【正文】 汽車底盤構(gòu)造 主講：張 翼 機電工程學院 車輛與動力工程系 汽車底盤知識 ? 汽車底盤知識 ? 一 .汽車的懸掛 汽車的避震指的是什么，不清楚哪種是最好的，哪種是落后的。大卡車上為什么使用鋼板彈簧來作為避震？另外，還有人將避震叫懸掛或懸架的，到底應怎么叫？ 避震、懸掛和懸架的意思都一樣，都是指車輪與車身之間的連接物，避震是通俗叫法，而懸掛和懸架均是“學名”。 所謂懸掛就是把車身和車輪彈性地連接起來的機構(gòu)，其功能除了傳遞作用力以外，就是緩沖在不平路面行駛時車輪傳給車身的沖擊和振動，保證汽車正常行駛。生活中的懸掛其實也常見，如自行車座子下面的彈簧、三輪板車上的“鋼弓子”，都是懸掛。 汽車上的懸掛結(jié)構(gòu)大體可分為兩種：一種是左、右車輪用一根剛性軸連起來并與車身相連的叫非獨立懸掛。 大卡車使用的鋼板彈簧 避震就是非獨立懸掛。它具有結(jié)構(gòu)簡單、強度高、穩(wěn)定性好、容易制造、維修方便、輪胎磨損小和價格低廉等優(yōu)點。其缺點是汽車在高速或在不平路面行駛時，顛簸厲害，使人感到不舒服。 另一種是左、右車輪不連在一根軸上，而是單獨通過懸掛與車身連接的叫 獨立懸掛。 為什么轎車的舒適性較大卡車好呢？因為這些車采用了獨立懸掛，這種懸掛的結(jié)構(gòu)是用輕便的杠桿、擺臂代替了整體車軸，當一側(cè)車輪駛?cè)氚纪共黄铰访鏁r，不會牽動另一側(cè)車輪而引起沖擊振動，這就提高了乘座舒適性。但采用獨立懸掛后也相應使結(jié)構(gòu)復雜，產(chǎn)品價格上升。獨立懸掛結(jié)構(gòu)型式也有多種，常見的有：螺旋彈簧雙橫臂獨立懸掛、扭桿式獨立懸掛、滑柱擺臂式獨立懸掛和麥弗遜式獨立懸掛等。 現(xiàn)在幾乎所有轎車的前輪都采用獨立懸掛，后輪雖然比前輪采用獨立懸掛的要少，但中、高級轎車一般都是四輪獨立懸掛。雪鐵龍有一種液壓懸掛，它是用一個液壓筒代替一組彈簧和減震器。液壓筒根據(jù)中央控制器的指令來調(diào)整自身的工作情況。而中央控制器是按車身上的傳感器所收集的資料信息計算后發(fā)出指令的。這些信息資料包括車速、車身側(cè)偏程度、方向盤及油門位置等。液壓懸掛現(xiàn)在幾乎成了雪鐵龍的“獨門”技術(shù)，自然也成了雪鐵龍的最大個性之一，現(xiàn)在幾乎所有雪鐵龍汽車都使用液壓懸掛。 此外還有一種懸掛就是空氣懸掛。它是在夾有簾線的橡膠囊內(nèi)充入壓縮空氣組成。除具有減振功能和導向機構(gòu)外還設有車身高度調(diào)節(jié)裝置?？諝鈶覓祀m然儲能量大，但因結(jié)構(gòu)復雜、維修麻煩以及輪廓尺寸大不易布置等缺點，目前多用于大客車和無軌電車上。 至于哪種懸掛最好，其實這是一個很復雜的問題，每種懸掛各有利弊。如果想提高舒適性而采用較軟的懸掛，那么就會影響汽車行駛時的穩(wěn)定性，尤其是在轉(zhuǎn)彎時側(cè)傾會加大，加速和剎車時會“前仰后合”；反之，為了避免上述不利因素，增加懸掛的剛性，則必然要降低汽車的舒適性。如何調(diào)整它們之間的關系，有時竟是進退兩難，只能根據(jù)汽車的用途、車型來確定。因此，只能說最適合的懸掛就是最好的懸掛。 二 .汽車懸掛系統(tǒng)相關知識介紹 汽車懸掛系統(tǒng)與操縱性能之間有著密切的關系。理想的懸掛不僅能使車隨路面起伏而上下運動，并能借此使整個車身在前進過程中盡量保持水平，而且還能隨車速、路況、運動方式的變化做出適當、靈敏的反應；同時，它還能使輪胎與路面隨時貼合，并使車輪保持適當?shù)慕嵌龋瑥亩蛊嚨膭恿π阅?、制動性能以及轉(zhuǎn)向性能得以充分體現(xiàn)。汽車的車速越快，對操縱性能要求也就越高。因此，現(xiàn)代汽車的懸掛系統(tǒng)越來越受到業(yè)內(nèi)人士的重視。 懸掛系統(tǒng)的功能 懸掛系統(tǒng)作用是將車輪所受的各種力和力矩傳遞給車架和車身，并能吸收、緩和路面?zhèn)鱽淼恼駝雍蜎_擊，減少駕駛室內(nèi)噪聲，增加乘員的舒適性，以及保持汽車良好的操作性和平穩(wěn)的行駛性。另外，懸掛系統(tǒng)能配合汽車的運動產(chǎn)生適當?shù)姆磻?，當汽車在不同路況作加速、制動、轉(zhuǎn)向等運動時，能提供足夠的安全性，保證操縱不失控。 車輪定位是懸掛系統(tǒng)中重要的一環(huán)。正確的車輪定位，不僅能減少輪胎的磨損，延長零部件使用壽命，還能確保汽車直線行駛的穩(wěn)定性。因此，懸掛系統(tǒng)除使車輪與地面完全貼合外，還必須保證車輪的定位，從而使汽車操縱性能得以完全發(fā)揮。 懸掛系統(tǒng)的類型 不同的懸掛系統(tǒng)對汽車的操縱性能產(chǎn)生不同的影響。一般懸掛系統(tǒng)有兩種型式： (1)非獨立懸掛 這種懸掛以剛性梁橫貫車體下方，其結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，但舒適性差、結(jié)構(gòu)不緊湊，在現(xiàn)代汽車中往往只用于后輪。 (2)獨立懸掛 這種懸掛中，車輪是以獨立的連桿機構(gòu)來控制，可以單獨隨路況變化運動而不影響整個車身，增加引行駛的平順性、安全性。前輪采用獨立式懸掛，可以使發(fā)動機的位置降低和前移，整車重心得以下降，提高了汽車的行駛穩(wěn)定性。另外，獨立式懸掛中廣泛采用較軟的螺旋彈簧來做緩沖元件，所以乘駕舒適性也比較好。因此，獨立式懸掛被廣泛應用在現(xiàn)代汽車上。 獨立懸架雖然優(yōu)點很多，但由于車輪外傾角與輪距變化較大，輪胎磨損較嚴重，而非獨立懸掛在行駛中始終保持貼地狀態(tài)，輪胎的附著刀較強，磨損較均勻，而且成本也遠遠低于獨立懸掛，因此許多車輛上仍還保持這種結(jié)構(gòu)。 優(yōu)秀懸掛系統(tǒng)可提高操縱性能 汽車在行駛中，隨著路況和車速的變化，車身會發(fā)生不同程度側(cè)傾斜，如轉(zhuǎn)彎時側(cè)傾、制動時車尾上揚等。好的懸掛系統(tǒng)能夠使車身發(fā)生傾斜的幅度減小，增大輪胎的附著力，從而增強汽車的操縱性能。 但是實踐證明，比較硬的懸掛系統(tǒng)對車身傾斜的控制較佳，但也因為如此，在乘坐舒適方面就有所欠缺。正所謂魚和熊掌不可兼得，許多看上去非常氣派的高級跑車，坐上去反不如一些中高檔轎車舒適。 為了使這二者之間能夠相容，現(xiàn)代一些高級轎車上采用了主動懸掛設計。這種懸掛系統(tǒng)能夠根據(jù)路況及車身的變化，自動調(diào)節(jié)懸掛的高度、彈性及硬度，使整個車身不論在何種狀況下，能始終平穩(wěn)地高速前進，提高了汽車行駛平順性；而且，主動懸掛還能提高汽車的抗側(cè)傾、抗縱傾的能力，大大加強了汽車的操縱性能。 懸掛系統(tǒng)還有待于開發(fā) 輪胎的附著力越強，汽車才更容易操縱；對于駕乘者，安全性也越好。以現(xiàn)在的懸掛系統(tǒng)來說，要提高輪胎附著力，只能從懸掛結(jié)構(gòu)本身及輪胎來著手。只不過這樣一來，乘坐舒適性將大打折扣。采用主動懸掛也是一個解決辦法，但主動懸掛結(jié)構(gòu)復雜，成本高，技術(shù)上還不是很完善，普及率也不是很高。 因此，既要使汽車的操縱性能更加提高，又要使乘坐更為舒適，這還有待于更新的懸掛系統(tǒng)開發(fā)。 三 .汽車自動變速器的類型及其分析比較 1 汽車自動變速器 (AT)的主要類型及目前的使用情況 AT有以下幾種形式： (1)液力機械 AT—HMT(Hydrodynamic Mechanical Transmission)廣泛應用于轎車、公共汽車、重型車輛、商用車和工程車輛上，它是目前 AT的主流。 (2)機械式 AT—AMT(Automated Mechanical Transmission)在通常機械式變速器基礎上加上微機控制電液伺服操縱自動換檔機構(gòu)組成，目前它應用于部分低檔轎車上和局部卡車和商用車上。 (3)無級式 AT—CVT(Continuously Variable Transmission)有以下幾種形式： ●機械式：有不少形式，目前主要的是推塊金屬 V型帶式傳動，在轎車上已開始批量試用。 ●液壓傳動式 (HST hydrostatic transmission)：在工程車輛和農(nóng)業(yè)機械上已應用。雖本田公司最近開發(fā)了泵和馬達制成一體的液壓和機械雙流傳動的 AT，用于微型多功能車上，但存在轉(zhuǎn)速限制、效率、噪聲、重量和尺寸等問題，在汽車上基本沒有應用。 ●電力式：用于電動汽車 (EV electric vehicle)。 下面對 HMT、 AMT和 CVT 3種 AT的結(jié)構(gòu)特點和性能特點加以說明，并進行分析對比。 2 AMT的結(jié)構(gòu)和性能特點分析 AMT是在普通人工換檔機械式變速器基礎上加上替代人工換檔的電子控制操縱機構(gòu)組成，此自動換檔機構(gòu)有人稱為換檔機械手。 AMT是在普通機械變速器上進行改造而成的，僅改變其中手動換擋操縱部分，生產(chǎn)制造繼承性好，改造投入費用少，技術(shù)難度似乎不大，可以先局部自動化。例如：先離合器自動操縱、局部檔位間實現(xiàn)自動操縱等，然后再實現(xiàn)全面自動化。這對資金缺乏、制造能力低、技術(shù)力量薄弱的我國汽車工業(yè)來說，具有一定的吸引力。已有幾家國內(nèi)單位進行了研究開發(fā)，取得了可喜的成績。 AMT保留原來的機械變速器，因此其傳動性能基本上和機械變速器相同。除了齒輪傳動外，主要特點是具有以下兩大機構(gòu)：起步裝置，帶扭矩減振器的主離合器；換檔裝置，帶同步器的換檔嚙合套。 這種純機械傳動，具有傳動效率高，結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，但是換檔過程不可避免存在動力中斷。只有一個結(jié)合元件脫開后，另一個結(jié)合元件才能結(jié)合的缺點，不能實現(xiàn)換檔過程結(jié)合元件轉(zhuǎn)換時的搭接控制。因此起步和換檔必然不夠平穩(wěn)和沖擊較大。同時機械傳動很難阻隔發(fā)動機扭矩不均勻引起的震動。 AMT車振動和噪聲較大，乘坐舒適性差，對高級豪華車不太合適。 實際上，要搞高水平微機控制自動換檔機構(gòu)在技術(shù)上是很難的，除了需高水平的電液比例控制技術(shù)外，還要滿足駕駛員的駕駛愿望和適應各種行駛工況來進行換檔，另外換檔過程是復雜的綜合操縱過程，除了要操縱主離合器和變速器外，還涉及到發(fā)動機油門和制動操縱。從目前來看 AMT還比較難達到這個水平，而且這套換檔機械手系統(tǒng)的制造成本是不低的， AMT與 HMT相比沒有價格優(yōu)勢。另外 AMT自動換檔機構(gòu)需要動力，因此或多或少也得降低傳動效率。 基于以上分析，我們認為 AMT適用于商用車和卡車，這些車檔位較多，采用 HMT困難，需要自動操縱，減輕駕駛員勞動，而且換檔過程動力切斷影響不大，對乘坐舒適性要求也不高。 AMT也可用于低檔轎車上，且不一定搞全自動，搞局部自動操縱和換檔也可以，解決人工換檔機械變速器起步換檔操縱復雜、勞動強度大的問題，作為簡化駕駛操縱的具體技術(shù)措施。 3 HMT的結(jié)構(gòu)和性能特點分析 HMT是由液力變矩器和液壓操縱換檔變速器組成。 HMT和 AMT對比主要差異是： 3． 1 起步裝置以液力變矩器代替主離合器 變矩器傳遞扭矩與泵輪轉(zhuǎn)速成平方關系，在發(fā)動機低轉(zhuǎn)速時傳遞力矩小，它解決了內(nèi)燃機不能有載啟動問題，具有不需操縱，只需加油門就能自動起步的功能。通過長期使用證明液力變矩器對汽車來說是一個有效的部件，它具有以下優(yōu)點： ●自動變矩，起步時扭矩自動增加，提高起步性能，行駛時能自動適應外界阻力的變化。扭矩和牽引力隨油門踏板變化很容易操縱調(diào)節(jié)，特別是低速起動或爬坡時，使得駕駛?cè)菀追奖恪? ●起步加速和換檔平穩(wěn)，降低傳動系統(tǒng)動載荷，延長傳動系統(tǒng)壽命。 ●阻隔發(fā)動機扭矩不均勻性引起的振動，降低噪聲，提高乘坐舒適性給人以駕駛平穩(wěn)高級的感覺。 ●防止發(fā)動機因過載而突然熄火，提高車輛的通過性。 變矩器主要缺點是傳動效率低，增加油耗。在變矩器應用的初期，人們存在著一種錯誤認識，認為變矩器能起自動變矩作用，因此最初的 HMT變矩器的失速比很大，變矩主要靠變矩器來實現(xiàn)，而變速器是輔助的，因此檔位很少，最初只有兩檔，后來才逐漸明白，要靠變矩器提高變矩比，必然會導致變矩器油耗增大，是行不通的。 HMT適應外界阻力的變化變速變矩主要還得依靠變速器。因此HMT的變速器檔位數(shù)在不斷增加，從 2檔發(fā)展到 4檔，目前高檔轎車采用 5檔，并有可能發(fā)展到 6檔。而變矩器的失速變矩比降低到 2以下，以提高其最高效率。 同時對變矩器的作用也有了進一步的明確，它僅在起步加速和換檔過程中起有效作用，在穩(wěn)定行駛時不起什么作用，反而使油耗增加。因此采用閉鎖離合器，將變矩器閉鎖成機械傳動，以提高效率。剛開始采用閉鎖離合器，其閉鎖區(qū)域僅限于高檔位、高車速和低油門較狹窄的區(qū)域。因為在低檔區(qū)域變矩器閉鎖后，發(fā)動機轉(zhuǎn)矩不均勻產(chǎn)生的振動沒有經(jīng)過液力傳動減振直接傳給機械傳動系，會產(chǎn)生振動和噪音，影響乘坐的舒適性。為了解決燃油經(jīng)濟性和駕駛平穩(wěn)性之間的矛盾，使得閉鎖區(qū)域向低速檔、低車速和大油門開度