第一章　汽车底盘系统概论

第一节　汽车行驶原理和底盘的总体构造

一、汽车行驶的基本原理

1.驱动力的产生

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1-1所示。发动机经由传动系统在驱动车轮上施加了一个驱动力矩，力图使驱动车轮旋转。在Tt的作用下，驱动车轮将对地面施加一个与汽车行驶方向相反的圆周力F0。根据作用与反作用原理，地面也将对驱动车轮施加一个与F0大小相等、方向相反的反作用力Ft，Ft就是使汽车行驶的驱动力，或称牵引力。驱动力作用在驱动轮上，再通过车桥、悬架、车架等行驶系统传到车身上，使汽车行驶。

汽车牵引力的大小，不仅取决于发动机输出转矩和传动装置的结构，同时还取决于轮胎与路面的附着性能。附着力的大小与轮胎和地面的性质、作用在车轮上的附着重力有关。

2.行驶阻力

汽车在行驶中会遇到各种阻力，主要有滚动阻力、空气阻力、上坡阻力和加速阻力等，这些阻力会影响汽车行驶。其性质、大小和影响因素见表1-1。

3.汽车行驶的基本条件

汽车的行驶情况取决于汽车的受力情况，其关系如下。

（1）当牵引力等于行驶总阻力，即Ft=∑F时，汽车匀速行驶或静止状态。

（2）当牵引力大于行驶总阻力，即Ft>∑F时，汽车加速行驶。

（3）当牵引力小于行驶总阻力，即Ft<∑F时，汽车减速行驶或无法起步。

车辆在泥泞路面上或冰雪地面上行驶，轮胎与路面间的圆周力存在，但小于汽车行驶阻力时，即Ft<∑F，车辆将打滑。可见，路面与轮胎间的附着性能决定了路面所能提供反作用力（即附着力）的最大值。

附着力是阻止车轮打滑的路面阻力，为使车轮在路面上不打滑，附着力必须大于或等于汽车牵引力。

二、汽车底盘总体构造

汽车底盘由传动系统、行驶系统、转向系统和制动系统四大系统组成，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，图1-2所示为汽车的底盘结构。

1.传动系统

汽车传动系统的基本功用是，将发动机的转矩传递给驱动轮，同时还必须适应行驶条件的需要，改变转矩的大小。

以普通的机械式传动系统为例，发动机发出的动力依次经过离合器、变速器和由万向节与传动轴组成的万向传动装置，以及安装在驱动桥中的主减速器、差速器和半轴，最后传到驱动轮，如图1-3所示。现在汽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，即自动变速器取代了离合器和手动变速器。

传动系统各总成的基本功用如下。

（1）离合器　按需要接通或者切断发动机与传动系统之间的动力传递。

（2）变速器　实现车辆的变速，改变转矩大小及输出轴旋转方向，也可以切断动力。

（3）万向传动装置　将变速器输出的动力传给主减速器，并且适应两者之间距离和轴线夹角的变化。

（4）主减速器　减速增矩，改变动力传递方向。

（5）差速器　将主减速器传来的动力分配给左右两半轴，并且允许左右两半轴以不同角速度旋转，实现左右车轮的差速。

（6）半轴　将差速器传来的动力传给驱动轮。

2.行驶系统

汽车的行驶系统是用来把汽车各个总成和部件连接成为一个合理的整体的机构的总称，其作用是支撑全车的质量，承受车辆运动时车轮与道路之间的冲突所产生的各种力和力矩，减缓路面对车辆的冲击和震动力，保证汽车的平稳行驶。行驶装置主要由车架、车桥、车轮、钢板弹簧、减振器等机件组成。

行驶系统的结构形式因行驶条件和车型的不同而有所差异。绝大多数的汽车采用轮式行驶系统。此外，还有履带式、水路两用式等。

轮式行驶系统一般由车架、车桥、车轮和悬架等组成，如图1-4（a）所示。车轮安装在车桥上，车桥通过悬架与车架相连接。车架是全车的装配基础，它把汽车连成一个整体。

汽车行驶系统的受力情况如图1-4（b）所示，在垂直方向上，汽车的总重力Ga通过前后车轮传到地面，引起地面垂直反力Fz1和Fz2；在水平方向上，当后轮（驱动轮）受到驱动转矩Mk作用时，通过车轮与路面的附着作用，产生向前的纵向反力——牵引力Ft。牵引力除用以克服驱动轮的滚动阻力外，其余大部分经过驱动桥壳和悬架传到车架，其中一部分用于克服空气阻力和上坡阻力，另一部分由车架经前悬架传到从动桥，作用在从动轮中心，使从动轮克服滚动阻力向前滚动，于是整个汽车便向前运动。

由于牵引力Ft是作用在轮缘上的，此力对驱动轮中心形成一个反力矩Ftrk，并力图使驱动桥壳前端向上抬起。这将导致万向传动装置中万向节卡死不能工作，甚至损坏。同时，牵引反力矩经后悬架传给车架，使车架连同整车前部都有向上抬起的趋势，由此导致了前轮上的垂直载荷减少而后轮上的垂直载荷增加。

同理，汽车制动时，制动力与驱动力方向相反，其作用结果恰好反之。

汽车在弯道上或横向坡道上行驶时，车轮与路面之间将产生侧向力，此力也是由行驶系统承受和传递的。

综上所述，路面作用于车轮上的所有外力都必须通过行驶系统的零部件传给车架，使汽车行驶、制动或转向。同时，这些力和力矩又使车架和车桥等基础件产生变形、裂纹、连接件松动及各总成相对位置改变。此外，这些力还会使配合副之间产生冲击和振动，出现噪声、密封件掉落等。

3.转向系统

汽车在行驶过程中，需要经常改变行驶轨迹。就轮式汽车而言，驾驶员通过专设的动力传递机构，驱动转向轮相对于汽车纵轴线偏转一定的角度，以实现汽车行驶方向的改变。另外，汽车在直线行驶时，由于受到路面侧向力的作用，自动偏离正常的行驶方向。驾驶员同样利用这套机构使转向车轮向反方向偏转，使汽车恢复其正常的行驶方向。用来改变或恢复汽车行驶方向的传动机构，称为汽车转向系统。汽车转向系统的功用是在不同的行驶条件和速度下，控制汽车的转向轮偏角，改变汽车行驶方向，使汽车能按驾驶员的意愿进行行驶。

汽车转向系统通常分为机械转向系统和动力转向系统两大类。

如图1-5所示，机械转向系统主要由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。

4.制动系统

汽车制动系统的功用是，按照需要使汽车减速或在最短距离内停车；下坡行驶时限制车速；使汽车可靠地停放在原地，保持不动。为达到汽车制动系统的功用，汽车上一般设有行车制动、驻车制动、应急制动、安全制动和辅助制动等独立的制动系统。大部分小型汽车都采用液压式制动系统，而载货汽车和大客车则常采用气压制动系统。

汽车上设置的制动系统，通常由以下四个部分组成。

（1）供能装置　供能装置包括供给、调节制动所需能量以及改善传能介质状态的各种部件，如气压制动系统中的空气压缩机。

（2）控制装置　控制装置包括产生制动动作和控制制动效果的各种部件，如制动踏板等。

（3）传动装置　传动装置是指将驾驶员或其他动力源的作用力传到制动器，同时控制制动器的工作，从而获得所需的制动力矩，包括将制动能量传输到制动器的各个部件，如制动主缸、制动轮缸等。

（4）制动器　制动器是指产生阻碍车辆运动或运动趋势的力的部件。

较为完善的制动系统还包括制动力调节装置以及报警装置、压力保护装置等。

所谓制动系统，是指汽车上对制动器施加制动力而设置的专门装置，其结构如图1-6所示。图示为液压制动的行车制动装置，它主要由旋转部分、固定部分和张开机构组成。旋转部分为制动鼓，它固定在轮毂上和车轮一起转动。固定部分主要包括制动蹄和制动底板等。

行车制动装置由车轮制动器和液压传动机构两部分组成。车轮制动器的旋转部分是制动鼓，它固定于轮毂上，与车轮一起旋转。固定部分是制动蹄和制动底板等。制动蹄上铆有摩擦片，其下端套在支承销上，上端用复位弹簧拉紧压靠在制动轮缸内的活塞上。支承销和制动轮缸都固定在制动底板上，制动底板用螺钉与转向节凸缘或桥壳凸缘固定在一起。制动蹄靠制动轮缸使其张开。

不制动时，制动鼓的内圆柱面与摩擦片之间保留一定间隙，制动鼓可以随车轮一起旋转。

制动时，驾驶员踩下制动踏板，推杆推动制动主缸内的活塞前移，迫使制动液经管路进入制动轮缸，推动轮缸内活塞向外移动，使制动蹄克服复位弹簧的拉力绕支承销转动而张开，消除了制动蹄与制动鼓之间的间隙后紧压在制动鼓上。此时，不旋转的制动蹄摩擦片对旋转的制动鼓就产生一个摩擦力矩，其方向与车轮的旋转方向相反。制动鼓将此力矩传到车轮后，由于车轮与路面的附着作用，车轮即对路面作用一个向前的周缘力Fμ，与此相反，路面会给车轮一个向后的反作用力，这个力就是车轮受到的制动力Fb。各车轮制动力的总和就是汽车受到的总制动力。制动力迫使整个汽车产生一定的减速度，直至停车。

放松制动踏板，在回位弹簧的作用下，制动蹄与制动鼓的间隙又得以恢复，从而解除制动。

汽车制动系统按制动传动介质的不同，分为液压制动系统、气压制动系统和气-液制动系统。

三、汽车构造的参数

（1）整车装备质量（kg）　汽车完全装备好的质量，包括润滑油、燃料、随车工具、备胎等所有装置的质量。

（2）最大总质量（kg）　汽车满载时的总质量。

（3）最大装载质量（kg）　汽车在道路上行驶时的最大装载质量。

（4）最大轴载质量（kg）　汽车单轴所承载的最大总质量，与道路通过性有关。

（5）车长（mm）　汽车长度方向两极端点间的距离。

（6）车宽（mm）　汽车宽度方向两极端点间的距离。

（7）车高（mm）　汽车最高点至地面间的距离。

（8）轴距（mm）　汽车前轴中心至后轴中心的距离。

（9）轮距（mm）　同一车轿左右轮胎胎面中心线间的距离。

（10）前悬（mm）　汽车最前端至前轴中心的距离。

（11）后悬（mm）　汽车最后端至后轴中心的距离。

（12）最小离地间隙（mm）　汽车满载时，最低点至地面的距离。

（13）接近角（°）　汽车前端突出点向前轮引的切线与地面的夹角。

（14）离去角（°）　汽车后端突出点向后轮引的切线与地面的夹角。

（15）转弯半径（mm）　汽车转向时，汽车外侧转向轮的中心平面在车辆支承平面上的轨迹圆半径。转向盘转到极限位置时的转弯半径为最小转弯半径。

（16）最高车速（km/h）　汽车在平直道路上行驶时能达到的最大速度。

（17）最大爬坡度（%）　汽车满载时的最大爬坡能力。

（18）平均燃料消耗量（L/100km）　汽车在道路上行驶时每百公里平均燃料消耗量。

（19）车轮数和驱动轮数（n×m）　车轮数以轮毂数为计量依据，n代表汽车的车轮总数，m代表驱动轮数。