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第3節 底盤

一、傳動系統

(一)功用與組成

1.功用

汽車傳動系統的基本功用是將發動機發出的動力傳給驅動車輪。具體包括:①變速變矩,變速器在發動機轉速范圍變化不大的情況下,滿足汽車行駛速度變化大和克服各種行駛阻力的要求。②實現倒車,變速器設有倒檔,實現汽車倒車。③中斷動力傳遞,在換檔過程、行駛過程中短時間停車,利用變速器的空檔中斷動力傳遞。④減速增矩,通過主減速器的減速比,達到減速增矩的目的。⑤差速功能,在汽車轉向等情況下,需要兩驅動車輪以不同轉速轉動,差速器可以實現差速功能。

2.組成

如圖1-115所示,FF車輛傳動系統由離合器、驅動橋、驅動軸等組成,驅動橋又包括變速器和差速器兩部分。FR車輛傳動系統由離合器、變速器、傳動軸、差速器、半軸、車橋等組成。

圖1-115 傳動系統組成

A—FF車 B—FR車

1—發動機 2—驅動橋 3—變速器 4—驅動軸 5—傳動軸 6—差速器 7—半軸 8—車橋 9—車輪

(二)離合器

1.功用與組成

1)功用。①逐漸接合動力,保證汽車平穩起步;②暫時切斷動力,保證換檔;③有效傳遞動力,離合器不得打滑。

2)組成。由離合器、操縱機構兩部分組成,如圖1-116所示。

圖1-116 離合器組成

1—摩擦片 2—壓盤 3—離合器蓋 4—分離軸承 5—分離叉 6—儲液罐 7—離合器踏板 8—主缸 9—工作缸 10—飛輪

3)離合器。包括主動部分和從動部分,如圖1-117所示。主動部分包括飛輪、壓盤總成。壓盤總成又由離合器蓋、膜片彈簧、壓盤等組成。從動部分是離合器摩擦片。

4)操縱機構。主要由離合器踏板、推桿、主缸、液壓軟管、工作缸、分離叉、分離軸承等組成,如圖1-118所示。離合器踏板和分離軸承之間通過主缸、工作缸及液壓管路相連,離合器依靠人力產生的液壓力控制。

2.離合器工作過程

1)離合器分離。如圖1-119所示,離合器踏板被踩下時,主缸活塞推動離合器液經液壓軟管到達工作缸,液壓推動工作缸活塞,活塞推桿推動分離叉和分離軸承,膜片彈簧將壓盤拉起,對摩擦片解除壓力,使之脫離與飛輪和壓盤的接觸,離合器呈分離狀態。

圖1-117 離合器

1—防塵套 2—分離叉 3—卡圈 4—分離軸承 5—壓盤總成 6—摩擦片 7—飛輪 8—膜片彈簧 9—壓盤

圖1-118 操縱機構

1—離合器踏板 2—推桿 3—主缸 4—液壓軟管 5—工作缸 6—分離叉 7—壓盤總成

2)離合器接合。如圖1-120所示,離合器踏板釋放后,膜片彈簧回位,通過分離軸承、分離叉推動工作缸活塞,將離合器液送回到主缸,踏板處于自由狀態,膜片彈簧對摩擦片產生壓力,摩擦片由于受飛輪和壓盤之間的摩擦力使之一起轉動,離合器呈接合狀態。

圖1-119 離合器分離

圖1-120 離合器接合

(三)手動變速器

1.功用與組成

1)功用。輸入軸將動力傳遞給變速器中的齒輪,齒輪改變轉矩和轉速并將動力輸出,實現前進、倒車、空檔功能。手動變速器如圖1-121所示。

2)組成。手動變速器主要由變速器總成和換檔操縱機構組成。變速器總成主要由殼體、輸入軸、輸出軸、倒檔軸、齒輪、同步器、換檔機構、自鎖機構、互鎖機構等部件組成。

2.變速器主要部件

1)變速器軸。6前進檔變速器的輸入軸和輸出軸如圖1-122所示。發動機的動力通過離合器摩擦片傳遞給輸入軸,然后通過輸入軸和輸出軸上某個檔位的一對嚙合齒輪,再由輸出軸向主減速器的主動齒輪輸出轉矩。

圖1-121 手動變速器

圖1-122 變速器軸

1—輸入軸 2—輸出軸

2)齒輪。6個前進檔有6對齒輪,1個倒檔齒輪,如圖1-123所示。

圖1-123 變速器齒輪

R—倒檔齒輪

1—1檔齒輪 2—2檔齒輪 3—3檔齒輪 4—4檔齒輪 5—5檔齒輪 6—6檔齒輪

3)同步器。同步器的功用是在換檔時避免檔位齒輪嚙合時出現撞擊,由接合套、同步環、齒轂、滑塊、檔位接合齒及摩擦錐面組成。同步環可以設1~3個,越多同步功能越好。如圖1-124所示,單同步環有一對摩擦錐面,雙同步環有兩對摩擦錐面,三同步環有三對摩擦錐面。

圖1-124 同步環

1—單同步環 2—雙同步環 3—三同步環

3.換檔操縱機構

操縱機構如圖1-125所示,變速桿通過拉索連接變速器換檔機構,從而達到換檔的目的。

圖1-125 換檔操縱機構

(四)差速器

1)功用。在差速器殼體中包含主減速器,如圖1-126所示,具有三種功用:①減速,進一步降低轉速,增加轉矩;②差速,汽車轉彎或在不平路面行駛時,使左右驅動車輪以不同的轉速滾動;③驅動力方向轉換,FR車輛,將來自變速器的動力方向改變90°,傳送到驅動車輪。

2)結構。如圖1-127所示,FF車輛的差速器與變速器組合成驅動橋,FR車輛的差速器與主減速器安裝在后橋。差速器設有兩個行星齒輪和兩個半軸齒輪,這些齒輪在汽車轉彎時自動調節左、右車輪的轉速差。

圖1-126 差速器功用

1—減速 2—差速 3—驅動力方向轉換

圖1-127 差速器結構

A—FF車 B—FR車

1—傳動軸 2—主動齒輪 3—從動齒輪 4—行星齒輪 5—半軸齒輪 6—驅動軸

(五)驅動軸

FF車的驅動軸功用與傳動軸相同,都是將變速器的轉矩傳遞給驅動車輪。驅動軸一端與驅動橋連接,一端與驅動車輪連接。驅動軸由內側等角速萬向節、半軸、外側等角速萬向節、萬向節防塵套等組成,如圖1-128所示。

圖1-128 驅動軸

1—內側等角速萬向節 2—半軸 3—外側等角速萬向節 4—萬向節防塵套

驅動軸的兩端裝有兩個等角速萬向節,無論萬向節的角度怎樣,等角速萬向節總能夠防止差速器輸出軸與車輪軸之間出現瞬時轉速差。等角速萬向節有球籠式、三樞軸式兩種形式。

1)球籠式萬向節。球籠式萬向節由內座圈、球籠、鋼球、外座圈組成,如圖1-129所示,鋼球在內、外座圈的滾道中滾動具有傳力功用,內座圈連接驅動軸,外座圈連接車輪軸。

2)三樞軸式萬向節。三樞軸架上裝有3個滑動滾子,如圖1-130所示,由于滑動滾子可以在滑道內軸向自由移動,可以使軸形成一定的角度并可以調節長度,以適應車輛懸架的運動。在速度性能穩定方面三樞軸式萬向節稍差于球籠式萬向節,但結構簡單,并可以軸向滑移。

圖1-129 球籠式萬向節

1—內座圈 2—外座圈 3—球籠(鋼球保持架)4—鋼球

圖1-130 三樞軸式萬向節

1—樞軸 2—樞軸架 3—滑動滾子

(六)傳動軸與中間支撐

1.傳動軸

傳動軸裝在前置發動機、后輪驅動或四輪驅動車輛上。傳動軸的功用是將動力傳遞給后驅動橋。因為傳動軸是一個高轉速、少支撐的旋轉體,所以在工作中需要保持運轉動平衡。傳動軸一端安裝在變速器輸出端,另一端與驅動橋相連接,如圖1-131所示。

2.中間支撐

當傳動軸比較長時,傳動軸中間會分段,需要設置中間支撐,如圖1-132所示。中間支撐的特點是,傳動軸可以在支撐軸承中轉動,支撐軸承裝有橡膠襯套,可以改善軸承受力。

圖1-131 傳動軸

圖1-132 中間支撐

1—中間支撐 2—傳動軸

二、自動變速器

(一)功用及分類

1)功用。自動變速器的功用是根據發動機負荷和車速等工況的變化,自動變換傳動比,使車輛獲得良好的動力性和燃油經濟性,提高車輛行駛的安全性、乘坐舒適性和操縱輕便性。

2)分類。自動變速器類型有液壓自動變速器(AT)、無級變速器(CVT)、雙離合變速器(ECT)、電控機械自動變速器(AMT)、混合動力汽車變速器。

(二)AT

AT主要由液力變矩器、行星齒輪機構、液壓控制裝置、電子控制系統四個部分組成,如圖1-133所示。

換檔操作機構,即變速桿總成位于中央控制臺,通過一根拉索機械連接至變速器,如圖1-134所示。

圖1-133 AT

圖1-134 換檔操縱機構

1.液力變矩器

液力變矩器位于發動機和變速器之間,以自動變速器油(ATF)為工作介質,主要功用是增加轉矩、無級變速、自動離合、驅動油泵。

液力變矩器主要由泵輪、渦輪、導輪和鎖止離合器組成,如圖1-135所示。泵輪與發動機曲軸相連,渦輪與變速器輸入軸相連,泵輪和渦輪之間沒有機械連接,二者之間靠液體流動來傳遞動力。導輪的功用是增加轉矩,鎖止離合器工作時將泵輪和渦輪鎖為一體,可以機械地傳送動力而不用液體傳送。

2.行星齒輪機構

行星齒輪機構是自動變速器的變速部分,行星齒輪排如圖1-136所示。行星齒輪機構有三個部件:太陽輪、行星齒輪架(包含行星齒輪)、齒圈。每個部件都可以作為輸入、輸出,也可以保持不動,自動變速器內部通過兩排或者三排行星齒輪形成不同的檔位。

圖1-135 液力變矩器結構

1—泵輪 2—導輪 3—渦輪 4—鎖止離合器 5—變矩器殼體 6—驅動接口

圖1-136 行星齒輪排

1—太陽輪 2—軸 3、4—行星齒輪 5—行星齒輪架 6—齒圈

3.液壓控制裝置

液壓控制裝置也稱閥體,內部有不同的開關閥、壓力閥,這些閥按照變速器的要求動作來改變油路方向和油壓,從而控制換檔執行件,以獲得相應的檔位。液壓控制裝置主要由油泵、閥體、油路、離合器、制動器、ATF冷卻器等組成,如圖1-137所示。

圖1-137 液壓控制裝置

1—變速器控制單元 2—液力變矩器 3—液壓控制閥 4—離合器/制動器 5—ATF冷卻器 6—油泵 7—行星齒輪機構 8—變速器油底殼

4.電子控制系統

為提供換檔的平順性,變速器控制單元(TCM)接收各傳感器發來的信號,如圖1-138所示,進行換檔控制。自動變速器車輛在換檔行駛時,要考慮發動機的運行情況以及自動變速器和其他電氣系統的工作狀況,所以需要電控系統來連接這些系統,使這些系統能夠協調工作,達到完美的工作效果。

圖1-138 電子控制系統

電子控制系統主要由變速器控制單元、傳感器、執行器組成,在不同的行駛模式、發動機負載、駕駛人要求、車速等情況下,調整適當的檔位來提高燃油經濟性和行駛的舒適性。變速器控制單元(TCM)如圖1-139所示。有些車輛將發動機控制單元(ECM)與變速器控制單元合二為一,稱作PCM。

圖1-139 變速器控制單元

(三)無級變速器

無級變速器采用帶式傳動,在最小傳動比和最大傳動比之間可以連續控制,如圖1-140所示。根據發動機輸出功率,發動機轉矩通過飛輪減振器傳遞給變速器,前進檔和倒檔各有一個濕式離合器,倒檔旋轉方向通過行星齒輪系改變。轉矩再通過輔助減速齒輪傳遞到主動帶輪,然后通過傳動帶傳給從動帶輪,最后通過主減速器的主動齒輪,傳給主減速器從動齒輪。

圖1-140 無級變速器

1—飛輪減振器 2—倒檔離合器 3—輔助減速齒輪 4—主動帶輪 5—傳動帶 6—從動帶輪 7—變速器控制單元 8—液壓控制單元 9—前進檔離合器 10—行星齒輪排

主動帶輪與從動帶輪的寬度由液壓控制單元同步調整,主動帶輪調寬,從動帶輪調窄,傳動比增大,如圖1-141所示。主動帶輪調窄,從動帶輪調寬,傳動比減小,如圖1-142所示。液壓控制單元受控于變速器控制單元。

圖1-141 傳動比增大

1—主動帶輪 2—從動帶輪

圖1-142 傳動比減小

當踩下制動踏板時,制動踏板指示燈點亮,可將變速桿由P位換到R、N、D位,如圖1-143所示。Tiptronic功能提供有級手動模式,推向“+”升檔,拉向“-”降檔,此時還要由控制單元根據車速來確認。

圖1-143 變速桿

1—制動踏板指示燈 2—自動模式(P/R/N/D) 3—手動模式(+/-) 4—檔位指示燈

(四)雙離合變速器

雙離合變速器也稱作直接換檔變速器(DSG),7速DSG如圖1-144所示,具有7個前進檔和1個倒檔。ECT主要由離合器K1和K2、驅動軸1和驅動軸2、輸出軸1和輸出軸2、輸出軸3、P位鎖齒輪等組成。

飛輪通過K1與驅動軸1接合,再通過1/3、5/7換檔撥叉撥動同步器,如圖1-145所示,掛上1、3、5、7檔。飛輪通過K2與驅動軸2接合,再通過2/4、6/倒換檔撥叉撥動同步器,掛上2、4、6、倒檔。P位鎖齒輪被鎖止后,通過輸出軸3可將差速器圓柱齒輪鎖住。

圖1-144 7速DSG

1~7—前進檔齒輪 R1—倒檔中間齒輪 R2—倒檔齒輪

藍色—驅動軸1及1、3、5、7檔齒輪綠色—驅動軸2及2、4、6倒檔齒輪

圖1-145 四個換檔撥叉

(五)電控機械自動變速器

AMT是在手動變速器的基礎上實現自動換檔。變速器采用平行軸斜齒輪傳動,特點是齒輪變速機構簡單、制造和維修成本較低。齒輪變速機構大致與手動變速器相同,如圖1-146所示,駕駛人將變速桿置于“D”位,變速器ECU根據車速、節氣門位置等信號,自動操作離合器和換檔機構進行傳動比改換。

圖1-146 AMT

1—變速桿 2—傳感器 3—變速器ECU 4—油泵 5—執行器 6—發動機 7—離合器 8—變速器

三、行駛系統

(一)功用與分類

1)功用。汽車行駛系統的功用是接受由發動機經傳動系統傳來的轉矩,并通過驅動車輪與路面附著作用,產生路面對汽車的驅動(牽引)力,傳遞并承受路面作用于車輪上的各反力。行駛系統應盡可能緩和不平路面對車身造成的沖擊和振動,保證汽車行駛平順性。行駛系統與轉向系統配合,實現汽車行駛方向的正確控制,保證汽車操縱穩定性。

2)組成。汽車行駛系統主要由車橋、懸架、車輪軸承、輪轂和輪胎等組成,如圖1-147所示。越野汽車利用車架、轎車利用車身作為行駛系統的裝配基體。

懸架將車橋與車架或車身相連。懸架的功用是傳力、導向和緩沖減振。懸架主要由彈性元件、減振器、導向機構、橫向穩定桿等組成,如圖1-148所示。

圖1-147 行駛系統

1—前懸架 2—后懸架

圖1-148 懸架組成

A—獨立懸架 B—非獨立懸架

1—彈性元件 2—減振器 3—橫向穩定桿 4—導向機構

3)分類。汽車懸架有兩種類型:普通懸架、主動懸架。普通懸架系統的剛度和阻尼是按經驗或優化設計的方法確定的,在汽車行駛過程中其性能是不變的。主動懸架的剛度、阻尼及車身高度,由懸架ECU按照行駛狀態進行自適應調節,使懸架始終處于最佳減振狀態。

(二)普通懸架

1.彈性元件

彈性元件的功用是緩和路面沖擊力并減少傳遞到車身上的振動,常采用的彈性元件有螺旋彈簧、鋼板彈簧、扭桿彈簧。

1)螺旋彈簧。螺旋彈簧廣泛用于獨立懸架,如圖1-149所示,有些乘用車后輪非獨立懸架也采用。螺旋彈簧的優點是重量輕、抗沖擊能力優越、乘坐舒適性好,它主要用于乘用車。

圖1-149 螺旋彈簧

2)鋼板彈簧。鋼板彈簧除了彈簧功能外兼有導向機構功用,如圖1-150所示,無需再設導向機構。鋼板彈簧的優點是持久耐用,缺點是體積大、重量大、乘坐舒適性不好,它主要用于載貨汽車。

圖1-150 鋼板彈簧

3)扭桿彈簧。扭桿彈簧利用扭力桿的扭轉彈性變形承載和吸收沖擊,如圖1-151所示。扭桿彈簧的優點是結構簡單、維修簡便,它主要用于越野車、皮卡。

圖1-151 扭桿彈簧

2.減振器

減振器的功用是緩沖車身的振動,如圖1-152所示,提供良好的行駛平順性。減振器的工作原理是利用油液流過活塞通道的阻力,限制彈性元件的移動。

圖1-152 減振器

1—活塞 2—單向閥 3—節流孔 4—彈簧 5—減振器

減振器按功用分類分為單向功用筒式減振器、雙向功用筒式減振器,如圖1-153所示。

圖1-153 減振器工作原理

A—單向功用筒式 B—雙向功用筒式

1—節流孔 2—單向閥 3—油液

1)單向功用筒式減振器。伸張行程時,上室油液經節流孔緩慢流入下室,產生對彈簧振動的阻尼力。壓縮行程時,因單向閥孔徑很大,下室油液快速流回上室,不產生阻尼力。

2)雙向功用筒式減振器,伸張行程時,上室油液經節流孔緩慢流入下室,產生對彈簧振動的阻尼力。壓縮行程時,因單向閥孔徑較小,下室油液緩慢流回上室,產生阻尼力。目前各種車輛均采用雙向功用減振器。

3.橫向穩定桿

當車輛轉彎時,因為離心力致使車輛向外側傾斜,如圖1-154所示,橫向穩定桿的功用是利用自身彈簧扭轉力減少車輛轉彎時的傾斜,保持輪胎貼緊地面。如果兩前輪接觸的地面高度不同,橫向穩定桿也會起作用,當車輛傾斜并且一側車輪下沉時,穩定桿扭曲,像彈簧一樣工作,將下沉一側的車輪向車身方向提升。如果是兩側等量下沉,穩定桿不會像彈簧那樣工作,因為它不發生扭曲。

圖1-154 橫向穩定桿

4.球頭銷

麥弗遜式懸架的下控制臂(下擺臂)與轉向節之間采用球頭銷連接,如圖1-155所示。球頭銷承受垂直及水平載荷,在轉動方向盤時起著轉向節銷的功用。

圖1-155 球頭銷

1—球頭銷 2—防塵套 3—球座 4—外殼 5—橡膠墊

5.非獨立懸架

根據支撐車輪的方式,懸架分為非獨立懸架和獨立懸架,如圖1-156所示。低級別乘用車一般前橋采用獨立懸架,后橋采用非獨立懸架。高級乘用車一般前、后橋均采用獨立懸架。

圖1-156 兩種類型懸架

1—非獨立懸架 2—獨立懸架

非獨立懸架的兩個車輪連接到一個車橋上,車橋通過彈簧固定到車身上,由于兩個車輪和車橋在垂直方向上運動步調一致,因此車輪的運動相互影響。這種懸架類型具有結構簡單、可靠性高的特點。非獨立懸架常采用拖臂式,兩個拖臂與車橋橫梁制成一體,如圖1-157所示,橫向推力桿對車橋橫梁起橫向定位作用,螺旋彈簧只承受垂直方向的力,這種形式具有結構簡單和乘坐舒適的特點,應用在FF乘用車的后橋。

6.獨立懸架

獨立懸架的每個車輪都有單獨的控制臂支撐,控制臂通過彈簧安裝在車身上。這種懸架因為每個車輪相對于其他車輪都獨立地上下運動,能有效地減振并提供極好的乘坐舒適性。獨立懸架常用麥弗遜式、雙橫臂式。

1)麥弗遜式。這是一種免去上控制臂的懸架形式,如圖1-158所示,使得結構比雙橫臂式簡單。由于零部件較少,因此較易保養,主要應用在FF乘用車的前橋。

圖1-157 拖臂式懸架

1—減振器 2—螺旋彈簧 3—橫梁 4—橫向推力桿

圖1-158 麥弗遜式懸架

1—橫向穩定桿 2—控制臂 3—螺旋彈簧 4—減振器

2)雙橫臂式。具有支撐車輪和轉向節的上、下控制臂,如圖1-159所示。轉向節將上、下控制臂連接起來,控制臂承受縱向和橫向力,螺旋彈簧只承受垂直力。這種結構因零部件多而變得復雜,但是因為剛性好且能穩固地支撐車輪,故能提供極好的操縱穩定性和行駛平順性,主要應用在FR乘用車的前橋。

圖1-159 雙橫臂式懸架

1—上控制臂 2—減振器 3—螺旋彈簧 4—下控制臂 5—橫向穩定桿

(三)主動懸架

主動懸架常采用電子控制空氣懸架,使用空氣彈簧,如圖1-160所示,利用壓縮空氣的彈性,取代金屬彈簧,可以緩沖小振動并提供更好的行駛平順性。ECU根據行駛條件,利用空氣壓縮機調整主空氣室的壓力、體積,以改變彈簧的彈性和車身高度。

圖1-160 空氣彈簧

1—空氣彈簧 2—副空氣室 3—主空氣室 4—橡膠氣囊 5—空氣壓縮機

ECU根據行駛情況改變減振器的阻尼力,如圖1-161所示,確保良好的舒適性和操縱穩定性,使車輛處于水平。起步時,強阻尼力使車輛行駛穩定;正常行駛時,弱阻尼力使行駛舒適;轉向時,較強阻尼力使車輛運行平穩;高速駕駛時,中等阻尼力使駕駛舒適而平穩;制動時,較強阻尼力使車輛平穩行駛。

圖1-161 電子控制減振器阻尼力

1—電子控制空氣懸架ECU 2—減振器控制開關 3—傳感器 4—減振器執行器 5—減振器

(四)車輪定位

車輛必須具有穩定的直線行駛性能和轉彎性能,因此,通過將車輪以特定的角度與地面定位來實現各個定位角度,這就是所謂的車輪定位。車輪定位主要包括主銷后傾、主銷內傾、車輪外傾、前束。當車輛出現行駛跑偏、輪胎異常磨損等現象時,均需要進行四輪定位。

1)主銷后傾。從車輛側面看時,主銷軸線向后傾斜角度γ稱為主銷后傾,如圖1-162所示。主銷后傾的主要作用是在汽車轉彎后,前輪能自動回正,以保持汽車直線行駛的穩定性。

圖1-162 主銷后傾

主銷后傾角是主銷軸線和地面垂直線之間的角度,該角度產生一個使車輪返回直線行駛的力,這樣就能夠使車輛保持直線行駛。L是主銷后傾拖距,這是輪胎的接地中心與主銷軸延長線同路面交點之間的距離,車輛沿直線行駛的能力隨主銷后傾拖距提高而提高。

2)主銷內傾。從車輛前方看時,主銷軸線向內傾斜角度β稱為主銷內傾,如圖1-163所示。主銷內傾的作用是汽車轉彎后,使車輪自動回正,保持汽車直線行駛的穩定性。

圖1-163 主銷內傾

1—上球節 2—下球節

主銷內傾角是主銷軸線和地面垂直線之間的角度,L是主銷偏置距,這是沿路面測量的輪胎中心線和主銷軸線延伸線與路面交點之間的距離。

3)車輪外傾。從車輛前方看時,車輪的傾斜角度α稱為車輪外傾,如圖1-164所示。前輪外傾的作用是提高前輪工作的安全性和轉向操縱輕便型。

向內傾斜是負外傾,外傾角是由車輪中心線和地面垂直線形成的,它可使輪胎緊緊附著在地面上,這就增強了車輛的轉彎性能。

4)前束。從車輛上方向下看時,車輪一般都朝向內側,這種情況稱為前束,如圖1-165所示。前束的作用是消除由于車輪外傾帶來的不良影響,使車輪具有純滾動行駛的能力。

圖1-164 車輪外傾

圖1-165 前束

1—正前束 2—負后束

前束有助于保持車輛直線行使。車輪朝向內側,即ba稱為正前束;車輪朝向外側,即ab稱為負前束。如果斜交線和子午線輪胎的外傾角相同,轉彎時斜交線輪胎的胎面和胎肩將產生較大的變形,為彌補變形而規定較大的前束值,子午線輪胎則規定前束值較小或為零。

(五)車輪與輪胎

1.車輪

1)功用。車輪的功用是支承整車,緩和來自路面的沖擊力,產生驅動力、制動力和側向力,承擔越障,提高通過性等。

2)組成。車輪主要由輪轂和輪胎兩部分組成,輪轂是介于輪胎和車軸之間承受負荷的旋轉組件。

2.輪輞

輪輞是輪胎的承載體,對車輛行駛的安全性有很重要的作用。輪輞按照材質可以分為鋁合金輪輞、鋼制輪輞。

1)鋁合金輪輞。用鋁或鎂合金制成,如圖1-166所示。與鋼制輪轂相比,鋁合金輪輞更輕,可降低簧下重量,提高乘坐舒適性、附著性、加速性和散熱性等。

2)鋼制輪輞。如圖1-167所示,鋼制輪輞制造簡單,適宜大批生產,重量較輕,并且為了減輕重量,改善制動器的冷卻性能,車輪上通常開有多個孔洞。鋼制輪輞較容易變形,因此多應用于低端車型。

圖1-166 鋁合金輪輞

圖1-167 鋼制輪輞

3.輪胎

1)輪胎功用。輪胎的功用是緩沖、減振,與路面相互作用產生驅動力、制動力和側向力,保證汽車的通過性,承受汽車重力。

2)輪胎種類。分為子午線輪胎和斜交線輪胎,目前乘用車均采用子午線輪胎。與斜交線輪胎相比,子午線輪胎重量輕、胎面變形較小、具有較好的附著力和轉彎性能。

3)子午線輪胎結構。主要由胎面、帶束層、鋼絲簾線加固帶層、胎體簾布層、內膠層、胎側壁、型芯、鋼芯、輪緣加強層等組成,如圖1-168所示。

圖1-168 輪胎結構

1—胎面 2—帶束層 3—鋼絲簾線加固帶層 4—胎體簾布層 5—內膠層 6—胎側壁 7—型芯 8—鋼芯 9—輪緣加強層

4)輪胎外表面。包括四個部分:胎冠、胎肩、胎側、胎圈。胎冠與路面接觸,直接承受沖擊和磨損,保護簾布層免受機械損傷,為使輪胎與路面之間有良好的附著性能,胎面上制有各種凹凸花紋。胎肩是胎冠與胎側過渡的拐角處,如果車輪定位不正確,此處容易磨損。胎側在輪胎的側面,是輪胎的薄弱部位。胎圈的作用是使輪胎牢固地裝在輪輞上,有較大的剛度與強度。

5)子午線輪胎型號。采用國際標準化組織(ISO)輪胎型號,由六部分組成:輪胎斷面寬度(mm)、高寬比(%)、輪胎結構、輪輞直徑(in)、載荷指數、速度代碼。前四項為結構尺寸,后兩項為使用條件。輪胎斷面尺寸如圖1-169所示。

輪胎型號舉例如圖1-170所示,195/60 R 14 86 H:輪胎斷面寬度195mm,高寬比60%,子午線輪胎,輪輞直徑14in(1in=0.0254m),單只輪胎最大載荷530kg,允許最高車速210km/h。

圖1-169 輪胎斷面尺寸

H—高度 W—寬度 D1—輪輞直徑D2—輪胎外徑

圖1-170 輪胎型號舉例

輪胎斷面高度與寬度之比的百分率稱為高寬比,如圖1-171所示,高寬比=H(高度)/W(寬度)×100%。高寬比大的輪胎具有較好的乘坐舒適性,但轉彎性能稍差,適用于家庭用車。高寬比小的輪胎具有較差的乘坐舒適性,但轉彎性能好,適用于運動型車。

圖1-171 高寬比

W—寬度 H—高度

6)磨損標記。胎冠花紋中的小凸起是輪胎磨損標記點,如圖1-172所示。磨損極限為1.6mm,如果輪胎已經磨損到該點,則必須更換輪胎,否則輪胎附著(抓地)能力和防滑性能將嚴重下降。

圖1-172 磨損標記

四、轉向系統

(一)功用與分類

1)功用。汽車轉向系統是用來改變汽車行駛方向的專設機構的總稱,轉向系統的功能就是按照駕駛人的意愿控制汽車的行駛方向。

2)分類。轉向系統的類型包括機械轉向系統、助力轉向系統。后者又包括液壓助力轉向系統、電子液壓助力轉向系統、電動助力轉向系統。

(二)機械轉向系統

機械轉向系統主要由轉向盤、轉向柱、轉向器、轉向拉桿、轉向節球頭等組成。

1)轉向盤。轉向盤一般采用高強度材料制成,呈圓形,但近些年有變化,如圖1-173所示。轉向盤的外圈與中心轂之間有輻條相連,中心轂固定在轉向柱頂端,安全氣囊也安裝在轉向盤上。

2)轉向柱。轉向柱用來傳遞駕駛人的轉向意圖,如圖1-174所示。轉向柱總成支承轉向盤,有些車裝有可潰縮式轉向柱,當汽車發生碰撞的時候對駕駛人起到保護功用。

圖1-173 轉向盤

圖1-174 轉向柱

1—轉向盤 2—轉向柱

3)轉向器。類型有齒輪齒條式、循環球式。齒輪齒條式轉向器如圖1-175所示,它將旋轉運動轉換為直線運動。齒輪齒條式轉向器外形小巧、結構簡單、便于布置,在轎車、輕型貨車上得到廣泛的應用。循環球式轉向器的正傳動效率很高,故操縱輕便,使用壽命長,在貨車上得到廣泛應用。

4)轉向節球頭。轉向節球頭側端是轉向橫拉桿,上端用螺栓與轉向臂相連,如圖1-176所示,正常情況下,轉向節球頭應轉動自如。

圖1-175 齒輪齒條式轉向器

1—轉向器外殼 2—齒輪 3—齒條

圖1-176 轉向節球頭

(三)液壓助力轉向系統

液壓助力轉向系統的功用是減輕駕駛人轉動轉向盤的力。

1.液壓助力轉向系統

液壓助力轉向系統是在機械轉向的基礎之上增加了液壓泵、液壓管路和液壓缸,如圖1-177所示,由發動機的曲軸帶動液壓泵產生油壓實現助力。

1)液壓泵。液壓泵俗稱轉向助力泵,如圖1-178所示,由螺栓固定在發動機上,油泵低壓管通往助力油儲液罐,高壓管通往轉向器液壓缸。

圖1-177 液壓助力轉向系統

圖1-178 液壓泵

2)助力油儲液罐。用來儲存液壓油,如圖1-179所示,一根管路通往液壓泵,提供液壓油;另一根管路通往液壓缸,作為回油管。

圖1-179 助力油儲液罐

2.電子液壓助力轉向系統

電子液壓助力轉向系統就是在液壓助力轉向的基礎上,取消了液壓泵,改為電動泵,在一定程度上降低了發動機的負荷,從而降低了燃油消耗,實現良好的助力效果。電子液壓轉向系統也增加了一些電控元件,從而實現助力的自動化控制,如圖1-180所示。但該系統仍然使用液壓油,目前很少采用。

圖1-180 電子液壓助力轉向系統

(四)電動助力轉向系統

電動助力轉向系統利用直流電動機提供轉向動力,輔助駕駛人進行轉向操作,如圖1-181所示。電動機將力矩施加到轉向柱或轉向器上。電動助力轉向系統除了具備電子液壓助力轉向系統的優點外,由于沒有管路的限制,節省了空間,布置位置也比較靈活,目前被廣泛采用。

大眾汽車裝備的電動助力轉向系統如圖1-182所示。當轉動轉向盤時,控制單元接收到轉向盤轉角傳感器和轉向力矩傳感器的信號,輸出指令給電動機使其轉動,此時轉向柱和電動機兩個小齒輪同時驅動齒條移動,實現轉向助力作用。

圖1-181 電動助力轉向系統

1—集成控制單元、電動機及傳感器

圖1-182 大眾電動助力轉向系統

1—轉向力矩傳感器 2—控制單元 3—電動機 4—電動機小齒輪 5—齒條 6—轉向盤轉角傳感器 7—轉向柱 8—轉向柱小齒輪

五、制動系統

(一)功用與分類

制動系統的功用:汽車行駛中減速或停車,車輛停下后可靠地停放以及在坡道上停放。

制動系統按功用分為行車制動器、駐車制動器。乘用車的行車制動器采用液壓制動系統和真空助力器。

(二)行車制動器

行車制動器主要由制動器、制動踏板、制動液罐、制動液、制動主缸、制動輪缸、制動液管路、真空助力器等組成。

1.盤式制動器

旋轉元件是制動盤,固定元件是制動鉗,盤式制動器具有散熱快、重量輕、構造簡單、調整方便,制動穩定性高等優點。另外一種制動器是鼓式制動器,目前乘用車很少采用。盤式制動器主要由制動鉗、制動片、制動盤等組成,如圖1-183所示。

1)制動鉗。目前乘用車采用浮式制動鉗,只在一側有活塞,活塞在液壓作用下伸出,將制動片壓向制動盤。同時制動鉗向活塞伸出相反的方向運動,將另一側制動片壓向制動盤,在兩個制動片的夾持下使制動盤停止轉動,如圖1-184所示。制動鉗為鋼制和鋁制。

圖1-183 盤式制動器

A—非制動狀態 B—制動狀態

1—制動鉗 2—制動片 3—制動盤 4—輪缸活塞 5—制動液

圖1-184 制動鉗

2)制動片。制動片是推壓制動盤的零件,由鋼襯片和摩擦片構成,如圖1-185所示。消聲墊片位于鋼襯片和輪缸活塞之間,作用是防止制動時由于制動片振動而發出噪聲。

3)制動盤。有實心和空心兩種制動盤,如圖1-186所示。實心盤是一只與車輪一起旋轉的金屬盤,金屬盤為實心;空心盤的金屬盤為空心,可以通風散熱。

圖1-185 制動片

1—制動片 2—消聲墊片

圖1-186 制動盤類型

A—實心盤 B—通風盤

2.液壓制動系統

液壓制動系統主要由制動踏板、制動液罐、制動液、制動主缸、制動輪缸、制動液管路、真空助力器等組成。

1)制動液。壓力會通過制動液直接傳遞至輪缸中,從而產生制動時的輪缸壓力。對制動液的要求:黏溫性好、凝固點低、低溫流動性好、沸點高、高溫下不產生氣阻、使用過程中品質變化小、不引起金屬件和橡膠件的腐蝕和變質。

國標(GB)將制動液分為HZY3、HZY4、HZY5三級,分別對應國際上的DOT3、DOT4、DOT5級。制動液級別越高,安全保障性越好,一般中低檔汽車使用HZY3級制動液,中高檔車使用HZY4級制動液。制動液包裝如圖1-187所示。

2)制動主缸、制動輪缸。制動主缸、輪缸均由泵體、活塞、密封圈、彈簧等組成。當踩下制動踏板,如圖1-188所示,制動主缸內產生液壓。對于盤式制動器,輪缸活塞向外伸出,迫使兩個制動片夾緊制動盤,由于制動片與制動盤產生摩擦,使車輪停止轉動。對于鼓式制動器,輪缸活塞向外伸出,迫使兩個制動蹄向外擴張,由于制動蹄片與制動鼓產生摩擦,使車輪停止轉動。目前制動主缸采用雙管路設計,有兩個活塞,每個活塞產生的液壓送往一條管路,如若一條管路突然泄漏,仍然有兩個車輪保持有制動力。

圖1-187 制動液包裝

圖1-188 制動主缸與輪缸

1—制動踏板 2—真空助力器 3—制動主缸 4、9—制動輪缸 5—制動片 6—制動盤 7—制動鼓 8—制動蹄

3)制動液管路。制動液管路承載著制動液壓力的波動,制動主缸與制動輪缸之間由管路連接,制動管路的布置形式有對角分布和前后分布。

①對角分布,對角線上的兩個輪缸是同一回路,如圖1-189所示,通常用于前輪驅動的汽車。

②前后分布,兩個前輪制動輪缸和兩個后輪制動輪缸分屬兩個回路,如圖1-190所示,通常用于后輪驅動的汽車。

圖1-189 對角分布

1—通往右前輪缸和左后輪缸 2—通往左前輪缸和右后輪缸

圖1-190 前后分布

1—通往兩個前輪缸 2—通往兩個后輪缸

4)真空助力器。真空助力器安裝在制動主缸后方,如圖1-191所示。作用是減輕駕駛人踩下制動踏板時所用的力。助力器膜片兩側分別是空氣和真空,壓力差的作用促使膜片移動,膜片通過推桿推動主缸活塞,起到助力功用。真空源取自發動機運轉后進氣歧管內的真空,或采用單獨的真空泵提供真空源。

圖1-191 真空助力器

(三)駐車制動器

駐車制動器俗稱手制動器,功用是車輛停放時對后輪進行機械制動。按結構分為機械式駐車制動器、電子式駐車制動器。

1.機械式駐車制動器

機械式駐車制動器的操縱桿類型主要有手柄型、踏板型。

1)手柄型。拉動安裝在中控臺后方的駐車制動手柄,如圖1-192所示,可進行制動或釋放。手柄帶動拉索使后輪制動器的制動片夾緊,或者使制動蹄張開,對后輪制動。手柄型主要用于轎車和商用車輛。

圖1-192 手柄型

2)踏板型。駕駛人腳下左側是駐車踏板,如圖1-193所示,踩下踏板將車輪制動,拉起釋放桿解除車輪制動,操作更加便捷,常用于某些轎車和高級車輛。

圖1-193 踏板型

2.電子式駐車制動器

功用是替代傳統的駐車制動器,優點是舒適、方便、節約車內空間、具有自診斷功能、簡化裝配過程、安全性高。主要由ABS控制單元、電子駐車制動控制單元、制動執行元件、離合器位置傳感器、駐車制動開關、Auto Hold開關等組成。

操作方法:如圖1-194所示,按下駐車制動開關,該開關內的警告燈點亮,儀表板上駐車制動警告燈點亮,駐車制動被激活。再次按下駐車制動開關,駐車制動釋放,車輛起步時駐車制動也可自動釋放。按下Auto Hold開關,該開關內的警告燈點亮,車輛在每次停穩后駐車制動自動激活,車輛起步時駐車制動自動釋放。

圖1-194 電子式駐車制動器

A—駐車制動開關 B—Auto Hold開關

1—ABS控制單元 2—電子駐車制動控制單元 3—制動執行元件 4—離合器位置傳感器

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