底盘驱动系统.doc

车用粘性偶合器4轮驱动已经不是一个陌生的名词，它早已超越越野车的范围，在休闲车和轿跑车上大行其道。现在的4轮驱动小汽车多采用常啮合式四轮驱动，可以自动转换驱动形式。它有一个起关键作用的部件叫做粘性偶合器，又称为粘性联轴器。粘性偶合器利用液体的粘性或油膜的剪切作用来传递动力。根据牛顿内摩擦定律，假设在平行放置的两块平板之间充满粘性液体，当下板固定上板平行移动时，则板间液体受到剪切，如果液体粘度、液体厚度及平板移动速度、结构参数选取合理，就可以设计出能传递很大功率的液体粘性传动装置，例如汽车粘性偶合器。流体没有固定的形状，如何能传递动力？举一个日常现象为例来说明。融化的口香糖是黏度很高的流体。如果把它黏附在两片木版之间，左手向上拉动左侧木版，右手向下拉动右侧木版，你会感到很大的阻力。两块木版并没有互相接触，它们是靠口香糖的黏度传递动力的。粘性偶合器是一个密封的多板片偶合器，它是由壳体、外板、内板、内轴等主要零件构成，其中壳体和外板为主动部分，在动力输入一端；内板和内轴为从动部分，在动力输出一端；内、外板间隔排列在一起，它们之间的间隙很小，黏度很高的硅酮油液充入这些间隙中。当输入端与输出端转速差较少时，硅酮油和内、外板几乎以同一转速旋转，这时油液内部不会产生剪切粘性阻力，偶合器不传递动力。当输入端与输出端转速差较大时，接近内板的油液与接近外板的油液之间有较大的转速差，这时就会产生剪切粘性阻力，迫使输入端与输出端之间减少转速差，偶合器传递动力。在4轮驱动汽车差速器上装置了粘性偶合器。当汽车在正常行驶时，各轮没有转速差，粘性偶合器不工作。如果汽车前轮（驱动轮）出现打滑空转，前后轮出现很大的转速差，粘性偶合器开始工作并将动力分配给后轮。这样，根据路面状态，车辆能自动地调节前后轮的动力分配。自动变速箱返回自动波（自动变速器）的汽车，能根据路面状况自动变速变矩，驾驶者可以全神贯地注视路面交通而不会被换档搞得手忙脚乱。自动波对于行外人士颇显神秘，要详细剖析自动波涉及不少专业知识，希望本文能够给大家一个初步的印象。汽车自动波常见的有三种型式，分别是液力自动波（简称AT）、机械无级自动波（简称CVT)、电控机械自动波（简称AMT）。目前轿车普遍使用的是AT，AT几乎成为自动波的代名词。本文先着重介绍AT。AT结构 与手动波相比，液力自动波（AT）在结构和使用上有很大的不同。手动波主要由齿轮和轴组成，通过不同的齿轮组合产生变速变矩；而AT是由液力变扭器、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来达到变速变矩。其中液力变扭器是AT最具特点的部件，它由泵轮、涡轮和导轮等构件组成，直接输入发动机动力传递扭矩和离合作用。原理 泵轮和涡轮是一对工作组合，它们就好似相对放置的两台风扇，一台风扇吹出的风力会带动另一台风扇的叶片旋转，风力成了动能传递的媒介，如果用液体代替空气成为传递动能的媒介，泵轮就会通过液体带动涡轮旋转，再在泵轮和涡轮之间加上导轮，通过反作用力使泵轮和涡轮之间实现转速差就可以实现变速变矩了。由于液力变矩器自动变速变矩范围不够大，因此在涡轮后面再串联几排行星齿轮提高效率，液压操纵系统会随发动机工作变化自行操纵行星齿轮，从而实现自动变速变矩。辅助机构 自动换档不能满足行驶上的多种需要，例如停泊、后退等，所以还设有干预装置即手动拨杆，标志P(停泊）、R(后档)、N(空档)、D(前进),另在前进档中还设有2和1的附加档位,用以起步或上斜坡之用。由于将其变速区域分成若干个变速比区段，只有在规定的变速区段内才是无级的，因此AT 实际上是一种介于有级和无级之间的自动变速器。 优缺点 AT不用离合器换档，档位少变化大，连接平稳，因此操作容易，既给开车人带来方便，也给坐车人带来舒适。但缺点也多，一是对速度变化反应较慢，没有手动波灵敏，因此许多玩车人士喜欢开手动波车；二是费油不经济，传动效率低变矩范围有限，近年引入电子控制技术改善了这方面的问题；三是机构复杂，修理困难。在液力变扭器内高速循环流动的液压油会产生高温，所以要用指定的耐高温液压油。另外，如果汽车因蓄电池缺电不能启动，不能用推车或拖车的方法启动。如果拖运故障车，要注意使驱动轮脱离地面，以保护自动波齿轮不受损害。CVTCVT采用传动带和可变槽宽的棘轮进行动力传递，即当棘轮变化槽宽肘，相应改变驱动轮与从动轮上传动带的接触半径进行变速，传动带一般用橡胶带、金属带和金属链等。CVT是真正无级化了，它的优点是重量轻，体积小，零件少，与AT比较具有较高的运行效率，油耗较低。但CVT的缺点也是明显的，就是传动带很容易损坏，不能承受较大的载荷，只能限用于在1升排量左右的低功率和低扭矩汽车，因此在自动变速器占有率约4%以下。AMTAMT在机械变速器（手动波）原有基础上进行改造，主要改变手动换档操纵部分。即在总体传动结构不变的情况下通过加装微机控制的自动操纵系统来实现换挡的自动化。因此AMT实际上是由一个 机器人系统来完成操作离合器和选档 的两个动作。由于AMT能在现生产的手动波基础上进行改造，生产继承性好，投入的责用也较低，容易被生产厂接受。AMT的核心技术是微机控制，电子技术及质量将直接决定AMT的性能与运行质量。据悉我国今后的汽车自动波国产化将重点发展AMT。(99.1.16)页首从驱动形式看汽车现代轿车主要有两种驱动方式：F.R和F.F。F.R车叫做前置发动机后轮驱动，是传统的驱动形式。它是前轮转向后轮驱动，发动机输出动力通过离合器变速器传动轴输送到驱动桥上，在此减速增扭后传送到后面的左、右半轴上，驱动后轮使汽车运行，前后轮各行其职，转向与驱动分开，负荷分布比较均匀。F.F车叫做前置发动机前轮驱动，则是70年代末才真正兴起的驱动形式。它将变速器之后的东西都往前挪，变速器与驱动桥做成一体，固定在发动机旁将动力直接输送到前轮上，前轮承担了转向和驱动两副重任，省略了长长的传动轴，缩短了传递动力的距离，减少功率传递损耗也就相应节省了燃油。没有了传动轴，轿车地板不必为它凸出一条通道有利车厢内的布置，车架不必为后驱动桥腾出空间位置，可以降低车身高度有助于行车的稳定性。发动机可以横置缩短了机厢的长度，在汽车总长不变的情况下增大乘座厢的长度和空间。前轮成为驱动轮变成了“拉”汽车前进，有利于方向控制。由于有上述优点，所以F.F车风靡车坛。但是事物总有二重性，由于F.F车上的机械大件头大多集中在前面，所以前轮负荷比后轮大，遭到意外碰撞时容易产生变形，波及前轮定位；当汽车启动瞬间和上徒坡时车身重心都会向后移，会减少前轮的正压力从而降低了车轮的牵引力，但这时汽车的阻力也是最大，这一增一减令F.F车的启动加速度和爬坡能力都会逊色于F.R车，因此F.F形式多用于自重量不大的轿车。另外从安全的角度来分析，轿车的前置发动机起到一种安全屏障的作用，F.R车的发动机是纵置的，而F.F车的发动机多是横置的，两者比较，F.R车在安全保障系数方面比F.F车高一些。另外还有一种驱动形式叫做后置发动机后轮驱动，即R.R车。它似乎是F.F车的翻版，只不过是将车前的“五脏六腑”移到车后，这样一来似乎保持了F.F车的优点也消除了F.F车的缺点，但同时也会增添另外的麻烦。首先变速器、离合器、油门等操纵杆要通过狭窄的车底，从车头驾驶员位置连通到车尾发动机的位置上，发动机移到后面使冷却问题不好解决，乘员厢前面失去了发动机做“安全屏障”，汽车前端要经过加固处理而使成本上升，目前只有象保时捷这样的高级跑车才用R.R形式，其它小车很少沾边。不过对于有充分空间位置的大客车来讲，既能解决上述麻烦又能减低废气窜入车厢的程度，因此很流行R.R形式。从驱动形式可以知道，轿车上的许多装置形式都有合理的一面也有不合理的一面，要满足或提高某些性能要求很可能要牺牲或降低其它某些性能的要求，尽善尽美的东西似乎并不存在。(无段变速箱无段变速传动属于自动变速的一种类型，由于以前应用比较狭窄，所以知道的人不多。无段变速传动的英文全称Continuouslv VariableTransmission，简称CVT，有其装置的变速器也称为无段变速箱或者无级变速器，本栏目曾在自动变速器一文简略介绍了一下CVT。这种变速器和普通自动变速器的最大区别，是它省去了复杂而又笨重的齿轮组合变速传动，而只用了两组带轮进行变速传动。通过改变驱动轮与从动轮传动带的接触半径进行变速的，设计构思十分奥妙。发明这种变速传动机构的是荷兰人。当初传送带用了V型橡胶带，材料较差传递力矩小，没有什么实用价值。1979年荷兰DAF的工程师改用金属带，完善并开发出实用型的CVT系统。它具有零件少，体积小，重量轻，与普通自动变速器比较具有较高的传动效率，油耗较低的优点。但缺点也是明显的，就是传动带很容易损坏，不能承受较大的载荷，但在小功率汽车上很有市场。富士、菲亚特、德国福特都先后引进CVT，加以改善，用在自己的汽车上。1984年，最善于应用新技术的富士车厂研制了具有电脑装置的电子无段变速传动ECVT，并在1987年2月装在Justy(J10)汽车上推出市场。以富士车为例，CVT由4大子系统组成，即电磁离合器系统、电子与液压控制系统、方向转换（前进后退）系统、无段变速传动系统，核心部分是无段变速传动系统（CVT System）。无段变速传动系统主要部件是两个带轮和钢带，钢带套在两个带轮上。带轮由两块呈八字形的轮壁组成，这两片轮壁中间的凹槽形成一个V形，其中一边轮壁由液压控制机构操纵，可以视不同的发动机转速进行分开与拉近的动作，V形凹槽也随之变宽或变窄，将钢带升高或降低，从而改变钢带与带轮接触的直径。两个带轮反向调节，即其中一个带轮凹槽逐渐变宽时，另一个带轮凹槽就会逐渐变窄。这样，当汽车慢速行驶时，可以令主动带轮的凹槽宽度大于被动带轮凹槽，主动带轮的钢带园周半径小于被动带轮的钢带园周半径，即小园带大园，因此能传递较大的扭矩。当汽车逐渐转为高速时，主动带轮的一边轮壁向内靠拢，凹槽宽度变小迫使钢带升起，直至最高顶端，而被动带轮的一边轮壁刚好相反，向外移动拉大凹槽宽度迫使钢带降下，即主动带轮钢带的园周半径大于被动带轮钢带的园周半径，变成大园带小园，因此能保证汽车高速度时的速度要求。无段变速箱轿车一样有自己的档位，停车档P、倒车档R、空档N、前进档D等，只是汽车前进自动换档时没有突跳的感觉，十分平稳。由于近年材料技术的发展，提高了金属带的承受力，使无段变速传动已经不局限于小功率汽车上的应用，在高档轿车上也有了它的踪迹。1999年在欧洲市场推出的奥迪A6型2.4升轿车，率先装配了无段变速箱。据厂方介绍，奥迪2.4升V6发动机最大扭矩是230牛顿米，而无段变速箱的最大扭矩输出是299牛顿米，能力绰绰有余。同时，无段变速箱传动比宽，远较手动变速箱和普通自动变速器灵活，关键技术结构简单，只须改变金属带在两端带轮的园周半径即可变速，可以随时改动变速器的参数以适应不同地区市场的需要。当然，CVT仍然有它的应用局限性，其关键仍然是金属带的承受能力，因此，目前只能应用在轻型汽车上。(汽车的差速器汽车发动机的动力经离合器、变速器、传动轴，最后传送到驱动桥再左右分配给半轴驱动车轮，在这条动力传送途径上，驱动桥是最后一个总成，它的主要部件是减速器和差速器。减速器的作用就是减速增矩，这个功能完全靠齿轮与齿轮之间的啮合完成，比较容易理解。而差速器就比较难理解，什么叫差速器，为什么要“差速”？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。汽车在拐弯时车轮的轨线是圆弧，如果汽车向左转弯，圆弧的中心点在左侧，在相同的时间里，右侧轮子走的弧线比左侧轮子长，为了平衡这个差异，就要左边轮子慢一点，右边轮子快一点，用不同的转速来弥补距离的差异。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。普通差速器由行星齿轮、行星轮架（差速器壳）、半轴齿轮等零件组成。发动机的动力经传动轴进入差速器，直接驱动行星轮架，再由行星轮带动左、右两条半轴，分别驱动左、右车轮。差速器的设计要求满足：（左半轴转速）+（右半轴转速）=2（行星轮架转速）。当汽车直行时，左、右车轮与行星轮架三者的转速相等处于平衡状态，而在汽车转弯时三者平衡状态被破坏，导致内侧轮转速减小，外侧轮转速增加。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。当转弯时，由于外侧轮有滑拖的现象，内侧轮有滑转的现象，两个驱动轮此时就会产生两个方向相反的附加力，由于“最小能耗原理”，必然导致两边车轮的转速不同，从而破坏了三者的平衡关系，并通过半轴反映到半轴齿轮上，迫使行星齿轮产生自转，使外侧半轴转速加快，内侧半轴转速减慢，从而实现两边车轮转速的差异。(汽车上的双曲线齿轮汽车上用到齿轮传动的部件有驱动桥、变速器、发动机、方向机等总成，不同的部件采用形式不同大小不一的齿轮。在各式各样的齿轮中，有一种名叫“双曲线”的齿轮，在汽配市场上还有专门用于它的润滑油叫做“双曲线齿轮油”。这种齿轮用在驱动桥的主减速器上。主减速器为什么要用双曲线齿轮，它有什么好处？首先要明确主减速器的功能。汽车驱动桥上的主减速器不但要减速增扭，还要改变传动方向，将变速器输出轴的转动改变90度方向，变为车轮的转动。这种功能是依靠主减速器的一对齿轮来完成的，这对齿轮多用螺旋锥齿轮或者双曲线齿轮。轿车上的主减速器一般采用双曲线齿轮。这是因为双曲线齿轮与螺旋锥齿轮比较，前者运转噪音少，工作更平稳，轮齿强度较高，而且还具有主动齿轮轴线可以相对从动齿轮轴线偏移的特点，这一点对于汽车的技术性能非常重要，工程师可以在不改变发动机的位置尺寸就可以直接改变驱动桥的离地间隙，也就是改变整部车的离地间隙。例如有些汽车主减速器的双曲线齿轮的偏移距达30多毫米，在保持一定的离地间隙情况下，可降低主动齿轮和传动轴的位置，使车身重心降低，有利于提高汽车高速行驶的平稳性。两齿轮轴线相交 主动轮向下偏移有些汽车在同一车架上生产轿车和运动休闲车，其底盘的参数变换也是利用了双曲线齿轮这一特性。由于有这些优点，目前汽车的驱动桥已经趋向于用双曲线齿轮，实际上近年进口汽车基本上是采用双曲线齿轮，国产汽车也有许多车型采用双曲线齿轮，并已经越来越多地在中、重型货车上得到采用。但双曲线齿轮工作时，齿面间会有较大的相对滑动，且齿面压力很大，齿面油膜容易被破坏。为减少摩擦，提高效率，必须要采用含有防刮伤添加剂的专用双曲线齿轮油，绝不能用其它的齿轮油代替，否则将使齿面迅速磨损和擦伤，严重影响汽车的运行状态。（2000.5.12）返回汽车驱动桥上的锁止机构我们曾经讨论过汽车的差速器（参阅技术漫谈底盘部分汽车的差速器一文），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。在汽车拐弯时，外侧轮有滑拖的现象，内侧轮有滑转的现象，两个驱动轮产生两个方向相反的附加力，通过半轴反映到半轴齿轮上，迫使行星齿轮产生自转，使外侧半轴转速加快，内侧半轴转速减慢，从而解决了车辆使用的一方面问题。也就是说，驱动轴分为两半后，各半轴的转动速度是依靠两侧轮子的地面阻力进行调节的。虽然这样可以解决转弯时两侧轮子转速不同的问题，但是同时也引起了另一方面的问题，当一边车轮陷入泥潭，失去地面附着力时，左右两半轴的阻力矩相差悬殊，造成一侧轮子飞转而另一侧停止。在这个时候，我们又希望汽车的动力传递与地面阻力无关，驱动轴不要分成两半。为了解决这个矛盾，在一些汽车上装置了锁止机构。在汽车正常行驶时锁止机构不起作用,一旦发生单侧打滑,锁止机构立即动作,强行带动慢半轴转动或制止快半轴飞转。一种自动锁止机构的简单原理如图所示,它包含超越离合器和齿轮变速装置两大部分。超越离合器有两个环，一个与半轴（红色）花键联接，另一个环（绿色）上的齿轮1与齿轮2啮合，齿轮2与齿轮3做成一体，齿轮3又与固联在差速器壳体上的齿轮4啮合。差速器壳和双联齿轮2-3通过轴承安装在与车身固连的外壳（灰色）上。超越离合器两环的相对转速有一个临界值，由汽车最小转弯半径决定。汽车正常行驶时，两半轴的转速变化不会超出最小转弯半径所规定的范围，此时超越离合器超越运行，两环互相分离，锁止机构不起作用（类似骑自行车下坡，车轮飞转而你的双脚可以静止）。一旦出现打滑（超出临界转速），超越离合器就会接合，传动轴锥齿轮6的动力经齿轮6-5-4-3-2-1传到超越离合器，最后由接合状态下的超越离合器强行带动半轴转动（类似正常行驶时的骑自行车，你的脚所施加的力能够全部传递到车轮）。具有自动锁止功能的差速器使得汽车的通过性和操纵性同时得到改善。从驱动形式看汽车现代轿车主要有两种驱动方式：F.R和F.F。F.R车叫做前置发动机后轮驱动，是传统的驱动形式。它是前轮转向后轮驱动，发动机输出动力通过离合器变速器传动轴输送到驱动桥上，在此减速增扭后传送到后面的左、右半轴上，驱动后轮使汽车运行，前后轮各行其职，转向与驱动分开，负荷分布比较均匀。F.F车叫做前置发动机前轮驱动，则是70年代末才真正兴起的驱动形式。它将变速器之后的东西都往前挪，变速器与驱动桥做成一体，固定在发动机旁将动力直接输送到前轮上，前轮承担了转向和驱动两副重任，省略了长长的传动轴，缩短了传递动力的距离，减少功率传递损耗也就相应节省了燃油。没有了传动轴，轿车地板不必为它凸出一条通道有利车厢内的布置，车架不必为后驱动桥腾出空间位置，可以降低车身高度有助于行车的稳定性。发动机可以横置缩短了机厢的长度，在汽车总长不变的情况下增大乘座厢的长度和空间。前轮成为驱动轮变成了“拉”汽车前进，有利于方向控制。由于有上述优点，所以F.F车风靡车坛。但是事物总有二重性，由于F.F车上的机械大件头大多集中在前面，所以前轮负荷比后轮大，遭到意外碰撞时容易产生变形，波及前轮定位；当汽车启动瞬间和上徒坡时车身重心都会向后移，会减少前轮的正压力从而降低了车轮的牵引力，但这时汽车的阻力也是最大，这一增一减令F.F车的启动加速度和爬坡能力都会逊色于F.R车，因此F.F形式多用于自重量不大的轿车。另外从安全的角度来分析，轿车的前置发动机起到一种安全屏障的作用，F.R车的发动机是纵置的，而F.F车的发动机多是横置的，两者比较，F.R车在安全保障系数方面比F.F车高一些。另外还有一种驱动形式叫做后置发动机后轮驱动，即R.R车。它似乎是F.F车的翻版，只不过是将车前的“五脏六腑”移到车后，这样一来似乎保持了F.F车的优点也消除了F.F车的缺点，但同时也会增添另外的麻烦。首先变速器、离合器、油门等操纵杆要通过狭窄的车底，从车头驾驶员位置连通到车尾发动机的位置上，发动机移到后面使冷却问题不好解决，乘员厢前面失去了发动机做“安全屏障”，汽车前端要经过加固处理而使成本上升，目前只有象保时捷这样的高级跑车才用R.R形式，其它小车很少沾边。不过对于有充分空间位置的大客车来讲，既能解决上述麻烦又能减低废气窜入车厢的程度，因此很流行R.R形式。从驱动形式可以知道，轿车上的许多装置形式都有合理的一面也有不合理的一面，要满足或提高某些性能要求很可能要牺牲或降低其它某些性能的要求，尽善尽美的东西似乎并不存在。(四轮驱动四轮驱动，又称全轮驱动，顾名思义是指汽车前后的轮子都有动力驱动，可以按照行驶路面状态的不同而将发动机输出扭矩分别分布在前后所有的轮子上，提高汽车的行驶能力。四轮驱动表示法用44或者4WD。注明这些符号的汽车就是有四轮驱动的功能了。四轮驱动以往用在越野车上，现在有些轿车也用上了这种装置。一般的越野车，变速器后面装有手动分力器，前后车轴各装一个称为驱动桥的部件。变速器输出的扭矩通过分力器和传动轴，分别传递到前后车轴上的驱动桥，再通过驱动桥将扭矩传递到轮子上。而在轿车上，由于轿车的车架结构与越野车的车架结构有所不同，作用目的也有差异，所以轿车上的四轮驱动装置是常啮合式，增加了粘性偶合器，省去了手动分力器，自动将扭矩按需分配给前后轮子。现代轿车的马力都比较大，加速时重心后移，造成前轴轻飘。这对于前轮驱动的轿车来讲，即使在良好的路面上车也会打滑，四轮驱动可以防止这种现象发生。所以，轿车应用四轮驱动，主要作用是提高车子的加速性能 。目前四轮驱动的小车，发动机以前置或者中置为主。前置发动机的轿车重量分配到前后轴上大致相同，两轴的驱动力矩大约是45：55到40：60，中置发动机的跑车，全车重量在前后轴上的分布大约是40：60，两轴的驱动力矩大约是35：65到30：70。这两类车子前后轴之间有差速器和粘性耦合器，哪一个轴的轮子打滑，可以通过耦合器的粘性液体把它的部分驱动扭矩传送到不打滑的车轮上。美国克莱斯勒汽车公司在一些前轮驱动轿车上安装四轮驱动装置，将发动机输出扭矩通过传动装置传到前桥左半轴的延长杆上，并通过中间装有硅酮粘液耦合器的传动轴传递到后驱动桥上，再经分置的半轴来驱动后轮。在正常路面上，四轮驱动装置将发动机输出扭矩的92%分配到前轮，8%分配到后轮；在滑溜的路面上，将至少40%的扭矩分配给后轮；当前轮开始打滑时，前、后轮的转速差异会使耦合器中的粘液立即变稠并锁住耦合器，从而使传动轴只将扭矩传递至后轮，待前、后轮的转速差异消失就自动回复原有驱动形式。现在的轿车四轮驱动装置已经引进了电子计算机控制系统，随时根据路面状态的反馈信息分配前后轮子的动力。近年比较流行的多功能运动型车（SUV），也是一种以四轮驱动为主的车辆。这类车按照用途不同，有四种驱动形式，全时传动（Full-Time）、兼时传动（Part-Time）、适时传动（Real-Time）和兼时适时混合传动。它们各自的特点如下：全时传动，平时行驶就将发动机输出扭矩按50：50设定在前后轮上，永远维持四轮驱动模式，随时有良好的驾驶操控性和行驶循迹性。缺点是不经济，比较费油。兼时传动，可以随时根据路面状况，通过操纵杆或者按钮变换两轮驱动或者四轮驱动模式，这也是一般SUV最常见的传动方式。缺点是机械构造比较复杂，驾车者要具备相当的驾驶经验才能掌握好变换时机。适时传动，驱动形式由电脑控制。正常路面以两轮驱动，如果异常路面或者驱动轮打滑，电脑会自动测出并立即将发动机输出扭矩分配给其它两轮，变为四轮驱动状态，操纵简单。缺点是电脑即时反应较慢，车辆越野性能较差，变换方式由电脑代劳，没有驾驶乐趣。兼时适时混合传动，就是一种弥补兼时与适时长短处的驱动形式。驾车者可以按照自己的兴趣自由变换兼时传动或者适时传动方式。看不见、摸不着的东西往往被认为“玄”，不好理解。但是您有没有注意到，正是因为看不见、摸不着，反而能够正确地接受它。例如，书上说自由电子从负极流向正极，您就顺从地接受了。而对于一些看得见、摸得着得东西，反而容易被直觉蒙蔽，变得不好理解。汽车发动机是动力源泉，这是无可置疑的基本常识。但是如果有人对您说，汽车之所以能够向前行驶，是因为地面对它施加了推力，您会不会感到愕然呢？汽车行驶中的外部摩擦汽车行驶中的主要阻力是摩擦力，其中的主要组成部分是外部摩擦力，例如地面对车轮的滚动摩擦力，空气对车身的流动摩擦力，等等。如果有人问您，汽车为什么能够克服摩擦力行驶？您可能会回答，是因为发动机可以产生驱动力。这样只答对了一半。其实，汽车之所以能够克服摩擦阻力是因为获得了摩擦推力。至于发动机的驱动力，是为了获得摩擦推力而设置的。有了驱动力未必可以获得摩擦推力，冰雪路面上或者陷入泥潭中的汽车就是很好的例子。在研究汽车行驶的时候，汽车是作为一个整体看待的。因此，发动机的驱动力只是内力，而内力必须要通过外力才能起作用。设想一下健壮的您，挥舞双臂做操的时候，身体并没有因您的用力而移动，那是因为没有获得外力。而当您用手臂推墙壁时，由于获得了墙壁对您手臂的推力（是外力），您的身体就会产生移动。同样的道理，一部汽车只有当获得外部推力的时候才能运动。在中学物理课中我们学过，互相接触的物体之间可以有力的相互作用。汽车与什么外部物体接触呢？显然是路面。当发动机驱动车轮转动时，轮胎边缘相对路面有向后运动的趋势，因此就获得了向前的摩擦力。正是这个向前的外力克服了汽车行驶时的阻力。摩擦力的大小与互相接触的两个物体的材料以及润滑状态有关，干燥结实的路面可以产生足够的摩擦推力，而雨天相当于在路面与轮胎之间加了水润滑剂。至于冰雪或其他软路面是无法产生足够的摩擦推力的，因此轮子陷在里面只能空转打滑，为了解决这一窘景，有经验的司机只要拾些木块或石头垫在车轮下就能将车开动。(汽车变速器的现状和发展方向汽车行驶的速度是不断变化的，这就要求汽车的变速器的变速比要尽量多，这就是无级变速(Continuously Variable Transmission简称CVT) 。尽管传统的齿轮变速箱并不理想，但其以结构简单、效率高、功率大三大显着优点依然占领着汽车变速箱的主流地位。在跨越了三个世纪的一百多年后的今天，汽车还没有使用上满意的无级变速箱。这是汽车的无奈和缺憾。但是,人们始终没有放弃寻找实现理想汽车变速器的努力,各大汽车厂商对无级变速器(CVT)表现了极大的热情，极度重视CVT在汽车领域的实用化进程。这是世界范围尚未根本解决的难题，也是汽车变速器的研究的终极目标。围绕汽车变速箱五个研究方向，各国汽车变速器专家展开了激烈的角逐。1 摩擦传动CVT金属带式无级变速箱(VDT-CVT)的传动功率已能达到轿车实用的要求，装备金属带式无级变速箱的轿车已达100多万辆。据报道：大排量6缸内燃机（2.8L）的奥迪A6轿车上装备的金属带式无级变速箱Multitronic CVT ，能传动142kw（193bhp）功率，280Nm扭矩。这是真正意义的无级变速器。另一种摩擦传动CVT(名为Extroid CVT)是滚轮转盘式。日产把它装在概念车XVL上首次于去年东京车展展示，新款公爵(Cedric)车也装用这种CVT。可与3L以上排量的大马力内燃机(XVL的引擎输出为330Nm/194kw)搭配使用，可谓汽车变速箱发展史上又一重要进步。从V形橡胶带CVT到V型金属带CVT再到滚轮转盘式CVT，摩擦传动CVT的研究已持续了整整一个世纪，尽管摩擦传动无级变速器的发展已经达到很高的水平，也已经装备上汽车达到了实用的水平。但齿轮变速箱依然占据着半壁河山，这至少说明了四个问题：（1）无级变速（CVT）是汽车变速箱始终追逐的目标。（2）摩擦传动CVT实现大功率的无级变速传动是极为困难的。（3）摩擦传动CVT传动效率低是必然的。（4）摩擦传动CVT的效率，功率无法与齿轮变速相比。2 液力传动人们经常把液力自动变速器（AT）和无级变速器（CVT）两个概念混为一谈。实际上这两种变速器工作原理完全不同。液力自动变速器免除了手动变速器繁杂的换档和脚踩离合器踏板的频繁操作，使开车变得简单、省力。但是, 液力自动变速器（AT）不是无级变速，是有级变速的自动控制，没有从根本上满足汽车对变速器的要求。从原始橡胶带无级变速箱到现代金属链无级变速箱、滚轮转盘式CVT，百年大回转说明：无级变速箱是汽车变速箱的最终归属，液力自动变速器只不过是一种过渡产品。3电控机械式自动变速器电控机械式自动变速器(Automated Mechanical Transmission简称AMT)和液力自动变速器（AT）一样，不是无级变速器，是有级变速器的自动换档控制。其特点是机械传动部分沿用了传统的有级变速箱，但控制参量太多，实现自动控制相当困难。 4齿轮无级变速器齿轮无级变速器（Gear Continuously Variable Transmission）这是一种全新的设计思想，是利用齿轮传动实现高效率、大功率的无级变速传动。据最新消息：一种齿轮无级变速装置(Gear Continuously Variable Transmission简称G-CVT)已经试制成功，并已经进行了多次样机试验。齿轮无级变速装置结构相当简单，只有不足20种非标零件，51个零件，生产成本甚至低于手动变速箱。预计今年进行装车试验。齿轮无级变速器的优势表现为：（1）传动功率大，200KW的传动功率是很容易达到的；（2）传动效率高，90%以上的传动效率是很容易达到的；（3）结构简单，大幅度降低生产成本，相当于自动变速箱的1/10；（4）对汽车而言，提高传动效率，节油20%；（5）发动机在理想状态下工作，燃料燃烧完全，排放干净，极大的减少了对环境的污染。轿车离合器离合器装在发动机与变速器之间，汽车从启动到行驶的整个过程中，经常需要使用离合器。它的作用是使发动机与变速器之间能逐渐接合，从而保证汽车平稳起步；暂时切断发动机与变速器之间的联系，以便于换档和减少换档时的冲击；当汽车紧急制动时能起分离作用，防止变速器等传动系统过载，起到一定的保护作用。离合器类似开关，接合或断离动力传递作用，因此，任何形式的汽车都有离合装置，只是形式不同而已。自动变速器的液力变扭器已经具有离合作用，而手动变速器的离合器主要是采用摩擦形式，并独立成为一种装置，有自己的控制系统。因此，普通手动变速器汽车都有离合器踏板装置，安装在驾车者座椅地面前左端。本文内容主要阐述手动变速器轿车上的摩擦片式离合器及其控制形式。闭合分离轿车采用膜片离合器，它由主动部分（由壳体、膜片弹簧、压盘等组成的整体并用螺钉固定在发动机飞轮上），被动部分（由摩擦片与从动盘组成）和操纵部分组成。被动部分装在飞轮与压盘之间，通过滑动花键套在变速器的输入轴上。在膜片弹簧（4）的弹力作用下，从动盘（1）、压盘（3）与飞轮（2）夹紧，发动机工作时，飞轮和压盘通过它们与摩擦片之间的摩擦带动从动盘一起旋转，将扭矩传递给变速器主动轴。当驾车者踩下离合器踏板，操纵部分的分离叉将分离轴承推向前，推动膜片弹簧下端，使膜片弹簧上端绕支点转动并拉动压盘向后移动，解除了压盘与摩擦片之间的压紧力，发动机只能带动主动部分旋转，无法将扭矩传递给变速器。当驾车者松开离合器踏板，操纵部分将分离轴承拉回来，膜片弹簧下端压力解除，恢复原位，压盘在膜片弹簧压力下又向前移动并将摩擦片压紧，发动机又可将扭矩传递至变速器。摩擦片上还均匀分布了若干只横置的螺旋小弹簧，用于减少离合时的冲击和振动。目前，汽车离合器操纵形式有拉线和液压式两种，轿车多用液压操纵式，它具有噪声小、省力、平稳、布置方便的优点，由总泵、分泵、软管、踏板等组成。当驾车者踩下离合器踏板时，推杆推动总泵活塞使油压增高，通过软管进入分泵，迫使分泵拉杆推动分离叉，将分离轴承推向前；当驾车者松开离合器踏板时，液压解除，分离叉在回位弹簧作用下逐渐退回原位，离合器又处在接合状态。现在，电子技术也进入了离合器系统。一种由控制单元（ECU）控制的离合器已经应用在多款的轿跑车上。其ECU汇集油门踏板、发动机转速传感器、车速传感器等信号，驱动伺服马达机构施行自动变速。（手动变速器与同步器手动变速器是最常见的变速器，简称MT。它的基本构造用一句话概括，就是两轴一中轴，即指输入轴、轴出轴和中间轴，它们构成了变速器的主体，当然还有一根倒档轴。手动变速器又称手动齿轮式变速器，含有可以在轴向滑动的齿轮，通过不同齿轮的啮合达到变速变扭目的。典型的手动变速器结构及原理如下。输入轴也称第一轴，它的前端花键直接与离合器从动盘的花键套配合，从而传递由发动机过来的扭矩。第一轴上的齿轮与中间轴齿轮常啮合，只要轴入轴一转，中间轴及其上的齿轮也随之转动。中间轴也称副轴，轴上固连多个大小不等的齿轮。输出轴又称第二轴，轴上套有各前进档齿轮，可随时在操纵装置的作用下与中间轴的对应齿轮啮合，从而改变本身的转速及扭矩。输出轴的尾端有花键与传动轴相联，通过传动轴将扭矩传送到驱动桥减速器。由此可知，变速器前进档位的驱动路径是：输入轴常啮齿轮中间轴常啮齿轮中间轴对应齿轮第二轴对应齿轮。倒车轴上的齿轮也可以由操纵装置拨动，在轴上移动，与中间轴齿轮和输出轴齿轮啮合,以相反的旋转方向输出。多数汽车都有5个前进档和一个倒档，每个档位有一定的传动比，多数档位传动比大于1，第4档传动比为1，称为直接档，而传动比小于1的第5档称为加速档。空档时输出轴的齿轮处于非啮合位置，无法接受动力传输。由于变速器输入轴与输出轴以各自的速度旋转，变换档位时合存在一个同步问题。两个旋转速度不一样齿轮强行啮合必然会发生冲击碰撞，损坏齿轮。因此，旧式变速器的换档要采用两脚离合的方式，升档在空档位置停留片刻，减档要在空档位置加油门，以减少齿轮的转速差。但这个操作比较复杂，难以掌握精确。因此设计师创造出同步器，通过同步器使将要啮合的齿轮达到一致的转速而顺利啮合。目前全同步式变速器上采用的是惯性同步器，它主要由接合套、同步锁环等组成，它的特点是依靠摩擦作用实现同步。接合套、同步锁环和待接合齿轮的齿圈上均有倒角（锁止角），同步锁环的内锥面与待接合齿轮齿圈外锥面接触产生摩擦。锁止角与锥面在设计时已作了适当选择，锥面摩擦使得待啮合的齿套与齿圈迅速同步，同时又会产生一种锁止作用，防止齿轮在同步前进行啮合。当同步锁环内锥面与待接合齿轮齿圈外锥面接触后，在摩擦力矩的作用下齿轮转速迅速降低（或升高）到与同步锁环转速相等，两者同步旋转，齿轮相对于同步锁环的转速为零，因而惯性力矩也同时消失，这时在作用力的推动下，接合套不受阻碍地与同步锁环齿圈接合，并进一步与待接合齿轮的齿圈接合而完成换档过程。（奇妙的行星齿轮每一部汽车上都有行星齿轮，少了它们，汽车就不能自由行走。汽车上的行星齿轮主要用在两个地方，一是驱动桥减速器、二是自动变速器。很多网友都想知道，行星齿轮有什么功能，为什么汽车少不了它。我们熟知的齿轮绝大部分都是转动轴线固定的齿轮。例如机械式钟表，上面所有的齿轮尽管都在做转动，但是它们的转动中心（与圆心位置重合）往往通过轴承安装在机壳上，因此，它们的转动轴都是相对机壳固定的，因而也被称为定轴齿轮。有定必有动，对应地，有一类不那么为人熟知的称为行星齿轮的齿轮，它们的转动轴线是不固定的，而是安装在一个可以转动的支架（蓝色）上（图中黑色部分是壳体，黄色表示轴承）。行星齿轮（绿色）除了能象定轴齿轮那样围绕着自己的转动轴（B-B）转动之外，它们的转动轴还随着蓝色的支架（称为行星架）绕其它齿轮的轴线（A-A）转动。绕自己轴线的转动称为自转，绕其它齿轮轴线的转动称为公转，就象太阳系中的行星那样，因此得名。也如太阳系一样，成为行星齿轮公转中心的那些轴线固定的齿轮被称为太阳轮，如图中红色的齿轮。 在一个行星齿轮上、或者在两个互相固连的行星齿轮上通常有两个啮合点，分别与两个太阳轮发生关系。如右图中，灰色的内齿轮轴线与红色的外齿轮轴线重合，也是太阳轮。轴线固定的齿轮传动原理很简单，在一对互相啮合的齿轮中，有一个齿轮作为主动轮，动力从它那里传入，另一个齿轮作为从动轮，动力从它往外输出。也有的齿轮仅作为中转站，一边与主动轮啮合，另一边与从动轮啮合，动力从它那里通过。在包含行星齿轮的齿轮系统中，情形就不同了。由于存在行星架，也就是说，可以有三条转动轴允许动力输入/输出，还可以用离合器或制动器之类的手段，在需要的时候限制其中一条轴的转动，剩下两条轴进行传动，这样一来，互相啮合的齿轮之间的关系就可以有多种组合：动力从其中一个太阳轮输入，从另外一个太阳轮输出，行星架通过刹车机构刹死；动力从其中一个太阳轮输入，从行星架输出，另外一个太阳轮刹死；动力从行星架输入，从其中一个太阳轮输出，另外一个太阳轮刹死；两股动力分别从两个太阳轮输入，合成后从行星架输出；两股动力分别从行星架和其中一个太阳轮输入，合成后从另外一个太阳轮输出；动力从其中一个太阳轮输入，从另外一个太阳轮和行星架分两路输出；动力从行星架输入，分两路从两个太阳轮输出；我们知道，汽车发动机只有一个，而车轮有四个。发动机的转速扭矩等特性与路面行驶需求大相径庭。要把发动机的功率适当地分配到驱动轮，可以利用行星齿轮的上述特性。如自动变速器，也是利用行星齿轮的这些特性，通过离合器和制动器改变各个构件的相对运动关系而获得不同的传动比。行星齿轮与自动变速器我们知道，没有行星齿轮也能变速，主要靠一些可以在轴上移动的齿轮来实现。如图中蓝色的齿轮，用花键与黑色的轴联接，与轴一起转动传递扭矩的同时还可以在轴上移动。当处于图示实线位置的时候，动力从红色的轴（它上面固连着一大一小两个齿轮）通过较大的红齿轮传给黑轴左边蓝色较小的齿轮，此时黑轴的转动速度较高；如果移动蓝色的齿轮，使它当处于图示虚线位置的时候，动力通过右边较小的红齿轮传给较大的蓝色齿轮，此时黑轴的转动速度较低。通过移动齿轮的方式进行换档变速往往需要离合器暂时断开动力传输，还要解决发动机与车轮之间的速度匹配问题，例如加油，如果措施不当，会造成零件之间的冲击或者发动机熄火。如果您经常乘坐老式的公共汽车，一定领教过司机换档时齿轮的撞击尖叫声，或者在上坡时发动机突然熄火带来的虚惊。在奇妙的行星齿轮一文中，我们谈过，在包含行星齿轮的系统中，互相啮合的齿轮之间的关系可以有多种组合。如图所示，一种简单的自动变速器由两排结构相同的齿轮系组成，灰色的是行星齿轮，绿色是行星架，小的外齿轮 （左排蓝色和右排红色）和大的内齿轮（左排红色和右排黑色）都是太阳轮。 红色是输入轴（包括左排大齿轮和右排小齿轮），黑色是输出轴（连同右排大齿轮）。左排上装有控制机构，小太阳轮（蓝色）可以通过离合器与输入轴连接，也可以通过刹车机构使它停止转动，行星架也可以通过刹车机构刹死，这样，就可以变换出不同的组合。如果离合器和刹车全部松开，动力是不能传递的，此时是空挡。右排红色齿轮上依然可以有动力输入，但是只能引起行星轮和行星架的空转，不能带动大齿轮转动。如果把离合器打上，全部刹车松开，就成了高速档（直接档）。此时左排小的太阳轮通过离合器与输入轴连在一起，大、小两个太阳轮成为一体（用红色表示此时小齿轮与输入轴固连在一起），夹着行星轮一起旋转，三个齿轮之间没有相对转动，行星架也就跟着以同一速度旋转。而右排由于小的太阳轮与行星架的转动速度是一样的，没有相对转动，也就迫使大齿轮也与它们一起转动。此时动力没有经过任何变换直接从输入轴传到输出轴。如果离合器松开，左排小齿轮刹死，行星架刹车松开，就成了低速档。左排行星轮受大齿轮的驱动在静止的小太阳轮（已经刹死）上滚动，带动行星架以另一种速度转动，从而带动右排的行星架也一起转动。这样，右排的小太阳轮与行星架之间就有了速度差，使得右排大齿轮输出较小的速度。如果只是把左排行星架刹死，其余全部放开，就是倒车档。由于此时行星架不转了，整个系统就成为一般的轴线固定的定轴齿轮系统了。由于离合器放开，左排齿轮空转。动力从右排小太阳轮输入，经过灰色齿轮（此时轴线固定）变换转动方向之后从大齿轮输出反方向的速度。现在我们明白了，行星齿轮系统在离合器和刹车的配合使用下形成不同组合，达到换档的目的。自动变速器的机械原理核心就是在这里。根据路况、发动机工况自动、连续、平稳地变换档位，还需要有辅助设置的配合。上帝之手拨动汽车的轮子汽车为什么会拐弯？您一定会毫不犹豫地回答：是我扭动了方向盘。其实，方向盘的转动只是改变了转向轮的轴线的方向。要真正实现拐弯，还要使左右两边轮子的速度同时发生变化。如果向右拐，左边轮子就要跑快一点，向左拐，右边的轮子就要跑快一点。拐弯的半径越小，两轮的速度差就要越大。我们知道，汽车发动机只有一个，如何按照需要把动力分配到不同的轮子上？答案似乎出于您的意料：是上帝的手。这个上帝就是自然规律，他时时刻刻在拨动您的车轮，在需要的时候让它改变速度。自然规律只是一种存在，要把它引入为我们服务，就要设计一种方式，让上帝的手伸进来。在奇妙的行星齿轮一文中，我们谈过，在包含行星齿轮的系统中，互相啮合的齿轮之间的关系可以有多种组合。其中的一种就是动力从行星架输入，分两路从两个太阳轮输出。这就是驱动桥差速器的原理。其中的两个太阳轮一左一右与两个轮子分别相连。例如，我们把行星架与两个太阳轮的速度设计成满足 n1 + n2 = 2n3 这个关系，其中n3是行星架转速，就是从发动机经变速器和驱动桥减速器减速器之后到达差速器的转速；n1和n2分别是两个太阳轮的转速，也就是两个轮子的转速。如果在修理间支起汽车，用手转动一侧驱动轮，另一侧会以相同的速度朝相反的方向转动。这是因为此时发动机的转速为零，行星架的转速也为零，即n3=0；两条半轴的转速必须大小相等方向相反（n1 = - n2），代数和才能等于零，从而满足 n1 + n2 = 2n3 = 0。发动机的动力经变速器、减速器来到行星架上，如果此时汽车直线行走，两边轮子的阻力就相等，消耗的动力也相等，此时n1=n2，根据n1+ n2 = 2n3 这个关系，两边轮子的转速与行星架是相同的。如果车子正在转弯，内侧的轮子阻力就大于外侧，功率就会往外侧输送得多一点。这是自然规律在起作用，这个规律称为最小能耗原理，就是自然界任何系统都趋向于消耗能量最小的状态。现在我们明白了，由于驱动桥两侧轮子分别与两根半轴相连，两根半轴分别通过两个太阳轮与行星轮啮合，预备了三条转速可能不同的轴，才使上帝能够有所作为。 算一算：如果轴距是2米，向左转弯的半径是10米，左边轮子的轨迹半径是9米，右边轮子的轨迹半径是11米，左右轮子的转速比就是9：11，如果此时输入行星架的转速是每秒5转，则左侧轮子的转速是每秒4.5转，右侧轮子是每秒5.5转，满足4.5+5.5=25的关系。变速器传动比我们知道，汽车发动机在一定的转速下能够达到最好的状态，此时发出的功率比较大，燃油经济性也比较好。因此，我们希望发动机总是在最好的状态下工作。但是，汽车在使用的时候需要有不同的速度，这样就产生了矛盾。这个矛盾要通过变速器来解决。汽车变速器的作用用一句话概括，就叫做变速变扭，即增速减扭或减速增扭。为什么减速可以增扭，而增速又要减扭呢？设发动机输出的功率不变，功率可以表示为 N = wT，其中w是转动的角速度，T是扭距。当N固定的时候，w与T是成反比的。所以增速必减扭，减速必增扭。汽车变速器齿轮传动