汽车底盘概述.doc

第一章 汽车底盘概述
学习目标
在学习本章之后，你应当能够：
1.了解前轮驱动汽车底盘上的主要配置和特点。
2.了解后轮驱动汽车底盘上的主要配置和特点。
3.了解汽车底盘的基本组成及功用。
4.了解汽车底盘的各种布置型式。
5.了解汽车行驶的基本原理。
第一节 汽车底盘技术的发展概况
现代汽车底盘分为前轮驱动和后轮驱动两大类，两大类汽车底盘在主要配置和结构上有着各自的特点。
一、前轮驱动汽车底盘上的主要配置和特点
随着上个世纪70年代末前轮驱动轿车的普及，使汽车在结构上发生了许多变化，就汽车底盘而言，现代汽车发生了下面一系列的改进或变化。
1.变速器
前轮驱动汽车使用的不再是单一的变速器，而是变速驱动桥，变速器里没有了过度用的中间轴；齿轮排列顺序发生了变化，就是齿轮前后顺序，越向后档位越高（后轮驱动汽车越向前档位越高）；变速器的输出轴（2轴）又是主减速器的主动齿轮轴，主减速器出少部分运用了圆锥双曲线齿轮外（发动机纵置时），大部分采用了圆柱斜齿轮（发动机横置时）。
2.传动轴
前轮驱动轿车通常采用球笼式等速式万向节。同时两根传动轴又是前轮驱动的半轴。
3.悬架与车轮定位
前轮驱动轿车通常采用麦弗逊式或烛式独立悬架，其中配置较好的中、高档轿车多用烛式独立悬架。这两种悬架使车轮的定位角发生了加大变化。主销内倾角不再是传统的正偏移，而是零主销偏移或负主销偏移。车轮也不是原来单一的外倾角，而是角度很小的外倾和负外倾。在前轮驱动轿车出来之前汽车只是作前轮定位。由于前轮驱动汽车通常采用承载式车身和较软的后悬架，所以需要作四轮定位。
4.承载式车身
前轮驱动轿车通常采用承载式车身（无梁结构）。车架与车身合为一体，取消了传统的车架。与车身一体的底盘薄钢板制成盒形梁，在承载式车身中所有的部件其形状和设计都有承受载荷和各个方向冲击的功能。避免了应力集中。
5.弹性元件
前轮驱动轿车通常采用螺旋弹簧，空气弹簧和扭杆弹簧。这些弹性元件具有缓冲性能好，所占空间尺寸小的优点。但不具备减振和导向的功能。
6.导向装置
传统汽车中只是越野车使用横向稳定杆。而现代前轮驱动轿车和使用空气弹簧悬架的大轿车出必备很想稳定杆外，还需配置撑杆、横向推力杆、纵向推力杆、下摆臂等导向装置。导向装置的作用是汽车转向或在坏路面上行驶时减少车辆的横向角倾斜和横向滑移；在附着力较低路面上行驶或行驶中突然加速时减少车辆的纵向滑移；保证汽车行驶的稳定性。
7.转向器
前轮驱动轿车受空间尺寸限制，通常使用齿轮齿条式手动或动力转向器。没有了传统的转向器摇臂和直拉杆，由两根横拉杆直接操纵转向节臂。和梯形机结构转向传动装置上所用的转向器相比，转向器啮合副采用了无间隙啮合，使转向盘自由行程明显变小了。不再用润滑油润滑，具有良好低温工作性能的二号通用锂基润滑脂负责齿轮与齿条啮合副的润滑，避免了因为寒冷转向变重的缺憾。齿轮与齿条式转向器还有较好的路感。但是由于摩擦点的减少，路面的冲击和振动也容易传到转向盘和客舱中。因此配置较好的轿车多在齿轮齿条是手动转向器上设置减振器。
8.制动系统
前轮驱动轿车在盘式制动器中使用的都是浮钳盘式制动器，前盘后鼓的，后轮使用的都是助势作用最差的简单非平衡式鼓式制动器，其制动间隙自动调节是靠拉紧放松驻车制动。由于前轮驱动轿车后轮制动力只占到全车20%～30%,所以制动管路按前后不知，一旦前轮管路失效，后轮就会音质动力过小而无法实现有效制动，所以前轮驱动轿车制动管路是采用对角交叉布置。如使用比例阀限制后轮的制动力，前轮驱动轿车的比例阀装在制动主缸通往两个后轮的出油口处。若使用感载比例阀，则是装在通往后轮的两根制动管路上，或装在两个后轮轮缸内。
以上前轮驱动轿车的特性也包括主驱动装置在前轮的四轮驱动的轿车。
二、后轮驱动汽车底盘上的主要配置和特点
后轮驱动的轿车和主驱动装置在后轮驱动的四轮驱动的越野车还保留了以往的一些特性。但也有了许多改进。
1.传动轴
在工艺上，甚至材料上多有突破，但总的结构上后轮驱动还使用不等角速度的刚性十字轴万向节和挠性橡胶万向节。
2.悬架
后轮驱动的轿车在前悬架上最常采用的还是双摆臂式独立悬架，但也出现了诸如扭杆弹簧悬架等新型悬架，少数后驱的轿车在前悬架上也采用麦弗逊式和烛式独立悬架。后悬架上奔驰、凌志430等高档轿车的后驱轿车，后桥由原刚性驱动桥，变成后桥驱动单横臂的独立悬架。
3.转向器
后轮驱动轿车的手动和动力转向器还是循环球式，但手动转向器中出现了可变量的手动转向器。动力转向其出现了SSS系统。
4.制动器
后轮驱动轿车的盘式制动器较多的使用定钳盘式，但四轮都是盘式制动器时，前轮通常为四个轮缸，后轮通常为两个轮缸。如为前盘后鼓式，后轮通常使用助势作用最好的自动增力式制动器，自动增力式的制动间隙自动调节是靠倒车制动进行调节的，但世界上所有的自动增力式制动器的初调都是靠手工调节的。
部分前盘后鼓，后轮驱动的汽车为了使制动间隙小的前盘式制动器和制动间隙较大的后轮制动器达到四轮同步，在通往前轮的制动管路上设置了滞后阀。部分后轮驱动汽车制动系上使用二组合阀（差压阀和比例阀）、三组合阀（滞后阀、差压阀和比例阀）。
5.汽车的四轮定位
20世纪70年代前汽车只作前轮定位，因为那时的汽车都是后轮驱动，使用刚性很大的刚性车架和刚性驱动桥，后悬架有足够的刚度，可以保证几何中心线和推力线的垂直。上个世纪70年代后出现了前轮驱动汽车，使用刚性很小的承载式车身和同样刚性很小的独立及半独立后悬架，无法保证几何中心线和推力线的垂直，所以必须做四轮定位。开始四轮定位主要是前轮驱动的汽车，但现在一些中高档后轮驱动轿车的后桥也改为独立悬架，使这部分车辆也有了四轮定位的需要。
四轮定位包括：主销后倾角、主销内倾角、前轮外倾角、前轮前束、外侧车轮20°时内外侧车轮转角差、后轮外倾角和后轮前束。
四轮定位的最大好处是可以保证几何中心线和推力线的垂直，使前后车轮辙印一致，保证汽车直线行驶的稳定性；使汽车在直线行驶和拐弯时轮胎都可以保持垂直于路面。好的车轮定位角可以获得安全的操纵性，乘坐的舒适性和最长的轮胎使用寿命。当汽车出现行驶跑偏，车轮片磨损，转向轮不能自动回正，高速行驶转向发飘。转向器摆振，转向略感发沉，支起转向轮左右转动没有变沉的感觉等情况时，就应该尽快地去做车轮定位了。
第二节 汽车底盘概述
一、 汽车底盘的组成和功用
汽车底盘由传动系、行驶系、转向系和制动系等四大系统组成，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员的操纵而正常行驶。如图1－1和1－2所示为常见货车和轿车的底盘结构图。

图1－1轿车底盘结构
1－前悬架 2－前轮制动器 3－前轮 4－离合器踏板 5－变速器操纵机构 6－驻车制动手柄 7－传动轴 8－后桥 9－后悬架 10－后轮制动器 11－后轮 12－后保险杠 13－备胎 14－横向稳定器 15－转向盘

图1－2 货车底盘结构
1－前轴 2－前悬架 3－前轮 4－离合器 5－变速器 6－驻车制动器 7－传动轴 8－驱动桥 9－后悬架10－后轮 11－车架 12－转向盘

（一）传动系
传动系的基本功用是将发动机发出的动力传给驱动车轮。
现代汽车传动系统大多数采用机械式或液力传动式的，不同的汽车，其传动系的组成稍有不同。普通双轴货车及部分轿车的发动机纵向布置在汽车前部，并且以后轮为驱动轮，其传动系的组成与布置如图1-3所示。一般是由离合器、手动变速器、万向传动装置、驱动桥等组成。现代轿车中采用自动变速器的越来越多，其底盘包括自动变速器、万向传动装置、驱动桥等，即用自动变速器取代了离合器和手动变速器，如图1-4所示。如果是越野汽车（包括SUV，即运动型多功能车），还应包括分动器。

图1－3 机械传动系统组成及布置示意图
1-发动机 2-离合器 3-变速器 4-传动轴 5-驱动桥 6-万向节

图1-4 液力机械传动系统组成及布置示意图

传动系统的功用：
　　1.减速增矩 发动机输出的动力具有转速高、转矩小的特点，无法满足汽车行驶的基本需要，通过传动系统的主减速器，可以达到减速增矩的目的，即传给驱动轮的动力比发动机输出的动力转速低，转矩大。
　　2.变速变矩 发动机的最佳工作转速范围很小，但汽车行驶的速度和需要克服的阻力却在很大范围内变化，通过传动系统的变速器，可以在发动机工作范围变化不大的情况下，满足汽车行驶速度变化大和克服各种行驶阻力的需要。
　　3.实现倒车 发动机不能反转，但汽车除了前进外，还要倒车，在变速器中设置倒档，汽车就可以实现倒车。
　　4.必要时中断传动系统的动力传递 起动发动机、换档过程中、行驶途中短时间停车（如等候交通信号灯）、汽车低速滑行等情况下，都需要中断传动系统的动力传递，利用变速器的空档可以中断动力传递。
　　5.差速功能 在汽车转向等情况下，需要两驱动轮能以不同转速转动，通过驱动桥中的差速器可以实现差速功能。
（二）行驶系
汽车行驶系统的功用支持全车并保证车辆的正常行驶。主要由车架（车身）、车桥、悬架、车轮等组成，见图1-5所示。
汽车行驶系的基本功能是：①接受传动系统传来的发动机转矩并产生驱动力；②承受汽车的总重量，
图1－5 汽车行驶系的组成
1－车架 2－后悬架 3－驱动桥 4－后轮 5－转向桥 6－前轮 7－前悬架

传递并承受路面作用于车轮上的各个方向的反力及转矩；③缓冲减振，保证汽车行驶的平顺性；④与转向系统协调配合工作，控制汽车的行驶方向，以保证汽车操纵的稳定性。
（三）转向系
转向系的功用是保证汽车能够按照驾驶员选定的方向行驶。主要由转向操纵机构、转向器、转向传动机构组成。现代汽车普遍采用动力转向装置。
（四）制动系
汽车制动系的功用是按照驾驶员的意图进行汽车的减速和停车，并能保证可靠地驻停。汽车制动系一般包括行车制动系和驻车制动系两套相互独立的制动系统，每套制动系统都包括制动器和制动传动机构。
转向系和制动系都是由驾驶员操纵控制的，一般合称为汽车控制系统。
现代汽车中电子控制技术的应用越来越广泛，如在底盘中普遍采用了电子控制自动变速器（EAT或ECT）、电子控制防滑差速器（EDL）、电子控制制动防抱死系统（ABS）、电子控制悬架系统（ECS）、电子控制转向系统等。
二、汽车传动系的布置形式
汽车传动系统的布置方案与发动机的位置及汽车的驱动方式有关，一般有发动机前置后轮驱动、发动机前置前轮驱动、发动机后置后轮驱动、发动机前置全轮驱动等。驱动形式通常用汽车的全部轮数×驱动轮数（其中车轮数系按轮毂数计）来表示。四个车轮，有两个后轮或两个前轮驱动，则其驱动形式为4×2。依此类推，若四个车轮都是驱动轮，则表示为4×4。
（一）发动机前置后轮驱动（FR）
　发动机前置后轮驱动（FR）方案（简称前置后驱动） 主要用于货车、部分客车和部分高级轿车,英文简称为FR，如图1－6所示。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、驱动桥，最后传到后驱动车轮，使汽车行驶。该方案的优点是，结构简单，工作可靠，前后轮的质量分配比较理想；其缺点是，需要一根较长的传动轴，这不仅增加了车重，而且影响了传动系统的效率。

图1－6 宝马轿车采用的发动机前置后轮驱动布置方案

（二）发动机前置前轮驱动（FF）
发动机前置前轮驱动简称前置前驱动，英文简称FF。发动机、离合器、变速器与主减速器、差速器等装配成十分紧凑的整体，布置在汽车的前面，前轮为驱动轮。这种布置型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，整车质量小，由于前轮是驱动轮，有助于提高汽车高速行驶时的操纵稳定性。目前这种布置方案已广泛应用于微型和中型轿车上，但这种布置型式的爬坡性能差，高级轿车应用较少，而是采用传统的发动机前置后轮驱动。
图1－7发动机横置前轮驱动布置方案，其特点是发动机曲轴轴线与车轮轴线平行，主减速器可以采用圆柱齿轮传动。图1－8为发动机纵置前轮驱动布置方案，发动机纵置的特点是发动机曲轴轴线与车轮轴线垂直，主减速器必须采用圆锥齿轮传动。

图1－7 发动机前横置前轮驱动示意图

图1－8 发动机纵置前轮驱动的传动示意图(桑塔纳2000)

（三）发动机后置后轮驱动（RR）
汽车发动机后置后轮驱动简称后置后驱动，英文简称RR。如图1－9所示，汽车发动机和传动系统都横置与驱动桥之后。主减速器和变速器之间的距离较大，其相对位置经常变化。由于这些原因，必须设置万向传动装置和角传动装置。这种布置型式更容易做到汽车总质量在前后轴之间的合理分配，而且便于车身内部的布置，空间利用率高，车厢内的噪声底等优点，因此它是大、中型客车盛行的布置方案。

图1－9 发动机后置后轮驱动示意图

（四）发动机前置全轮驱动（nWD）
发动机前置全轮驱动简称全轮驱动，英文简称nWD，表示传动系统为全轮驱动。对与要求在坏路或无路地区行驶的越野汽车，为了充分利用所有车轮与地面之间的附着条件，以获得尽可能大的驱动力，总是将全部车轮作为驱动轮，故传动系采用nWD布置方案。如图1－10所示为宝马轿车4WD的传动系统布置示意图。前后车桥都是驱动桥，其特点是传动系统增加了分动器，动力可以同时传给前后轮。前驱动桥可根据需要，用换挡拨叉操纵分动器接通或断开。由于所有的车轮都是驱动车轮，提高了汽车的越
野通过性能，主要用于越野车及重型货车。

图1－10 宝马轿车4WD传动系统的布置示意图

三、汽车行驶的基本原理
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1－11所示。发动机经由传动系在驱动车轮上施加了一个驱动力矩Tt时，通过路面和车轮的附着作用，产生路面作用于驱动轮边缘上的向前的纵向反力——驱动力Ft。驱动力Ft的一部分用以克服驱动轮本身滚动阻力，其余大部分则依次通过驱动桥壳、悬架、车架等行驶系传到车身上，用来克服作用于汽车上的空气阻力和坡道阻力；还有一部分驱动力由车架进过悬架传至从动桥，是前轮克服滚动阻力向前滚动，于是，整个汽车便向前行驶了。

图1－11 汽车行驶的基本原理示意图

复习题
1．简述汽车底盘的基本组成和功用。
2．汽车底盘的总体布置形式有哪些？
3. 汽车型号后的标记4×2、4×4、6×6分别表示何意义？
4. 前轮驱动汽车底盘上的主要配置是什么？
5. 四轮定位有何作用？