汽车知识(第二部分).ppt

汽车知识 二 汽车底盘部分 1 发动机 Engine 发动机是汽车的动力装置 其作用是使供入其中的燃料经过燃烧而变成热能 并转化为动能 通过底盘的传动系统驱动汽车行驶 现在汽车上应用的发动机从运动方式分类 种类有 往复式发动机 转子 汪克尔 发动机 燃气轮机等 从燃料分类 种类有 汽油机 柴油机 燃气机 发动机是热机 2 底盘 Chassis 底盘是用来支承车身 接受发动机产生的动力 并保证汽车能够正常行驶 底盘本身又可分为传动系统 行驶系统 转向系统和制动系统四部分 3 车身 Body 车身用来乘坐驾驶员 旅客或装载货物 乘用车有一整体的车身 载货汽车车身则包括车头 驾驶室与车箱三部分 4 电气设备 Electricalsystem 电气设备包括电源 发动机启动系统以及汽车照明等用电设备 在强制点火的发动机中还包括发动机的点火系统 以上所述是当前大多数汽车的总体构造 为了适应不同使用要求及改善汽车某些方面使用性能 汽车的总体构造和布置形式可作某些变动 汽车结构的发展过程是不断出现矛盾和解决矛盾的过程 因此 在研究汽车总体和部件的构造时 应看到它们只是解决汽车在使用 制造过程中出现的一系列矛盾的结果 其结构形式不是一成不变的 从发动机的布置位置及驱动形式分类 汽车可分为以下几种 FF前置前驱型 HYUNDAIYFSONATA ELANTRA I30 FR前置后驱型 HYUNDAIROHENS EQUUS MR中置后驱型 AUDIR8 RR后置后驱型 PORSCHE911 AWD全轮驱动 JEEP 汽车四大组成部分简介 二 底盘 Chassis 汽车底盘底盘的作用是支承 安装汽车发动机及其各部件 总成 形成汽车的整体造型 并接受发动机的动力 使汽车产生运动 保证正常行驶 底盘由传动系 行驶系 转向系和制动系四部分组成 汽车的传动系统一般由离合器 变速器 万向传动装置 主减速器 差速器和半轴等组成 行驶系由汽车的车架 车桥 车轮和悬架等组成 汽车上用来改变或恢复其行驶方向的专设机构称为汽车转向系统 汽车上用以使外界 主要是路面 在汽车某些部分 主要是车轮 施加一定的力 从而对其进行一定程度的强制制动的一系列专门装置统称为制动系统 底盘是汽车的重要组成部分 我们主要针对轿车底盘做介绍 传动系 行驶系 制动系 转向系 底盘参数 一 汽车车身及底盘中蕴含着许多几何数据 称为车身及底盘参数 下面就以大家能够易懂的解释开始下面汽车的车身及底盘参数介绍 长 宽 高 轴距 轮距 顾名思义 所谓的长宽高就是一部汽车的外型尺寸 通常使用的单位是毫米 mm 具体的测量方法是这样的 车身长度定义为 汽车长度方向两个极端点间的距离 即从车前保险杆最凸出的位置量起 到车后保险杆最凸出的位置 这两点间的距离 车身宽度定义为 汽车宽度方向两个极端点间的距离 也就是车身左 右最凸出位置之间的距离 根据业界通用的规则 车身宽度是不包含左 右后视镜伸出的宽度 即后视镜折叠后的宽度的 车身高度定义为 从地面算起 到汽车最高点的距离 而所谓最高点 也就是车身顶部最高的位置 但不包括车顶天线的长度 汽车的轴距是同侧相邻前后两个车轮的中心点间的距离 即 从前轮中心点到后轮中心点之间的距离 就是前轮轴与后轮轴之间的距离 简称轴距 单位为毫米 mm 轮距分为前轮距和后轮距 轮距即左 右车轮中心间的距离 通常单位为毫米 mm 较宽的轮距有更好横向的稳定性与较佳的操纵性能 车轮着地位置越宽大 车辆行驶稳定度越好 因此越野车的轮距都比一般轿车要宽 底盘参数 二 最小离地间隙 接近角 离去角 通过角 爬坡度 汽车的最小离地间隙 就是在水平面上汽车底盘的最低点与地面的间距 通常单位为毫米 mm 不同车型其离地间距也是不同的 离地间距越大 车辆的通过性就越好 所以通常越野车的离地间隙要比轿车要大 接近角是指在汽车满载静止时 汽车前端突出点向前轮所引切线与地面的夹角 即水平面与切于前轮轮胎外缘 静载 的平面之间的最大夹角 通常单位为度 前轴前面任何固定在车辆上的刚性部件不得在此平面的下方 离去角是指汽车满载 静止时 自车身后端突出点向后车轮引切线与路面之间的夹角 即是水平面与切于车辆最后车轮轮胎外缘 静载 的平面之间的最大夹角 位于最后车轮后面的任何固定在车辆上的刚性部件不得在此平面的下方 它表征了汽车离开障碍物 如小丘 沟洼地等 时 不发生碰撞的能力 离去角越大 则汽车的通过性越好 通过角指的是指汽车空载 静止时 分别通过前 后车轮外缘做切线交于车体下部较低部位所形成的夹角 通常单位为度 爬坡度是指汽车满载时在良好路面上用第一档克服的最大坡度角 它表征汽车的爬坡能力 爬坡度用坡度的角度值 以度数表示 或以坡度起止点的高度差与其水平距离的比值 正切值 的百分数来表示 通常用百分比来表示 2 1传动系统 传动系的作用 汽车发动机所发出的动力靠传动系传递到驱动车轮 传动系具有减速 变速 倒车 中断动力 轮间差速和轴间差速等功能 与发动机配合工作 能保证汽车在各种工况条件下的正常行驶 并具有良好的动力性和经济性 传动系可按能量传递方式的不同 划分为机械传动 液力传动 液压传动 电传动等 离合器 变速器 万向传动 半轴 主减 差速 驱动桥 离合器 Clutch 离合器位于发动机和变速箱之间的飞轮壳内 用螺钉将离合器总成固定在飞轮的后平面上 离合器的输出轴就是变速箱的输入轴 在汽车行驶过程中 驾驶员可根据需要踩下或松开离合器踏板 使发动机与变速箱暂时分离和逐渐接合 以切断或传递发动机向变速器输入的动力 离合器的作用 1 保证汽车平稳起步 2 实现平顺的换档 3 防止传动系过载 离合器分有电磁离合器和磁粉离合器 摩擦式离合器 液力耦合器 手动车型用干式摩擦离合器 自动车型用液力变矩器 万向传动装置 万向传动装置的作用是连接不在同一直线上的变速器输出轴和主减速器输入轴 并保证在两轴之间的夹角和距离经常变化的情况下 仍能可靠地传递动力 它主要由万向节 传动轴和中间支承组成 安装时必须使传动轴两端的万向节叉处于同一平面 万向传动装置在汽车上的应用主要有以下几个方面 变速器 或分动器 与驱动桥之间 一般汽车的变速器 离合器与发动机三者合为一体装在车架上 驱动桥通过悬架与车架相连 在负荷变化及汽车在不平路面行驶时引起的跳动 会使驱动桥输入轴与变速器输出轴之间的夹角和距离发生变化 越野汽车变速器与分动器之间 为消除车架变形及制造 装配误差等引起的其轴线同轴度误差对动力传递的影响 须装有万向传动装置 汽车转向驱动桥的半轴是分段的 转向时两段半轴轴线相交巳交角变化 因此要用万向节 断开式驱动桥的半轴 主减速器壳在车架上是固定的 桥壳上下摆动 半轴是分段的 须用万向节 某些汽车的转向轴装有万向传动装置 有利于转向机构的总体布置 驱动桥 驱动桥的组成 主减速器 差速器 半轴 万向节 驱动桥壳 或变速器体 驱动车轮等 驱动桥的功用 1 通过主减速器齿轮的传动 降低转速 增大转矩 2 主减速器采用锥齿轮传动 改变转矩的传递方向 3 通过差速器可以使内外侧车轮以不同转速转动 适应汽车的转向要求 4 通过桥壳和车轮 实现承载及传力作用 驱动桥的结构类型分为两种 即 非断开式驱动桥和断开式驱动桥 非断开式驱动桥的特点 半轴套管与主减速器壳刚性连成一体 整个驱动桥通过弹性悬架与车架相连 两侧车轮和半轴不能在横向平面内做相对运动 非断开式驱动桥也称为整体式驱动桥 断开式驱动桥的特点 当驱动轮采用独立悬架时 两侧的驱动轮分别通过弹性悬架与车架相连 两车轮可彼此独立地相对于车架上下跳动 与此相对应 主减速器壳固定在车架上 半轴与传动轴通过万向节铰接 传动轴又通过万向节与驱动轮铰接 这种驱动桥称为断开式驱动桥 主减速器 主减速器的功用 1 降低转速 增大转矩 2 改变转矩旋转方向 主减的结构型式 1 按参加减速传动的齿轮副数目分 单级主减速器和双级主减速器 2 按主减速器传动比档数分 单速式和双速式 3 按齿轮副结构形式分 圆柱齿轮式 圆锥齿轮式和准双曲面齿轮式 常用的齿轮型式 1 斜齿圆柱齿轮特点 主从动齿轮轴线平行 2 曲线齿锥齿轮特点 主从动锥齿轮轴线垂直且相交 3 准双曲面锥齿轮特点 主从动锥齿轮轴线垂直但不相交 有轴线偏移 轴线偏移的作用在驱动桥离地间隙h不变的情况下 可以降低主动锥齿轮的轴线位置 从而使整车车身及重心降低 差速器 Differential 汽车差速器是驱动轿的主件 它的作用就是在向两边半轴传递动力的同时 允许两边半轴以不同的转速旋转 满足两边车轮尽可能以纯滚动的形式作不等距行驶 减少轮胎与地面的摩擦 如果后轮轴做成一个整体 就无法做到两侧轮子的转速差异 也就是做不到自动调整 为了解决这个问题 早在一百年前 法国雷诺汽车公司的创始人路易斯 雷诺就设计出了差速器这个玩意 差速器的这种调整是自动的 这里涉及到 最小能耗原理 也就是地球上所有物体都倾向于耗能最小的状态 例如把一粒豆子放进一个碗内 豆子会自动停留在碗底而绝不会停留在碗壁 因为碗底是能量最低的位置 位能 它自动选择静止 动能最小 而不会不断运动 同样的道理 车轮在转弯时也会自动趋向能耗最低的状态 自动地按照转弯半径调整左右轮的转速 假设车辆现在向左转 左侧驱动轮行驶的距离短 相对来说会产生更大的阻力 差速器壳体通过齿轮和输出轴相连 在传动轴转速不变情况下差速器壳体的转速也不变 因此左侧半轴齿轮会比差速器壳体转得慢 这就相当于行星齿轮带动左侧半轴会更费力 这时行星齿轮就会产生自传 把更多的扭矩传递到右侧半轴齿轮上 由于行星齿轮的公转外加自身的自传 导致右侧半轴齿轮会在差速器壳体转速的基础上增速 这样以来右车轮就比左车轮转得快 从而使车辆实现顺滑的转弯 2 2行驶系统 汽车的行驶系统一般由车架 车桥 车轮和悬架组成 我们主要介绍悬架和车轮 悬架系统 又称悬挂系统 是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称 其功能是传递作用在车轮和车架之间的力和力矩 并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力 并衰减由此引起的震动 以保证汽车平顺行驶 悬挂系统一般由弹性元件 减震器 和导向机构三部分组成 悬挂系统应有的功能是支持车身 改善乘坐的感觉 不同的悬挂设置会使驾驶者有不同的驾驶感受 外表看似简单的悬挂系统综合多种作用力 决定着轿车的稳定性 舒适性和安全性 是现代轿车十分关键的部件之一 一般来说 汽车的悬挂系统分为非独立悬挂和独立悬挂两种 非独立悬挂的车轮装在一根整体车轴的两端 当一边车轮跳动时 另一侧车轮也相应跳动 使整个车身振动或倾斜 独立悬挂的车轴分成两段 每只车轮由螺旋弹簧独立安装在车架下面 当一边车轮发生跳动时 另一边车轮不受影响 两边的车轮可以独立运动 提高了汽车的平稳性和舒适性 下图为老款VOLVOS60R轿车的前麦弗逊 后多连杆悬挂系统透视 弹性元件 减震器 导向装置 轿车常用的悬挂形式 轿车常用的悬挂形式有 麦弗逊式独立悬挂 双叉 横 臂独立悬挂 多连杆式独立悬挂 拖曳臂式半独立悬挂 麦弗逊式悬挂系统 麦弗逊式悬挂系统 Mcphersonstrut 的车轮与烛式悬挂一样也是沿着主销滑动的悬挂系统 但与烛式悬挂系统不完全相同 它的主销是可以摆动的 麦弗逊式悬挂系统是摆臂式与烛式悬挂系统的结合 与双横臂式悬挂系统相比 麦弗逊式悬挂系统的优点是 结构紧凑 车轮跳动时前轮定位参数变化小 有良好的操纵稳定性 加上由于取消了上横臂 给发动机及转向系统的布置带来方便 与烛式悬挂系统相比 它的滑柱受到的侧向力又有了较大的改善 麦弗逊式悬挂系统多应用在中小型轿车的前悬挂系统上 保时捷911 国产高尔夫 桑塔纳 夏利 富康等轿车的前悬挂系统均为麦弗逊式独立悬挂系统 虽然麦弗逊式悬挂系统并不是技术含量最高的悬挂系统结构 但它仍是一种经久耐用的独立悬挂系统 具有很强的道路适应能力 北京现代除NF外 所有车型的前悬挂形式均为麦弗逊式悬挂 优点 麦弗逊式悬挂舒适性上的表现不错 体积小 特别适合小车 小车多数为FF前置前驱 这样可以有充足的空间安放发动机 并扩大车内乘坐空间 缺点 由于其构造为直筒式 对左右方向的冲击缺乏阻挡力 刹车点头现象得不到有效抑制 轿车常用的悬挂形式 双叉 横 臂式悬挂 双叉臂式悬挂又称双A臂式独立悬挂 双叉臂悬挂拥有上下两个叉臂 横向力由两个叉臂同时吸收 支柱只承载车身重量 因此横向刚度大 双叉臂式悬挂的上下两个A字形叉臂可以精确的定位前轮的各种参数 前轮转弯时 上下两个叉臂能同时吸收轮胎所受的横向力 加上两叉臂的横向刚度较大 所以转弯的侧倾较小 双叉臂式悬挂通常采用上下不等长叉臂 上短下长 让车轮在上下运动时能自动改变外倾角并且减小轮距变化减小轮胎磨损 并且能自适应路面 轮胎接地面积大 贴地性好 双叉臂式悬挂运动性出色 为法拉利 玛莎拉蒂等超级跑车所运用 北京现代领翔轿车的前悬挂为双叉臂式悬挂 为优良的操控提供了良好基础 双横臂式悬挂和双叉臂式悬挂有着许多的共性 只是结构比双叉臂式简单些可以称之为简化版的双叉臂式悬挂 同双叉臂式悬挂一样双横臂式悬挂的横向刚度也较大 一般也采用上下不等长摇臂设置 尽管双叉臂式独立悬架拥有众多优势 出色的侧向支撑 精确的车轮方向控制等 但由于使用上下控制臂结构 过于稳定的特性却使车轮的响应速度较其他形式悬架要缓慢 上下控制臂的结构也导致这种悬架的横向安装空间增大 因此双叉臂悬架常出现在车身宽大的豪华轿车 全尺寸SUV 皮卡甚至超级跑车上 主要优点 横向刚度大 抗侧倾性能优异 抓地性能好 路感清晰 主要缺点 制造成本高 悬架定位参数设定复杂 适用车型 运动型轿车 超级跑车以及高档SUV前后悬架 轿车常用的悬挂形式 多连杆式悬挂系统 多连杆式悬挂系统 Multi link 是由3 5根杆件组合起来控制车轮的位置变化的悬挂系统 多连杆独立悬挂 可分为多连杆前悬挂和多连杆后悬挂系统 其中前悬挂一般为3连杆或4连杆式独立悬挂 后悬挂则一般为4连杆或5连杆式后悬挂系统 其中5连杆式后悬挂应用较为广泛 多连杆式独立悬架的结构虽复杂 但操控性和舒适性较其它悬架更高 多连杆悬架的工作原理是连杆共同作用的组合效应 以常见的五连杆式后悬架为例 五根连杆 主控制臂 前置定位臂 后置定位臂 上臂和下臂分别对各个方向的作用力进行抵消 多连杆式悬挂的优点 1 多连杆悬挂能实现主销后倾角的最佳位置 大幅度减少来自路面的前后方向力 从而改善加速和制动时的平顺性和舒适性 同时也保证了直线行驶的稳定性 因为由螺旋弹簧拉伸或压缩导致的车轮横向偏移量很小 不易造成非直线行驶 在车辆转弯或制动时 多连杆悬挂结构可使后轮形成正前束 提高了车辆的控制性能 减少转向不足的情况 2 多连杆悬挂在收缩时能自动调整外倾角 前束角以及使后轮获得一定的转向角度 通过对连接运动点的约束角度设计使得悬挂在压缩时能主动调整车轮定位 这个设计自由度非常大 能完全针对车型做匹配和调校以最大限度的发挥轮胎抓地力从而提高整车的操控极限 最早应用多连杆悬挂的应该是右图这款1979年下线的奔驰S ClassW126车型 轿车常用的悬挂形式 拖曳臂式悬挂 拖曳臂式悬挂我们姑且称之为半独立悬挂 从悬挂的大分类来看 所有的悬挂可以被分成两大类 即 独立悬挂和非独立悬挂 但是在但纵臂扭转梁悬挂上 这两个分类变得有些模糊 从悬挂结构来看属于不折不扣的非独立悬挂 因为左右纵向摇臂被一跟粗大的扭转梁焊接在一起 但是从悬挂性能来看 这种悬挂实现的是具有更高稳定性的全拖式独立悬挂的性能 拖曳臂式悬挂本身具有非独立悬挂的存在的缺点但同时也兼有独立悬挂的优点 拖曳臂式悬挂的最大优点是左右两轮的空间较大 而且车身的外倾角没有变化 避震器不发生弯曲应力 所以摩擦小 拖曳臂式悬挂的舒适性和操控性均有限 当其刹车时除了车头较重会往下沉外 拖曳臂悬挂的后轮也会往下沉平衡车身 无法提供精准的几何控制 拖曳臂式悬架是专为后轮而设计的悬架结构 它的构成非常简单 以粗壮的上下摆动式拖臂实现车轮与车身或车架的硬性连接 然后以液压减震器和螺旋弹簧充当软性连接 起到吸震和支撑车身的作用 圆柱形或方形横梁则连接左右车轮 从拖曳臂悬架的构造来看 由于左右纵摆臂被横梁连接 因此悬架结构依旧还保持着整体桥式的特性 这也就使纵向拖臂所连接的车轮在动态运动中外倾角不会发生变化 由此会使前轮出现转向不足 所以拖曳臂后悬无法为车身的精确操控提供良好的保障 不过可喜的是 连接左右纵臂的横梁在连接处为可转动式 在一定程度上可让左右车轮在小范围的空间内自由跳动而不干扰到另一侧车轮 北京现代的HDC FDC MC RC的后悬挂都为拖曳臂式悬挂 主要优点 结构简单实用 占用空间最小 制造成本低 主要缺点 承载性能差 抗侧倾能力较弱 减震性能差 舒适性有限 适用车型 中小型汽车 低端SUV后悬挂 副车架 简单的说 副车架可以看成是前后车桥的骨架 是前后车桥的组成部分 我们知道 传统的没有副车架的承载式车身 其悬挂是直接与车身钢板相连的 因此前后车桥的悬挂摇臂机构都为散件 并非总成 在副车架诞生以后 前后悬挂可以先组装在副车架上 构成一个车桥总成 然后再将这个总成一同安装到车身上 这种带有副车架的悬挂总能分5级减小震动的传入 第一级震动由轮胎台面的软橡胶变形来吸收 这一级变形能吸收大量的高频震动 第二级为轮胎的整体变形吸收震动 这一级主要吸收比第一级稍高的路面震动 比如石子之类引起的震动 第三级为悬挂摇臂各个连接点内的橡胶衬套进行震动的隔绝 这一环节主要是减小悬挂系统的总成冲击 第四级为悬挂系统的上下运动 这一运动主要吸收长波震动 也就是过沟过槛时引起的震动 第5级为副车架悬置对震动的吸收 这里主要吸收的是前4级没有完全屏蔽的震动 副车架的优点 1 副车架能够带来很好的悬挂连接刚度2 能够隔绝路面震动带来良好的舒适性3 把悬挂变成总成部件 提高了悬挂的通用性 降低研发成本 4 总成部件安装方便 降低了装配成本 副车架的缺点 1 庞大的副车架会增加车重 用铝合金打造虽然可以减小重量 但会使成本增加 2 降低行车稳定性 操纵感不直接 赛车上很少采用 簧载质量 非簧载质量 由弹性元件 包括弹簧和减振筒 所承载的质量称为 簧载质量 主要包括底盘骨架及其他所有弹性部件所承载的质量 而自悬架摆臂或者弹性元件向车轮端延伸的部件 均归属于 非簧载质量 简单来说 能和车轮一起跳动的部件属于 非簧载质量 而只能和车身保持相对静止的部件属于 簧载质量 例如 对于非独立悬架的汽车来说 由于后桥会随着车轮的跳动而倾斜 所以应当属于 非簧载质量 簧载质量 和 非簧载质量 对于汽车的舒适性有着非常重要的影响 如果一辆车的簧载质量较小而非簧载质量很大 那么车轮在遇到颠簸的时候 弹簧和减振筒就需要很长时间来吸收振动的能量 车身会上下晃动不止 显然 这是小型车和微型车才有的特点 对于非独立悬架 整个车桥和车轮都属于非簧载质量 而对于独立悬架 只有部分车桥是非簧载质量 而主减速器 差速器 壳体等都装在车架或车身上 则成了簧载质量 所以独立悬架的非簧载质量比非独立悬架的小 独立悬挂的非簧载质量小 可以减少来自路面的冲击和振动 提高了行驶的平顺性 理论和实践证明 簧载质量和非簧载质量的比例关系 对汽车的振动起决定性的作用 一般来说 簧载质量比非簧载质量越大 汽车的振动越小 平顺性就越好 因此 汽车要尽量减少非簧载质量 车轮和轮胎 车轮 车轮是介于轮胎和和车轴之间所承受负荷的旋转组件 通常由两个主要部件轮辋和轮辐组成 GB T2933 1995 轮辋是在车轮上安装和支承轮胎的部件 轮辐是在车轮上介于车轴和轮辋之间的支承部件 车轮除上述部件外 有时还包含轮毂 分类 1 按轮辐构造 车轮可分为辐板式车轮和辐条式车轮 2 按车轮材质 可分为钢制 铝合金 镁合金 碳纤维等车轮 3 按车轴一端安装一个或两个轮胎 可分为单式车轮和双式车轮 现在 轿车和货车上广泛采用辐板式车轮 此外 还有对开式车轮 组装轮辋式车轮 可反装式车轮 和可调式车轮 轮胎数据解析 车轮上的各种标识 轮胎规格 轮胎规格常用一组数字表示 前一个数字表示轮胎断面宽度 后一个表示轮辋直径 以英寸为单位 例如165 70R14表示胎宽165毫米 扁平率70 轮辋直径14英寸 中间的字母或符号有特殊含义 X 表示高压胎 R Z 表示子午胎 一 表示低压胎 扁平率 是指轮胎断面的高宽比 轮胎规格标记上的扁平率以百分数形式展示 百分号一般省略 通常有80 75 70 60 55等几种类型 扁平率越小 说明轮胎断面越宽 宽断面的轮胎接地面积大 接地比压小 磨损较小 滚动阻力也较小 侧向稳定性强 在同等承载能力下 宽断面轮胎的直径跟普通轮胎相比也较小 可以降低整车重心 提高车辆的行驶稳定性 因此 宽断面轮胎在高速轿车和赛车上得到广泛应用 层级 层级是指轮胎橡胶层内帘布的公称层数 与实际帘布层数不完全一致 是轮胎强度的重要指标 层级用中文标志 如12层级 用英文标志 如 14P R 即14层级 轮辋规格 表示与轮胎相配用的轮辋规格 便于实际使用 如 标准轮辋5 00F 速度等级 轮胎在规定条件承载规定负荷的最高速度 字母A至Z代表轮胎从4 8km h到300km h的认证速度等级 常用速度等级 Q 160km h R 170km h S 180km h T 190km h H 210km h V 240km h W 270km h Y 300km h Z ZR速度高于240km h 2 3转向系统 SteeringSystem 转向系统 汽车上用来改变或恢复其行驶方向的专设机构 转向系统的基本组成 1 转向操纵机构主要由转向盘 转向轴 转向管柱等组成 2 转向器将转向盘的转动变为转向摇臂的摆动或齿条轴的直线往复运动 并对转向操纵力进行放大的机构 转向器一般固定在汽车车架或车身上 转向操纵力通过转向器后一般还会改变传动方向 3 转向传动机构将转向器输出的力和运动传给车轮 转向节 并使左右车轮按一定关系进行偏转的机构 转向系统的类型及工作原理 按转向能源的不同 转向系统可分为机械转向系统和动力转向系统两大类 汽车转向时 要使各车轮都只滚动不滑动 各车轮必须围绕一个中心点O转动 如图所示 显然这个中心要落在后轴中心线的延长线上 并且左 右前轮也必须以这个中心点O为圆心而转动 为了满足上述要求 左 右前轮的偏转角应满足如右图关系 ctg ctg B L所以 汽车在转向时 两前轮所保持的相对位置不是平行的 由转向中心O到外转向轮与地面接触点的距离称为汽车转弯半径R 转弯半径越小 则汽车转弯所需场地就越小 由图可知 当外转向轮偏转角达到最大值 max时 R最小 故有 Rmin L sin max 转向系统的结构 转向系统的可以大致分为三个部分 转向操纵机构 转向器 转向传动机构 转向操纵机构很好理解 就是我们驾驶车辆时直接接触的部分 它把驾驶员的体力传递到传向系统当中 转向器的内容则有些复杂 它是整个转向系统中的核心部件 而各种助力方式也是在这个部分实现的 转向器的作用是放大驾驶员传递的力同时改变力的传递方向 常见的形式有齿轮齿条式 循环球式 蜗杆曲柄指销式等等 转向传动机构是从转向器到转向轮之间所有传动机械 杆件的总称 它的作用是把转向器输出的力传递到转向节上 从而实现转向轮的转向 同时让转向轮之间的转角遵循一定的规律 保证轮胎和地面之间的相对滑动控制在最低程度 机械转向系统的种类 一 转向器常见的形式有齿轮齿条式 循环球式 蜗杆曲柄指销式等等 齿轮齿条转向器它是一种最常见的转向器 其基本结构是一对相互啮合的小齿轮和齿条 转向轴带动小齿轮旋转时 齿条便做直线运动 有时 靠齿条来直接带动横拉杆 就可使转向轮转向 所以 这是一种最简单的转向器 它的优点是结构简单 成本低廉 转向灵敏 体积小 可以直接带动横拉杆 在汽车上得到广泛应用 机械转向系统的种类 二 蜗杆曲柄销式转向器它是以蜗杆为主动件 曲柄销为从动件的转向器 蜗杆具有梯形螺纹 手指状的锥形指销用轴承支承在曲柄上 曲柄与转向摇臂轴制成一体 转向时 通过转向盘转动蜗杆 嵌于蜗杆螺旋槽中的锥形指销一边自转 一边绕转向摇臂轴做圆弧运动 从而带动曲柄和转向垂臂摆动 再通过转向传动机构使转向轮偏转 这种转向器通常用于转向力较大的载货汽车上 循环球式转向器这种转向器有两对传动副组成 一对是螺杆 螺母 另一对是齿条 齿扇或曲柄销 在螺杆和螺母之间装有可循环滚动的钢球 使滑动摩擦变为滚动摩擦 从而提高了传动效率 这种转向器的优点是 操纵轻便 磨损小 寿命长 缺点是结构复杂 成本高 转向灵敏度不如齿轮齿条式 因此逐渐被齿轮齿条式取代 但随着动力转向的应用 循环球式转向器近年来又得到广泛使用 转向不足与转向过度 转向不足与转向过度是衡量车辆操控平衡的重要标准 转向不足 Understeer 表现为车辆需要更多的转向轮角度来保持所需行进线路 转向不足是前轮轮胎与地面接触面的偏滑角 slipangle 建立速度大于后轮轮胎与地面接触面的偏滑角建立速度造成的 通常 车辆进入衡定状态 steadystate 需要一定的速度 转向不足可以使车辆在较低的速度就能够进入衡定状态 一旦车辆进入衡定状态 车体扭转角度将无法随着转向轮角度增加而继续增加 表现为方向盘变轻 即使增加转向角度 车体仍旧按照原先的线路行进而车体扭转角度不会变化 转向过度 Oversteer 表现为车辆需要减少转向轮角度来保持所需行进线路 或称 车体扭转角度大于转向轮角度 转向过度是后轮轮胎与地面接触面的偏滑角 slipangle 建立速度大于前轮轮胎与地面接触面的偏滑角建立速度造成的 通常 车辆进入衡定状态 steadystate 需要一定的速度 转向过度可以使车辆在较高的速度才进入衡定状态 一旦车辆进入衡定状态 车体扭转角度将无法随着转向轮角度增加而继续增加 表现为方向盘变轻 即使增加转向角度 车体仍旧按照原先的线路行进而车体扭转角度不会变化 这意味着 车手可以在更高的速度下按照自己所预期的线路通过弯道 然而过多的转向过度 使得车体容易发生旋转 spin 就是通常说的打转了 转向过度指由于后轮摩擦力不足造成的后轮向外滑动 Oversteer很可能造成赛车甩尾打转 后果轻则损失时间 重则撞毁赛车 若发生Oversteer 补救方法是立即把方向盘扭向与转弯方向相反 2 4制动系统 BrakeSystem 制动系统 制动系统制动系统是汽车上用以使外界 主要是路面 在汽车某些部分 主要是车轮 施加一定的力 从而对其进行一定程度的强制制动的一系列专门装置 制动系统作用是 使行驶中的汽车按照驾驶员的要求进行强制减速甚至停车 使已停驶的汽车在各种道路条件下 包括坡道 稳定驻车 使下坡行驶的汽车速度保持稳定 对汽车起制动作用的只能是作用在汽车上且方向与汽车行驶方向相反的外力 而这些外力的大小都是随机的 不可控的 因此汽车上必须装设一系列专门装置以实现上述功能 制动系统可分为行车制动系统 驻车制动系统 应急制动系统及辅助制动系统等 用以使行驶中的汽车降低速度甚至停车的制动系统称为行车制动系统 用以使已停驶的汽车驻留原地不动的制动系统则称为驻车制动系统 在行车制动系统失效的情况下 保证汽车仍能实现减速或停车的制动系统称为应急制动系统 汽车的制动系统按结构分类分为 鼓式刹车和盘式刹车 按制动介质分类分为 液压刹车和气压刹车 一般来讲 汽车的前轮制动系统比后轮制动系统高级 这种高级从制动器形式或尺寸上均可体现 这是因为在制动时 汽车受惯性影响 重心前移 前轮的负荷通常占汽车全部负荷的70 80 因此前轮制动力要比后轮大 故需要更加高级的制动系统 鼓式刹车 DrumBrake 鼓式刹车是一种 历史悠久 的刹车形式 鼓式制动器的制动力稳定性差 在不同路面上制动力变化很大 不易于掌控 而由于散热性能差 在制动过程中会聚集大量的热量 制动块和轮鼓在高温影响下较易发生极为复杂的变形 容易产生制动衰退和振抖现象 引起制动效率下降 另外 鼓式制动器在使用一段时间后 要定期调校刹车蹄的空隙 甚至要把整个刹车鼓拆出清理累积在内的刹车粉 当然 鼓式制动器也并非一无是处 它造价便宜 而且符合传统设计 由刹车底板 刹车分泵 刹车蹄片等有关连杆 弹簧 梢钉 刹车鼓所组成 目前仅普通采用于后轮 鼓式制动器根据其结构都不同 又分为 双向自增力蹄式制动器 双领蹄式制动器 领从蹄式制动器 双从蹄式制动器 其制动效能依次降低 最低是盘式制动器 汽车制动效能是指汽车迅速降低车速直至停车的能力 领蹄的张开方向与车轮的转动方向相同 从蹄的张开方向与车轮的转动方向相反 领蹄的制动效能比从蹄高 双领蹄式制动器 领从蹄式制动器 双向领蹄式制动器 盘式刹车 DiscBrake 盘式刹车 盘式制动器又称碟式制动器 它由液压控制 主要零部件有制动盘 分泵 制动钳 油管等 制动盘用合金钢 碳纤维或陶瓷制造并固定在车轮上 随车轮转动 盘式制动器散热快 重量轻 构造简单 调整方便 特别是高负载时耐高温性能好 制动效果稳定 且不怕泥水侵袭 在冬季和恶劣路况下行车 盘式制动比鼓式制动更容易在较短的时间内令车停下 有些盘式制动器的制动盘上还开了许多小孔 以加速通风散热和提高制动效率 盘式制动器沿制动盘轴向施力 制动轴不受弯矩 径向尺寸小 制动性能稳定 盘式刹车分为点盘式和全盘式 其中点盘式刹车应用比较广泛 盘式制动器也有自己的缺陷 例如对制动器和制动管路的制造要求较高 摩擦片的耗损量较大 成本贵 而且由于摩擦片的面积小 相对摩擦的工作面也较小 需要的制动液压高 必须要有助力装置的车辆才能使用 四轮盘式制动的轿车 采用前轮通风盘式制动是为了更好地散热 至于后轮采用非通风盘式是处于控制成本的目的 毕竟通风盘式的制造工艺要复杂得多 价格也就相对贵了 随着材料科学的发展及成本的降低 在汽车领域中 盘式制动有逐渐取代鼓式制动的趋势 下图为PORSCHECARRERAGT和AUDIR8跑车上配备的陶瓷通风盘式制动器 汽车制动系统简图 制动防抱死系统 Anti lockBrakingSystem ABS ABS制动防抱死系统通过安装在车轮上的传感器发出车轮将被抱死的信号 控制器指令调节器降低该车轮制动缸的油压 减小制动力矩 经一定时间后 再恢复原有的油压 不断的这样循环 每秒可达5 10次 始终使车轮处于转动状态而又有最大的制动力矩 没有安装ABS的汽车 在行驶中如果用力踩下制动踏板 车轮转速会急速降低 当制动力超过车轮与地面的摩擦力时 车轮就会被抱死 完全抱死的车轮会使轮胎与地面的摩擦力下降 如果前轮被抱死 驾驶员就无法控制车辆的行驶方向 如果后轮被抱死 就极容易出现侧滑现象 ABS这种最初被应用于飞机上的技术 现在已经十分普及 在十万元以上级别的轿车上都可见到它的踪影 有些大客车和货车上也装有ABS 装有ABS的车辆在遇到积雪 冰冻或雨天等打滑路面时 可放心地操纵方向盘 进行制动躲闪 它不仅有效地防止了事故的发生 还能减少对轮胎的摩损 但它并不一定能使汽车缩短制动距离 在某些情况下反而会有所增加 Tips 在遇到紧急情况时 制动踏板一定要踩到底 才能激活ABS系统 这时制动踏板会有一些抖动 有时还会有一些声音 但也不能松开 这表明ABS系统开始起作用了 电子制动力分配系统 ElectricBrakeforceDis tribution EBD 电子制动力分配 EBD 系统是防抱死制动系统软件的一部分 它被编程设置在电子控制单元 ECU 中 该系统集成并取代了用于压力感测和负荷感测的传统的前后制动比例分配阀 这一功能使电子制动力分配 EBD 系统能够根据车辆载荷 路况以及制动液压力的变化 实行动态的前后轮制动力比例分配 前后车轮制动力分配控制 前后车轮制动力分配控制 是为了达到制动器基本的制动效果 根据车轮行驶状况而适当地分配前后轮的制动力 EBD控制可根据由车辆的装载条件以及减速度而发生的负荷变化有效运用后轮的制动力 特别是在车辆满载时 减小需要的制动踏板力度 保证良好的制动效果 左右车轮制动力分配控制 为确保在弯道行驶制动时车辆的稳定性 可通过调节左右车轮的制动力分配来进行左右车轮制动力的分配控制 确保弯道制动时车辆的稳