汽车与工程装备设计制造.docx

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汽车与工程装备设计制造

汽车与工程装备设计制造

一、项目定义

项目名称:

汽车与工程装备设计制造

项目所属领域:

基础产业和高新技术

涉及的主要学科：

车辆工程（国家重点学科）、机械设计

及理论、机械制造及自动化、动力机械及工程、机械

电子工程

项目主要研究方向：

●汽车动态仿真与控制

●汽车动力传动控制技术

●汽车空气动力学

●汽车发动机公害控制

●汽车工程装备先进制造技术

二、项目背景

1．项目建设意义

汽车与工程装备是高新技术高度集中的产业，它代表了一个国家民族工业的整体实力和水平。

特别是进入WTO以后，来自国外的竞争日益激烈。

面对这种挑战，我国政府从可持续发展以及振兴民族工业的角度，制定了切实可行的应对措施，在国家“十五”“863”计划及攻关计划中，对汽车与工程装备行业的若干重大关键技术问题都给与了特别关注，特别强调，在今后3～5年内，在国家支持下，建立和完善以大企业、科研单位、高等院校为核心的基础技术与共性技术研究开发体系，以形成我国汽车与工程装备行业的自主开发能力。

吉林大学在汽车与工程装备方面在国内具有较强的实力，学科优势明显。

其中，车辆工程学科整体水平居国内领先地位，部分领域达到国际先进水平；在工程装备领域，特别是在铲土运输装备方面在全国处于领先地位；动力机械及工程学科已成为我国培养车辆发动机方面高层次人才规模较大的基地，通过“九五”“211工程”的建设，在学术队伍、人才培养、科研水平、试验设施等诸方面都已处于国内一流水平，并具备了承担国家重大科研攻关项目的能力，取得了一批标志性成果。

为适应国民经济建设及行业发展的迫切需要，充分发挥我校建校五十年来在汽车与工程装备方面形成的学科优势与行业特色，吉林大学在“十五”“211工程”建设中将“汽车与工程装备设计制造”作为重点学科建设项目来进行建设，进一步改善其教学和科研条件，增强其在国民经济主战场中作为行业依托单位的作用，对于培养我国汽车与工程装备方面的高层次人才，促进我国早日形成汽车与工程装备的自主开发能力，提高国际竞争力具有重要意义。

2．国际水平

在汽车方面，发达国家汽车大修里程已达30万公里，升功率已达50kW/l，经济型轿车的行驶油耗接近3L/100km，排放已达到欧Ⅲ甚至欧Ⅳ水平。

近年来工业发达国家对车身外型的汽车空气动力学、汽车轮胎力学，汽车传动力学的试验研究工作极为重视，先后投资开发了汽车多用风洞、室内外汽车轮胎试验台，汽车碰撞试验台、电控动力传动试验台等大型试验装置，并进行了系统的研究工作，取得一批有价值的研究成果，其中混合动力汽车、汽车自动变速、各种电控技术等已在生产中得到应用。

如日本丰田、本田和尼桑三大汽车公司分别于1997年、1999年和2000年推出了自己的混合动力轿车，累计销量已近10万辆。

比传统内燃机汽车平均节省燃油约50%，减少排放约90%。

国际上大的汽车企业集团都广泛采用了以CAD/CAM/CAE技术为代表的汽车车身现代设计方法，日本丰田公司、美国通用公司、德国大众公司等的CAD/CAM/CAE技术已贯穿汽车设计、制造、销售的整个过程，是否采用现代设计方法用于汽车开发已成为汽车制造企业的水平标志。

近年来，基于并行工程、面向产品开发的虚拟制造技术、快速原型制造技术的汽车车型开发技术飞速发展，国际上新车型的开发上市周期已由原来的5~8年缩短到2年以内。

在工程装备方面，国际上工程装备技术先进的国家主要有美、日、德等，由于广泛采用光、机、电、液、讯一体化技术、动态设计及智能设计手段和先进制造技术，产品的主要性能指标特别是工作效率和使用寿命比较高。

如美国推土机平均无故障工作时间为350小时，关键部件的平均使用寿命高达1万小时；日本及美国的全液压挖掘机使用电子节能技术后，整机机械效率已达90％以上。

90年代末期，国外大型工程项目的建设，有的已采用群控技术，施工中众多的工程装备通过机载控制器、无线卫星通讯系统和GPS技术，与总部互联在一起，通过合理的调度与优化，大幅度提高了工作效率、施工质量，并缩短了施工周期。

国外大型公司拥有高水平的科技队伍和先进的试验设备，以美国卡特彼勒公司为例，科技人员达1万多人。

目前国外知名大学在工程装备方面的前沿研究工作主要包括：

整机动态设计理论与智能CAD技术、整机的多体分析技术、液力传动三维流动设计方法与测试技术、无线及卫星通讯技术、作业面激光调平技术、电子节能技术、虚拟现实技术在工程装备上的应用等，许多研究成果已应用于生产。

在动力源方面，发动机在近10多年来发展迅速，轿车汽油机已经完全采用电子控制的汽油喷射以及多气门、可变配气相位、涡轮增压等最新技术，由于普遍采用高效的三效催化剂等措施，轿车发动机的废气排放量已降低到采用控制措施前的5%以下。

工程车辆用柴油机广泛采用电控高压喷射和多次喷射、增压中冷、废气再循环以及新型燃烧室等先进技术，各项性能指标显著提高。

在学科建设和人才培养方面，国外知名大学注重高新技术的应用和多学科交叉渗透，设置适于学生能力培养和进行科学研究的开放型实验基地，为培养高水平的研究开发人才提供了良好条件。

在人才培养方面，国外注重拓宽知识面，强调多学科交叉渗透，培养高层次的复合型人才。

3．国内水平

国内汽车与工程装备的技术水平与国外差距较大，主要体现在没有自主开发能力，电控技术、设计制造技术比较落后等几个方面。

在汽车技术方面，近年来我国对汽车空气动力学、汽车轮胎力学，汽车系统动力学等的试验研究也做了不少工作，“九五”期间设在吉林大学的汽车动态模拟国家重点实验室研制开发了平板式轮胎动态试验台，最近长春汽车研究所又开发了轮胎高速试验台，应用这些实验台只能进行一些简单的轮胎高速实验，存在着如“轮胎纵向的驱动和制动试验还无法实现”等较多的缺点。

我国至今尚无专用的汽车风洞，这给汽车空气动力学的研究造成了很大的障碍。

虽然曾对航空风洞（FD—09风洞）进行了改造，从技术上能满足汽车风洞试验的要求，但存在许多问题。

例如，电机功率过大，耗电量大，试验费用昂贵等。

在自动变速理论与控制技术方面，国内水平与国际先进水平相差并不大，差距主要反映在执行机构的加工质量、传感器及电子元件的质量与可靠性方面，而在动态特性与智能控制方面尚须努力。

在先进设计制造技术方面，近年来，一汽、二汽、上汽等企业都购买了CAD/CAM软件及快速模型制作设备，并广泛采用了三维设计软件，清华大学、同济大学、吉林大学等也都开展了此方面的研究。

在混合动力车方面，国家“十五”863计划已经设立电动汽车重大专项（覆盖纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车），投资8.8亿元人民币。

目标是到2005年底，推动纯电动汽车在特定区域的商业化运作，建立燃料电池汽车产品技术平台，实现混合动力汽车的批量生产。

预计2003年上半年试制成功第一批混合动力样车。

在工程装备方面，国内工程装备产品的主要性能指标（主要是工作效率与使用寿命等）特别是自动化程度与国外相比差距较大，目前大型的工程项目（如三峡工程），其主要土方机械首先选用国外产品。

国产推土机平均无故障工作时间仅为150小时，关键部件的平均使用寿命不足4000小时；国产全液压机械因无电子节能装置，整机机械效率只有50～70％。

“九五”期间，国家重大科技攻关项目在工程装备方面投入了大量的资金，主要是解决工程装备的机电一体化与智能化技术，在“九五”“863”计划中投入约4000余万元，在徐工集团列出了“机器人化装载机”项目。

吉林大学、清华大学、中国矿业大学参加了该项目，主要解决了“工程机械工作装置电子定位技术”、“混凝土搅拌楼的自动控制技术”与“沥青摊铺机的故障诊断与远程监控”。

但是工程装备的机电一体化与智能化远不止这些。

而“十五”“863”已经预列出了“工程机械机群的群控技术”等项目，以适应未来快速建设大型工程建设项目的需要。

在动力机械及工程方面，我国的内燃机工业近年来在数量上有较快的发展，产品质量也有一定提高。

工程车辆用柴油机与国外的技术水平差距正在缩小，而轿车用汽油机主要是引进国外生产线和产品，总体技术水平与国际先进水平相比，差距估计在15年左右。

由于发动机工作过程的基础研究十分缺乏，所以很难有效应用国际上已经采用的新结构、新技术，导致国产发动机的动力性、经济性、可靠性和耐久性指标落后，特别是排气污染和噪声污染严重，缺乏国际竞争能力。

在汽车与工程装备技术的人才培养方面，近年来国内高校汽车与工程装备方面人才培养的规模与水平有了明显提高，但是还远不能满足国家对汽车与工程装备方面高水平人才的迫切需要。

与国外高校相比，我国高校基础试验研究条件较差，教学内容高新技术偏少，科研工作中科技前沿项目和科研成果总量偏少，博士生培养规模和质量尚有一定差距，特别在跟踪世界汽车与工程装备产品技术的最新发展和多学科综合研究水平以及研究手段现代化方面尤为欠缺。

三、项目现有基础

本建设项目由机械工程、动力工程与力学3个一级学科内的7个博士点和2个硕士点组成。

吉林大学机械工程学科是博士学位一级授权学科，设有“机械工程”博士后流动站，其中的“车辆工程”二级学科是我国最早的国家重点学科，设有汽车动态模拟国家重点实验室，在国内外汽车行业享有很高的声誉。

动力机械及工程学科是国内培养汽车发动机方面高层次人才规模较大的基地，也是内燃机行业在排气污染和振动噪声等公害控制、内燃机新技术、新型车用动力等关键技术的重要开发基地。

我国在“十五”期间要加大汽车工业与工程装备行业的发展力度，而这两个行业所需要的基础技术和关键技术均包含在本建设项目的学科之内，在长期的科研实践中，各学科之间相互配合，已形成了密不可分的协作关系。

在师资队伍建设方面，现有教授74人。

其中，中国工程院院士1人，国务院学位委员会学科评议组成员1人，长江学者奖励计划特聘教授1人，博士生指导教师39人。

具有博士学位和在职攻博的教师有66名。

师资队伍学历结构、年龄结构合理，实力雄厚。

在人才培养方面，本项目学科已累计培养本科生17760余名，硕士研究生1252名，博士研究生247名，出站博士后研究人员16名。

为我国汽车工业与工程装备行业的人才培养做出了突出贡献。

在科学研究方面，汽车动态仿真与控制研究领域的研究成果处于世界先进水平，稳态轮胎模型和非线性非稳态轮胎六分力模型是迄今为止国际汽车工程界公认的两种轮胎模型之一，在汽车操纵动力学和现代汽车动力学中得到了广泛的应用；车辆自动变速理论与动力传动控制技术在国内处于领先地位，开发的液力变矩器投产效益显著，获得国家科技进步二等奖。

研制的AMT具有独立的知识产权，在国内处于领先地位；在工程装备大型结构动态设计理论以及应用方面，“九五”期间取得了重大成果，获国家自然科学三等奖。

解决了大型柔性结构动态设计中的高频、密频和亏损频率的摄动的重大理论问题。

1999年获得国家计委“关于大吨位系列化间歇式沥青混凝土搅拌成套设备产业化示范工程可行性研究报告”的批复。

实现了从理论基础研究到产业化转化的较大跨跃。

目前，该项目己开始实施，项目总投资为7,000万元，预计年可创产值1.5亿元，实现利税3,000万元，可为国家节省大量的外汇，经济效益与社会效益都十分显著；“九五”期间，吉林大学开发的车用变矩器的主要性能指标已达到了国际先进水平，获得了国家科技进步二等奖。

研制的机械电控自动变速器已接近实用阶段，为上海通用公司开发的液力变矩器已批量生产。

在设备条件方面，实验室总面积20700m2，资产总额约10900余万元。

支撑本学科的实验基地有汽车动态模拟国家重点实验室、轿车车型开发中心、农机—车辆测试中心、汽车性能实验室、汽车结构实验室、车身实验室及汽车电控试验中心，国家工科机械基础教学基地、机械零部件实验测试中心，机械制造实验室、工程装备试验中心（国家认可实验室）、机械电子工程实验室、流体传动与控制基础实验中心，内燃机实验室，此外还有与一汽大柴联合建立了“一汽大柴—吉林大学车用柴油机技术研究开发基地”，与德国西门子公司联合建立了“西门子—吉林大学汽车电控试验中心”，科研的基本条件在国内处于一流水平。

在学术交流方面，同美国、日本、德国、法国、英国等国家的20余所大学或企业公司建立有学术交流联系，每年派出10余名骨干教师到国外考察、讲学、进修和参加学术会议，每年邀请10余名国外著名专家到学院讲学，并联合培养研究生和联合进行科学研究。

四、项目建设目标和主要建设内容

（一）项目建设目标

充分发挥本建设项目内各学科的综合优势，把其建设成为汽车与工程装备教学、科研和技术开发三位一体的高层次人才培养基地，共性技术研究基地和关键问题的技术依托单位，博士后和博士生等高层次人才培养质量接近国际水平。

在一些主要研究领域形成自己的优势特色，具备跟踪国际前沿技术和承担国家重大攻关课题的能力，研究水平接近或达到国际先进水平。

（二）主要建设内容

1．主要研究方向

——汽车动态仿真与控制。

主要研究汽车仿真设计方法及人—车—环境闭环系统控制、轮胎动力学特性及汽车主动安全性等。

利用高速汽车轮胎特性试验台精确测量高速轮胎六分力特性，使我国轮胎建模理论与应用处于国际领先水平。

——汽车动力传动控制技术。

进行电控液动及电控气动机械式自动变速系统、电控带式无级变速器及新型液力传动装置等方面研究。

建立混合动力汽车多能源动力总成试验台及控制器软硬件开发平台，研究掌握混合动力汽车关键技术，为国内自主开发混合动力汽车提供技术支承。

——汽车空气动力学。

进一步加强空气动力学领域理论与技术的研究，继续进行汽车风洞实验室建设，进一步提高汽车车身开发设计水平，解决车身开发设计中的关键技术问题。

——汽车发动机公害控制。

进一步加强瞬态工况下有害物质的排放特性、形成机理、测试方法及机内外控制达标技术，提供使国产汽车发动机排放达标的技术。

研究低发动机噪声的结构仿真设计、燃烧及流动的仿真分析、瞬态工况燃烧噪声变化规律及车内噪声控制技术。

研究汽油机电控汽油喷射、汽油缸内直接喷射、柴油机共轨高压喷射及发动机其它系统的电控技术。

进一步开展天然气、液化气、醇类及其衍生物等多种代用燃料在车用发动机中的高效应用，开发气体燃料高效应用技术，醇类燃料应用技术，新一代发动机燃烧理论及应用技术等。

——汽车与工程装备先进制造技术。

主要研究机械加工振动的诊断、识别与控制理论，开发汽车与工程装备关键零部件机械加工颤振预报控制技术；研究精密加工和超精密加工理论，开发汽车模具自由曲面精密加工技术，开发无磨料低温抛光技术，齿轮齿面精密加工等技术，研究制造过程自动化技术，数控机床全生命周期与可信性的基础理论及应用技术。

2．学术队伍建设和学术交流

进一步充实学术队伍，利用已有的“长江学者”岗位等有利条件，吸引高水平学者来校工作，有重点、有计划地培养一批学科带头人与学术骨干，形成以院士和博士生导师为核心、具有博士学位的教师为骨干的跨学科学术队伍，使其成为解决汽车与工程装备行业发展中关键问题的技术依托单位和高层次人才的培养基地，具备承担国家重大攻关项目的能力。

加强国内外学术交流与合作，特别是国际间的科技合作，参加国际学术会议20～30人次，主办国际学术会议2～3次，派出访问学者20～30名，邀请20～30名国外专家来校讲学，争取国际合作科研项目4～5项。

3．基地条件建设

汽车工程方面，建设高速汽车轮胎特性试验台，汽车模型风洞压力扫描阀系统和多功能快速成型设备，液力传动与控制试验台，混合动力汽车多能源动力总成试验台及控制器开发系统，汽车牵引力控制试验台，汽车无级自动变速器开发试验平台，汽车振动分析测试系统和汽车车外噪声测量分析系统；完善“九五”“211工程”建设的T型电控动力传动系统试验台、四鼓式汽车底盘测功器和汽车排放系统，建设汽车虚拟教学实验室。

工程装备方面，购置研究大型工程结构的拓扑理论与动态设计方法所用的工作站及其软件，建设工程装备金属结构动态特性试验台，压实度试验检测设备，工程装备现场测试与故障诊断的测试设备，工程装备半主动复合悬架试验台，工程装备的无线通讯测试分析仪器，电液控制系统综合实验台，液压挖掘机节能试验台，完善“九五”“211工程”建设的遥控操作工程机器人，在其上增加6自由度力反馈操纵杆与立体视觉试验系统等。

动力机械及工程方面，购置适应最新排放标准的精密排放测试设备，用于发动机燃烧和流动测试分析的燃烧过程动态测试系统，模态试验分析和噪声测试仪器，计算机工作站，涡轮机及其相关实验系统，发动机电控系统开发设备等。

先进制造技术方面，购置高速立式加工中心，三维表面轮廓测量分析系统，高速、高精度数字化扫描系统，数控系统开发设备，以及图像识别开发工具和基于图像识别的非接触测量设备。

五、预期效益分析

在高层次人才培养方面，年招收博士后、博士生和硕士生的能力提高70%，具备每年接纳硕士生300～400名和博士生100～120名、博士后研究人员15～20名、国内外访问学者5～10名的能力。

在自身发展方面，有能力解决学术队伍新老交替与协作攻关、高层次人才培养规模扩大和培养水平提高等问题。

教师中博士比例达到60%，培养中青年学术带头人10～15名。

在科研方面，具备年均承担国家重大项目和国际合作科研项目6～8项，承担部省级项目10～15项，项目完成后争取获省部级以上奖励10～15项。

进一步促进我国汽车工业和工程装备行业自主开发能力的形成，为国产轿车不断换代升级、工程装备行业创出自己的特色、打开国际市场提供具有产业化前景的科技成果和试验基地。

六、建设项目所需经费

本项目建设资金总额为2,100万元，其中中央专项资金为1,200万元，自筹资金为900万元。

建设经费用于购置仪器设备2,079万元，用于图书资料、学术交流等21万元。

本项目拟购的代表性仪器设备有：

发动机试验台架、多功能快速成型设备、汽车风洞压力扫描阀、电力测功机、涡轮机压气机试验台、红外激光环境探测器、高精度轮廓仪、超高速加工中心、6自由度力反馈操纵杆等。