來都不是理想的。除了二氧化碳和水，燃燒產(chǎn)物中包含了一定量對人體健康有毒的氮氧化合物（NOx）, 一氧化碳（CO），和未燃燒的碳?xì)浠衔铩? 1.1氮氧化物 氮氧化物產(chǎn)生于空氣中氮?dú)夂脱鯕庵g的反應(yīng)。理論上講，氮?dú)馐且环N惰性氣體。然而，發(fā)動機(jī)中的高溫高壓環(huán)境卻為氮氧化物的產(chǎn)生創(chuàng)造了有利的條件。溫度是迄今為止氮氧化物形成的最重要的參數(shù)。最常見的氮氧化物是一氧化氮（NO），少量的二氧化氮（NO2）和微量的氧化亞氮（N2O）。一旦釋放到空氣中，一氧化氮就會和氧氣反應(yīng)生成二氧化氮。而二氧化氮接著又會在太陽紫外線的作用下分解為一氧化氮和會對生物活細(xì)胞膜產(chǎn)生攻擊的高活性氧原子。氮氧化物對煙塵的產(chǎn)生負(fù)有一定的責(zé)任，其呈褐色的顏色可以使煙霧可見，它也會和大氣中的水分反應(yīng)形成可溶于雨水的硝酸（HNO3）。這種現(xiàn)象被稱為“酸雨”，酸雨對工業(yè)發(fā)達(dá)國家森林的破壞負(fù)有責(zé)任，酸雨也會對由大理石制成的歷史遺跡造成破壞。 1.2一氧化碳 一氧化碳是在缺氧環(huán)境下，由于HC的不完全燃燒而產(chǎn)生的。對于吸入一氧化碳的人和動物而言，它是一種有毒物質(zhì)。一旦一氧化碳到達(dá)血細(xì)胞，它就會取代血紅蛋白中的氧，從而減少了到達(dá)各個器官的氧的數(shù)量并降低了影響生物的生理，心理能力。頭暈是一氧化碳中毒的首發(fā)癥狀，并且可迅速導(dǎo)致死亡。一氧化碳與血紅蛋白的結(jié)合力比氧更強(qiáng)烈。這種結(jié)合物的性質(zhì)十分穩(wěn)定，身體正常的代謝無法分解破壞它們。因此一氧化碳中毒的人必須在加壓室中治療，其中的壓力使它更容易打破該一氧化碳血紅蛋白結(jié)合物。 1.3未燃燒的碳?xì)浠衔? 未燃燒的碳?xì)浠衔锸怯捎谔細(xì)浠衔锏牟煌耆紵傻?。根?jù)其性質(zhì)，未燃燒的碳?xì)浠衔飳ι锟赡苁怯泻Φ?。這些未燃燒的碳?xì)浠衔锟芍苯映蔀橛卸疚镔|(zhì)或致癌的化學(xué)物質(zhì)，如顆粒物，苯或其他物質(zhì)。未燃燒的碳?xì)浠衔镆矊熿F的產(chǎn)生負(fù)有一定的責(zé)任：紫外線與大氣中的未燃燒的碳?xì)浠衔锖鸵谎趸嗷プ饔脮沙粞鹾推渌镔|(zhì)。臭氧分子由3個氧原子組成。它是無色的但卻十分危險，它自身的有毒性能攻擊活細(xì)胞的細(xì)胞膜，導(dǎo)致他們提前成熟或死亡。幼兒，老年人和哮喘病人如果處于濃度較高的臭氧環(huán)境中，就會遭受到很大的傷害與痛苦。每年，在污染嚴(yán)重的城市，由于高濃度臭氧而導(dǎo)致死亡的事件已經(jīng)被報道。 1.4其他污染物 燃料中雜質(zhì)的存在導(dǎo)致了排放物的污染。雜質(zhì)中主要的成分是硫：它主要存在于柴油和噴氣燃料中，但同時也存在于汽油和天然氣中。硫（或如硫化氫等硫化物）與氧燃燒釋放硫氧化物（SOx）。二氧化硫（SO2）是這燃燒的主要產(chǎn)物。二氧化硫與空氣接觸后形成三氧化硫，接著與水反應(yīng)生成硫酸（酸雨的主要成分）。也應(yīng)當(dāng)指出的是，硫氧化物的排放來自于交通，但也同樣大量來自于火力發(fā)電廠和鋼鐵廠。此外，有爭論表明火山噴發(fā)是硫化物排放的自然來源。 石油公司在他們生產(chǎn)的燃料中加入了一定的化學(xué)化合物以提高燃油發(fā)動機(jī)的性能與壽命。四乙基鉛，被稱作為“鉛”，是用來提高汽油的抗爆震性能，因此發(fā)動機(jī)能發(fā)揮更好的性能。然而，這種化學(xué)物質(zhì)會釋放回轉(zhuǎn)金屬鉛，這種物質(zhì)會引起被稱為“鉛中毒”的神經(jīng)性疾病?，F(xiàn)在在大多數(shù)的發(fā)達(dá)國家，這種含鉛汽油已經(jīng)被禁止使用，并且它已經(jīng)被其他的化學(xué)物質(zhì)所替代。 2全球變暖 全球變暖是由于空氣中的二氧化碳和其他大氣中的氣體如甲烷等氣體導(dǎo)致的“溫室效應(yīng)”所引起的。這些氣體吸收地球表面反射的紅外輻射，從而在大氣中儲存能量，進(jìn)而導(dǎo)致了溫度的升高。全球氣溫的升高造成了對生態(tài)系統(tǒng)巨大的生態(tài)危害，并導(dǎo)致了很多自然災(zāi)難的發(fā)生，從而影響了整個人類。 考慮到包括全球變暖在內(nèi)的生態(tài)破壞，一些瀕危物種的消失開始成為人們所擔(dān)憂的問題因?yàn)橐恍┤祟愘囈陨娴淖匀毁Y源遭到了破壞，變得越發(fā)的不穩(wěn)定。也有人擔(dān)心一些來自海洋溫暖區(qū)域的生物遷移至前寒冷的北部海域會潛在的導(dǎo)致該地區(qū)自身的物種和經(jīng)濟(jì)遭到這些外來物種的破壞。這樣的現(xiàn)象可能已經(jīng)在地中海地區(qū)發(fā)生了：在這里已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了紅海梭魚。 因?yàn)樽匀粸?zāi)害所帶來的大幅度的傷害使得自然災(zāi)害吸引我們的關(guān)注要超過生態(tài)災(zāi)難。全球變暖已被認(rèn)為會導(dǎo)致“厄爾尼諾”氣象的發(fā)生，這樣的氣象擾亂了整個南太平洋地區(qū)正常的氣象，經(jīng)常發(fā)生龍卷風(fēng)，洪水泛濫或者干燥大旱。全球變暖的另一個后果就是北極冰蓋的融化，這種現(xiàn)象的發(fā)生導(dǎo)致海平面上升，進(jìn)而致使沿海地區(qū)甚至整個國家都被永久淹沒。 二氧化碳是碳?xì)浠衔锖腿济喝紵漠a(chǎn)物，交通運(yùn)輸產(chǎn)生的二氧化碳量占到了二氧化碳排放總量的很大的比例（1980到1999占了32%）圖1.1顯示了1980到1999年二氧化碳排放的總體分布情況。 圖1.2顯示了在二氧化碳排放的趨勢。交通運(yùn)輸部門現(xiàn)在顯然是二氧化碳排放的主要來源。應(yīng)當(dāng)指出的是，發(fā)展中國家正在迅速加大其運(yùn)輸部門的規(guī)模，而這些國家的人口占了世界人口的很大一部分。進(jìn)一步的討論將在下一節(jié)提供。 根據(jù)在過去幾十年中所觀察到的數(shù)據(jù)來看，由于人類活動放排到大氣中大量的二氧化碳是全球氣溫升高的主要原因。（圖1.3）值得注意的是，二氧化碳確實(shí)能被植物所吸收，能以碳酸鹽的形式被大海吸收而被存儲在大海中。 圖1.1 1980—1999年二氧化碳排放分布 圖1.2 CO2排放的演變 圖1.3 全球地球大氣溫度（來源：政府氣候變化專門委員會（1995）更新。） 然而這些自然吸收的過程是有限的，這些吸收作用不能吸收全部的二氧化碳從而導(dǎo)致大氣中的二氧化碳逐漸積累。 3石油資源 交通運(yùn)輸中所需的大量的燃料絕大部分都是源自于石油的液體燃料。石油是一種化石燃料，它的形成源自于數(shù)百萬年前（奧陶紀(jì)時期，約400—600萬年前），生物分解后存在于地質(zhì)穩(wěn)定層中，經(jīng)過數(shù)百萬年的變化最終變成了石油。石油形成的過程大致如下：生物（主要是植物）死亡后，慢慢地被沉積物所覆蓋。隨著時間的推移，這些沉積物就形成了很厚的地質(zhì)層并轉(zhuǎn)換成了巖石。這些生物分解物被積壓在一個封閉的空間里，在高溫高壓下，根據(jù)他們自身性質(zhì)的不同，分別轉(zhuǎn)換成為了碳?xì)浠衔锘蛎?。這個過程通常要花數(shù)百萬年的時間來完成。這就是為什么地球的化石資源是一種有限的資源。 已探明的礦藏含量是：在現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)和與操作條件下，已知的礦藏含量與地質(zhì)和工程信息相結(jié)合而合理推測出的在未來能夠恢復(fù)的礦藏含量。因此，這項(xiàng)信息并不能作為衡量全球礦藏儲存量的一個指標(biāo)。表1.1給出了英國石油公司在2001年估計的探明礦藏量。R/P比是在現(xiàn)有的生產(chǎn)水平上探明儲量能夠持續(xù)的年數(shù)。這項(xiàng)數(shù)據(jù)同樣也在表1.1中列出了。 如今的石油開采通常是近地表易于開采的石油，在開采的地方區(qū)域氣候不會帶來很大的問題。據(jù)了解，更多的石油位于地殼以下的部分像西伯利亞，美國或加拿大的北極地區(qū)。在這些地區(qū)，氣候和生態(tài)是石油勘探和開采的主要障礙。由于政治和技術(shù)的原因，整個地球礦藏含量的估計是一個非?？嚯y的任務(wù)。表1.2給出了2000年美國地質(zhì)調(diào)查局估計的未探明的石油資源。 R/P比并未將未來會探明的礦藏儲量包含在內(nèi)考慮，但是它仍是一項(xiàng)十分重要的指標(biāo)。事實(shí)上，它是基于如今很容易知道的現(xiàn)有已探明的礦藏儲量而得出的。未來礦藏發(fā)現(xiàn)的含量只是一個假設(shè)，并且最新探明的含量并不是很容易獲知，R/P比同樣也基于生產(chǎn)力將保持不變這一假設(shè)。然而，很明顯的是礦藏消費(fèi)（也就是生產(chǎn)）逐年都在隨著發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家增長的經(jīng)濟(jì)而加大。礦藏消費(fèi)很可能在一些人口十分密集的地區(qū)迅速增長，特別是在亞太地區(qū)。圖1.4顯示了在過去的20年里，每日石油消費(fèi)的變化趨勢（單位：天/千桶，一桶約合8噸）。 表1.1 表1.2 就像圖1.5所顯示的，盡管東歐和前蘇聯(lián)的石油消耗在下降，但全球整體的石油消耗的趨勢是上升的。石油消耗增長最快的地方是生活著地球上大部分人的亞太地區(qū)。 圖1.4各地區(qū)的石油消費(fèi)量 圖1.5 世界石油消費(fèi)量 我們可以預(yù)期到石油消耗會產(chǎn)生一個爆炸式的增長，同時這樣的增長會伴隨著污染物和二氧化碳排放含量比例的增加。 4成本代價 伴隨著化石燃料燃燒帶來的問題有許多：污染，全球變暖，可預(yù)見的資源枯竭等等問題。雖然很難估計，但是它所帶來的相關(guān)問題確實(shí)是巨大的，間接的，可能是財務(wù)的，可能是人力的，也可能兩者都包括。 由污染所帶來的成本代價包括了醫(yī)療費(fèi)用，酸雨破壞森林而需要重新種植的成本，酸雨侵蝕紀(jì)念碑而需要清理和修復(fù)的成本，還有很多并不限于上述的一些代價。醫(yī)療費(fèi)用可能占了這些費(fèi)用的最大份額，尤其是在發(fā)達(dá)國家公費(fèi)醫(yī)療或醫(yī)療保險的人群。 與全球變暖有關(guān)的成本是難以評估的。他們可能包括颶風(fēng)所造成的損害，因?yàn)楦珊刀廊サ那f稼，因?yàn)楹樗獾狡茐牡呢敭a(chǎn)以及為了去幫助那些感染的人們所提供的國際醫(yī)療救援，這些花銷的數(shù)額十分巨大。 大多數(shù)的石油生產(chǎn)國并不是最到的石油消費(fèi)國，大多數(shù)的石油產(chǎn)地都位于中東，但是大多數(shù)的石油消費(fèi)地卻位于歐洲，北美洲，和亞太地區(qū)。因此，消費(fèi)者很依賴進(jìn)口石油和石油生產(chǎn)國。這個問題在中東地區(qū)十分敏感，在1973和1977年，由于政治動亂而影響了石油出口歐洲的數(shù)量。海灣戰(zhàn)爭，是伊朗-伊拉克戰(zhàn)爭，美國及其同盟勢力在地區(qū)內(nèi)不斷進(jìn)行的監(jiān)視行動花費(fèi)了大量的物力和財力。西方經(jīng)濟(jì)對于波動的石油供應(yīng)的依賴潛在里所需要的花費(fèi)是巨大的.事實(shí)上,一次石油供應(yīng)的短缺就會造成經(jīng)濟(jì)增長的嚴(yán)重放緩,進(jìn)而導(dǎo)致貨物的損壞,失去商業(yè)機(jī)遇,并最終無法進(jìn)行商業(yè)運(yùn)作。 在尋找與石油消費(fèi)相關(guān)問題的解決方法時，必須考慮那些成本問題。但這項(xiàng)工作是非常困難的，因?yàn)樵S多的花費(fèi)并不能在它產(chǎn)生的地方直接被認(rèn)定。許多的誘導(dǎo)成本不能被記入認(rèn)定的最終方案的益處里。為了能在長期的運(yùn)作中維持，這些問題的解決必須在沒有政府補(bǔ)貼的情況下具有經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性和商業(yè)可行性。然而，很清晰的是即便是部分的解決方案，任何的解決方法都將會有利于納稅人，帶來成本的節(jié)約。 附件：外文資料原文 Environmental Impact and History of Modern Transportation The development of internal combustion (IC) engine vehicles, and especially automobiles, is one of the greatest achievements of modern technology. Automobiles have made great contributions to the growth of modern society by satisfying many of the needs for mobility in everyday life. The rapid development of the automotive industry, unlike that of any other industry, has prompted the progress of human beings from a primitive security to a highly developed industrial one. The automobile industry and the other industries that serve it constitute the backbone of the world’s economy and employ the greatest share of the working population. However, the large number of automobiles in use around the world has caused and continues to cause serious problems for environment and human life. Air pollution, global warming, and the rapid depletion of the Earth’s petroleum resources are now problems of paramount concern. In recent decades, the research and development activities related to transportation have emphasized the development of high-efficiency, clean, and safe transportation. Electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs),and fuel cell vehicles have been typically proposed to replace conventional vehicles in the near future. This chapter reviews the problems of air pollution, gas emissions causing global warming, and petroleum resource depletion. It also gives a brief review of the history of EVs, HEVs, and fuel cell technology. 1 Air Pollution At present, all vehicles rely on the combustion of hydrocarbon (HC) fuels to derive the energy necessary for their propulsion. Combustion is a reaction between the fuel and the air that releases heat and combustion products.The heat is converted to mechanical power by an engine and the combustion. products are released to the atmosphere. An HC is a chemical compound with molecules made up of carbon and hydrogen atoms. Ideally, the combustion of an HC yields only carbon dioxide and water, which do not harm the environment. Indeed, green plants “digest” carbon dioxide by photosynthesis. Carbon dioxide is a necessary ingredient in vegetal life. Animals do not suffer from breathing carbon dioxide unless its concentration in air is such that oxygen is almost absent. Actually, the combustion of HC fuel in combustion engines is never ideal.Besides carbon dioxide and water, the combustion products contain a certain amount of nitrogen oxides (NOx), carbon monoxides (CO), and unburned HCs, all of which are toxic to human health. 1.1Nitrogen Oxides Nitrogen oxides (NOx) result from the reaction between nitrogen in the air and oxygen. Theoretically, nitrogen is an inert gas. However, the high temperatures and pressures in engines create favorable conditions for the formation of nitrogen oxides. Temperature is by far the most important parameter in nitrogen oxide formation. The most commonly found nitrogen oxide is nitric oxide (NO), although small amounts of nitric dioxide (NO2) and traces of nitrous oxide (N2O) are present. Once released into the atmosphere, NO reacts with the oxygen to form NO2. This is later decomposed by the Sun’s ultraviolet radiation back to NO and highly reactive oxygen atoms that attack the membranes of living cells. Nitrogen dioxide is partly responsible for smog; its brownish color makes smog visible. It also reacts with atmospheric water to form nitric acid (HNO3), which dilutes in rain. This phenomenon is referred to as “acid rain” and is responsible for the destruction of forests in industrialized countries.Acid rain also contributes to the degradation of historical monuments made of marble.1 1.2Carbon Monoxide Carbon monoxide results from the incomplete combustion of HCs due to a lack of oxygen.It is a poison to human beings and animals who inhale/breathe it. Once carbon monoxide reaches the blood cells, it fixes to the hemoglobin in place of oxygen, thus diminishing the quantity of oxy-gen that reaches the organs and reducing the physical and mental abilities of affected living beings.Dizziness is the first symptom of carbon monoxide poisoning, which can rapidly lead to death. Carbon monoxide binds more strongly to hemoglobin than oxygen. The bonds are so strong that normal body functions cannot break them. People intoxicated by carbon monoxide must be treated in pressurized chambers, where the pressure makes it easier to break the carbon monoxide–hemoglobin bonds.Environmental Impact and History of Modern Transportation. 1.3 Unburned HCs Unburned HCs are a result of the incomplete combustion of HCs.1,2 Depending on their nature, unburned HCs may be harmful to living beings. Some of these unburned HCs may be direct poisons or carcinogenic chemicals such as particulates, benzene, or others. Unburned HCs are also responsible for smog:the Sun’s ultraviolet radiations interact with the unburned HCs and NO in the atmosphere to form ozone and other products. Ozone is a molecule formed of three oxygen atoms. It is colorless but very dangerous, and is poisonous because as it attacks the membranes of living cells, causing them to age pre-maturely or die. Toddlers, older people, and asthmatics suffer greatly from exposure to high ozone concentrations. Annually, deaths from high ozone peaks in polluted cities have been reported. 1.4Other Pollutants Impurities in fuels result in the emission of pollutants. The major impurity is sulfur: mostly found in diesel and jet fuel, but also in gasoline and natural gas. The combustion of sulfur (or sulfur compounds such as hydrogen sulfide) with oxygen releases sulfur oxides (SOx). Sulfur dioxide (SO2)is the major product of this combustion. On contact with air, it forms sulfur trioxide,which later reacts with water to form sulfuric acid, a major component of acid rain. It should be noted that sulfur oxide emissions originate from transportation sources but also largely from the combustion of coal in power plants and steel factories. In addition, there is debate over the exact contribution of natural sources such as volcanoes. Petroleum companies add chemical compounds to their fuels in orderto improve the performance or lifetime of engines.Tetraethyl lead, often referred to simply as “l(fā)ead,” was used to improve the knock resistance of gasoline and therefore allow better engine performance. However, the combustion of this chemical releases lead metal, which is responsible for a neurological disease called “saturnism.” Its use is now forbidden in most developed countriesand it has been replaced by other chemicals. 2 Global Warming Global warming is a result of the “greenhouse effect” induced by the presence of carbon dioxide and other gases, such as methane, in the atmosphere. These gases trap the Sun’s infrared radiation reflected by the ground, thus retaining the energy in the atmosphere and increasing the temperature. An increased Earth temperature results in major ecological damages to its ecosystems and in many natural disasters that affect human populations. Considering the ecological damages induced by global warming, the disappearance of some endangered species is a concern because this destabilizes the natural resources that feed some populations. There are also concerns about the migration of some species from warm seas to previously colder northern seas, where they can potentially destroy indigenous species and the economies that live off those species. This may be happening in the Mediterranean Sea, where barracudas from the Red Sea have been observed. Natural disasters command our attention more than ecological disasters because of the amplitude of the damages they cause. Global warming is believed to have induced meteorological phenomena such as “El Ni?o,”which disturbs the South Pacific region and regularly causes tornadoes, inundations, and dryness. The melting of the polar icecaps, another major result of global warming, raises the sea level and can cause the permanent inundation of coastal regions and sometimes of entire countries. Carbon dioxide is the result of the combustion of HCs and coal. Transportation accounts for a large share (32% from 1980 to 1999) of carbon dioxide emissions. The distribution of carbon dioxide emissions is shown in Figure 1.1. Figure 1.2 shows the trend in carbon dioxide emissions. The transportation sector is clearly now the major contributor to carbon dioxide emissions. It should be noted that developing countries are rapidly increasing their transportation sector, and these countries represent a very large share of the world population. Further discussion is provided in the next subsection. The large amounts of carbon dioxide released into the atmosphere by human activities are believed to be largely responsible for the increase in the global Earth temperature observed during the last decades (Figure 1.3). It is important to note that carbon dioxide is indeed digested by plants and sequestrated by oceans in the form of carbonates. However, these natural Residential assimilation processes are limited and cannot assimilate all of the emitted carbon dioxide, resulting in an accumulation FIGURE 1.1 Carbon dioxide emission distribution from 1980 to 1999. FIGURE 1.2 Evolution of CO2 emission. FIGURE 1.3 Global Earth atmospheric temperature. (Source:IPCC (1995) updated.) of carbon dioxide in the atmosphere. 3 Petroleum Resources The vast majority of fuels for transportation are liquid fuels originating from petroleum. Petroleum is a fossil fuel, resulting from the decomposition of living matters that were imprisoned millions of years ago (Ordovician, 600–400 million years ago) in geologically stable layers. The process is roughly the following: living matters (mostly plants) die and are slowly covered by sediments. Over time, these accumulating sediments form thick layers and transform to rock. The living matters are trapped in a closed space, where they encounter high pressures and temperatures and slowly transform into either HCs or coal, depending on their nature. This process takes millions of years to accomplish. This is what makes the Earth’s resources in fossil fuels finite. Proved reserves are “those quantities that geological and engineering information indicates with reasonable certainty can be recovered in the future from known reservoirs under existing economic and operating conditions.” Therefore, they do not constitute an indicator of the Earth’s total reserves. The proved reserves, as they are given in the British Petroleum 2001 estimate,are given in billion tons in Table 1.1. TheR/Pratio is the number of years that the proved reserves would last if the production were to continue at its current level. This ratio is also given in Table 1.1 for each region. The oil extracted nowadays is the easily extractable oil that lies close to the surface, in regions where the climate does not pose major problems. It is believed that far more oil lies underneath the Earth’s crust in regions such as Siberia, or the American and Canadian Arctic. In these regions, the climate and ecological concerns are major obstacles to extracting or prospecting for oil. The estimation of the total Earth’s reserves is a difficult task for political and technical reasons. A 2000 estimation of the undiscovered oil resources by the US Geological Survey is given in Table 1.2. Although theR/Pratio does not include future discoveries, it is significant. Indeed, it is based on proved reserves, which are easily accessible to this day. The amount of future oil discoveries is hypothetical, and the newly discovered oil will not be easily accessible. TheR/Pratio is also based on the hypothesis that the production will remain constant. It is obvious, however,that consumption (and therefore production) is increasing yearly to keep up with the growth of developed and developing economies. Consumption is likely to increase in gigantic proportions with the rapid development of some largely populated countries, particularly in the Asia-Pacific region. Figure 1.4 shows the trend in oil consumption over the last 20 years.Oil consumption is given in thousand barrels per day (one barrel is about 8 metric tons). Despite the drop in oil consumption for Eastern Europe and the former USSR, the world trend is clearly increasing, as shown in Figure 1.5. The fastest-growing region is Asia Pacific, where most of the world’s population lives. An explosion in oil consumption is to be expected, with FIGURE 1.4 Oil consumption per region. a proportional increase in pollutant emissions and CO2emissions. 4 Induced Costs The problems associated with the frenetic combustion of fossil fuels are many:pollution, global warming, and foreseeable exhaustion of resources, among others. Although difficult to estimate, the costs associated with these problems are huge and indirect,and may be financial, human, or both. Costs induced by pollution include, but are not limited to, health expenses,the cost of replanting forests devastated by acid rain, and the cost of cleaning and fixing monuments corroded by acid rain. Health expenses probably represent the largest share of these costs, especially in developed countries with socialized medicine or health-insured populations. Costs associated with global warming are difficult to assess. They may include the cost of the damages caused by hurricanes, lost crops due to dryness, damaged properties due to floods, and international aid to relieve the affected populations. The amount is potentially huge. Most of the petroleum-producing countries are not the largest petroleum-consuming countries. Most of the production is located in the Middle East,while most of the consumption is located in Europe, North America, and Asia Pacific. As a result, consumers have to import their oil and depend on the producing countries. This issue is particularly sensitive in the Middle Environmental Impact and History of Modern Transportation East, where political turmoil affected the oil delivery to Western countries in 1973 and 1977. The Gulf War, the Iran–Iraq war, and the constant surveillance of the area by the United States and allied forces come at a cost that is both human and financial. The dependency of Western economies on a fluctuating oil supply is potentially expensive. Indeed, a shortage in oil supply causes a serious slowdown of the economy, resulting in damaged perishable goods, lost business opportunities, and the eventual impossibility to run businesses. In searching for a solution to the problems associated with oil consumption,one has to take into account those induced costs. This is difficult because the cost is not necessarily asserted where it is generated. Many of the induced costs cannot be counted in asserting the benefits of an eventual solution. The solution to these problems will have to be economically sus