发布于 10-16 10:53:43
汽车底盘由传动系统、行驶系统、转向系统和制动系统四大系统组成，其功用为接受发动机的动力，使汽车运动并保证汽车能够按照驾驶人的操纵而正常行驶。如图2-26所示为汽车的底盘结构。
图2-26 汽车的底盘结构
如图2-27和图2-28所示为常见货车及轿车的底盘结构。
图2-27 常见货车的底盘结构
图2-28 常见轿车的底盘结构
汽车传动系统的基本功用是，将发动机的转矩传递给驱动轮，同时还必须适应行驶条件的需要，改变转矩的大小。
以普通的机械式传动系统为例，发动机发出的动力依次经过离合器、变速器和由万向节与传动轴组成的万向传动装置，以及安装在驱动桥中的主减速器、差速器和半轴，最后传到驱动轮，如图2-29所示。现在采用自动变速器的汽车越来越多，其底盘包括自动变速器、万向传动装置、驱动桥等，即自动变速器取代了离合器和手动变速器。
图2-29 机械式传动系统的构造
传动系统各总成的基本功用如下。
（1）离合器 按需要，接通或者切断发动机与传动系统之间的动力传递。
（2）变速器 实现车辆的变速，改变转矩大小及输出轴旋转方向，也可以切断动力。
（3）万向传动装置 将变速器输出的动力传给主减速器，并且适应两者之间距离和轴线夹角的变化。
（4）主减速器 减速增矩，改变动力传递方向。
（5）差速器 将主减速器传来的动力分配给左右两半轴，并且允许左右两半轴以不同角速度旋转，实现左右车轮的差速。
（6）半轴 将差速器传来的动力传给驱动轮。
液力机械式传动系统的特点是组合运用液力传动和机械传动，以液力机械变速器取代机械式传动系统中的摩擦片式离合器和普通齿轮式变速器，其他的组成部件与机械式传动相似。
汽车行驶系统是用来把汽车各个总成和部件连接成为一个合理的整体的机构的总称。其作用是支撑全车的重量，承受车辆运动时车轮与道路之间的冲突所产生的各种力和力矩，减缓路面对车辆的冲击和振动力，保证汽车平稳行驶。
行驶系统的结构形式因行驶条件和车型的不同而有所差异。绝大多数的汽车采用轮式行驶系统。此外，还有履带式、水路两用式等。
汽车行驶系统一般由车架、车桥、车轮和悬架等组成，如图2-30（a）所示。车轮安装在车桥上，车桥通过悬架与车架相连接。车架是全车的装配基础，它把汽车连成一个整体。
图2-30 汽车行驶系统的组成及部分受力分析
汽车行驶系统的受力情况如图2-30（b）所示，在垂直方向上，汽车的总重力Ga通过前后车轮传到地面，引起地面垂直反力
和
；在水平方向上，当后轮（驱动轮）受到驱动转矩Mk的作用时，通过车轮与路面的附着作用，产生向前的纵向反力——牵引力Ft。牵引力除用以克服驱动轮的滚动阻力外，其余大部分经过驱动桥壳和悬架传到车架，其中一部分用于克服空气阻力和上坡阻力，另一部分由车架经前悬架传到从动桥，作用在从动轮中心，使从动轮克服滚动阻力向前滚动，于是整个汽车便向前运动。
由于牵引力Ft是作用在轮缘上的，此力对驱动轮中心形成一个反力矩Ftrk，并力图使驱动桥壳前端向上抬起。这将导致万向传动装置中万向节卡死不能工作，甚至损坏。同时，牵引反力矩经后悬架传给车架，使车架连同整车前部都有向上抬起的趋势，由此导致了前轮上的垂直载荷减少而后轮上的垂直载荷增加。
同理，汽车制动时，制动力与驱动力方向相反，其作用结果恰好反之。
汽车在弯道上或横向坡道上行驶时，车轮与路面之间将产生侧向力，此力也是由行驶系统承受和传递的。
综上所述，路面作用于车轮上的所有外力都必须通过行驶系统的零部件传给车架，使汽车行驶、制动或转向。同时，这些力和力矩又使车架与车桥等基础件产生变形、裂纹、连接件松动及各总成相对位置改变。此外，这些力还会使配合副之间产生冲击和振动，出现噪声、密封件掉落等。
汽车在行驶过程中，需要经常改变行驶轨迹。就轮式汽车而言，驾驶员通过专设的动力传递机构，驱动转向轮相对于汽车纵轴线偏转一定的角度，以实现汽车行驶方向的改变。另外，汽车在直线行驶时，由于受到路面侧向力的作用，自动偏离正常的行驶方向。驾驶员同样利用这套机构使转向车轮向反方向偏转，使汽车恢复其正常的行驶方向。用来改变或恢复汽车行驶方向的传动机构，称为汽车转向系统。汽车转向系统的功用是在不同的行驶条件和速度下，控制汽车的转向轮偏角，改变汽车行驶方向，使汽车能按驾驶员的意愿进行行驶。
汽车转向系统通常分为机械转向系统和动力转向系统两大类。
如图2-31所示，机械转向系统主要由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。
图2-31 机械转向系统示意
1—方向盘；2—转向轴；3—转向万向节；4—转向传动轴；5—转向器；6—转向摇臂；7—转向直拉杆；8—转向节臂；9—左转向节；10—左梯形臂；11—转向横拉杆；12—右梯形臂；13—右转向节
汽车转向系统的功用是在不同的行驶条件和速度下，控制汽车的转向轮偏角，改变汽车行驶方向，使汽车能按驾驶员的意愿进行行驶。
汽车转向系统要实现其功用，必须达到以下要求。
①转向时，四轮汽车的4个车轮沿同一个圆心无滑动。
②转向轻便。驾驶人施加在方向盘外缘的最大圆周力，轿车不能超过200N，重型载货车不能超过450N。
③方向盘的回转圈数要少。轿车的转向传动比在14∶1和24∶1之间（如果要让转向转动1°，方向盘要转动14°或24°），一般从极左转至极右为4～7圈。
④汽车行驶时，方向盘应稳定，汽车转向后，方向盘应有自动回正功能。
⑤转向冲击时，方向盘的感觉要小，但是要适当可逆，不打手，又要有路感。
⑥转向灵敏，方向盘的自由转动量应控制在极小的范围内。
⑦刚度和强度足够，成本低廉，可靠耐用等。
转向系统的工作过程如下。
驾驶员转动方向盘，方向盘便带动转向器的转向传动机构，然后，转向传动机构带动前轮偏转，控制汽车行驶方向。转向系统的形式有多种，但均由上述三个部分组成，不同之处在于转向系统使用的动力能源不同以及转向器的形式不同。
驾驶员转动使车辆转向的零件包括方向盘、转向轴和转向管柱；转向器降低转向轴转动速度的同时，将转向轴的转动传递给转向传动机构，转向器箱体总成直接连接到车架；转向传动机构除了将转向器的运动传递给前轮外，还要保持左、右轮之间的正确关系。转向传动机构一般包括转向摇臂、直拉杆、万向节臂和转向横拉杆等。
机械转向系统是以驾驶员的体力为转向能源，其中所有的传力件都是机械零件。动力转向系统又可分为液压动力转向系统、气压动力转向系统和电动助力转向系统，三种转向系统都兼用驾驶员的体力，分别采用发动机动能转换而来的液压能量、气压能量和电能来实现转向。为了使动力更为精确，有的动力转向系统采用微机控制，即电控动力转向系统。
如图2-31所示，汽车转向时，驾驶员转动方向盘1，通过转向轴2、转向万向节3和转向传动轴4，将转向力矩输入转向器5。从方向盘1到转向传动轴4这一系列部件即属于转向操纵机构。
转向器5中有1～2级啮合传动副，具有减速增力作用。经转向器5减速后的运动和增大后的力矩传到转向摇臂6，再通过转向直拉杆7传给固定于左转向节9上的转向节臂8，使左转向节9及装于其上的左转向轮绕主销偏转。左、右梯形臂10和12的一端分别固定在左、右转向节9和13上，另一端则与转向横拉杆11作球铰链连接。当左转向节偏转时经左梯形臂10、横拉杆11和右梯形臂12的传递，右转向节13及装于其上的右转向轮随之绕主销同向偏转相应的角度。
转向摇臂6、转向直拉杆7、转向节臂8、左梯形臂10、转向横拉杆11和右梯形臂12总称为转向传动机构。
左梯形臂10、转向横拉杆11、右梯形臂12和前轴构成转向梯形，其作用是在汽车转向时，使内、外转向轮按一定的规律进行偏转。
电动动力转向系统在普通机械转向系统上增加了微机、转向传感器、电动机（转向执行器）等。这种转向系统具有不直接消耗发动机动力、节能、无需油压管路等特点，但是动力较小，适用于前轴负荷较轻的轿车。
现在汽车动力转向系统的应用，可以让转向省力又快捷。动力转向系统由动力转向装置和机械转向装置组成，机械转向装置也是由转向操纵装置、转向器和转向传力装置组成的。如图2-32所示为动力转向系统的组成。
图2-32 动力转向系统的组成
一般汽车使用前轮转向系统，但是一些中高级轿车采用四轮转向系统。汽车行驶时，四轮转向系统可以让汽车的前轮和后轮同时发生偏转，四轮转向系统使前轮驱动的汽车工作更可靠，由于后轮没有驱动装置，所以安装后轮转向系统也很方便。四轮转向系统可以确保汽车良好的操纵性与稳定性，即有效控制汽车横向的运动特性，以充分保证汽车的操纵稳定性。
四轮转向系统中的后轮转向可以根据汽车速度或者方向盘的转角来控制。在车速较低或方向盘转角很大时，后轮的转向与前轮相反。当汽车行驶速度较高或方向盘转角较小时，后轮的转向与前轮相同。这样设计目的是在低速转弯时具有中性转向，在高速时具有不足转向特性，保证汽车的操纵稳定性。
在汽车行驶时，后轮可以向两个不同方向各偏转大约5°。超过一定行驶速度（高于35km/h），当汽车高速转弯时，离心力趋向使汽车后部向侧面移动，这样会使后轮在路面上发生侧向滑动，即侧滑。车速和转向的急剧程度决定了侧滑的大小。如果侧滑过大，会使汽车发生横向旋转，从而使驾驶员失去对汽车的控制。在高速行驶时，四轮转向系统使后轮转动方向与前轮相同，侧滑将会减轻，使汽车稳定性得到改善。汽车行驶速度较低时，如低于35km/h，则后轮将向与前轮相反的方向偏转。这改善了在掉头行驶和停车入库等工况下的机动性。
近年来，三种类型的四轮转向系统得到了较快的发展。它们是机械式、液压式和电控式四轮转向系统。
汽车制动系统的功用是，按照需要使汽车减速或在最短距离内停车；下坡行驶时限制车速；使汽车可靠地停放在原地，保持不动。为达到汽车制动系统的功用，汽车上一般设有行车制动、驻车制动、应急制动、安全制动和辅助制动等独立的制动系统。大部分小型汽车都采用液压式制动系统，而载货汽车和大客车则常采用气压制动系统。
汽车上设置的制动系统，通常由以下四个部分组成。
（1）供能装置 包括供给、调节制动所需能量以及改善传能介质状态的各种部件，如气压制动系统中的空气压缩机。
（2）控制装置 包括产生制动动作和控制制动效果的各种部件，如制动踏板等。
（3）传动装置 将驾驶员或其他动力源的作用力传到制动器，同时控制制动器的工作，从而获得所需的制动力矩，包括将制动能量传输到制动器的各个部件，如制动主缸、制动轮缸等。
（4）制动器 产生阻碍车辆运动或运动趋势的力的部件。
较为完善的制动系统还包括制动力调节装置以及报警装置、压力保护装置等。
所谓制动系统，是指汽车上对制动器施加制动力而设置的专门装置，其结构和工作原理如图2-33所示。液压制动的行车制动装置主要由旋转部分、固定部分和张开机构组成。旋转部分为制动鼓，它固定在轮毂上和车轮一起转动。固定部分主要包括制动蹄和制动底板等。
图2-33 汽车行驶系统的组成和制动系统工作原理
行车制动装置由车轮制动器和液压传动机构两部分组成。车轮制动器的旋转部分是制动鼓，它固定于轮毂上，与车轮一起旋转。制动蹄上铆有摩擦片，其下端套在支承销上，上端用复位弹簧拉紧压靠在制动轮缸内的活塞上。支承销和制动轮缸都固定在制动底板上，制动底板用螺钉与转向节凸缘或桥壳凸缘固定在一起。制动蹄靠制动轮缸使其张开。
不制动时，制动鼓的内圆柱面与摩擦片之间保留一定间隙，制动鼓可以随车轮一起旋转。
制动时，驾驶员踩下制动踏板，推杆推动制动主缸内的活塞前移，迫使制动液经管路进入制动轮缸，推动轮缸内活塞向外移动，使制动蹄克服复位弹簧的拉力绕支承销转动而张开，消除了制动蹄与制动鼓之间的间隙后紧压在制动鼓上。此时，不旋转的制动蹄摩擦片对旋转的制动鼓产生一个摩擦力矩，其方向与车轮的旋转方向相反。制动鼓将此力矩传到车轮后，由于车轮与路面的附着作用，车轮即对路面作用一个向前的周缘力Fμ；与此相反，路面会给车轮一个向后的反作用力，这个力就是车轮受到的制动力FB。各车轮制动力的总和就是汽车受到的总制动力。制动力迫使整个汽车产生一定的减速度，直至停车。
放松制动踏板，在回位弹簧的作用下，制动蹄与制动鼓的间隙又得以恢复，从而解除制动。
汽车制动系统按制动传动介质的不同，分为液压制动系统、气压制动系统和气-液制动系统。
1.驱动力的产生
欲使汽车行驶，必须对汽车施加一个驱动力以克服各种阻力，驱动力产生的原理如图2-34所示。发动机经由传动系统在驱动车轮上施加了一个驱动力矩，力图使驱动车轮旋转。在Tt的作用下，驱动车轮将对地面施加一个与汽车行驶方向相反的圆周力F0。根据作用与反作用原理，地面也将对驱动车轮施加一个与F0大小相等、方向相反的反作用力Ft，Ft就是使汽车行驶的驱动力，或称牵引力。驱动力作用在驱动轮上，再通过车桥、悬架、车架等行驶系统传到车身上，使汽车行驶。
图2-34 驱动力产生的原理
汽车牵引力的大小，不仅取决于发动机输出转矩和传动装置的结构，同时还取决于轮胎与路面的附着性能。附着力的大小与轮胎和地面的性质、作用在车轮上的附着重力有关。
2.行驶阻力
汽车在行驶中会遇到各种阻力，主要有滚动阻力、空气阻力、上坡阻力和加速阻力等，这些阻力会影响汽车行驶。行驶阻力的影响因素见表2-2。
表2-2 行驶阻力的影响因素
3.汽车行驶的基本条件
汽车的行驶情况取决于汽车的受力情况，其关系如下。
①当牵引力等于行驶总阻力，即Ft=∑F时，汽车匀速行驶或处于静止状态。
②当牵引力大于行驶总阻力，即Ft>∑F时，汽车加速行驶。
③当牵引力小于行驶总阻力，即Ft<∑F时，汽车减速行驶或无法起步。
车辆在泥泞路面上或冰雪地面上行驶，轮胎与路面间的圆周力存在，但小于汽车行驶阻力时，即Ft<∑F，车辆将打滑。可见，路面与轮胎间的附着性能决定了路面所能提供反作用力（即附着力）的最大值。
附着力是阻止车轮打滑的路面阻力，为使车轮在路面上不打滑，附着力必须大于或等于汽车牵引力。
汽车底盘的布置形式主要与发动机的安置及汽车驱动形式有关。
汽车的驱动形式通常用汽车车轮总数×驱动轮数（车轮数是指轮毂数）来表示。普通汽车装配4个车轮，其中有2个为驱动轮，则其驱动形式为4×2。越野汽车的全部车轮都可以作为驱动轮，根据车轮总数不同，常见的驱动形式有4×4、6×6。
1.发动机前置后轮驱动
发动机前置后轮驱动简称前置后驱动，英文缩写为FR。发动机布置在汽车前部，动力经过离合器、变速器、万向传动装置和后驱动桥，最后传到后驱动轮（图2-35），使汽车行驶。
图2-35 发动机前置后轮驱动示意
这是一种传统的布置形式，应用广泛，适用于除越野汽车之外的各种汽车。
2.发动机前置前轮驱动
发动机前置前轮驱动简称前置前驱动，英文缩写FF。发动机布置在汽车前部，动力经过离合器、变速器和前驱动桥，最后传到前驱动轮（图2-36），这种布置形式在变速器与驱动桥之间省去了万向传动装置，使结构简单紧凑，整车重量轻，高速行驶时操纵稳定性好。
图2-36 发动机前置前轮驱动传动系统示意
3.发动机后置后轮驱动
发动机后置后轮驱动简称后置后驱动，英文缩写RR。发动机布置在汽车后部，动力经过离合器、变速器、角传动装置、万向传动装置和后驱动桥，最后传到后驱动轮（图2-37），使汽车行驶。这种布置形式便于车身内部的布置，减小室内发动机的噪声，一般用于大型客车。
图2-37 发动机后置后轮驱动示意
4.发动机中置后轮驱动
发动机中置后轮驱动简称中置驱动，英文缩写为MR。这种布置形式将发动机布置于驾驶室后面的汽车中部，后轮驱动，有利于实现前后轴较为理想的轴荷分配，是赛车和部分大中型客车采用的方案。客车采用这种方案布置时，能使车厢的有效面积得到最大利用，目前应用不多。
5.四轮驱动
四轮驱动（4WD）的发动机布置在汽车前部，动力经过离合器、变速器、分动器、万向传动装置分别到达前后驱动桥，最后传到前后驱动轮（图2-38），使汽车行驶。由于所有的车轮都是驱动轮，提高了汽车的越野通过性能，这是越野汽车采取的布置形式。
图2-38 发动机前置全轮驱动示意
