汽车原理FLASH动画教程三.docx
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汽车原理FLASH动画教程三
汽车原理FLASH动画教程（三）
悬挂系统因为车身下方的空间使汽车看起来好像是悬浮在半空中，要如何将看似悬浮在半空中的车身与接触地面的车轮结合呢？
这个结合的装置就是悬挂系统。
悬挂系统除了要支撑车身的重量之外，还负有降低行驶时的震动，以及车辆行驶的操控性能等重责大任。
悬挂系统是如何神奇的发挥功能去降低行驶时的震动，以及车辆行驶的操控性能呢？
原来就是在悬挂系统中包含了避震器、弹簧、防倾杆、连杆等机件。
在车轮与车体之间，便是所谓的悬挂系统，担负起承载车体并吸收震动的工作，提供最佳的乘坐舒适性。
图中为Toyota最新车型Wish的悬挂系统，采前方独立麦佛逊结构、后方ETABeam结构，提供最大的车室空间。
一、弹簧：
用来缓冲震动的装置。
利用弹簧的变型来吸收能量。
常见的弹簧型式为「圈形弹簧」，其它被使用在汽车上的弹簧还有「板片弹簧」和「扭力杆弹簧」二种。
二、避震器：
用来缓冲震动，并且吸收能量的装置。
避震器内部藉由液体或气体产生压力来推动阀体，以吸收震动的能量，并且减缓震动的作用。
采用气压方式的避震器，其价格一般都比采用油压方式者高。
少部份高价位的避震器会采取液、气压共享的设计。
三、防倾杆：
将类似ㄇ字形的杆件的二端分别连结在左、右悬挂装置上面，当左、右侧的轮子分别上下移动时，会产生扭力并使杆件自体产生扭转，利用杆件受力所产生的反作用力去使车子的左、右二边维持相近的高度。
因此「防倾杆」亦称为「扭力杆」、「防倾扭力杆」、「平衡杆」、「扭力平衡杆」、「平稳杆」等等名称。
四、连杆：
用来连结车轮与车身的杆子。
连杆的形状可以是一支外形简单的圆杆，也可能是以钢板制成的一个结构体。
在了解悬挂系统的基本元素之后，你也可以和汽车工程师一样的设计组合出一套悬挂系统。
我们将在后续的单元中为各位说明各种悬挂系统的功能与特性。
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非独立悬挂系统非独立悬挂系统是以一支车轴（或结构件）连结左右二轮的悬挂方式，因悬挂结构的不同，以及与车身连结方式的不同，使非独立悬挂系统有多种型式。
常见的非独立悬挂系统有平行片状弹簧式’、扭力梁车轴、扭力梁式三种。
平行片状弹簧式平行片状弹簧式是用二组平行安装的片状弹簧支撑车轴，片状弹簧当做避震装置的弹簧，也做为车轴的定位之用。
由于这种悬挂方式的构造非常的简单，使制造成本减少，因片状弹簧的强度高而有较高的可靠度，以及可以降低车身底板的高度。
使用在车身重量变化大的汽车上，可以在车身高度降低时还不容易改变车轮的角度，使操控的感觉保持一致，因而保持不变的乘坐舒适性。
市面上强调乘载量的商用车型，其后悬挂多采用平行片状弹簧式。
扭力梁车轴式扭力梁车轴式主要使用在前置引擎前轮驱动（FF）的车。
有一连结左右轮的梁，在梁的二端有用来做为前后方向定位的拖曳臂，整个悬挂系统以拖曳臂的前端与车身连结，在梁的上方有用来做为横向定位的连杆。
在车身倾斜时因扭力梁车轴的扭曲，使车轮的倾角会有变化。
由于扭力梁车轴式的构造简单，以及占用车底的空间较小，相对的车室空间就可以加大，因此大多使用在小型车；例如使用在ToyotaTercel车型的后悬挂。
扭力梁式ToyotaWish的后轴悬挂，便是扭力梁式非独立悬挂系统。
扭力梁式在左右拖曳臂的中间设置扭力梁，使悬挂的外形类似H型，悬挂系统以拖曳臂的前端与车身连结。
因左右拖曳臂的刚性大，所以不需要装设横向连杆。
在车身倾斜时因扭力梁车轴的扭曲，会使车轮的倾角发生变化。
欧洲小型掀背车之后悬挂，多采用扭力梁式设计。
而Toyota现行的ETABeam系统中，加入了可控制方向的衬套（Toe-ControlBushing），使悬挂在车身倾斜时有较佳的指向性。
目前ETABeam被使用在ToyotaWith等国产车型。
非独立悬挂系统的优点1.左右轮在弹跳时会相互牵连，轮胎角度的变化量小使轮胎的磨耗小。
2.在车身高度降低时还不容易改变车轮的角度，使操控的感觉保持一致。
3.构造简单，制造成本低，容易维修。
4.占用的空间较小，可降低车底板的高度。
非独立悬挂系统的缺点1.左右轮在弹跳时，会相互牵连，而降低乘坐的舒适性及操控的安定性。
2.因构造简单使设计的自由度小，操控的安定性较差。
独立悬吊系统独立悬吊系统是左、右轮可以独立运动的悬吊型式。
常见的独立悬吊系统有双Ａ臂式、麦花臣支柱式、多连杆式、拖曳臂式、半拖曳臂式。
双Ａ臂式Double-WishboneType英文直译为双叉骨式或双鸡胸骨式，依构造的形状又称为双Ａ臂式。
采用双Ａ臂式独立悬吊系统的车辆总是给人有高级和性能化的感觉。
双Ａ臂式悬吊因使用目的不同而有多样化的结构型式，上、下控制臂呈Ａ型、Ｖ型或▽型。
双Ａ臂式悬吊可以设计成当车轮弹跳或车身倾斜时，左右车轮间的轮距不变或是车轮的倾角不变，一般采用双Ａ臂式悬吊的车型则是取其中间；当车轮弹跳或车身倾斜时，轮距的变化和倾角变化都会比其它的悬吊方式小；因为避震器不会被弯曲使避震器的磨擦阻力小；连杆可以全部装置在副车架上，以阻隔震动和噪音；因此采用双Ａ臂式悬吊容易使汽车拥有突出的转向性能和乘坐舒适性，例如Honda许多车系的前、后悬吊均是采用双Ａ臂式独立悬吊系统。
麦花臣支柱式麦花臣支柱式悬吊是演变自双Ａ臂式悬吊的一种悬吊型式。
它将双Ａ臂式悬吊的上支臂和转向节与避震器结合在一起，并将弹簧安置在避震器的上段，避震器的上端则与车体结合。
麦花臣支柱式悬吊与双Ａ臂式悬吊使用相同的下支臂。
由于麦花臣支柱式以避震器做为车轮转动时的中心轴，而与荷重的轴线互不重迭，使避震器在伸缩时造成弯矩，而产生磨擦阻力。
使用在后轴的麦花臣支柱式悬吊会再加上半径杆以保持前后方向的刚性。
多连杆式多连杆式悬吊是一种衍生自双Ａ臂式悬吊的悬吊型式，此构型看起来与双Ａ臂式悬吊极为相似而不易辨别，因此辨认此型悬吊时多以汽车制造厂所公布的为准；例如Lexus430的后悬吊下支臂及看似多连杆式，但Toyota宣布其为双Ａ臂式悬吊。
多连杆式悬吊的各连杆以不同的长度、角度做连结，以找出最适合的几何变化。
近年来由于对于对于乘坐舒适性和操控性的要求越来越高，因而汽车制造厂纷纷投入从事多连杆式悬吊的研究。
拖曳臂式托曳臂的枢轴以与车身中心线成直角的关系装置在悬吊架，是一种专门使用在后轮的悬吊系统。
由于托曳臂的枢轴与车身中心线成直角，使托曳臂和车轮与车身中心线成平行状态，车轮的行程与地面成垂直。
托曳臂式悬吊有倾角变化为0的优点，并使避震器不会弯曲，乘坐舒适性及空间利用率佳。
在转向时托曳臂会造成车轮角度呈前展状态，而不利于操控的稳定性。
半拖曳臂式半托曳臂式悬吊的托曳臂以与车身中心线成一斜角关系的方式装置在悬吊架。
由于车轮的行程划出较大的圆弧，半托曳臂式悬吊在转向时，车轮的倾角和轮距变化较托曳臂式小，使车辆在转向时的稳定性极佳。
因此半托曳臂式悬吊为多款高级房车和高性能车型采用。
例如第一代LexusLS400车型的后轴即采用半托曳臂式悬吊。
独立悬吊的优点1.悬吊系统重量较轻，车轮的贴地性良好，乘坐舒适性佳，操控的稳定性良好。
2.车轮角度变化量的自由度大，有利于改善操控的稳定性。
3.悬吊构件之间的自由度是防震的方法，也有利于防止噪音发生。
独立悬吊的缺点1.零件数量多，零件的精密度要求高，导致成本偏高。
2.因连杆的自由度大，有不利于轮胎磨耗的可能。
3.需要较大的装置空间。
4.悬吊系统的特性必须做仔细的调整。
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防倾杆Anti-RollBar通常翻译成防倾杆。
防倾杆是利用扭力杆弹簧的作用，来达成减少车身倾斜的目的，所以又以扭力杆、平衡杆、平稳杆等名词做称呼。
防倾杆是一支附在悬吊系统上的杆子；对很多人而言它只是一支不甚起眼的铁杆而已。
现在就将带您一探「防倾杆」这个位在底盘下方不起眼的装置的奥秘。
防倾杆的作用防倾杆的二端透过连杆固定在悬吊系统的下支臂或是避震器上面；在距离杆子的左、右二端约1／3长度的位置会有一个与车身连结的接点。
当车子在过弯时因离心力的作用使车身发生滚转，其情况就是使车身往弯外侧倾斜。
这个滚转的动作就如同转动烤肉架上的肉串。
滚转的幅度大约在7～9度之间；若旋转的角度太大时就会发生翻车。
过弯时因防倾杆的做用而降低车身侧倾的程度，并改善轮胎的贴地性。
侧倾程度减少会使外侧车轮的承受的荷重减少；且降低内侧车轮荷重减少的量。
图中横贯两前轮悬吊之弯曲的圆管即为防倾杆，该图中仅有前轮悬吊系统具备防倾杆。
防倾杆的杆身发生扭转时会产生反弹的力量，这个力量就称为反力矩；防倾杆是利用反力矩来抑制车身的侧倾。
当左、右轮上下同步动作时，防倾杆就不会发生作用。
在左右轮因路面起伏造成不同步跳动，或是在转向时车身发生倾斜，使防倾杆发生扭转时才会产生作用。
防倾杆只有在作用时才会使行路性变硬，不像换用较硬的弹簧会使行路性全面的变硬。
如果以弹簧来减少车身的侧倾，则需要换用非常硬的弹簧，以及使用阻尼系数很高的避震器。
这样一来就会造成舒适性与循迹性不良。
如果使用适当扭矩的防倾杆则可以在不牺牲舒适性和循迹性的情形下，减少车身在过弯时的倾斜程度。
防倾杆的特性防倾杆与弹簧二者力量的总合称为防倾阻力。
侧倾时车头和车尾的防倾阻力会同时发生，由于车身前后的配重比例以及重心位移的关系，使得前、后轴的防倾阻力会各不相同，这样便会影响车子的操控性能。
如果后轮的防倾阻力过大，则使车子有转向过度的倾向。
如果前轮的防倾阻力过大，则使车子有转向不足的倾向。
防倾杆可用来控制车身的滚动之外，还可以利用防倾杆来控制前、后轴的防倾阻力藉以改变车子的操控性能。
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传动系统汽车要行驶在道路上必须先使车轮转动，要如何将引擎的动力传送到车轮并使车轮转动？
负责传递动力让汽车发挥行驶功能的装置就是传动系统，汽车没有了它就会成为一台发电机和烧钱的机器了。
在基本的传动系统中包含了负责动力接续的装置、改变力量大小的变速机构、克服车轮之间转速不同的差速器，和联结各个机构的传动轴，有了这四个主要的装置之后就能够把引擎的动力传送到轮子上了。
一、动力接续装置1.离合器：
这组机构被装置在引擎与手排变速箱之间，负责将引擎的动力传送到手排变速箱。
2.扭力转换器：
这组机构被装置在引擎与自排变速箱之间，能够将引擎的动力平顺的传送到自排变速箱。
在扭力转换器中含有一组离合器，以增加传动效率。
二、变速机构1.手动变速机构：
一般称为「手排变速箱」。
以手动操作的方式进行换档。
2.自动变速机构：
一般称为「自排变速箱」。
利用油压的作动去改变档位。
三、差速器当车辆在转向时，左、右二边的轮子会产生不同的转速，因此左、右二边的传动轴也会有不同的转速，于是利用差速器来解决左、右二边转速不同的问题。
四、传动轴将经过变速系统传递出来的动力，传递至车轮进而产生驱动力道的机构。
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变速系统汽车在起步加速时须要比较大的驱动力，此时车辆的速度低，而引擎却必须以较高的转速来输出较大的动力。
当速度逐渐加快之后，汽车所须要的行驶动力也逐渐降底，这时候引擎只要以降低转速来减少动力的输出，即可提供汽车足够的动力。
汽车的速度在由低到高的过程中，引擎的转速却是由高变到低，要如何解决矛盾现象呢？
于是通称为「变速箱」的这种可以改变引擎与车轮之间换转差异的装置为此而生。
变速箱为因操作上的需求而有「手动变速箱」与「自动变速箱」二种系统，这二种变速箱的做动方式也不相同。
近年来由于消费者的需求以及技术的进步，汽车厂开发称为「手自排变速箱」的可以手动操作的自动变速箱；此外汽车厂也为高性能的车辆开发出称为「自手排变速箱」的附有自动操作功能的手动变速箱。
目前的F1赛车全面使用「自手排变速箱」，因此使用此类型手动变速箱的车辆均标榜采用来自F1的科技。
手排变速系统在手动变速系统里面含有离合器、手动变速箱二个主要部份。
离合器：
是用来将引擎的动力传到变速箱的机构，利用磨擦片的磨擦来传递动力。
一般车型所使用的离合器只有二片磨擦片，而赛车和载重车辆则使用具有更磨擦片的离合器。
离和器还有干式与湿式二种，湿式离合器目前几乎不再被使用于汽车上面。
手动变速箱：
以手动方式操作变速箱去做变换档位的动作，使手动变速箱内的输入轴和输出轴上的齿轮啮合。
多组不同齿数的齿轮搭配啮合之后，便可产生多种减速的比率。
目前的手动变速箱均是使用同步齿轮的啮合机构，使换档的操作更加的简易，换档的平顺性也更好。
自排变速系统为了使汽车的操作变得简单，并让不擅于操作手动变速箱的驾驶者也能够轻易的驾驶汽车，于是制造一种能够自动变换档位的变速箱就成为一件重要的工作，因此汽车工程师在1940年开发出世界首具的自动变速箱。
从此以后驾驶汽车在起步、停止以及在加减速的行驶过程中，驾驶者就不需要再做换档的动作。
现代的自动变速系统里面含有液体扭力转换器、自动变速箱、电子控制系统三个主要部份。
在电子控制系统里面加入手动换文件的控制程序，就成了具有手动操作功能的「手自排变速箱」。
液体扭力转换器：
在主动叶轮与被动叶轮之间，利用液压油做为传送动力的介质。
将动力自输入轴传送到对向的输出轴，经由输出轴再将动力传送到自动变速箱。
由于液压油在主动叶轮与被动叶轮之间流动时会消耗掉部份的动力。
为了减少动力的损失，在主动与被动叶轮之间加入一组不动叶轮使能量的传送效率增加；以及在液体扭力转换器内加入一组离合器，并在适当的行驶状态下利用离合器将主动与被动叶轮锁定，让主动与被动叶轮之间不再有转速的差异，进而提高动力的传送效率。
自动变速箱：
以行星齿轮组构成换档机构，利用油压推动多组的摩擦片，去控制行星齿轮组的动作，以改变动力在齿轮组的传送路径，因而产生多种不同的减速比率。
ToyotaCelsior（LexusLS430）在2003年起用六速自动变速箱，使Toyota成为第三家采用六速自动变速箱的汽车制造厂。
电子控制系统：
早期的机械式自动变速箱的换档控制是以油压的压力变化去决定何时做换档的动作，即使经过多年的研究及改良，机械式自动变速箱的换文件性能仍然不尽人意。
于是电子式自动变速箱便因应而出了。
为了使换档的时机更加的精确，以及获得更加平顺的换文件质量，各汽车制造厂均投入大量的资源，针对自动变速箱的电子控制系统做研究。
例如在Toyota汽车的自动变速箱都具有Lup-s、ECT-i的电子控制机能，在较新型式的自动变速箱中还加入了「N文件控制」系统。
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传动系统与引擎配置在具备了基本的传动系统组件之后，汽车工程师会依据使用目的的需要，将传动系统设计为二轮传动（2WD）或四轮传动（4WD）的型式。
二轮驱动仅有车子的前轮或后轮可以接受到动力，让轮子产生转动而使车辆前进或后退。
此一驱动模式有以下四种：
前置引擎前轮传动（FF）、前置引擎后轮传动（FR）、中置引擎后轮传动车型（MR）、后置引擎后轮传动车型（RR）。
四轮驱动就是车子的四个轮子都可以接受到动力，让轮子产生转动而使车辆前进或后退。
在变速箱的后面再加装一具称为「分动箱」的动力分配装置，依照设定的比率将动力传送到前、后轮轴，使汽车的四个轮子获得动力。
目前市面上销售的四轮传动（4WD）汽车当中，引擎装设位置属于前置、中置、后置者均有。
传动系统与引擎配置在传动系统中包括了变速箱、差速器、传动轴三项重要的组件。
传动系统的要务就是将引擎的动力传送到车轮。
由于汽车的引擎在车身上摆设方式的不同，使得引擎与传动系统的组合形成多样的变化。
多数的组合方式与汽车的用途或性能要求有关。
常见的组合方式有前置引擎前轮驱动（FF）、前置引擎后轮驱动（FR）、中置引擎后轮驱动（MR）。
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手动变速箱的基本工作原理一、变速箱的作用发动机的物理特性决定了变速箱的存在。
首先，任何发动机都有其峰值转速；其次，发动机最大功率及最大扭矩在一定的转速区出现。
比如，发动机最大功率出现在5500转。
变速箱可以在汽车行驶过程中在发动机和车轮之间产生不同的变速比，换档可以使得发动机工作在其最佳的动力性能状态下。
理想情况下，变速箱应具有灵活的变速比。
无级变速箱（CVT）就具有这种特性，可以较好的发挥发动机的动力性能。
二、CVT无级变速箱有着连续的变速比。
其一直因为价格、尺寸及可靠性的关系而没有大量装备汽车。
现在，改进的设计使得CVT的使用已比较普遍。
国产AUDI2.8CVT变速箱通过离合器与发动机相连，这样，变速箱的输入轴就可以和发动机达到同步转速。
奔驰C级SportCoupe6速手动变速箱一个5档的变速箱提供5种不同的变速比，在输入轴和输出轴间产生转速差。
三、简单的变速箱模型为了更好的理解变速箱的工作原理，下面让我们先来看一个2档变速箱的简单模型，看看各部分之间是如何配合的：
输入轴（绿色）通过离合器和发动机相连，轴和上面的齿轮是一个部件。
轴和齿轮（红色）叫做中间轴。
它们一起旋转。
轴（绿色）旋转通过啮合的齿轮带动中间轴的旋转，这时，中间轴就可以传输发动机的动力了。
轴（黄色）是一个花键轴，直接和驱动轴相连，通过差速器来驱动汽车。
车轮转动会带着花键轴一起转动。
齿轮（蓝色）在花键轴上自由转动。
在发动机停止，但车辆仍在运动中时，齿轮（蓝色）和中间轴都在静止状态，而花键轴依然随车轮转动。
齿轮（蓝色）和花键轴是由套筒来连接的，套筒可以随着花键轴转动，同时也可以在花键轴上左右自由滑动来啮合齿轮（蓝色）。
1档挂进1档时，套筒就和右边的齿轮（蓝色）啮合。
见下图：
如图所示，输入轴（绿色）带动中间轴，中间轴带动右边的齿轮（蓝色），齿轮通过套筒和花键轴相连，传递能量至驱动轴上。
在这同时，左边的齿轮（蓝色）也在
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