九、差速器結(jié)構(gòu)原理解析

發(fā)動機動力輸出是需經(jīng)過一系列的傳動機構(gòu)才傳遞到驅(qū)動輪的，其中非常重要的一環(huán)就是差速器了。差速器是如何實現(xiàn)差速的？下面將對差速器的結(jié)構(gòu)原理進行解析。

● 為什么要用差速器？

汽車在轉(zhuǎn)彎時，車輪做的是圓弧的運動，那么外側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速必然要高于內(nèi)側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速，存在一定的速度差，在驅(qū)動輪上會造成相互干涉的現(xiàn)象。由于非驅(qū)動輪左右兩側(cè)的輪子是相互獨立的，互不干涉。

驅(qū)動輪如果直接通過一根軸剛性連接的話，兩側(cè)輪子的轉(zhuǎn)速必然會相同。那么在過彎時，內(nèi)外兩側(cè)車輪就會發(fā)生干涉的現(xiàn)象，會導(dǎo)致汽車轉(zhuǎn)彎困難，所以現(xiàn)在汽車的驅(qū)動橋上都會安裝差速器。

布置在前驅(qū)動橋（前驅(qū)汽車）和后驅(qū)動橋（后驅(qū)汽車）的差速器，可分別稱為前差速器和后差速器，如安裝在四驅(qū)汽車的中間傳動軸上，來調(diào)節(jié)前后輪的轉(zhuǎn)速，則稱為中央差速器。

● 差速器是如何工作的

一般的差速器主要是由兩個側(cè)齒輪（通過半軸與車輪相連）、兩個行星齒輪（行星架與環(huán)形齒輪連接）、一個環(huán)形齒輪（動力輸入軸相連）。

那差速器是怎樣工作的呢？傳動軸傳過來的動力通過主動齒輪傳遞到環(huán)齒輪上，環(huán)齒輪帶動行星齒輪軸一起旋轉(zhuǎn)，同時帶動側(cè)齒輪轉(zhuǎn)動，從而推動驅(qū)動輪前進。

當車輛直線行駛時，左右兩個輪受到的阻力一樣，行星齒輪不自轉(zhuǎn)，把動力傳遞到兩個半軸上，這時左右車輪轉(zhuǎn)速一樣（相當于剛性連接）。

當車輛轉(zhuǎn)彎時，左右車輪受到的阻力不一樣，行星齒輪繞著半軸轉(zhuǎn)動并同時自轉(zhuǎn)，從而吸收阻力差，使車輪能夠與不同的速度旋轉(zhuǎn)，保證汽車順利過彎。

如果對于差速器的工作原理還不夠明白，可觀看下面這個講解差速器原理的視頻，非常經(jīng)典有趣。

● 為何又要把差速器鎖死？

了解差速器的原理后就不難理解，如果當某一側(cè)車輪的阻力為0（如車輪打滑），那么另一側(cè)車輪的阻力相對于車輪打滑的一側(cè)來說太大了，行星齒輪只能跟著殼體一起繞著半軸齒輪公轉(zhuǎn)，同時自身還會自轉(zhuǎn)。這樣的話就會把動力全部傳遞到打滑的那一側(cè)車輪，車輪就只能原地不動了。

所以為了應(yīng)付差速器這一弱點，就會在差速器采用限滑或鎖死的方法，在汽車驅(qū)動輪失去附著力時減弱或讓差速器失去差速作用，是左右兩側(cè)驅(qū)動輪都可以得到相同的扭矩。

● 什么是限滑差速器？

為了防止車輪打滑而無法脫困的弱點，差速器鎖應(yīng)用而生。但是差速器的鎖死裝置在分離和接合時會影響汽車行駛的穩(wěn)定性。而限滑差速器（LSD）啟動柔和，有較好的駕駛穩(wěn)定性和舒適性，不少城市SUV和四驅(qū)轎車都采用限滑差速器。

限滑差速器主要通過摩擦片來實現(xiàn)動力的分配。其殼體內(nèi)有多片離合器，一旦某組車輪打滑，利用車輪差的作用，會自動把部分動力傳遞到?jīng)]有打滑的車輪，從而擺脫困境。不過在長時間重負荷、高強度越野時，會影響它的可靠性。

● 托森差速器是如何工作？

跟前面說的環(huán)形齒輪結(jié)構(gòu)的差速器不同的是，托森差速器內(nèi)部為蝸輪蝸桿行星齒輪結(jié)構(gòu)。托森差速器一般在四驅(qū)汽車上作為中央差速用。

它的工作是純機械的而無需任何電子系統(tǒng)介入，基本原理是利用蝸輪蝸桿的單向傳動（運動只能從蝸桿傳遞到蝸輪，反之發(fā)生自鎖）特性，因此比電子液壓控制的中央差速系統(tǒng)能更及時可靠地調(diào)節(jié)前后扭矩分配。

上圖為奧迪A4 Quattro四驅(qū)系統(tǒng)中，托森中央差速器（Torsen）在不同路況時對前后輪的動力分配情況。

● 四輪驅(qū)動汽車有什么特點？

四輪驅(qū)動，顧名思義就是采用四個車輪作為驅(qū)動輪，簡稱四驅(qū)。（英文是4 Wheel Drive，簡稱4WD）。四輪驅(qū)動汽車有兩大優(yōu)勢，一是提高通過性，二是提高主動安全性。

由于四驅(qū)汽車，四個輪子都可以驅(qū)動汽車，如果在一些復(fù)雜路段出現(xiàn)前輪或后輪打滑時，另外兩個輪子還可以繼續(xù)驅(qū)動汽車行駛，不至于無法動彈。特別是在冰雪或濕滑路面行駛時，更不容易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，比一般的兩驅(qū)車更穩(wěn)定。

● 分時四驅(qū)是什么？

分時四驅(qū)可以簡單理解為根據(jù)不同路況駕駛員可以手動切換兩驅(qū)或四驅(qū)模式。如在濕滑草地、泥濘、沙漠等復(fù)雜路況行駛時，可切換至四驅(qū)模式，提高車輛通過性。如在公路上行駛，可切換至兩驅(qū)模式，避免轉(zhuǎn)向時車輛轉(zhuǎn)向時發(fā)生干涉現(xiàn)象，減低油耗等。

● 適時四驅(qū)又是怎樣的？

適時四驅(qū)就是根據(jù)車輛的行駛路況，系統(tǒng)會自動切換為兩驅(qū)或四驅(qū)模式，是不需要人為控制的。適時驅(qū)動汽車其實跟駕駛兩驅(qū)汽車沒太大的區(qū)別，操控簡便，而且油耗相對較低，廣泛應(yīng)用于一些城市SUV或轎車上。

適時四驅(qū)車的傳動系統(tǒng)中，只需從前驅(qū)動橋引一根傳動軸，并通過一個多片耦合器連接到后橋。當主驅(qū)動輪失去抓地力（打滑）后，另外的驅(qū)動輪才會被動介入，所以它的響應(yīng)速度較慢。相對來說，適時四驅(qū)車的主動安全性不如全時驅(qū)動車高。

● 全時四驅(qū)？

全時四驅(qū)就是指汽車的四個車輪時時刻刻都能提供驅(qū)動力。因為是時時四驅(qū)，沒有了兩驅(qū)和四驅(qū)之間切換的響應(yīng)時間，主動安全性更好，不過相對于適時四驅(qū)來說，油耗較高。全時四驅(qū)汽車傳動系統(tǒng)中，設(shè)置了一個中央差速器。發(fā)動機動力先傳遞到中央差速器，將動力分配到前后驅(qū)動橋。

十、懸掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理解析

懸掛對于汽車的操控性能有著決定性的作用，不同構(gòu)造的懸掛有著不同的操控性能。常見的懸掛有麥弗遜式懸掛、雙叉臂式懸掛、多連桿懸掛等等，它們的結(jié)構(gòu)是怎樣的？對汽車操控性能又有著怎樣的影響？下面我們一起來了解下吧。

● 懸掛的作用

汽車懸掛是連接車輪與車身的機構(gòu)，對車身起支撐和減振的作用。主要是傳遞作用在車輪和車架之間的力，并且緩沖由不平路面?zhèn)鹘o車架或車身的沖擊力，衰減由此引起的震動，以保證汽車能平順地行駛。

典型的懸掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括彈性元件、導(dǎo)向機構(gòu)以及減震器等部分。彈性元件又有鋼板彈簧、空氣彈簧、螺旋彈簧以及扭桿彈簧等形式，而現(xiàn)代轎車懸掛系統(tǒng)多采用螺旋彈簧和扭桿彈簧，個別高級轎車則使用空氣彈簧。

● 獨立懸掛和非獨立懸掛的區(qū)別

汽車懸掛可以按多種形式來劃分，總體上主要分為兩大類，獨立懸掛和非獨立懸掛。那怎么來區(qū)分獨立懸掛和非獨立懸掛呢？

獨立懸掛可以簡單理解為，左右兩個車輪間沒有硬軸進行剛性連接，一側(cè)車輪的懸掛部件全部都只與車身相連。而非獨立懸掛兩個車輪間不是相互獨立的，之間有硬軸進行剛性連接。

從結(jié)構(gòu)上看，獨立懸掛由于兩個車輪間沒有干涉，可以有更好的舒適性和操控性。而非獨立懸掛兩個車輪間有硬性連接物，會發(fā)生相互干涉，但其結(jié)構(gòu)簡單，有更好的剛性和通過性。

● 麥弗遜式懸掛

麥弗遜懸掛是最為常見的一種懸掛，主要有A型叉臂和減振機構(gòu)組成。叉臂與車輪相連，主要承受車輪下端的橫向力和縱向力。減振機構(gòu)的上部與車身相連，下部與叉臂相連，承擔減振和支持車身的任務(wù)，同時還要承受車輪上端的橫向力。

麥弗遜的設(shè)計特點是結(jié)構(gòu)簡單，懸掛重量輕和占用空間小，響應(yīng)速度和回彈速度就會越快，所以懸掛的減震能力也相對較強。然而麥弗遜結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕，那么抗側(cè)傾和制動點頭能力弱，穩(wěn)定性較差。目前麥弗遜懸掛多用于家用轎車的前懸掛。

● 雙叉臂式懸掛

雙叉臂式懸掛（雙A臂、雙橫臂式懸掛），其結(jié)構(gòu)可以理解為在麥弗遜式懸掛基礎(chǔ)上多加一支叉臂。車輪上部叉臂，與車身相連，車輪的橫向力和縱向力都是由叉臂承受，而這時的減振機構(gòu)只負責支撐車體和減振的任務(wù)。

由于車輪的橫向力和縱向力都由兩組叉臂來承受，雙叉臂式懸掛的強度和耐沖擊力比麥弗遜式懸掛要強很多，而且在車輛轉(zhuǎn)彎時能很好的抑制側(cè)傾和制動點頭等問題。

雙叉臂式懸掛通常采用上下不等長叉臂(上短下長)，讓車輪在上下運動時能自動改變外傾角并且減小輪距變化減小輪胎磨損，并且能自適應(yīng)路面，輪胎接地面積大，貼地性好。由于雙叉臂式懸掛比麥佛遜式懸掛雙叉臂多了一個上搖臂，需要占用較大的空間，而且定位參數(shù)較難確定，因此小型轎車的前橋出于空間和成本考慮較少采用此種懸掛。

● 扭轉(zhuǎn)梁式懸掛

扭轉(zhuǎn)梁式懸掛的結(jié)構(gòu)中，兩個車輪之間沒有硬軸直接相連，而是通過一根扭轉(zhuǎn)梁進行連接，扭轉(zhuǎn)梁可以在一定范圍內(nèi)扭轉(zhuǎn)。但如果一個車輪遇到非平整路面時，之間的扭轉(zhuǎn)梁仍然會對另一側(cè)車輪產(chǎn)生一定的干涉的，嚴格上說，扭轉(zhuǎn)梁式懸掛屬于半獨立式懸掛。

扭力梁式懸掛相對于獨立式懸掛來說舒適性要差一些，不過結(jié)構(gòu)簡單可靠，也不占空間，而且維修費用也比獨立懸掛低，所以扭力梁懸掛多用在小型車和緊湊型車的后橋上。

● 穩(wěn)定桿的作用

穩(wěn)定桿也叫平衡桿，主要是防止車身側(cè)傾，保持車身平衡。穩(wěn)定桿的兩端分別固定在左右懸架上，當汽車轉(zhuǎn)彎時，外側(cè)懸掛會壓向穩(wěn)定桿，穩(wěn)定桿發(fā)生彎曲，由于變形產(chǎn)生的彈力可防止車輪抬起，從而使車身盡量保持平衡。

● 多連桿懸掛

多連桿懸掛，就是通過各種連桿配置把車輪與車身相連的一套懸掛機構(gòu)，其連桿數(shù)比普通的懸掛要多一些，一般把連桿數(shù)為三或以上的懸掛稱為多連桿懸掛。目前主流的連桿數(shù)為4或5根連桿。前懸掛一般為3連桿或4連桿式獨立懸掛；后懸掛則一般為4連桿或5連桿式后懸掛。

多連桿懸掛通過對連接運動點的約束角度設(shè)計使得懸掛在壓縮時能主動調(diào)整車輪定位，使得車輪與地面盡可能保持垂直、貼地性，具有非常出色的操控性。多連桿懸掛能最大限度的發(fā)揮輪胎抓地力從而提高整車的操控極限，是所有懸掛設(shè)計中最好的，不過結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本也高。一般中小型轎車車出于成本和空間考慮很少使用這種懸掛。

● 空氣懸掛

空氣懸掛是指采用空氣減振器的懸掛，主要是通過空氣泵來調(diào)整空氣減振器的空氣量和壓力，可改變空氣減振器的硬度和彈性系數(shù)。通過調(diào)節(jié)泵入的空氣量，可以調(diào)節(jié)空氣減振器的行程和長度，可以實現(xiàn)底盤的升高或降低。

空氣懸掛相對于傳統(tǒng)的鋼制懸掛系統(tǒng)來說，具有很多優(yōu)勢。如車輛高速行駛時，懸掛可以變硬，以提高車身穩(wěn)定性；而低速或顛簸路面行駛時，懸掛可以變軟來提高舒適性。

● 彈簧和減震器

在懸掛的減振機構(gòu)中，除了減振器還會有根彈簧。有了減振器為什么還要彈簧呢？其實需要它們的合作，才能完成減振的任務(wù)。

當車輛行駛在不平路面時，彈簧受到地面沖擊后發(fā)生形變，而彈簧需要恢復(fù)原型會出現(xiàn)來回震動的現(xiàn)象，這樣顯然會影響汽車的操控性和舒適性。而減振器起到對彈簧起到阻尼的作用，抑制彈簧來回擺動。這樣在汽車通過不平路段時，才不至于不停的顫動。

十一、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理解析

我們平時開車，控制好方向盤就能讓車往我們想要的方向行駛，很少會探究方向盤是如何使車輪轉(zhuǎn)向的。也經(jīng)常聽到“液壓助力轉(zhuǎn)向”、“電動助力轉(zhuǎn)向”、“主動轉(zhuǎn)向”這些名詞，它們到底是如何工作的？又有什么不同？下面我們一起來了解一下吧。

● 何為助力轉(zhuǎn)向?

所謂助力轉(zhuǎn)向，是指借助外力，使駕駛者用更少的力就能完成轉(zhuǎn)向。起初應(yīng)用于一些大型車上，不用那么費力就能夠輕松地完成轉(zhuǎn)向?，F(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種車型上，使得駕駛更加輕松、敏捷，一定程度上提高了駕駛安全性。助力轉(zhuǎn)向按動力的來源可分為液壓助力和電動助力兩種。

● 機械式液壓助力轉(zhuǎn)向

機械式液壓助力系統(tǒng)主要包括齒輪齒條轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)(液壓助力泵、液壓缸、活塞等)兩部分。工作原理是通過液壓泵(由發(fā)動機皮帶帶動)提供油壓推動活塞，進而產(chǎn)生輔助力推動轉(zhuǎn)向拉桿，輔助車輪轉(zhuǎn)向。

那具體是怎樣動作的呢？首先位于轉(zhuǎn)向機上的機械閥體（可隨轉(zhuǎn)向柱轉(zhuǎn)動），在方向盤沒有轉(zhuǎn)動時，閥體保持原位，活塞兩側(cè)的油壓相同，處于平衡狀態(tài)。當方向盤轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)向控制閥就會相應(yīng)的打開或關(guān)閉，一側(cè)油液不經(jīng)過液壓缸而直接回流至儲油罐，另一側(cè)油液繼續(xù)注入液壓缸內(nèi)，這樣活塞兩側(cè)就會產(chǎn)生壓差而被推動，進而產(chǎn)生輔助力推動轉(zhuǎn)向拉桿，使轉(zhuǎn)向更加輕松。

在液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，如車輪的劇烈跳動和遇到坑洼路面導(dǎo)致輪胎出現(xiàn)非自主的轉(zhuǎn)向時，可以通過液壓對活塞的作用能夠很好的緩沖和吸收震動，使傳遞到方向盤上的震動大大減少。機械液壓助力技術(shù)成熟穩(wěn)定，可靠性高，應(yīng)用廣泛。但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，維護成本較高。而且單純的機械式液壓助力系統(tǒng)助力力度不可調(diào)節(jié)，很難兼顧低速和高速行駛時對指向精度的不同需求。

● 電子式液壓助力轉(zhuǎn)向

電子式液壓助力的結(jié)構(gòu)原理與機械式液壓助力大體相同，最大的區(qū)別在于提供油壓油泵的驅(qū)動方式不同。機械式液壓助力的液壓泵直接是通過發(fā)動機皮帶驅(qū)動的，而電子式液壓助力采用的是由電力驅(qū)動的電子泵。

電子液壓助力的電子泵，不用消耗發(fā)動機本身的動力，而且電子泵是由電子系統(tǒng)控制的，不需要轉(zhuǎn)向時，電子泵關(guān)閉，進一步減少能耗。電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電子控制單元，利用對車速傳感器、轉(zhuǎn)向角度傳感器等傳感器的信息處理，可以通過改變電子泵的流量來改變轉(zhuǎn)向助力的力度大小。

● 電動助力轉(zhuǎn)向

電動助力主要由傳感器、控制單元和助力電機構(gòu)成，沒有了液壓助力系統(tǒng)的液壓泵、液壓管路、轉(zhuǎn)向柱閥體等結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)非常簡單。

主要工作原理是，在方向盤轉(zhuǎn)動時，位于轉(zhuǎn)向柱位置的轉(zhuǎn)矩傳感器將轉(zhuǎn)動信號傳到控制器，控制器通過運算修正給電機提供適當?shù)碾妷?，?qū)動電機轉(zhuǎn)動。而電動機輸出的扭矩經(jīng)減速機構(gòu)放大后推動轉(zhuǎn)向柱或轉(zhuǎn)向拉桿，從而提供轉(zhuǎn)向助力。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以根據(jù)速度改變助力的大小，能夠讓方向盤在低速時更輕盈，而在高速時更穩(wěn)定。

電動助力轉(zhuǎn)向有兩種實現(xiàn)方式，一種是對轉(zhuǎn)向柱施加助力，是將助力電機經(jīng)減速增扭后直接連接在轉(zhuǎn)向柱上，電機輸出的輔助扭矩直接施加在轉(zhuǎn)向柱上，相當于電機直接幫助我們轉(zhuǎn)動方向盤。另一種是對轉(zhuǎn)向拉桿施加助力，是將助力電機安裝在轉(zhuǎn)向拉桿上，直接用助力電機推動拉桿使車輪轉(zhuǎn)向。后者結(jié)構(gòu)更為緊湊、便于布置，目前使用比較廣泛。

● 隨速可變助力轉(zhuǎn)向是怎樣的?

隨速可變助力轉(zhuǎn)向是指轉(zhuǎn)向助力的大小可隨著車速的變化而改變。這樣有什么好處呢？在平時停車入庫等低速行駛時，如方向盤轉(zhuǎn)向輕盈確實很方便，但是如果在高速行駛時，方向盤轉(zhuǎn)向過于輕盈反而是一種危害，因為不利于車輛高速行駛的穩(wěn)定性。

而隨速可變助力轉(zhuǎn)向可以做到這點，當車低速行駛時，它可以提供大的助力，保證方向盤轉(zhuǎn)動輕盈和靈活；當車速較高時，它提供的助力就會較小，以增強行車的安全性和穩(wěn)定性。

● 何為可變轉(zhuǎn)向比轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng))？

所謂可變轉(zhuǎn)向比，可以簡單理解為方向盤轉(zhuǎn)動的角度與對應(yīng)的車輪轉(zhuǎn)動角度的比值。前面提到的隨速可變助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，能夠改變的僅僅是助力力度，也就是只能改變方向盤轉(zhuǎn)動時的助力而已，但是轉(zhuǎn)向比是不可改變的，而可變轉(zhuǎn)向比的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)僅能夠改變轉(zhuǎn)向的助力力度，在不同情況下，方向盤轉(zhuǎn)角對應(yīng)的車輪轉(zhuǎn)動角度也是可以變化的。

如上圖中的主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，在轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪之間安裝一個電子控制的機械機構(gòu)，那么車輪整體轉(zhuǎn)向的角度不再僅僅是駕駛員輸入方向盤的角度，而是在此基礎(chǔ)上疊加上蝸輪蝸桿調(diào)節(jié)機構(gòu)附加的角度。那么通過利用電動機對蝸輪蝸桿調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的控制，可以改變傳動系統(tǒng)的傳動比。

這樣做有什么好處呢？在高速時，通過電動機的作用使蝸輪蝸桿調(diào)節(jié)機構(gòu)與駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤的方向相同，可以減少對轉(zhuǎn)向力的需求。而在高速時，通過電動機的作用使蝸輪蝸桿調(diào)節(jié)機構(gòu)與駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤的方向相反，減少前輪的轉(zhuǎn)動角度，提高轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性。

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編輯：jq