汽車構造之行駛系--汽車知識從零學起(3)
汽車構造之行駛系--汽車知識從零學起(3)
第二章 行駛系
第一節 概述
從發動機發出的功率輾轉經過飛輪、離合器、變速箱、傳動軸、差速器、半軸， 傳到了車輪，車終於能動了。本教程也進入了一個有點複雜的內容--行駛系。讓我們由簡到繁，慢慢道來。
先想像一個只有兩根橫樑的梯子，讓我們把橫樑換成兩根車軸，再安上四個轱轆，於是，一個最簡單的能被稱為"車"的東西產生了，這就是行駛系。那兩根橫樑就是車橋（裝著驅動輪的車橋就是驅動橋），兩根縱梁就是車架（或就叫縱梁也成）。車橋的兩端裝著輪子，而車架上則安放
著幾乎所有其他東西--發動機、
變速箱、轉向機構（方向盤和轉向機）、人、行李以及把這一切包裹起來的活動房子--車身。車橋和輪子在顛簸的路面上歡快地跳躍著，我們當然不希望車身也如此活躍，因此車橋和車架之間要用一種彈性結構連接在一起，這就是懸架系統，它包括能讓車身不停顫動的彈簧和讓這種顫動能
盡快停下來的阻尼裝置--減震器。
好啦，我們已經知道行駛系的四大主要部分了：車輪、車橋、車架和懸架。下面就讓我們分別探討一下它們各自功能和結構
第二節 車橋
前面講過，車橋通過懸架和車架（或車身）相連，兩端連接車輪。車橋可以是整體式的，有如一個巨大的槓鈴，兩端通過懸架系統支撐著車身，因此整體式車橋通常與非獨立懸架配合；車橋也可以是斷開式的，像兩把雨傘插在車身兩側，再各自通過懸架系統支撐車身，所以斷開式車橋
與獨立懸架配用。
根據驅動方式的不同，車橋也分成轉向橋、驅動橋、轉向驅動橋和支持橋四種。其中轉向橋和支持橋都屬於從動橋。大多數汽車採用前置後驅動（FR），因此前橋作為轉向橋，後橋作為驅動橋；而前置前驅動（FF）汽車則前橋成為轉向驅動橋，後橋充當支持橋。
轉向橋的結構基本相同，由兩個轉向節和一根橫樑組成。如果把橫樑比做身體，轉向節就是他左右搖晃的腦袋，脖子就是我們常說的主銷，車輪就裝在轉向節上，彷彿腦袋上帶了個草帽。不過，行駛的時候草帽轉，腦袋卻不轉，中間用軸承分隔開，腦袋只管左右晃動。脖子--主銷是車
輪轉動的軸心，這個軸的軸線並非垂直於地面，車輪本身也不是垂直的，我們將在車輪定位一節具體論述。
轉向驅動橋與轉向橋的區別就是一切都是空心的，橫樑變成了橋殼，轉向節變成了轉向節殼體，因為裡面多了根驅動軸。這根驅動軸因被位於橋殼中間的差速器一分為二，而變成了兩根半軸。兩個草帽也不是簡單地套在腦袋上，還要與裡面的兩根半軸直接相連。半軸在"脖子"的位置也
多了一個關節--萬向節，因此半軸也變成了兩部分，內半軸和外半軸。
第三節 車輪及車輪定位（一）
上一節講到轉向輪的轉向軸心--主銷並非垂直於地面，而是朝兩個方向產生傾角，即主銷內傾角和主銷後傾角。車輪本身也有一個外傾角和前束。先說主銷後傾角。站在車身左側，觀察車的左前輪，我們會發現主銷是向後傾
倒的。這樣做的主要目的是為了讓主銷的延長線與地面的交點在車輪觸地點的前面。
這種設計是為了使車輪在滾動的過程中保持穩定，不致左右搖擺。我們不作過多的理論解釋，只舉一個例子：也許有的讀者小時候玩過推鐵環的遊戲，我們用一個頭部帶圈的長鐵桿從後面推一個大鐵環使其滾動，由於鐵環很容易翻倒而使得這個遊戲具有一定的挑戰性。但如果我們換一
種推法，讓鐵桿與鐵環的接觸點在鐵環與地面接觸點的前面，我們會發現這樣做使得這個遊戲的挑戰性大大降低了，鐵環不再那麼容易晃動甚至翻倒了。這就是主銷後傾角的妙用。
下面再看看主銷內傾角。站在車的後部，觀察車的右前輪，我們發現主銷向左傾倒，也即向內側傾倒。
這樣做的目的是為了在轉彎的時候讓車輪產生傾斜。還是舉一個生活中的例子：
我們在騎自行車拐彎的時候，會自然地將車子向所轉的方向傾斜，讓車輪與地面有一個夾角，學過物理的人知道，這樣做是為了產生足夠的向心力。汽車也是一樣，右側車輪在右轉彎的時候在主銷內傾角和後傾角的共同作用下會向右側傾倒，而左側車輪雖也有主銷內傾角，卻不會向左側傾
倒，因為還有主銷後傾角，把它又拉了回來，甚至也能向右微微傾斜。不僅如此，兩側車輪的轉動還使右側車身降低，左側車身抬高，整個車身也向右傾斜，於是產生了足夠的向心力。
第四節 車輪與車輪定位（二）
除了上述的主銷後傾和內傾兩個角度以保證汽車穩定直線行駛外，車輪中心平面也不是垂直於地面的，而是向外傾斜一個角度，稱為車輪外傾角。因為假如空車時車輪正好垂直於地面，則滿載時，車橋因受壓產生變形，中間下沉，兩端上翹，車輪便隨之變為內傾，這樣將加速輪胎的磨損。
另外，內傾的車輪從兩端向內擠壓輪轂上的軸承，加重了它的負荷，降低了使用壽命。因此在安裝車輪時要預先使車輪有一定的外傾，這也使其與拱行路面相適應。
車輪有了外傾以後，在滾動時就會導致兩側車輪向外滾開。由於轉向橫拉桿和車橋的約束使車輪不可能向外滾開，於是車輪在無法按照自己的預想軌跡滾動的情況下，勢必產生橫向滑動，從而加重了輪胎的磨損。為了消除這種不良影響，在安裝車輪時，使汽車兩前輪並不平行，俯視車
輪，會發現兩前輪就像人的內八字腳一樣。這稱為車輪前束。
在外傾角和前束的共同作用下車輪基本上可以沿直線滾動而沒有什麼橫向影響了。以上就是車輪定位的四個要素：主銷後傾角、主銷內傾角、車輪外傾角和車輪前束。
第五節 懸架系統
前懸架系統
前懸架目前基本上都採用獨立懸架系統，即左右兩個車輪各自獨立地通過懸掛裝置與車體相連，也就意味著可以各自獨立地上下跳動。懸架系統由連桿機構和彈簧、減震器組成三角形、四邊形或其它形狀的連接方式以固定車輪與車身的相對位置，在彈簧的作用下使車輪可以相對車身上
下運動。最常見的有雙橫臂式和麥佛遜(又稱滑柱擺臂式)。
雙橫臂式懸架由上短下長兩根橫臂連接車輪與車身，兩根橫臂都非真正的桿狀，而是大體上類似英文字母Y或C，這樣的設計既是為了增加強度，提高定位精度，也為減震器和彈簧的安裝留出了空間和安裝位置。同時，下橫臂的長度較長，且與車輪中心大致處於同一水平線上，這樣做的
目的是為了在車輪跳動導致下橫臂擺動時，不致產生太大的擺動角，也就保證了車輪的傾角不會產生太大變化。這種結構比較複雜，但經久耐用，同時減震器的負荷小，壽命長。
滑柱擺臂式懸架結構相對比較簡單，只有下橫臂和減震器-彈簧組兩個機構連接車輪與車身，它的優點是結構簡單，重量輕，佔用空間小，上下行程長等。缺點是由於減震器--彈簧組充當了主銷的角色，使它同時也承受了地面作用於車輪上的橫向力，因此在上下運動時阻力較大，磨損
也就增加了。且當急轉彎時，由於車身側傾，左右兩車輪也隨之向外側傾斜，出現不足轉向，彈簧越軟這種傾向越大。
後懸架系統
後懸架系統的種類比前懸架要多，原因之一是驅動方式的不同決定著後車軸的有無，也與車身重量有關。主要有連桿式和擺臂式兩種。
連桿式主要是在FR驅動方式，並且後車軸左右一體化(與中間的差速器剛性連接)的情況下使用的，過去多採用鋼板彈簧支撐車身，現在從提高行車平順性考慮，多使用連桿式和後面要說的擺臂式，並且使用平順性好的螺旋彈簧。連桿在左右兩側各有一對，分為上拉桿和下拉桿，作為傳
遞橫向力(汽車驅動力)的機構，通常再與一根橫向推力桿一起組成五連桿式構成。橫向推力桿一端連接車身，一端連接車軸，其目的是為了防止車軸(或車身)橫向竄動。當車軸因顛簸而上下運動時，橫向推力桿會以與車身連接的接點為軸做畫圓弧的運動，如果擺動角度過大會使車軸與車身
之間產生明顯的橫向相對運動，與下擺臂的原理類似，橫向推力桿也要設計得比較長，以減小擺動角。
連桿式懸架與車軸形成一體，彈簧下方質量大，且左右車輪不能獨立運動，所以顛簸路面對車身產生的衝擊能量比較大，平順性差。因此採用了擺臂方式，這種方式是僅車軸中間的差速器固定，左右半軸在差速器與車輪之間設萬向節，並以其為中心擺動，車輪與車架之間用Y型下擺臂
連接。"Y"的單獨一端與車輪剛性連接，另外兩個端點與車架連接並形成轉動軸。根據這個轉動軸是否與車軸平行，擺臂式懸架又分為全拖動式擺臂和半拖動式擺臂，平行的是全拖動式，不平行的叫半拖動式。
第六節 彈簧和減振器 (一)
彈簧
螺旋彈簧：是現代汽車上用得最多的彈簧。它的吸收衝擊能力強，乘坐舒適性好；缺點是長度較大，佔用空間多，安裝位置的接觸面也較大，使得懸架系統的佈置難以做到很緊湊。由於螺旋彈簧本身不能承受橫向力，所以在獨立懸架中不得不採用四連桿螺旋彈簧等複雜的組合機構。
出於乘坐舒適性的考慮，我們希望對於頻率高且振幅小的地面衝擊，彈簧能表現得柔軟一點，而當衝擊力大時，又能表現出較大的剛性，減小衝擊行程，因此需要彈簧同時具有兩種甚至兩種以上的剛度。可採用鋼絲直徑不等的彈簧或螺距不等的彈簧，它們的剛度隨負載的增加而增加。
鋼板彈簧：多用於廂式車及卡車，由若干片長度不同的細長彈簧片組合而成。它比螺旋彈簧結構簡單，成本低，可緊湊地裝配於車身底部，工作時各片間產生摩擦，因此本身具有衰減效果。但如果產生嚴重的干摩擦，就會影響吸收衝擊的能力。重視乘坐舒適性的現代轎車很少使用。
扭桿彈簧：是利用具有扭曲剛性的彈簧鋼製成的長桿。一端固定於車身，一端與懸架上臂相連，車輪上下運動時，扭桿發生扭轉變形，起到彈簧的作用。
氣體彈簧：利用氣體的可壓縮性代替金屬彈簧。它最大的優點就是具有可變的剛度，隨氣體的不斷壓縮漸漸增加剛度，且這種增加是一個連續的漸變過程，而不像金屬彈簧是分級變化的。它的另一個優點是具有可調整性，即彈簧的剛度和車身的高度是可以主動調節的。
通過主副氣室的配合使用，使彈簧可以處在兩種剛度的工作狀態下：主副氣室同時使用，氣體容量變大，剛度變小，反之(只使用主氣室)則剛度變大。氣體彈簧剛度由計算機控制，在汽車高速、低速、制動、加速以及轉彎等狀態下，根據所需剛度進行調節。氣體彈簧也有弱點，靠壓力
變化控制車高必須裝備氣泵，還有各種控制附件，如空氣乾燥器，如保養不善會使系統內部生銹發生故障。另外如果不同時採用金屬彈簧，一旦發生漏氣，汽車將無法行駛。
第七節 彈簧和減振器(二）
彈簧雖然可以減輕道路對車身的衝擊，但如果不讓它的振動盡快停下來，我們乘坐的將是一輛跳個不停的汽車。因此，要在彈簧運動的過程中加上一定的阻力(學名叫做阻尼)，使彈簧的振動迅速衰減。減振器就是這個阻尼設備。
減振器的結構是帶有活塞的活塞桿插入筒內，在筒中充滿油。活塞上有節流孔，使得被活塞分隔出來的兩部分空間中的油可以互相補充。阻尼就是在具有粘性的油通過節流孔時產生的，節流孔越小，阻尼力越大，油的黏度越大，阻尼力越大。如果節流孔大小不變，當減振器工作速度快
時，阻尼過大會影響對衝擊的吸收。因此，在節流孔的出口處設置一個圓盤狀的板簧閥門，當壓力變大時，閥門被頂開，節流孔開度變大，阻尼變小。由於活塞是雙向運動的，所以在活塞的兩側都裝有板簧閥門，分別叫做壓縮閥和伸張閥。
減振器按其結構可分為雙筒式和單筒式。雙筒式是指減振器有內外兩個筒，活塞在內筒中運動，由於活塞桿的進入與抽出，內筒中油的體積隨之增大與收縮，因此要通過與外筒進行交換來維持內筒中油的平衡。所以雙筒減振器中要有四個閥，即除了上面提到的活塞上的兩個節流閥外，
還有裝在內外筒之間的完成交換作用的流通閥和補償閥。
與雙筒式相比，單筒式減振器結構簡單，減少了一套閥門系統。它在缸筒的下部裝有一個浮動活塞，(所謂浮動即指沒有活塞桿控制其運動)，在浮動活塞的下面形成一個密閉的氣室，充有高壓氮氣。上面提到的由於活塞桿進出油液而造成的液面高度變化就通過浮動活塞的浮動來自動適
應之。除了上面所述兩種減振器外，還有阻力可調式減振器。它可通過外部操作來改變節流孔的大小。最近的汽車將電子控制式減振器作為標準裝備，通過傳感器檢 測行駛狀態，由計算機計算出最佳阻尼力，使減振器上的阻尼力調整機構自動工作。
第八節 輪胎
我們這裡討論的基本上是以目前最常用的無內胎輪胎，即通常所謂的真空胎為對象。
輪胎的結構分為三部分：胎體、簾布、外胎面。
胎體較柔軟，外胎面剛性較大，中間的簾線起到加強胎體強度和定型的作用，多加以金屬絲提高輪胎的彈力性能。
轎車輪胎大致分為子午線輪胎和斜線輪胎。斜線輪胎的簾線按斜線交叉排列，故而得名。胎體構成了輪胎的基本骨架，從外胎面到胎側的柔軟度是一致的。雖然斜線輪胎的噪音小，外胎面柔軟，低速行駛時乘坐舒適性好，且價格便宜，但其綜合性能不如子午線輪胎，汽車廠家都是以子
午線輪胎為前提研製新車的，隨著子午線輪胎的不斷改進，斜線輪胎將基本上被淘汰。
子午線輪胎的簾布層相當於輪胎的基本骨架，其排列方向與輪胎子午斷面一致，由於行駛時輪胎要承受較大的切向作用力，為保證簾線的穩固，在其外部又有若干層由高強度、不易拉伸的材料製成的帶束層(又稱箍緊層)，其簾線方向與子午斷面呈較大的交角(70-75度)，材料多選用玻
璃纖維、聚酰胺纖維或鋼絲等高強度材料，既起到固定簾線的作用，同時利用束帶來提高胎面的剛性。輪胎側面的剛性小於胎面的剛性，所以在轉彎時輪胎側面因受地面橫向力作用發生變形，從而保證了外胎面的觸地面積基本保持不變。
子午線輪胎與普通斜線胎相比，彈性大，耐磨性好，滾動阻力小，附著性能好，緩衝性能好，承載能力大，不易刺穿；缺點是胎側易裂口，由於側向變形大，導致汽車側向穩定性稍差，製造技術要求高，成本高。
下面我們舉兩例來說明斜線輪胎與子午線輪胎的規格及其標識。 斜線輪胎： 5.60-13 4PR 5.60 : 輪胎寬(5.6英吋) 13 ：適合輪輞直徑(13英吋) 4PR : 輪胎強度(相當於四層簾布) 子午線輪胎： 195/60R 14 85 H 195 ：輪胎寬(195mm) 60 : 扁平率(輪胎子午斷面高寬比)(60%) R
：輪胎結構(Radial) 14 ：適合的輪輞直徑(14英吋) 85 ：允許載荷代碼 H ：極限速度符號(H=210km/h)
