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汽车基础知识普及———底盘

  底盘作用 :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。

  传动系简介

  传动系一般由离合器、变速器、万向传动装置、主减速器、差速器和半轴等组成。

  传动系的功用

  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。

  传动系的种类和组成

  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。

  汽车行驶系的功用

  1、将汽车构成一个整体,支撑汽车全部质量。

  2、将传动系传来的转矩化为汽车行驶的驱动力。

  3、承受并传递路面作用于车轮上的各种反力和力矩。

  4、减少振动,缓和冲击,保证汽车平顺行驶。

  汽车行驶系的组成

  一般由车架、车桥、车轮和悬架组成

  车架

  功用:车架是汽车的基体,如发动机、变速器、传动机构、操纵机构、车身等总成和部件都安装于车架上。

  车架的类型

  汽车上装用的车架按其结构形式不同可分为:边梁式车架、中梁式车架、综合式车架和无梁式车架。

  车桥

  作用:车桥通过悬架与车架连接,支承着汽车大部份重量,并将车轮的牵引力或制动力,以及侧向力经悬架传给车架。

  类型:汽车的车桥分为整体式和断开式两种。按使用功能划分,车桥又可分为转向桥、转向驱动桥、驱动桥和支持桥。

  转向桥:安装转向轮的车桥叫转向桥。现代汽车一般都是前桥转向,也有少数是多桥转向的。

  a、与非独立悬架匹配的转向车桥

  这类转向桥结构大体相同,主要由前梁,转向节,主销和轮毂等部分组成。车桥两端与转向节绞接。前梁的中部为实心或空心梁。

  b、与独立悬架匹配的转向桥

  断开式转向桥的作用与非断开式转向桥一样,所不同的是断开式转向桥与独立悬架匹配,断开式车桥为活动关节式结构。

  c、转向车轮定位

  为了使汽车保持稳定的直线行驶,转向轻便、减少轮胎与转向机构的摩损,要求装配后的转向车轮、转向节和前轴与车架有正确的相对位置。前轮、前轴、转向节与车架的相对安装位置,称为转向车轮定位,也称前轮定位。前轮定位包括主销后倾、主销内倾、前轮外倾、前轮前束四个参数。

  A、主销后倾:主销装在前轴上后,其上端略向外倾,称为主销后倾。

  B、主销内倾:主销装在前轴上后,其上端略向内倾,称为主销内倾。

  C、前轮外倾:汽车的前轮安装后,其旋转平面上方略抽外倾,称为前轮外倾。

  D、前轮前束:汽车两个前轮的旋转平面不平行,前端略向内收,称为前轮前束。汽车的前束值一般小于10mm,通过改变横拉杆的长度可以调整前束的大小。

  支承桥:转向桥和支持桥都属于从动桥。有些单桥驱动的三轴汽车,往往将后桥设计成支持桥。挂车上的车桥也是支持桥。发动机前置前驱动轿车的后桥也属于支桥。

  车轮与轮胎

  功用:是支承汽车车体重量,缓和由于路角不平引起的冲击力,接受和传递制动力和驱动力,轮胎具有抵抗侧滑的能力,轮胎具有自动回下正的能力,使汽车正常转向,保持汽车直线驶。

  车轮组成:通常车轮由轮毂、轮辋以及这两件元件之间的连接部分称为轮辐的元件所组成

  分类:按照轮辐的结构车轮可分为辐板式和辐条式。根据轮辋形式不同又可分为组装轮辋式,可调式车轮,对开式,可反装式车轮。

  根据车轮材质不同又有铝合金、镁合金、钢车轮之分。

  轮辋结构及规格代号

  按断面结构形式分为深式轮辋、平式轮辋和可拆式轮辋

  深槽式轮辋,代号(DC),这种轮辋多用于小轿车及越野车上。易于装卸,因而它的轮辋一般都采用钢板冲压成形的整体结构。

  平底轮辋如图,代号(WFB),主要用于中、重型载货汽车,自卸汽车和大客车。

  对开式轮辋(对拆平底式轮辋)代号(DT)。它由左右可分的两半轮辋组成。两部分轮辋可以是等宽度,也可以不等宽,它们之间用螺栓固紧在一起形成用以安装轮胎的轮车内。

  轮胎

  轮胎总成是安装在轮辋上的,直接与路面接触。它的作用是:承受汽车的重力;当汽车行驶中,路面不平引起冲击和振动要求轮胎与悬架一齐起缓和冲击的作用;保证车轮和路面接触具有良好的附着性,传递驱动力和制动力,保持汽车行驶稳定性。

  结构:轮胎主要由胎冠、胎肩,胎侧,胎体和胎圈等部分组成。

  胎冠 是指外胎两胎肩夹的中间部位。包括胎面,缓冲层(或带束层)和帘布层等。

  胎面 是指胎冠最外层与路面接触带有花纹的外胎胶层。作用是保护胎体,防止其早期磨损和损伤。

  缓冲层 是指斜交轮胎胎面和胎体之间的胶布层。作用是缓和并部分吸收路面对轮胎的冲击。

  带束层 是指在子午线轮胎和带束斜交轮胎的胎面基部下,沿胎面中心线圆周方向箍紧胎体的材料层。作用是增强轮胎的周向刚度和倾向刚度,并承受大部分胎面的应力。

  帘布层 是指胎体中由覆胶平行帘线组成的布层,它是胎体的骨架,支撑外胎各部分。

  胎侧 是指胎肩到胎圈之间的胎体侧壁部位上的橡胶层,作用是保护胎体,承受侧向力。

  胎体 是由一层或数层帘布与胎圈组成整体的充气轮胎的受力结构。斜交轮胎的胎体帘布线彼此交叉排列,子午线的胎体帘线互相平行。

  胎圈 是指轮胎安装在轮辋上的部分。由胎圈芯和胎圈包布等组成。作用是防止轮胎脱离轮辋。

  气轮胎按结构不同可以分为有内胎和无内胎两种。

  按帘布材料可分为棉帘布轮胎、人造线轮胎、尼龙轮胎、钢丝轮胎、聚酯轮胎,玻璃纤维轮胎、无帘布轮胎。

  按胎面花纹可分为普通花纹轮胎、越野花纹轮胎,混合花纹轮胎。

  按气压可分为高压轮胎、低压轮胎、超低压轮胎。

  按帘布层结构可分为斜交轮胎、带束斜交轮胎和子午线轮胎。

  1、有内胎的充气轮胎 主要由外胎、内胎、垫带组成。内胎中充满压缩空气,外胎用来保护内胎不受损伤且具有一定弹性;垫带放在内胎下面,防止内胎与轮辋硬性接触受损伤。

  2、普通斜交轮胎

  它的特点是帘布层和缓冲层各相邻层帘线交叉排列,各帘布层与胎冠中心线成35o~40o的交角,因而叫斜交轮胎。

  3、子午线轮胎

  这种轮胎的胎体帘布层与胎面中心线呈90度或接近90o角排列,帘线分布如地球的子午线,因而称为子午线轮胎。子午线轮胎帘线强度得到充分利用,它的帘布层数小于普通斜交轮胎帘布层数,使轮胎重量可以减轻,胎体较柔软。子午线胎采用了与胎面中心线夹角较小(10o~20o)的多层缓冲层,用强力较高,伸张力小的结构帘布或钢丝帘布制造,可以承担行驶时产生的较大的切向力。带束层象钢带一样,紧紧箱在胎体上,极大地提高胎面的刚性和驱动性以及耐磨性。

  子午线轮胎本身结构原因,使其高速旋转时,变形轮,生温低,产生驻波的临界速度比斜交胎高,提高了行驶中的安全性。

  4、无内胎轮胎

  在外观上与普通轮胎相似。所不同的是无内胎轮胎的外胎内壁上附加了一层厚约2~3mm的专门用来封气的橡胶密封层,它是用硫化的方法粘附上去的,密封层正对着的胎面下面,贴着一层未硫化橡胶的特殊混合物制成的自粘层。当轮胎穿孔时,自粘层能自行将刺穿的孔粘合,因此又有叫有自粘层的无内胎轮胎。

  无内胎轮胎在穿孔时,压力不会急剧下降,有利于安全行驶,无内胎轮胎不存在内外胎之间的摩损和卡住,它的气密性好,可直接通过轮辋散热,温升低,使用寿命长,结构简单,重量轻。其缺点是途中坏了修理困难。

  现今,载重车、轿车大都采用低压胎,因为低压胎弹性好,断面宽,与路面接触面积大,胎壁薄散热性好。这些性能使轮胎寿命延长。

  悬架

  作用:车架与车桥弹性连接起来,吸收或缓和车轮在不平路面上受到的冲击和振动,传递各种作用力和力矩。

  组成:般由弹性元件、导向装置和减振器三部分组成。

  类型悬架可分为独立悬架和非独立悬架类

  1、独立悬架 独立悬架的特点是:每一侧车轮单独通过弹簧悬挂在车架下面,汽车行使中,当一侧车轮跳动时,不会影响另一侧车轮的工作。独立悬架中多采用螺旋弹簧和扭杆弹簧作为弹性元件,并配用导向装置和减振器。独立悬架在轿车上广泛应用。

  2、非独立悬架 非独立悬架的特点是两侧的车轮分别安装在同一整体式车轿上,车轿通过弹性元件与车架相连。这种悬架在汽车行驶中,当一侧车轮跳动时,另一侧车轮也将随之跳动。非独立悬架中广泛采用钢板弹簧作为弹性元件,这种悬架在中、重型汽车上普遍采用。

  弹性元件

  悬架采用的弹性元件有钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、空气弹簧、油气弹簧、橡胶弹簧等。

  减振器

  功用:善汽车行驶平顺性。为衰减振动,汽车悬架系统中采用减振器多是液力减振器。

  工作原理:是当车架(或车身)和车桥间受振动出现相对运动时,减振器内的活塞上下移动,减振器腔内的油液便反复地从一个腔经过不同的孔隙流入另一个腔内。此时孔壁与油液间的摩擦和油液分子间的内摩擦对振动形成阻尼力,使汽车振动能量转化为油液热能,再由减振器吸收散发到大气中。在油液通道截面和等因素不变时,阻尼力随车架与车桥(或车轮)之间的相对运动速度增减,并与油液粘度有关。

  防倾杆

  将 “ㄇ”形杆体的两端分别连结在左、右悬挂装置上面,当左、右侧的轮子分别上下移动时,会产生扭力并使杆体自身产生扭转,利用杆体受力所产生的反作用力去使车子的左、右两边维持相近的高度。

  因此“防倾杆”亦称为“扭力杆”、“防倾扭力杆”、“平衡杆”、“扭力平衡杆”、“平稳杆”等等名称。

  转向系

  汽车行驶过程中,经常需要改变行驶方向,即所谓的转向,这就需要有一套能够按照司机意志使汽车转向的机构,它将司机转动方向盘的动作转变为车轮(通常是前轮)的偏转动作。 按转向力能源的不同,可将转向系分为机械转向系和动力转向系。 机械转向系的能量来源是人力,所有传力件都是机械的,由转向操纵机构(方向盘)、转向器、转向传动机构三大部分组成。其中转向器是将操纵机构的旋转运动转变为传动机构的直线运动(严格讲是近似直线运动)的机构,是转向系的核心部件。 动力转向系除具有以上三大部件外,其最主要的动力来源是转向助力装置。由于转向助力装置最常用的是一套液压系统,因此也就离不开泵、油管、阀、活塞和储油罐。

  动力转向机构动力转向机是利用外部动力协助司机轻便操作转向盘的装置。随着最近汽车发动机马力的增大和扁平轮胎的普遍使用,使车重和转向阻力都加大了,因此动力转向机构越来越普及。值得注意的是,转向助力不应是不变的,因为在高速行驶时,轮胎的横向阻力小,转向盘变得轻飘,很难捕捉路面的感觉,也容易造成转向过于灵敏而使汽车不易控制。所以在高速时要适当减低动力,但这种变化必须平顺过度。

  一)液压式动力转向装置 液压式动力转向装置重量轻,结构紧凑,利于改善转向操作感觉,但液体流量的增加会加重泵的负荷,需要保持怠速旋转的机构。

  二)电动式动力转向装置 电动式动力转向装置是最新形式的转向装置,由于它节能,故受到人们的重视。它是利用蓄电池转动电机产生推力。由于不直接使用发动机的动力,所以大大降低了发动机的功率损失(液压式最大损失5-10马力),且不需要液压管路,便于安装。尤其有利于中置发动机后轮驱动的汽车。但目前电动式动力转向装置所得动力还比不上液压式,所以只限用于前轮轴轻的中置发动机后驱动的汽车上。

  三)电动液压式动力转向装置 即由电机驱动转向助力泵并由计算机控制的方式,它集液压式和电动式的优点于一体。因为是计算机控制,所以转向助力泵不必经常工作,节省了发动机的功率。这种方式结构紧凑,便于安装布置,但液压产生的动力不能太大,所以适用排量小的汽车。

  制动系

  简单地说制动系统是通过摩擦衬块夹紧旋转的制动盘或摩擦衬片压紧旋转的制动鼓来产生制动力的,在此过程中将由于摩擦而产生大量的摩擦热。所以,制动作用的原理就是把行驶中的汽车动能转换为热能从而实现使汽车减速的目的。对一辆时速为250公里/小时的重型轿车进行全制动时需要的制动功率高达1000千瓦,可见车辆对制动系统的技术要求是极其苛刻的。

  制动系统分类

  制动系统按照功能可分为行车制动系统、驻车制动系统、第二制动系统和辅助制动系统等。行车制动系统的功能是使行驶中的车辆减速,直至停车,是行车途中最频繁使用的制动功能之一;驻车制动系统是使已停驶的汽车驻留原地不动的装置;第二制动系统是在行车制动系统失效的情况下保证汽车仍能实现减速和停车的装置,在许多国家该系统已列为基本装置之一;辅助制动系统用于减缓或稳定车速的额外制动装置。

  制动系统的组成

  传统的制动系统主要由供能装置、控制装置、传动装置和制动器四个基本部分组成。

  汽车制动系统常见的部件包括:制动鼓、制动蹄片、制动盘、制动钳、摩擦衬块、钢索、液压泵、真空助力器、电子控制单元等等

  制动器

  制动器是产生阻碍车辆运动或运动趋势的力(制动力)的部件。根据制动力矩产生的方式不同,制动器可分为:摩擦制动器(利用固定元件与旋转元件工作表面的摩擦作用产生制动力矩的制动器)和缓速制动器,通常提及的制动器泛指摩擦制动器。目前各类汽车所采用的制动器可分为鼓式制动器和盘式制动器两大类。鼓式制动器的摩擦副中的旋转元件为制动鼓,其工作表面为圆柱面;盘式制动器的旋转元件为制动盘,以端面为工作表面。另外,根据旋转元件的安装位置不同,制动器又可分为车轮制动器和中央制动器两大类。其中,车轮制动器的旋转元件固装在车轮或半轴上,即制动力矩直接分别作用于两侧车轮上,其一般用于行车制动,也可兼用于第二制动(或应急制动)和驻车制动;中央制动器的旋转元件固装在传动系的传动轴上,其制动力矩需经过驱动桥再分配到两侧车轮上,其一般只用于驻车制动和缓速制动。

  鼓式制动器有内张型和外束型两种。前者的制动鼓以内圆柱面为工作表面,在汽车上应用广泛;后者制动鼓的工作表面则是外圆柱面,目前只有极少数汽车将其用于驻车制动器。内张型鼓式制动器主要由制动鼓(形状似锅,安装在轮毂上,并与车轮同步旋转)、制动蹄片(圆弧状部件,两个一组,蹄片外侧粘有产生制动力矩的摩擦衬片)、固定销及制动分缸等。制动时,位于制动鼓内部的制动蹄片一端承受来自制动分缸的促动力后,绕其另一端的支点向外旋转,压靠到制动鼓内圆面上,进而产生摩擦力矩(制动力矩)。

  盘式制动器主要由制动盘(安装在轮毂上与车轮形成整体旋转)和制动钳(固定在转向节等悬架构件上)组成。其中,制动盘有通风式和实心式两种;制动钳主要有浮动钳夹式(单活塞)、浮动叉式、固定钳夹式等几种。

  与鼓式制动方式相比,盘式制动装置的机械部分外露,散热性能好,减少了由于摩擦热而产生了制动衰退现象,制动性能较稳定,所以现代轿车大多采用了盘式制动器,但是为了降低车辆成本,部分轿车在前轮采用盘式制动器的同时,后轮仍保留了鼓式制动器。

  防抱死制动系统

  防抱死制动系统ABS(Anti-lock Brake System)通过轮速传感器实时检测各车轮的转速,当车轮出现抱死/滑动的趋势/现象时,ABS电子控制单元ECU根据轮速传感器传送的信号实时调节对应车轮的制动力,以避免车轮发生抱死/滑动,进而提高车辆紧急制动工况下的转向操纵性及行驶稳定性,确保驾驶者能够进行有效地紧急避让操纵及缩短大多数路况下的紧急制动距离。

  电子稳定程序控制系统

  电子稳定程序控制系统ESP(Electronic Stability Program)的车载微型计算机通过对来自转向、轮速、侧滑及加速度等传感器的信号监控车辆的运行状况,ESP系统一旦诊断出车辆存在侧滑倾向时,系统就立即通过制动、发动机和变速器等方面采取修正措施,以实现车辆平稳行驶。

  有

  无

  电子制动力分配

  电子制动力分配),英文全称为Electronic Brakeforce Distribution,简称EBD。EBD实际上是ABS的辅助功能,是在ABS的控制电脑里增加一个控制软件,机械系统与ABS完全一致。它只是ABS系统的有效补充,一般和ABS组合使用,可以提高ABS的功效。当发生紧急制动时,EBD在ABS作用之前,可依据车身的重量和路面条件,自动以前轮为基准去比较后轮轮胎的滑动率,如发觉此差异程度必须被调整时,刹车油压系统将会调整传至后轮的油压,以得到更平衡且更接近理想化的刹车力分布。配置有EBD系统的车辆,会自动侦测各个车轮与地面间的抓地力状况,将刹车系统所产生的力量,适当地分配至四个车轮。在EBD系统的辅助之下,刹车力可以得到最佳的效率,使得刹车距离明显地缩短,并在刹车的时候保持车辆的平稳,提高行车的安全。而EBD系统在弯道之中进行刹车的操作亦具有维持车辆稳定的功能,增加弯道行驶的安全。

  线控制动系统

  线控制动系统(Brake by-wire System)可分为电液制动系统EHB、全电制动系统EMB和混合制动系统三大类。

  电液制动系统EHB(Electro-Hydraulic Brake)采用电子控制功能取代了传统制动系统中制动踏板与轮边制动器之间的机械及液压连接,即由电气控制替代了原先的杆系及液压管路连接。EHB系统在正常的制动过程中:首先,由踏板行程模拟器中集成的行程传感器及压力传感器感应驾驶者施加在踏板上制动力的速度及强度,以获得(识别)驾驶者的制动意图;然后,EHB计算机根据系统电气线路传输来的感应信号计算出各车轮所需的制动力;接着,液压执行单元根据EHB计算机输出的控制指令通过高压蓄能器分别向各车轮精确施加所需的制动力,使得车辆更快速、更稳定地制动或减速。车辆安装EHB系统后,便可以取消原先的真空制动增压器及发动机真空泵。同时,EHB系统的高压蓄能器中持续稳定的制动液压力可达140巴,完全能够快速响应驾驶者的制动指令。

  全电制动系统EMB(Electro-Mechanical Brake)没有电液制动系统的高压储能器,其通过电机驱动将摩擦片推向制动盘,直接在制动钳上产生相应的制动力。由于EMB工作时无需液压,因此也被称为“干式”线控制动系统。

  混合制动系统(Hybrid Brake System)是指前轮采用电液制动、后轮采用全电制动的混合式线控制动系统,是干式线控制动系统之前的过渡方案。因为,如果全套制动系统都采用全电制动技术,则需要42伏的电源以取得较高的前轮制动力,事实上该技术条件在未来的几年内还不可能成为现实。采用混合制动系统后,后轮的全电制动系统可沿用传统的12伏电压,同时,后轮制动回路可采用“即插即用(Plug and Play)”的安装方式,不仅安装和维护极为容易,而且还大大降低了技术创新的风险。

  上述的线控制动系统都能够根据实际需要对各车轮制动力进行独立计算及控制,所以,线控系统能够缩短车辆制动距离,提高行车安全性。另外,线控制动系统还能够通过软件集成诸如防抱死制动ABS、电子稳定程序控制ESP及辅助制动BAS等功能,以进一步提高车辆制动的安全性及舒适性。

  缓速制动技术

  经常在山区行驶的汽车,如果单靠行车制动系统来达到下长坡时稳定车速的目的,则可能导致行车制动系统的制动器因过热而降低制动效能,甚至完全失效而导致危险事故的发生。所以那些经常出入山区的商用汽车和需要频繁制动的公交车及客车一般会增设辅助制动系统。这种以在不使用或少使用行车制动系统的条件下使车辆速度降低或保持稳定(但不能使汽车紧急制动)的辅助制动系统常被称为缓速制动装置。现在,汽车工程中使用的缓速制动技术主要有:

  发动机缓速

  发动机缓速(制动)技术利用液压原理将车辆动力之源的发动机暂时转换为吸收(消耗)能量的缓速装置。这种安装在发动机顶部的缓速装置被称为发动机缓速器。发动机缓速器在运行过程中会产生一定的发动机制动噪声,其产生的缓速(制动)能量与发动机的转速成正比。

  排放缓速

  排放缓速是利用安装在发动机排放系统上的缓速器通过约束(限制)排放气体的流量提高排放系统的背压,背压的提高约束了活塞的运动,进而降低了曲轴的转速,最终起到了制动的效果。排放缓速器在运行过程中不会产生制动噪声,其产生的缓速(制动)能量与发动机的转速RPM成正比。

  液力缓速

  液力缓速是利用专设的液力缓速器来产生缓速作用。液力缓速器中有固定叶轮和旋转叶轮,后者一般由变速器驱动。其通过液力缓速器内的液力阻尼作用将由旋转叶轮输入的汽车动能转换为热能来实现缓速制动作用。

  电磁缓速

  电磁缓速是利用专设的电磁缓速器来产生缓速作用。电磁缓速器的主要元件是由驱动轮通过传动系带动的盘状金属转子和由若干个固定不动的电磁铁组成的定子。当有电流通过定子的励磁线圈时,便产生了磁场,并对在此磁场中旋转的转子造成阻力矩,即制动力矩,进而产生了阻缓汽车运动的制动力。

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