汽車設(shè)計基礎(chǔ)知識復習大綱

汽車設(shè)計基礎(chǔ)知識復習大綱

員工成長路徑系列教材考試復習大綱

《汽車設(shè)計基礎(chǔ)知識》

課程名稱：《汽車設(shè)計基礎(chǔ)知識》

參考教材：

《汽車設(shè)計》第3版吉林工業(yè)大學王望予主編機械工業(yè)出版社《汽車工程手冊一基

礎(chǔ)篇》人民交通出版社適用專業(yè)：技術(shù)類、管理類各專業(yè)

考試題型：選擇題、填空題、名詞解釋、簡答題、綜合分析題（含計算）?？荚噺?/p>

習大綱內(nèi)容：

第一章汽車發(fā)動機性能

1.1發(fā)動機概論

1.1.1汽車發(fā)動機歷史

1.1.2發(fā)動機的分類及工作原理

1.1.2.1發(fā)動機的分類

（-）熱力發(fā)動機定義及分類

熱力發(fā)動機：將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的發(fā)動機，包括內(nèi)燃機和外燃機。

（二）車用內(nèi)燃機分類

1）按實際的循環(huán)方式分類

①四沖程內(nèi)燃機，由活塞移動四個行程或曲軸兩轉(zhuǎn)完成一個循環(huán)；②二沖程內(nèi)燃機，

由活塞移動二個行程或曲軸一轉(zhuǎn)完成一個循環(huán)。

2）按使用的燃料種類分類

①液體燃料內(nèi)燃機，其中有汽油機、柴油機和醇類燃料發(fā)動機等;

②多種液體燃料內(nèi)燃機，可使用輕質(zhì)到重質(zhì)的液體燃料與其他代用燃料；

③氣體燃料內(nèi)燃機，其中有壓縮天然氣（CNG）發(fā)動機、液化石油氣（LPG）發(fā)動機等；

④液-氣混合燃料內(nèi)燃機，基本燃料是氣體，少量的液體作為點燃用。

3）按冷卻方式分類

①水冷式內(nèi)燃機；

②風冷式內(nèi)燃機。

4）按氣缸數(shù)目分類

①單缸內(nèi)燃機；

②多缸內(nèi)燃機。多缸內(nèi)燃機還可根據(jù)氣缸排列形式進一步分類為直列、對置、V型等發(fā)

動機。

5）按進氣方式分類

①非增壓式內(nèi)燃機，也稱自然吸氣式內(nèi)燃機，它依靠活塞使工作氣體吸入氣缸；②增

壓式內(nèi)燃機，為增加發(fā)動機的功率，使進入氣缸的工作氣體先經(jīng)過壓氣機壓縮增壓后，再

供入氣缸。

6）按點火方式分類

①外部點火式內(nèi)燃機，利用點火花點燃工作混合氣，汽油機屬于此類；②壓燃點火式

內(nèi)燃機，利用壓縮終了的高溫使燃油自燃，柴油機屬于此類。

7）按循環(huán)的加熱方式分類

①等容加熱循環(huán)內(nèi)燃機，如汽油機；

②等壓加熱循環(huán)內(nèi)燃機，如高增壓的低速大型柴油機；

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③混合加熱循環(huán)內(nèi)燃機，如高速柴油機。

8）按負荷的調(diào)節(jié)方式分類

①量調(diào)節(jié)式內(nèi)燃機，依靠控制每循環(huán)工質(zhì)氣體數(shù)量的多少調(diào)節(jié)負荷，

②質(zhì)調(diào)節(jié)式內(nèi)燃機，依靠控制工質(zhì)混合氣的濃度來調(diào)節(jié)負荷。

1.1.2.2內(nèi)燃機的特點

內(nèi)燃機具有熱效率高、體積小、質(zhì)量輕、便于移動、功率范圍廣、適應件好，起動性能

好等優(yōu)點。但內(nèi)燃機也有振動大、噪聲大，排放有害成分污染大氣等不足。

1.1.2.3往復式發(fā)動機的構(gòu)造

發(fā)動機的構(gòu)造比較復雜，它由許多機構(gòu)和系統(tǒng)組成。不同類型和用途的內(nèi)燃機其構(gòu)造各

不相同，但其功用是一致的。往復式內(nèi)燃機通常有下列部分構(gòu)成：機體與氣缸蓋、曲柄連

桿機構(gòu)、配氣機構(gòu)、供給系、點火系、冷卻系、潤滑系和起動裝置，對于電控發(fā)動機還裝

有電控系統(tǒng)。

1.1.2.3往復式發(fā)動機的工作原理

1）四沖程內(nèi)燃機的工作原理

①進氣行程

進氣門開啟，排氣門關(guān)閉，活塞上止點移動到下止點，曲軸的曲柄由0°轉(zhuǎn)到180°,

新鮮空氣（或可燃混合氣）被吸入氣缸。

②壓縮行程

進、排氣門全部關(guān)閉，曲軸推動活寒由下止點向上止點移動個行程，曲柄由180°轉(zhuǎn)

到360°,氣缸內(nèi)的氣體被壓縮。

③膨脹行程

進、排氣門全部關(guān)閉，燃氣膨脹，活塞由上止點移動到下止點，通過連桿使位曲軸旋轉(zhuǎn)

對外作功，曲柄由360°轉(zhuǎn)到540°。

④排氣行程

排氣門開啟，活塞由下止點移動到上止點，曲柄由540°轉(zhuǎn)到720°,燃燒后的廢氣從

排氣門處排出氣缸。

2）二沖程內(nèi)燃饑的工作原理

二沖程發(fā)動機的壓縮過程、燃燒過程和膨脹過程與四沖程發(fā)動機相對應的工作過程完全

相同、不同之處在于換氣過程，用排氣和掃氣過程進行換氣。

膨脹行程后期，排氣口開啟，氣缸內(nèi)的廢氣經(jīng)排氣口開始排出?；钊^續(xù)下行，掃氣口

打開，壓縮空氣（或混合氣）開始從掃氣口進入氣缸，將廢氣由氣缸內(nèi)趕出（掃氣），活塞

上行，新氣從近期口進入曲軸箱內(nèi)，排氣口關(guān)閉，氣體交換過程結(jié)束，壓縮過程開始，活

塞運行到上止點附近時.開始燃燒過程。

1.1.3對汽車發(fā)動機的性能要求

對汽車發(fā)動機的性能要求主要有：排氣污染小、燃油經(jīng)濟性好、高動力輸出、結(jié)構(gòu)緊

湊、質(zhì)量輕、振動噪聲低、可靠耐久、成本低等。

1.1.4未來汽車動力

1）新型動力裝置

①燃氣輪機

②電動車

2）新能源燃料及代用燃料

①醇

②壓縮天然氣（CNG）和液化石油氣（LPG）

③氫

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1.2循環(huán)與熱效率

1.2.1效率、功率和平均有效壓力的定義

1.2.1.1熱效率

1）發(fā)動機消耗的熱量

提供給發(fā)動機的單位質(zhì)量燃料完全燃燒所放出的熱量，被稱為燃料的低熱值。

2）熱效率的定義

轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ臒崃颗c發(fā)動機所消耗的熱量的比值。

3）示功圖

圖1-2-1是氣缸內(nèi)壓力隨氣缸內(nèi)容積的變化關(guān)系，對于四沖程發(fā)動機，由進氣（ra

線）、壓縮（ac線）、燃燒（cz線）、膨脹（zb線）和排氣（br線）四個過程組成，曲

軸每轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)，活塞往復運動四個沖程，發(fā)動機由此完成一個工作循環(huán)，做功一次。

4）理論熱效率

理論循環(huán)的熱效率簡稱理論熱效率，定義為工質(zhì)所作的循環(huán)功與循環(huán)加熱量的比值，它

可用于評定循環(huán)的經(jīng)濟性。

5）指示熱效率

發(fā)動機實際循環(huán)指示功與其所消耗的燃料的熱量的比值

6）有效熱效率

發(fā)動機實際循環(huán)的指示功不能完全對外輸出，實際發(fā)動機曲軸上所輸出的有效功，它是

循環(huán)指示功與發(fā)動機機械損失功之差。

機械損失功包括：

①發(fā)動機內(nèi)部運動零件的摩擦損失；

②發(fā)動機驅(qū)動附屬機構(gòu)的損失；

③進行進、排氣過程所消耗的泵氣損失。

1.2.2理論空氣循環(huán)

1.2.2.1空氣循環(huán)定義

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理論循環(huán)是發(fā)動機實際工作的一種抽象與簡化，目的是為了進行一些簡單的定量分析處

理。

發(fā)動機可有三種理論空氣循環(huán)，即定容加熱循環(huán)、定壓加熱循環(huán)和混合加熱循環(huán)。

1.2.2.2定容循環(huán)

定容循環(huán)是在容積不變的條件下對工質(zhì)加熱的循環(huán).汽油機的混合燃燒迅速，氣缸內(nèi)壓

力、溫度增加很快，可認為其燃燒放熱基本上是在氣缸容積一定的條件下進行的、可以簡

化為定容加熱循環(huán)。

如圖1-2-2所示，在這個循環(huán)中，工質(zhì)由始點a,經(jīng)絕熱壓縮點c,然后定容加入熱量

Q1到z,再絕熱膨脹到b,最后定容派出熱量Q2,由b點回到a點。

圖1-2-2定容加熱循環(huán)

1.2.2.3定壓循環(huán)

在壓力不變的條件下對工質(zhì)加熱的循環(huán)稱為定壓加熱循環(huán)，如圖11-2-3所示。在高增壓

和低速的大型柴油機中，由于受燃燒最高壓力的限制，大部分燃燒將在上止點以后燃燒，

燃燒時氣缸壓力變化不大，可以簡化為定壓加熱循環(huán)。

圖1-2-3定壓加熱循環(huán)

1.2.2.4混合加熱循環(huán)的熱效率

圖1-2-4表示定容加熱和定壓加熱的混合加熱循環(huán)，由圖可以看出定容加熱循環(huán)、定壓

加熱循環(huán)是混合加熱循環(huán)的兩種特殊情況。

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圖1-2-4混合加熱循環(huán)

1.2.4實際循環(huán)

1.2.4.1實際循環(huán)中的損失

冷卻傳熱損失、時間損失、不完全燃燒和后燃引起的損失、換氣損失、漏泄損失。

1.2.4.2機械損失

活塞、活塞環(huán)與氣缸壁間的摩擦損失，連桿、曲軸與軸承間的摩擦損失，驅(qū)動配氣機構(gòu)

的損失，驅(qū)動各種附屬機構(gòu)的損失，泵氣損失，帶動機械增壓器的損失。

1.2.4.3發(fā)動機的熱平衡

熱量的分配大致可分為四大項：

①轉(zhuǎn)化為發(fā)動機有效功的熱量；

②傳遞給冷卻介質(zhì)（冷卻水、冷卻空氣和潤滑油等）帶走的熱量；

③隨排出廢氣帶走的熱量；

④余項熱量損失，如輻射熱損失、不完全燃燒和其他沒有計及得熱損失等。

1.3燃油消耗率

1.3.1燃油消耗率定義

發(fā)動機每作IkWh的有效功所消耗的燃油量稱為有效燃油消耗率。對于汽車車輛的燃油

經(jīng)濟性的衡量指標，是指一定行駛里程的汽車燃油消耗量或一定燃油消耗量能使汽車行駛

的里程。

1.3.2對燃油消耗的影響因素

1）設(shè)計因素，包括壓縮比、循環(huán)的各種損失以及機械損失等；

2）運轉(zhuǎn)因素，包括點火正時（柴油機中為噴射正時），混合氣成分、空然比、廢氣再

循環(huán)率、發(fā)動機的轉(zhuǎn)速與負荷率等。

1.4輸出功率與轉(zhuǎn)矩

發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，由曲軸輸出的轉(zhuǎn)矩稱有效轉(zhuǎn)矩Te,發(fā)動機轉(zhuǎn)速為n（r/min）時，轉(zhuǎn)矩與

輸出的有效功率有如下關(guān)系：

Te9550Pen

式中：Pe——有效功率，kW；

n---發(fā)動機轉(zhuǎn)速，r/min；

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Te——有效轉(zhuǎn)矩，Nm?

1.5發(fā)動機增壓

L5.1發(fā)動機增壓的目的

增壓就是設(shè)法將空氣經(jīng)過增壓器提高進入發(fā)動機氣缸的允量密度P,以提高充填效率和

平均壓力，從而達到高功率與燃油經(jīng)濟性的目的。

1.5.2發(fā)動機增壓方式

1）機械增壓；

2）廢氣渦輪增壓；

3）復合式增壓系統(tǒng)。

第二章汽車動力性與燃油經(jīng)濟性

動力性評價指標：

1）汽車的最高車速

2）汽車的加速時間

3）汽車的最大爬坡度

2.1汽車的驅(qū)動力與行駛阻力

2.1.1驅(qū)動力

汽車驅(qū)動力：發(fā)動機輸出的轉(zhuǎn)矩，經(jīng)傳動系傳至車輪，產(chǎn)生驅(qū)動力矩T。該力矩使輪胎

支撐面上產(chǎn)生沿地面向后的作用力，同時地面給驅(qū)動輪一反作用力，這反作用力推動汽車

前進，稱為汽車的驅(qū)動力。

發(fā)動機凈功率：發(fā)動機制造廠提供的發(fā)動機特性圖常是在試驗臺上拆下制動用空壓機、

動力轉(zhuǎn)向用油泵、懸掛用壓縮機等條件下測得的功率，稱為發(fā)動機凈功率。

使用外特性曲線：帶上全部附件設(shè)備測得的發(fā)動機外特性曲線稱使用外特性曲線。傳

動系機械效率：傳至驅(qū)動輪上的功率與發(fā)動機功率的比值。

傳動系功率損失：主要由機械損失和液力損失組成。輪胎半徑的四種表示方法：自由

半徑、靜力半徑、動力半徑、滾動半徑。

對汽車做動力學分析時，輪胎半徑應采用動力半徑；

對汽車做運動學分析時，輪胎半徑應采用滾動半徑。

傳動系傳動比：汽車行駛速度與變速器擋位及發(fā)動機轉(zhuǎn)速的關(guān)系：

u0.377rnigi0

2.1.2行駛阻力

行駛阻力：汽車行駛必須克服滾動阻力Ff、空氣阻力Fw、上坡阻力Fi、加速阻力Fj

滾動阻力系數(shù)與路面種類、行駛速度、輪胎構(gòu)造、材料、氣壓等有關(guān)?？諝庾枇Γ嚎諝?/p>

阻力由壓力阻力和摩擦阻力組成；壓力阻力又分為形狀阻力、干擾阻力、內(nèi)循環(huán)阻力和誘

導阻力四部分。

空氣阻力影響因素：

CDAu2

Fw21.15

空氣阻力與空氣阻力系數(shù)CD和迎風面積A成正比，降低CDA值，特別是降低CD值，是

降低空氣阻力的主要手段。

上坡阻力：汽車上坡行駛時，汽車重力沿坡道的分力稱為上坡阻力。

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加速阻力：汽車加速行駛時，需要克服其質(zhì)量加速運動時產(chǎn)生的慣性力，稱為加速阻力

Fj。

duFJmdt

2.1.3行駛特性圖

行駛特性圖：指驅(qū)動力-速度、行駛阻力-速度、各擋發(fā)動機轉(zhuǎn)速-速度、滾動阻力及上

坡阻力與速度關(guān)系的總稱。

從驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖上可以看出：當坡度為零時，行駛阻力曲線與驅(qū)動力曲線的

交點即為最高車速Umax。當車速低于最高車速時，驅(qū)動力大于行駛阻力，這時汽車

就可利用剩余的驅(qū)動力加速或者爬坡。當需要在低于最高車速工作時，駕駛員可關(guān)小節(jié)

流閥開度，發(fā)動機只在部分負荷特性工作，達到驅(qū)動力-行駛阻力新的平衡。

2.2汽車的動力性能

2.2.1最高車速：無風條件下，汽車在平坦路面上行駛，行駛阻力與驅(qū)動力相平衡時達

到的穩(wěn)定車速稱為最高車速。

umax21.15(FtfG)/CDA

2.2.2加速性能

汽車加速性能主要分原地起步加速性能和超車加速性能。

原地起步加速性能指汽車由低擋起步并以最大加速度逐步換至高擋后到達某一預定距

離或車速所需要的時間。

超車加速性能指汽車用最高擋或次高擋從某一中間車速全力加速到某一高速時所需的

時間。

2.2.3爬坡性能

汽車的爬坡能力：指汽車滿載在良好路面上等速行駛的最大爬坡度。

aarcsinFt(FfFw)

G

2.3汽車行駛的附著條件和附著率

2.3.1汽車行駛附著條件

汽車行駛的驅(qū)動-附著條件：

FtFfFwFi

CFXFZ

影響附著力和附著系數(shù)的因素：附著載荷、輪胎氣壓、輪胎尺寸和輪胎結(jié)構(gòu)、輪胎花

紋、車速。

2.3.2汽車的地面法向反作用力（了解）

2.3.3作用在從動輪、驅(qū)動輪上的切向反作用力（了解）

2.3.4附著率（了解）

前后驅(qū)動輪的附著率大小對汽車爬坡度大小的影響。

2.4汽車的駕駛性能

駕駛性能：指駕駛員在行駛過程中對振動、噪聲、起動性、怠速穩(wěn)定性及舒適性的感覺

程度。

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2.4.1駕駛性能的表示方法

1）駕駛性方面：①汽車波動，②加速不暢，③車速回落，④汽車加速遲緩，⑤熄火；

2）噪聲、振動方面：①怠速不穩(wěn)定，②回火，③放炮，④自然點火，⑤爆震；

3）起動性方面：①冷起動性，②再起動性。

2.4.2各種環(huán)境下汽車駕駛性能的變化

惡劣環(huán)境下使用汽車容易發(fā)生的一些現(xiàn)象：①氣阻，②滲漏，③結(jié)冰。

2.4.3汽油特性與駕駛性能

汽油RVP(蒸發(fā)壓力)較高或海拔較高時，產(chǎn)生氣阻的溫度就低。

2.5汽車的燃油經(jīng)濟性

2.5.1燃油經(jīng)濟性的評價指標

汽車的燃油經(jīng)濟性：指在保證動力性的條件下，汽車以盡量少的耗油量經(jīng)濟行駛的能

力。評價指標：一定運行工況下汽車行駛百公里的油耗量或者一定燃油量能使汽車行駛

的里程。

等速行駛百公里燃油消耗量：常用來評價實用燃油經(jīng)濟性，指汽車在額定載荷下，以最

高擋在水平良好的路面上等速行駛100公里的燃油消耗量。

我國油耗評價指標：單項評價指標有等速百公里燃油消耗量，最高擋全節(jié)氣門加速行駛

500m的加速油耗。綜合性評價指標有循環(huán)工況燃油量。

汽車燃油消耗方程式：

geCDAu2GduQS(GfGi)3672T21.15gdt

本公式全面反映了汽車燃油消耗量與發(fā)動機經(jīng)濟性、汽車結(jié)構(gòu)參數(shù)及行駛條件之間的關(guān)

系，對于分析燃油經(jīng)濟性有重要指導意義。

2.5.4影響燃油經(jīng)濟性的因素

影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素：發(fā)動機、汽車及使用三個方面。

影響發(fā)動機燃油經(jīng)濟性的因素：熱效率和機械損失。

汽車結(jié)構(gòu)對燃油經(jīng)濟性的影響：汽車總質(zhì)量、變速器、動力轉(zhuǎn)向及空調(diào)等、輪胎。汽

車使用情況對燃油經(jīng)濟性的影響：車速、行駛阻力。

不同行駛速度下行駛阻力對燃油經(jīng)濟性影響的變化：行駛阻力主要由滾動阻力和空氣阻

力組成。滾動阻力受輪胎滾動阻力系數(shù)和車重的影響?？諝庾枇κ芸諝庾枇ο禂?shù)和迎風面

積的影響。等速行駛時，滾動阻力是燃油經(jīng)濟性的主要影響因素之一，而高速行駛時空氣

阻力對燃油經(jīng)濟性影響較大。改善低速時的油耗，主要是降低滾動阻力，而改善高速時的

油耗量的有效措施是降低空氣阻力。

2.5.5改善燃油經(jīng)濟性的途徑

主要途徑：改善發(fā)動機性能、變速器傳動比的合理選擇、空氣阻力的下降、降低滾動阻

力及提高輔助裝置的效率。

第三章汽車動力傳動

動力傳動系統(tǒng)：指動力裝置輸出的動力，經(jīng)傳動系統(tǒng)到達驅(qū)動車輪之間的一系列部件的

總和，它使汽車實現(xiàn)起步、變速、減速、差速、變向等功能，為汽車提供良好的動力性與

燃油經(jīng)濟性能。

3.1動力傳動概述

3.1.1理想的動力傳動特性

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理想動力傳動特性：理想的動力傳動特性應具備在全開節(jié)氣門時，各種車速工況下，均

對應于動力裝置的最大功率點工作；部分節(jié)氣門開啟時.，亦保持該節(jié)氣門開度下所能發(fā)出

的最大功率，從而使車輪輸出恒定的最大功率。

3.1.2最佳燃油經(jīng)濟性特征

3.1.3動力傳動系統(tǒng)的功能

動力傳動系統(tǒng)功能：起步功能、變速與變矩功能、轉(zhuǎn)矩分配功能、傳動驅(qū)動方式。汽

車驅(qū)動方式：

①發(fā)動機前置前輪驅(qū)動（FF）,

②發(fā)動機前置后輪驅(qū)動（FR）,

③發(fā)動機前置四輪驅(qū)動（4WD）,

④發(fā)動機后置后輪驅(qū)動（RR）,

⑤發(fā)動機后置四輪驅(qū)動（4WD）,

⑥發(fā)動機中置后輪驅(qū)動（MR）,

⑦發(fā)動機中置四輪驅(qū)動（M4WD）。

前置前驅(qū)布置的優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、穩(wěn)定性好、高速行駛安全性好。多用于轎車

布置。

后置后驅(qū)布置的優(yōu)點：軸荷分配合理、振動噪聲與熱量可由汽車尾部傳出、提高了乘坐

舒適性、視野性好、車廂有效面積利用率高、行李箱容積大。多用于大客車布置。

3.1.4發(fā)展趨勢

發(fā)展趨勢：

①進一步提高燃油經(jīng)濟性

②提高安全性與操縱穩(wěn)定性

③提高乘坐舒適性

④電子化

⑤開發(fā)新裝置

3.2離合器

定義：汽車在起步、制動與換檔時必須先切斷動力，然后再與內(nèi)燃機接合將動力傳給傳

動系，能夠完成此項功能的機構(gòu)稱為離合器。

分類：

按構(gòu)造分類：

單片

多片

單片

多片

干式圓盤式離合器摩擦離合器

圓錐式離合器

離合器液力離合器

電磁離合器

濕式

干式濕式

按操縱方式分類：

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連桿式

鋼索式

機械式

踏板操縱離合器液壓式

離合器

自動離合器

電動式機械式

液力式

電磁式

干式離合器功能：

①傳遞動力

②動力的切斷與接合

③扭轉(zhuǎn)振動的吸收

④發(fā)展趨勢：提高舒適性及降低噪聲、提高操縱方便性、摩擦材料的

改進。

3.3液力傳動

定義：以液體為介質(zhì)在閉合的循環(huán)流道內(nèi)，通過動能變化來傳遞動力的葉片傳動機械。

液力傳動基本型式：液力偶合器，液力變矩器

液力變矩器與發(fā)動機匹配意義：

①充分發(fā)揮發(fā)動機及液力變矩器的性能

②選定合理的液力傳動裝置

③使車輛獲得滿意的使用性能

3.4萬向傳動

定義：能在兩軸夾角不變或變化時，將轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)運動從一個軸傳到另一個軸的機械裝

置。

萬向傳動分類：剛性萬向節(jié)，撓性萬向節(jié)。

剛性萬向節(jié)分類：按傳遞性能不同分為不等速萬向節(jié)，準等速萬向節(jié)，等速萬向節(jié)。

3.5轉(zhuǎn)矩變化器

3.5.1手動變速器(MT)

分類：

按齒輪的種類及排列方式不同分類：

平行2軸式

平行3軸式

平行4軸式平行軸式中間軸式

傾斜軸式

手動變速器

行星齒輪式

按齒輪的嚙合方式不同分類：

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滑動選擇式

手動變速器常嚙合式

同步嚙合式

同步器：是用在工作表面產(chǎn)生摩擦力矩克服被嚙合件的慣性力矩，使之達到同步才能換

上新?lián)跷坏臋C構(gòu)，可實現(xiàn)換檔輕便、平穩(wěn)。

手動變速器發(fā)展趨勢：

①實現(xiàn)多擋化

②廣泛采用垂直剖分殼體代替?zhèn)鹘y(tǒng)整體式結(jié)構(gòu)；

③前置前驅(qū)動FF化，全輪驅(qū)動4WD化，系列化程度不斷提高；

④提高壽命；

⑤操縱輕便性。

3.5.2自動變速器

分類：液力機械式自動變速器（AT）,電控機械式自動變速器（AMT）,機械式無級變

速器（CVT）,

3.6分配機構(gòu)

3.6.1差速裝置

采用差速裝置的原因：汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，內(nèi)、外側(cè)車輪中心在同一時間內(nèi)移過的曲線距

離不同，外側(cè)大于內(nèi)側(cè)，若內(nèi)、外側(cè)車輪固定在同一根軸上，必然是外輪邊滾動邊滑移，

內(nèi)輪邊滾動邊滑轉(zhuǎn)，結(jié)果增加了輪胎的磨損，惡化了轉(zhuǎn)向和制動性能。對4WD或多軸驅(qū)動

汽車軸間如無差速器同樣也會在軸間產(chǎn)生類似的現(xiàn)象，并且有寄生功率循環(huán)傳遞，從而增

大驅(qū)動輪載荷，增加總的能量耗損；降低汽車動力性、燃油經(jīng)濟性和通過性，并加速傳動

系統(tǒng)的損壞，這就是為什么需要差速裝置的原因。

輪間差速裝置：用于吸收左右輪產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速差和向兩邊分配相等的轉(zhuǎn)矩。

軸間差速裝置：除協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)速差以外，還要向前、后輪按所需比例分配動力。

3.6.2動力分配裝置

定義：是為了對前、后輪或多軸汽車進行動力分配的裝置，以保證汽車有足夠的驅(qū)動

力，提高汽車的爬坡能力與行駛中的穩(wěn)定性。通常其中安裝有差速機構(gòu)，以消除因前后輪

半徑不同而弓I發(fā)的轉(zhuǎn)速差。

3.6.3差速限制裝置(LSD)

使用原因：汽車的一側(cè)驅(qū)動輪在泥濘、砂土或冰雪等附著系數(shù)較小的路面上行駛時，若

該側(cè)驅(qū)動輪處于滑轉(zhuǎn)狀態(tài)，則汽車不能從滑動中解脫出來。為彌補這種缺陷，在差速裝置

中裝有差速限制裝置。

分類：

①轉(zhuǎn)矩感應式；

②轉(zhuǎn)速差感應式；

③電子控制式；

④電磁控制式；

3.7動力傳動系統(tǒng)的控制

3.7.1自動變速控制

組成：

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①控制系統(tǒng)能源；

②換檔范圍與換檔規(guī)律選擇機構(gòu)；

③控制參數(shù)信號變換器；

④換檔控制器；

⑤變速執(zhí)行機構(gòu)

⑥變速(換檔)品質(zhì)控制

3.7.3驅(qū)動力防滑控制

定義：驅(qū)動防滑控制（ASR）又稱為牽引力控制（TCS）,是適應發(fā)動機的高功率化，即

使在打滑的路面上行駛，也可以限制驅(qū)動輪過度滑轉(zhuǎn)來產(chǎn)生最佳縱向牽引力的安全控制系

統(tǒng)，是制動防抱死（ABS）基本思想在驅(qū)動領(lǐng)域上的應用和發(fā)展。

第四章離合與制動

4.1離合器

4.1.1離合器概念：

汽車在起步、制動與換檔時必須先切斷動力，然后再與內(nèi)燃機接合將動力傳給傳動系,

將能完成此項功能的機構(gòu)稱為離合器。離合器可按結(jié)構(gòu)和操縱方式不同進行分類，見下

表：

離合器分類

1按構(gòu)造分類：

2按操縱方式分類：

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與手動變速器或動力中斷換檔的自動變速器相匹配的離合器為干式離合器，濕式離合器

有小型化和可降低遲滯力矩的優(yōu)點，主要用于動力換檔的自動變速中。本節(jié)僅對前者論

述。其功能如下：

1）傳遞動力

內(nèi)燃機的動力，經(jīng)離合器蓋通過傳動片傳給離合器壓盤，因彈簧（膜片彈簧或螺旋彈

簧）壓進力作用將產(chǎn)生的摩擦力傳給從動盤，進而傳至變速器輸入軸。

2）動力的切斷與接合

（1）分離

換檔開始時，通過分離杠桿的作用使從動盤的摩擦面在飛輪與壓盤之間產(chǎn)生間隙，用來

保證發(fā)動機的動力不再向變速器傳輸。

(2)接合

汽車起步時，在離合器接合過程中傳動系的運動方程：

3)扭轉(zhuǎn)振動的吸收

傳動系是一個多質(zhì)量的彈性扭振系統(tǒng)，有集中質(zhì)量、往復質(zhì)量和平移質(zhì)量，其間以彈性

連系著，并存在各類阻尼的扭振系統(tǒng)。

當干擾力或汽車部件速度變化產(chǎn)生的慣性力矩的頻率與其一致時便發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動，嚴重

影響傳動系部件壽命和乘坐舒適性，故在從動盤上均裝有扭轉(zhuǎn)減震器，其扭轉(zhuǎn)剛度現(xiàn)已多

級化，且阻尼力矩可變，隨扭轉(zhuǎn)角增大，由低摩擦系數(shù)的襯片轉(zhuǎn)入高摩擦系數(shù)襯片使阻尼

力矩值也逐級增加

4)發(fā)展趨勢

(1)提高舒適性及降低噪音

扭轉(zhuǎn)減震器的多級化，現(xiàn)有的已達到5級，扭轉(zhuǎn)角擴大到15°,還有的用橡膠代替螺旋

彈簧且用橡膠材料代替由摩擦材料構(gòu)成的阻尼器。可獲得更理想的非線性阻尼特性。近

來，雙飛輪也已實用化，它將飛輪轉(zhuǎn)化為兩個小飛輪，并在其中放置減振彈簧，可降低動

力傳動系統(tǒng)固有頻率；加大減振彈簧的位置半徑，允許增大轉(zhuǎn)角，從而降低剛度；使其獲

得更好的減振效果，但成木提高3?4倍，故進一步優(yōu)化設(shè)計、材料選用和采用先進的成

型技術(shù)等來降低成本是今后的開發(fā)焦點

(2)提高操縱方便性——自動離合器

電控自動離合器的再度興起，充分說明操縱方便性的重要性。目前膜片彈簧已在相當多

的車型上取代了螺旋彈簧，其中拉式膜片彈簧離合器與推式膜片彈簧離合器比較，主要優(yōu)

點之一就是拉式的支點在膜片彈簧的外緣處，使分離杠桿比擴大，改善了操縱輕

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便性

(3)摩擦材料的改進

摩擦材料的改進一方面是出自于環(huán)保和防止公害的要求，使無石棉材料的使用得到重視

與推廣；另一方面是為了保證可靠地傳遞日益增高的發(fā)動機轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，于是出現(xiàn)了高摩

擦系數(shù)襯片，它具有良好的熱穩(wěn)定性、耐磨損性和高速旋轉(zhuǎn)強度?？傊?，離合器正向高可

靠性，長壽命，操縱輕便，行駛舒適和無須維護的方向發(fā)展。

汽車制動性

4.2制動力學

4.2.1制動能力

汽車的地面制動力首先取決于制動器制動力，但同時又受輪胎一道路附著條件的限制。

所以只有當汽車具有足夠的制動器摩擦力矩，同時輪胎與道路又能提供高的附著力時，汽

車才有足夠的地面制動力而獲得良好的制動性。

汽車的制動能力常用制動效能反映。制動效能是汽車以一定初速迅速制動到停車的制動

距離或制動過程中的制動減速度。

一般液壓制動系的反應時間為0.015-0.03s,氣壓制動系為0.05~0.06s；液壓制動系

為0.015?0.3s,氣壓制動系為0.3?0.8s。

制動距離與汽車的行駛安全有直接的關(guān)系。制動距離是指在一定制動初速度下，汽車從

駕駛員踩著制動踏板開始到停住為止所駛過的距離。

4.2.2制動力分配

4.2.2.1理想制動器制動力分配曲線

在任何輪胎一地面附著系數(shù)之下，汽車在水平路面制動時均能使雙軸汽車前、后軸車輪

同時接近抱死狀態(tài)的前、后制動器制動力分配曲線稱為理想制動器制動力分配曲線。

4.2.2.2實際制動器制動力分配曲線與同步附著系數(shù)

_實際制動器制動力分配系數(shù)B常用前輪制動器制動力與汽車總制動器制動力之比來表

示。

4.2.2.3輪胎一道路附著性能的利用

前軸車輪防止抱死所需的輪胎一地面附著系數(shù)與后軸車輪防止抱死所需的輪胎一地面附

著系數(shù)與制動減速度系數(shù)的關(guān)系曲線稱為輪胎一地面附著性能利用曲線

4.2.2.4

具有前、后制動器制動力比值為一常數(shù)的制動系統(tǒng)，已很難滿足汽車制動性能的要求。

目前不少汽車裝有各種調(diào)節(jié)閥，以獲得適應制動性能要求的實際制動器制動力分配曲線，

4.3.3駐車制動力學

汽車可能停駐的極限上坡路坡道角a1可根據(jù)后軸上的附著力與制動力相等的條

件求得，同理可推導出汽車可能停駐的極限下坡路坡道角。

4.2制動力矩計算

4.2.1制動器效能因數(shù)

制動器效能因數(shù)是指在制動鼓或制動盤的作用半徑上所得的摩擦力與輸入力之比。鼓

式制動器是施加于制動蹄的張開力，盤式制動器為制動塊對制動盤的壓緊力。制動器的

效能因數(shù)取決于制動器的類型、結(jié)構(gòu)特點和結(jié)構(gòu)參數(shù)等因數(shù)，并受摩擦片的摩擦系數(shù)變化

的影響。此外，由于制動器回位彈簧、制動鼓、制動蹄和摩擦片具有彈性，效能因數(shù)也會

因制動器的輸入力不同而有變化，但對自行加力作用較低的制動器，

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這一變化大體成線性。

4.2.2鼓式制動器效能因數(shù)及制動力矩

4.2.2.1效能因數(shù)法及制動力矩計算

鼓式制動器的制動器效能因數(shù)，應根據(jù)實驗正確地求出，也可采用分析計算確定，在分

析計算時設(shè)置下列假定：制動蹄、制動鼓都具有絕對的剛性；摩擦片和制動鼓的整個包角

范圍是完全緊密接觸的；摩擦片的變形符合虎克定律；摩擦片的摩擦系數(shù)n在整個接觸

面上不隨壓力變化，為一定值。

4.2.2.2分析圖解法確定制動力矩

分析圖解法是在上述分析的基礎(chǔ)上，通過作圖來確定制動力矩。

4.2.3盤式制動器效能因數(shù)計算

對有n個旋轉(zhuǎn)制動盤的多片盤式制動器，其效能因素為2nu。實際上由于盤式制動器的

結(jié)構(gòu)或各部分剛性的影響，多少有些增力作用，因此實際值比上述計算值高，對支軸式盤

式制動器，在增加自加力作用下，約提高5%。

4.3制動時的發(fā)熱

4.3.1制動器的能量負荷

汽車的制動過程從能量觀點來看，是將汽車的機械能（動能及勢能）的一部分或全部，

主要通過制動器的摩擦轉(zhuǎn)換為熱能，并向大氣耗散的過程。這種能量轉(zhuǎn)換和耗散的大小，

反應了制動器的能量負荷。它與汽車的重力、制動時速度變化范圍、制動減速度等因素有

關(guān)，同時造成制動器摩擦副的發(fā)熱、溫度升高和磨損，并影響到汽車的制動性能和制動器

的壽命。

制動器的能量負荷常用比能量耗散率（又稱單位功負荷）（w/mm2）作為評價指標，即

制動器每單位襯片摩擦面積，在單位時間耗散的能量。

摩擦襯片的磨損除受溫度影響外，還與制動鼓（盤）和摩擦襯片的材質(zhì)、加工質(zhì)量和制

動時它們之間的滑磨速度等因素有關(guān)，在理論上計算磨損量較為困難。通常對磨損特性除

了用能量耗散率作定性評價外，也有用每單位摩擦面積的制動器摩擦力f（比摩擦力）作

為評價指標。

4.3.2制動器的溫度

4.3.2.1制動器的發(fā)熱及溫度計算

制動時所產(chǎn)生的熱量引起制動器零件溫度上升，同時在行駛過程中通過零件表面足漸向

大氣散熱。重復制動時，每次制動所產(chǎn)生的熱量.不能及時散出、使制動器溫度逐步升

高。所達到的溫度與產(chǎn)生熱量的條件.如制動的初速度、終速度、制動減速度、制動的頻

率程度和汽車的總質(zhì)量等因素有關(guān)，也與散熱條件如大氣溫度、行駛速度、制功器通風環(huán)

坡和制動露的容量（受熱零件熱容量、散熱面積）等因素有關(guān)。

4.3.2.2制動器的散熱計算

制動器溫度升高后，在汽車行駛過程中不斷向大氣散熱并冷卻。在理論上可根據(jù)傳熱原

理確定散熱時制動鼓（制動盤）溫度T的變化。

4.4制動穩(wěn)定性

4.4.1制動效能的穩(wěn)定性

汽車的制動效能是指汽車以一定初速度迅速制動直至停車的能力，通常以制動距離或制

動減速度來評價。在不同的使用環(huán)境下，制動效能會發(fā)生改變，制動效能的穩(wěn)定性就是指

抗制動效能下降的能力。

4.4.1.1熱衰退

制動器的制動力矩是由其摩擦副產(chǎn)生的摩擦力形成的，摩擦襯片對摩擦性能起決定性作

用。?般采用石棉摩擦材料在高溫下摩擦系數(shù)將顯著下降。

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汽車在高速下制動或短時間內(nèi)連續(xù)制動，尤其是下長坡連續(xù)和緩制動時，都可能由于制

動器內(nèi)溫度過高、摩擦系數(shù)下降而導致制動效能降低，這種現(xiàn)象稱為制動效能的熱衰退。

熱衰退對制動效能的影響程度與制動器的結(jié)構(gòu)型式有關(guān)。

在產(chǎn)生相同制動力的條件下，制動器冷狀態(tài)所需的操縱力（制動系統(tǒng)壓力）與熱狀態(tài)下

所需操縱力之比稱為熱衰退率，可用來評價制動器熱衰退程度。

制動器發(fā)生熱衰退后，汽車經(jīng)過一段時間的行駛和一定次數(shù)的和緩制動使用，由于散熱

作用，制動器的溫度下降，摩擦材料表面得到磨合，制動器的制動力可重新提高，稱為恢

復。

4.4.1.2水衰退

制動器摩擦表面浸水后，將因水的潤滑作用使摩擦系數(shù)下降，并使汽車制動效能降低，

稱為制動效能水衰退。若水衰退發(fā)生在汽車一側(cè)車輪制動器上，則會造成左右車輪制動力

不等，使汽車制動時的方向穩(wěn)定性變壞。

汽車制動時產(chǎn)生的熱量可使摩擦片干燥，因而制動器浸水后，經(jīng)過若干次（-?般為5~

15次）制動后，制動器可逐漸恢復水前的性能，稱為水恢復，水衰退的程度可用浸水后的

制動效能與浸水前的制動效能的比值（％）反應。

盤式制動器的水衰退影響比鼓式制動器要小，效能的恢復也較快。

4.4.1.3制動初速度的影響

汽車的制動效能受到制動速度的影響。制動初速度提高后，在相同的踏板力（制動系統(tǒng)

壓力）操縱時，制動減速度有所降低，這是由于在制動過程中，摩擦襯片的熱衰退效應造

成的影響。

4.4.2制動時的方向穩(wěn)定性

一般稱汽車在制動過程中維持直線行駛的能力或按預定彎道行駛的能力為汽車制動時的

方向穩(wěn)定性。

4.4.2.1制動跑偏

汽車直線行駛制動時，在轉(zhuǎn)向盤固定不動的條件下，汽車有自動向左側(cè)偏或向右側(cè)偏駛

的現(xiàn)象，稱為制動跑偏。制動跑偏的主要原因是汽車左右車輪、特別是轉(zhuǎn)向軸左右車輪制

動力不相等造成的；也會由于在制動時，汽車懸架導向桿系與轉(zhuǎn)向系拉桿在運動學上不協(xié)

調(diào)，發(fā)生桿系間的運動干涉，致使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)造成跑偏。

4.4.2.2前輪抱死時的方向穩(wěn)定性

由車輪與路面的附著特性可知，隨著制動時地面制動力的增大，車輪的滑移率也增加，

當滑移率超過一定數(shù)值后（通常為15%?20%）,路面附著系數(shù)（縱向）逐漸減小，橫向

附著系數(shù)則迅速降低。車輪滑移率達100%（車輪抱死）時，橫向附著系數(shù)降為零，這時

車輪不能承受側(cè)向外力作用，將沿外力的作用方向滑移。

4.4.2.3后輪抱死時的方向穩(wěn)定性

汽車后輪抱死時，在側(cè)向力作用下，后輪發(fā)生側(cè)滑，并使汽車失去方向穩(wěn)定性制動初

速度對后軸側(cè)滑引起汽車的方向穩(wěn)定性有較大影響。

路面的附著系數(shù)對后軸的側(cè)滑引起的危險程度有影響O

后輪抱死相對于前輪抱死的次序和間隔時間對后軸的側(cè)滑也有影響。

4.4.2.4前后輪同時抱死及防抱死時的方向穩(wěn)定性

汽車制動時前后輪同時抱死，可以避免后軸側(cè)滑帶來的危險，而且只有在最大制動強度

下，才使汽車喪失轉(zhuǎn)向能力，可以認為是一種較好的制動情況。從前述制動力學分析可

知，在前后輪同時抱死及抱死以前，產(chǎn)生的地面制動力總是等于前后輪制動器的制動力，

因而在抱死時獲得的最大地面制動力等于此時的制動器制動力，即產(chǎn)生最大地面

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制動力所需的踏板力（制動系統(tǒng)壓力）最小，制動系的效率最高，充分發(fā)揮了輪胎一道

路的附著性能。

4.4.2.5汽車列車制動時的方向穩(wěn)定性

汽車列車由牽引車和半掛車（或掛車）組成，它們之間通過較接，車軸的側(cè)滑或兩車間

制動時間不協(xié)調(diào)，會引起牽引車和半掛車間相互位置發(fā)生變化而失去控制。常出現(xiàn)的方向

穩(wěn)定性問題是汽車列車的折疊和半掛車（掛車）的擺動。

制動時列車的折疊一般是由牽引車后軸先抱死側(cè)滑引起的，同時半掛車的慣性推力方向

偏離牽引車的縱向軸線，將促使牽引車和半掛車間的相對轉(zhuǎn)動，發(fā)生汽車列乍折疊的不穩(wěn)

定現(xiàn)象。

4.5制動性能的控制

4.5.1制動力的控制

汽車制動時，要求制動器踏板能為正常體形和體力的駕駛員所適應，滿足操縱輕便性的

要求，各國法規(guī)的最大踏板力一般為500N（轎車）?700N（載貨汽車）。新產(chǎn)品設(shè)計時，

轎車緊急制動踏板力的取值范圍為200?350N。踏板力的大小與制動驅(qū)動機構(gòu)的型式有

關(guān)。根據(jù)制動能源的不同，驅(qū)動機構(gòu)分為簡單制動、動力制動和飼服制動三大類。

簡單制動又稱為人力制動，它以駕駛員的肌體為唯一制動能源，分機械式與液壓式兩

種。機械式簡單制動已不再用作行車制動。液壓式簡單制動常稱為液壓制動，它以制動液

為傳力介質(zhì)，將駕駛員施加于制動踏板上的力放大后再傳至制動器產(chǎn)生制動作用，實現(xiàn)機

械能一液壓能一機械能的能量轉(zhuǎn)換與傳遞。如果路面附著性能良好，則汽車的制動力也與

踏板力成線性關(guān)系。制動系的此項性能稱為制動踏板感（又稱路感），駕駛員可由此而直

接感知汽車的制動強度，以便及時加以必要的控制與調(diào)節(jié)。液壓式簡單制動中踏板力和

踏板行程之間的必然的反比例關(guān)系在動力和伺服制動中便不復存在，從而能使制動系統(tǒng)踏

板力較小，同時又具有適當?shù)奶ぐ逍谐?。動力制動有氣壓制動、氣頂液制動和全液壓?/p>

力制動三種形式。

氣壓制動是發(fā)展最早且應用最多的一種動力制動，其供能裝置均為氣壓式。駕駛員僅需

按不同的制動強度要求，通過制動踏板操縱氣壓控制元件——制動閥氣頂液制動由氣壓

系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)復合而成。

全液壓動力制動有開式和閉式兩種形式，其供能、控制和傳動裝置全是液壓式。伺服

制動是在液壓式簡單制動的基礎(chǔ)上增設(shè)一套動力伺服系統(tǒng)，是一種兼用人力和發(fā)動機動力

為制動能源的制動系。

按伺服力源的不同，伺服制動有真空伺服制動、空氣伺服制動和液壓伺服制動三類，其

伺服力源分別為真空能（負氣壓力）、氣壓能和液壓能。

按伺服裝置位置及控制方式的不同，伺服制動又可分為直動式（助力式）和遠動式（增

壓式）兩種。

液壓伺服制動的制動能源來自于油泵產(chǎn)生的高壓油

制動器管路壓力之間保持一定的比例關(guān)系，即將實際制動力按一定比例反饋至制動踏板

機構(gòu)，從而造成踏板感。

4.5.2前后輪制動力分配的控制

現(xiàn)代汽車大多采用不同形式的制動力調(diào)節(jié)裝置，以使實際的制動力分配特征盡可能地接

近理想特征。

制動力調(diào)節(jié)裝置大多串連在后輪制動管路中，其作用是當前輪制動管路壓力增長到一定

程度以后，即自動限制或控制后輪制動管路的壓力增長。

4.5.2.1限壓閥

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限壓閥適用于軸距短，且質(zhì)心高、制動時軸荷轉(zhuǎn)移多的輕型車輛，尤其是輕型荷微型轎

車。

4.5.2.2比例閥

比例閥的作用是當前、后制動管路中壓力同步增長到一定值后，便自動對后輪制動管路

壓力的增長加以節(jié)制。

4.5.2.3感載閥

感載閥是能根據(jù)車輛實際裝載質(zhì)量的變化，改變節(jié)壓作用起始點位置的比例閥或限壓

閥。

4.5.2.4慣性閥（G閥）

慣性閥有慣性式限壓閥和慣性式比例閥兩種。

4.5.2.5安全保護機能

為了提高制動系統(tǒng)工作的可靠性，現(xiàn)在汽車采用了分路系統(tǒng)，即全車的所有行車制動器

的液壓或氣壓管路分屬兩個或更多的互相隔絕回路，一旦系統(tǒng)某一回路失效，仍可利用其

他回路起制動作用。常見的分路系統(tǒng)為雙回路形式，有的轎車也采用三回路制動系統(tǒng)。

雙軸汽車的雙回路制動系統(tǒng)有多種形式；常用的為前后軸方式（H型）或?qū)蔷€分路方

式（X型）。

在多回路制動系統(tǒng)中通常裝有多回路壓力保護裝置。

4.5.3防追尾碰撞的控制

當高速行駛的汽車貼近前方車輛尾部或遇到障礙物時，為防止撞車事故的發(fā)生，可采用

自動控制的防追尾系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要作用：

1）當后車車頭貼近前方車尾部或遇到障礙物時，系統(tǒng)發(fā)出防追尾警告；

2）在發(fā)出警告后若駕駛員未采取制動措施時，則該系統(tǒng)便啟動緊急制動裝置，以避免

追尾事故。

3）通常，防追尾控制系統(tǒng)由三部分的控制裝置組成，即包含行車環(huán)境監(jiān)測、防碰

撞判定及車輛控制等子系統(tǒng)。

4.5.4制動能量的回收

制動能量的回收，是指回收制動時以熱的形式逸散的能量，并進行再利用。一般將其用

作車輛起動加速時的動力源。

4.5.4.1制動能量回收系統(tǒng)的形式

作為制動能量的回收系統(tǒng)，一般應具有制動（將動能變換為可以儲存的能量形式）、能

量的釋放和驅(qū)動（將釋放的能量再變換為動能）的功能?；厥障到y(tǒng)有可能回收的能量僅限

于制動時由制動裝置轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿牟糠?，它不能回收因克服行駛阻力等所消耗的能量。?/p>

此回收系統(tǒng)本身也存在著效率等問題，因而僅助于回收系統(tǒng)要使汽車重新獲得制動開始時

所具有的動能是不可能的。

制動能量的蓄存方法，常見的有三種：

1）使飛輪旋轉(zhuǎn)，以動能的形式蓄存；

2）利用液壓蓄能器，以液壓能的形式蓄存;

3）變換為電能，蓄存于蓄電池內(nèi)。

制動能量回收系統(tǒng)的構(gòu)成因采用蓄能方法不同而有很大詫異，常見的為：由發(fā)電機、電

動機、蓄電池構(gòu)成的電能式；由飛輪、無極變速器（CVT）構(gòu)成的動能式；由液壓馬達，

蓄電器構(gòu)成的液壓式三種。

4.5.4.2城市客車制動能量回收系統(tǒng)

城市客車的突出特點是頻繁制動和起動，若在制動時將車輛的動能回收、加速時再

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利用，則會減少啟動加速噪聲，降低燃料消耗量，并減少排出廢氣對環(huán)境的污染。

4.6防抱死制動系統(tǒng)

4.6.1概述

汽車是陸地行駛車輛中機動性極強的交通工具，它即可能行駛在高附著系數(shù)的干燥路面

也可能行駛于雨、雪氣候條件下的濕滑路面。當汽車行駛在后一種路面上，或為了躲避障

礙，或為了防止追尾碰撞作應急制動時，汽車有可能發(fā)生側(cè)滑甩尾。如果左右車輛分別行

駛在雪后一側(cè)積雪路面和一側(cè)已經(jīng)清掃露出地面的路段上，或正行駛在彎道外，汽車有可

能產(chǎn)生急轉(zhuǎn)調(diào)頭，或駛?cè)肽嫘熊嚨?，或滑移出路面，呈現(xiàn)不穩(wěn)定的失控狀態(tài)。

4.6.2防抱死制動的基本工作原理和控制技術(shù)

防抱死制動系統(tǒng)簡稱ABS,是基于汽車輪胎與路面之間的附著特性而開發(fā)的高技術(shù)制動

系統(tǒng)。

4.6.2.1防抱死制動的基本工作原理

1）附著系數(shù)與滑移率特性

實驗證明，當輪胎在路面上滑動時，將改變輪胎與路面之間的附著系數(shù)，因而也改變汽

車的制動力。

路面附著力能跟隨汽車制動力矩的增加，提供足夠的地面制動力（矩），并且，此時的

橫向附著系數(shù)也較大，具有足夠的抗側(cè)滑能力，故一般稱為穩(wěn)定區(qū)。

2）應急制動時汽車車輪動力學、運動學筒析

應急制動時的運動學分析

制動時汽車動力學簡析

3）防抱死控制的基本工作原理

4.6.2.2ABS控制邏輯與控制技術(shù)

1）ABS控制邏輯

邏輯門限值控制方法是當今世界各國著名ABS公司采用的實用技術(shù)。

2）實現(xiàn)控制邏輯的幾個關(guān)鍵技術(shù)

為了實現(xiàn)ABS控制，得到最大的制動效能，車輪應當在峰值左右側(cè)工作，也就是應當識

別車輪是在穩(wěn)定區(qū)間還是在非穩(wěn)定區(qū)間轉(zhuǎn)動。

實現(xiàn)控制邏輯的幾個關(guān)鍵技術(shù)分別是：

輪速的檢測與計算。

角加、減速度計算。

參考速度和滑移率計算。

路面附著狀態(tài)識別。

階梯形制動壓力脈沖控制技術(shù)。

4.6.3轎車用液壓ABS

4.6.3.1ABS系統(tǒng)在汽車上的配置

所謂ABS的配置，是指汽車車輪或車軸的制動力矩是否直接受控于防抱死制動系統(tǒng)和其

控制方式，以及ABS輪速傳感器、電磁閥的安裝數(shù)量以及安裝部位的設(shè)計形式。

4.6.3.2ABS液壓執(zhí)行機構(gòu)的構(gòu)成與基本工作原理

典型液壓執(zhí)行機構(gòu)由2X2的加壓和減壓電磁閥、液壓蓄能器、減振器、節(jié)流閥、單向

閥和泵電機組成

該系統(tǒng)共有四種工況

4.6.4輪速傳感器和齒圈

齒圈安裝于車輪或驅(qū)動軸差速器輸入端，并跟隨車輪或驅(qū)動軸一起轉(zhuǎn)動。傳感器固

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定于制動底板或轉(zhuǎn)向節(jié)支架，以間隙方式對準齒圈，它相對于車輪和驅(qū)動軸靜止不動。

當齒圈轉(zhuǎn)動時，傳感器能產(chǎn)生正比于轉(zhuǎn)速的交流感應信號。利用電磁效應制作的被動式輪

速傳感器，輸出信號為近似正弦波。

4.6.6載貨汽車氣壓ABS

中噸位以上載貨汽車通常采用氣壓制動系統(tǒng)，因此與之相匹配需采用氣壓ABS或氣液混

合型ABS。此時氣壓作為促動源，液壓機構(gòu)作為執(zhí)行機構(gòu)。氣壓ABS的基本工作原理與液

壓ABS是同類的，同樣通過加壓、保壓和減壓完成對制動壓力的控制。其控制方式可細分

為以下三種：

a）獨立控制（IR）

b）修正的獨立控制（IRM）

c）低選控制（SL）

4.7汽車行駛安全性發(fā)展動向

汽車的制動性能是保證汽車安全行駛的一項重要性能，汽車基礎(chǔ)技術(shù)的發(fā)展也包含著制

動裝置的不斷完善和現(xiàn)代化。但在現(xiàn)代汽車行駛的“人一汽車一環(huán)境”系統(tǒng)中，汽車行駛

的安全性已不是單向技術(shù)措施的改善和提高所能解決的，而是以集車輛的基礎(chǔ)技術(shù)、道路

的基礎(chǔ)設(shè)施和電子信息技術(shù)相結(jié)合形成一體的綜合技術(shù)。

第五章：懸架與轉(zhuǎn)向

1.懸架

1.1懸架概述：

懸架的概念：汽車懸架是車架（或車身）與車橋（或車輪）之間彈性連接的部件,主要由彈

性元件、導向裝置及減振器三個基本部分組成。

懸架的作用：

1、緩和、抑制由不平路面引起的振動和沖擊，保證乘員乘坐舒適和所運貨物完好；

2、除傳遞汽車垂直力以外，還傳遞其他各方向的力和力矩，并保證車輪和車身（或車

架）之間有確定的運動關(guān)系，使汽車具有良好的駕駛性能。

1.2懸架的結(jié)構(gòu)

懸架的結(jié)構(gòu)形式和特點：

汽車懸架按導向機構(gòu)型式可分為獨立懸架和非獨立懸架兩大類，獨立懸架的車輪通過各

自的懸架和車架（或車身）相連；非獨立懸架的左、右車輪裝在一根整體軸上，再通過其

懸架與車架（或車身）相連。

獨立懸架的分類：

1.單橫臂式

2.單縱臂式

3.單斜臂式

4.縱臂扭轉(zhuǎn)梁式

5.雙橫臂式

6.多連桿式

7.麥弗遜式

非獨立懸架分類：

1.鋼板彈簧式

2.四連桿式

3.多迪奧式

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4.扭矩套筒式

1.3懸架參數(shù)選擇懸架參數(shù)：

1.前束

汽車的前束角是汽車縱向中心面與車輪中心面和地面的交線之間的夾角。

2.外傾

汽車輪胎與路面垂直方向上的相對夾角

3.主銷內(nèi)傾角

轉(zhuǎn)向主銷內(nèi)傾角是指從車輛正面看在轉(zhuǎn)向輪上轉(zhuǎn)向主銷軸線與鉛垂直線的夾角。

4.主銷后傾角

主銷后傾角是指從車輛側(cè)面看，轉(zhuǎn)向主銷軸與鉛垂線的傾角

5.輪距變化

指隨著車輪的上下跳動輪胎接地點產(chǎn)生的橫向位移。

6.側(cè)傾中心

指在前軸及后軸各輪心的橫向垂直平面內(nèi)，汽車在橫向力作用下汽車車身側(cè)傾的瞬時回

轉(zhuǎn)中心。

7.側(cè)傾角剛度

在側(cè)傾角不大的條件下，車身傾斜單位角度所必需的側(cè)傾力矩

8.縱傾中心

在車輪上下跳動時，車輪縱向運動瞬時中心的位置。

9.縱向剛度

使車輪輪心相對車體在前后方向移動單位距離所必需的水平力稱為懸架縱向剛度2汽

車運動

2.1汽車的運動

汽車的運動及坐標系：

汽車的運動通常是指車身的運動，圖描述了車身在空間運動中的六個自由度及坐標系。

圖中O-XYZ坐標系固定在地面上，稱為慣性坐標系或大地坐標系，C-xyz固定在車身上，

原點C為車身質(zhì)心，x軸為車身縱向水平軸，方向向前，y軸水平向左，z軸鉛直向上，構(gòu)

成一個右手直角坐標系。

車身運動速度：

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車身的六個運動自由度中，側(cè)向運動、側(cè)傾運動、橫擺運動是汽車的操縱穩(wěn)定性研究最

關(guān)心的。

2.2汽車系統(tǒng)

轉(zhuǎn)彎半徑：

汽車在作轉(zhuǎn)向運動時，在輪胎側(cè)偏角不大時，前輪轉(zhuǎn)角6與轉(zhuǎn)彎半徑R之間有如下近

似關(guān)系：R1

(12)

其中：1——軸距

B1——前輪側(cè)偏角

B2——后輪側(cè)偏角

轉(zhuǎn)向定義：

如果向心加速度ay增大后使R增大，則稱為不足轉(zhuǎn)向；如果向心加速度ay增大而使R

減小，則稱為過多轉(zhuǎn)向；如果不管向心加速度ay增大或減小，R保持不變，則稱為中性轉(zhuǎn)

向。

2.3操縱穩(wěn)定性

定義：

操縱穩(wěn)定性是汽車的一種運動性能，這種性能通過駕駛員在一定路面和環(huán)境下的操縱反

映出來，通常認為汽車的操縱穩(wěn)定性包含相互聯(lián)系的兩個部分：一是操縱性，二是穩(wěn)定

性。操縱性是指汽車能夠確切地響應駕駛員轉(zhuǎn)向指令的能力。穩(wěn)定性是指汽車受到外界擾

動(路面擾動或突然陣風擾動)后恢復原來運動狀態(tài)的能力。兩者很難斷然分開，穩(wěn)定性

好壞直接影響操縱性好壞，因此通常只統(tǒng)稱為操縱穩(wěn)定性。

駕駛員一汽車系統(tǒng)：

駕駛員一汽車系統(tǒng)在一定路面和環(huán)境下的操縱運動響應，一方面取決于汽車的操縱穩(wěn)定

性，另一方面也取決于駕駛員的行為特性和駕駛技術(shù)，二者配合良好才能使駕駛員一汽車

系統(tǒng)獲得良好的操縱運動響應。

第六章：懸置

1.汽車振動

1.1汽車振動的常用分析方法:

拉格朗日方程法：

對于振動系統(tǒng)，如果能用函數(shù)形式寫出其勢能及動能的表達式，可以用拉格朗日方程法

有限元法：

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有限元法的基本思想是把連續(xù)體視為由有限個基本單元在結(jié)點處彼此相連接的組合體，

把具有無窮多個自由度的連接結(jié)構(gòu)振動問題變成為有限多個自由度的振動問題。有限元法

的分析過程可以歸納為結(jié)構(gòu)離散化、單元特性分析、坐標變換、邊界條件處理和結(jié)構(gòu)綜合

這幾個基本步驟。

試驗模態(tài)分析法：

對于大型復雜結(jié)構(gòu)要做振動分析時，無論是試驗還是計算，都是很艱巨的任務，工作量

很大，采用動態(tài)子結(jié)構(gòu)法，就可以計算機工作量或試驗難道度

1.2發(fā)動機振動：

懸置的定義與作用：

為了減少發(fā)動機振動對車架的影響，汽車發(fā)動機都是用彈性支承一般都采用如圖所示的

橡膠墊，安裝時它的一端固定在發(fā)動機上，而另一端固定在車架上。

懸置彈性主軸：

橡膠墊在空間三維方向上都有彈性，但由于發(fā)動機的各支點位置相距較遠，故常略去支

承墊的扭轉(zhuǎn)彈性，而把橡膠墊簡化為沿空間三個有彈性軸的彈簧，此三軸稱為橡膠墊的彈

性主軸。

隔振頻率

從隔振的角度，汽車發(fā)動機總成及其懸置所組成的彈性系統(tǒng)，其固有頻率通常為6?

20Hz；

1.3發(fā)動機干擾力

慣性力引起的干擾力

曲柄連桿機構(gòu)在運動過程中產(chǎn)生的慣性力是使發(fā)動機產(chǎn)生強迫振動的一個原因。其慣性

力是由旋轉(zhuǎn)質(zhì)量和往復質(zhì)量所引起的。它變化的頻率和發(fā)動機角速度有關(guān)。可分為一級

和二級。

發(fā)動機工作過程不勻衡引起的干擾力矩

發(fā)動機經(jīng)過進氣、壓縮、氣體爆發(fā)（膨脹）、排氣各過程，汽缸內(nèi)壓力在周期性地變

化，因此，作用在曲軸上的轉(zhuǎn)矩亦呈周期性變化，成為很重要的干擾力矩

1.4懸置設(shè)計

目的：

設(shè)計發(fā)動機懸置的目的是控制發(fā)動機激振力向底盤的傳遞，使懸置起到隔離振動的作

用。

隔振系數(shù)：

發(fā)動機懸置系統(tǒng)隔振效果的好壞，主要是看支承處響應的大小，其數(shù)量指標是隔振系

數(shù)，或傳遞率T,即傳給車架的激振力百分比，當T<1時，懸置才能起到隔振的作用，且

T越小，隔振效果越好

發(fā)動機懸置的布置：

汽車發(fā)動機常采用三點懸置或四點懸置

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發(fā)動機懸置的優(yōu)化設(shè)計

隨著現(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計方法和電子計算機技術(shù)的發(fā)展，發(fā)動機懸置系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計成為可

能，并可以大大減輕設(shè)計人員的負擔，加快設(shè)計進程。優(yōu)化設(shè)計的關(guān)鍵是建立目標函數(shù)和

約束條件。

對發(fā)動機懸置參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計，可以從不同的角度提出目標函數(shù)和約束條件來建立不

同的數(shù)學模型，這些工作均與振動分析有關(guān)

長期以來一直是以發(fā)動機固有頻率為目標，以支承位置和支承剛度為變量進行優(yōu)化的，

它不涉及任何響應計算，只要求系統(tǒng)的固有頻率有一合理的安排，而且要求系統(tǒng)的各振動

模態(tài)盡量不耦合，使系統(tǒng)容易避開共振區(qū)。這種方法進行優(yōu)化的好壞仍取決于以往的經(jīng)

驗。目前已能對懸置系統(tǒng)作出比較精確的振動分析，發(fā)動機的隔振計算也有較為可靠的理

論基礎(chǔ)。

1.5車架和車身的振動

振源:

1.具有寬頻帶的路面不平；

2.車輪的不平衡

3.動力傳動裝置

子結(jié)構(gòu)振動：

設(shè)計中要注意車架和車身的振避開一些子結(jié)構(gòu)的振動，如:

1.懸架以上車身振動頻率：1Hz左右

2.動力總成在其懸置上的振動頻率：6、15Hz

3.非懸掛質(zhì)量振動頻率：15Hz

4.乘員座椅：2?3Hz

5.對承載式車身要求的一扭頻率：＞30Hz

6.對承載式車身要求的一扭頻率：＞40Hz

第7章汽車噪聲及其控制

7.1概述

汽車給世界帶來了現(xiàn)代物質(zhì)文明，但同時也帶來了環(huán)境污染等社會問題。當人暴露于噪

聲污染中時，噪聲無論從生理上還是心里上，都在無時不刻地影響人的正常工作、生活核

身體健康。有關(guān)試驗和大量調(diào)查表明，高聲級的噪聲不僅損害人的聽覺器官，還傷害神經(jīng)

系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、消化系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)等，引起生理病變，長時間暴露在噪聲污染中

也容易使人產(chǎn)生緊張、心情煩躁和疲勞等不良心理反應。為了保護環(huán)境，針對汽車噪聲，

各國政府已經(jīng)頒布了相關(guān)的法規(guī)，對其加以限制，在政府法規(guī)和市場競爭的雙重激勵機制

下，各大汽車廠家也在積極地采取措施，盡量減少汽車給環(huán)境造成的噪聲污染。

汽車是一個高速運轉(zhuǎn)的復雜組合式噪聲源，汽車發(fā)動機和傳動系工作時產(chǎn)生的振動，高

速行駛中汽車輪胎在地面上的滾動、車身與空氣的作用，是產(chǎn)生汽車噪聲的根本原因。

根據(jù)汽車噪聲對環(huán)境的影響，可將汽車噪聲分為車外噪聲和車內(nèi)噪聲。車外噪聲主要影

響車外道路兩旁的聲學環(huán)境；車內(nèi)噪聲主要影響車內(nèi)的聲學環(huán)境。

車外噪聲是指汽車各部分噪聲輻射到車外空間的那部分噪聲。能直接向車外輻射的汽車

噪聲源主要包括發(fā)動機噪聲、排氣噪聲、輪胎噪聲、制動噪聲和傳動噪聲等。

車內(nèi)噪聲是指車箱外的汽車各部分噪聲通過各種聲學途徑傳入車內(nèi)的那部分噪聲，以及

汽車各部分振動傳遞路徑激發(fā)車身板件的結(jié)構(gòu)振動向車箱內(nèi)輻射的噪聲。這些噪聲

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聲波在車內(nèi)空間聲學特性的制約下，生成較為復雜的混響聲場，從而形成車內(nèi)噪聲。傳

聲的聲學途徑主要有通過車身板件及內(nèi)飾材料的聲透射，以及通過車箱縫隙的聲漏射。通

過聲學途徑傳入車內(nèi)的汽車噪聲來自發(fā)動機噪聲、排氣噪聲、空氣動力學噪聲、輪胎噪聲

和傳動噪聲等。通過振動途徑激發(fā)車身板件振動的汽車激振源包括發(fā)動機振動、傳動系振

動和路面振動等。

無論車外還是車內(nèi)噪聲，都來自汽車的各個噪聲源。本章對汽車的各個噪聲源的發(fā)聲原

因和控制方式進行討論。

7.1.1車外低噪聲技術(shù)動向

7.1.1.1車外噪聲控制對象，低噪聲化技術(shù)

1）噪聲的發(fā)生源車外噪聲包括受法規(guī)限制的車外行駛通過噪聲及早晚間車輛的怠速噪

聲。應控制的車外噪聲，按發(fā)生噪聲的聲源可分為：發(fā)動機噪聲、傳動系統(tǒng)噪聲、排氣系

統(tǒng)噪聲、輪胎噪聲。在發(fā)動機噪聲中，除發(fā)動機機體發(fā)生的機械噪聲外，還包括進氣系統(tǒng)

噪聲、冷卻風扇噪聲。

傳動系噪聲是由發(fā)動機傳來的振動引起離合器蓋、變速器蓋等輻射出的噪聲，齒輪嚙合

激振引起殼體輻射出的噪聲。排氣系統(tǒng)噪聲是由消聲器支撐架以及管道殼體振動輻射出的

噪聲、發(fā)動機振動及排氣脈動作為激勵源而引起的輻射噪聲，還包括由排氣口出來的排氣

噪聲，輪胎噪聲是由輪胎與路面接觸引起的，它是由法規(guī)限制的勻速行駛噪聲主要成分之

一、在加速行駛時，降低輪胎噪聲是很重要的。

2）降噪方法

降低噪聲，并不是簡單地降低聲源強度或聲的傳播，而是要在滿足各種制約條件下，提

出不同方案，并做出最佳選擇，對發(fā)動機來說各種制約條件是指排氣凈化、輸出功率、燃

油消耗及其他性能。此外還有質(zhì)量、成本等制約因素。

為了降低噪聲，應設(shè)計振力小，或即使產(chǎn)生振動卻不易形成噪聲的結(jié)構(gòu)。比如為了凈化

排放氣體，采用了高壓燃料噴射裝置而導致了激振力增大。為此必須采用相應的低噪聲結(jié)

構(gòu)設(shè)計措施。

對于隔聲方法，因材料、位置、隔聲結(jié)構(gòu)等的不同效果亦不同。一般都是在不改動各部

件總成的基本結(jié)構(gòu)和對其他性能的影響，盡可能小的條件下來進行隔聲的。在確定隔聲方

法之前，應仔細調(diào)查噪聲的特性，然后在保證輕量化的基礎(chǔ)上采取成本最低的有效對策。

車輛結(jié)構(gòu)部件的機械特性主要包括。

發(fā)動機：振動?聲輻射特性，支承隔振特性；

排氣系統(tǒng)：振動?聲輻射特性、消聲器的排氣噪聲衰減特性、齒輪嚙合激振力、扭轉(zhuǎn)振

動特性；

車身：振動?聲響靈敏度、車內(nèi)吸聲特性。隔聲特性。外部空氣流動；

底盤：懸架系統(tǒng)的振動傳遞特性，輪胎的振動傳遞特性。輪胎胎面噪聲。

3）發(fā)動機噪聲的改善

下列方法可以降低發(fā)動機產(chǎn)生的噪聲及由發(fā)動機振動引起的其他噪聲；改造發(fā)動機燃燒

過程以降低燃燒爆發(fā)的沖擊；降低由此沖擊產(chǎn)生的激振力引起的導致噪聲的發(fā)動機各部件

的振動；降低由活塞的上下運動、曲軸轉(zhuǎn)動引起的不平衡力及降低發(fā)動機機械振動等。

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