汽车底盘结构与检修：传动系统总体认识

【任务引入】

汽车传动系统是将车辆发动机发出的动力传递给驱动轮的动力传递系统。由于发动机直接作为汽车的动力源，即将发动机直接与汽车的驱动轮连接，明显存在着一些不足之处：输出转矩太小，导致车辆所获驱动力过小；输出转速太高，致使汽车行驶速度过大；转矩变化范围太窄，使得汽车无法适应各种路面引起的阻力变化。因此，要确保汽车能够正常行驶，需要在发动机与驱动轮之间配置一套传动系统，来协调发动机与车辆行驶条件之间的关系。

本任务是对汽车传动系统的总体介绍，要求能对它的功用、组成结构以及布置形式有一个总体的认识，为后续内容的学习打好基础。

【任务相关知识】

2.1.1　传动系统的功用和组成

（1）传动系统的功用要求

传动系统的主要功用包括以下4个方面：

1）中断动力传递

汽车起步之前，必须将发动机与汽车底盘和车身所形成的负载脱开，待发动机进入正常怠速运转后，再逐渐将车辆与发动机相连接，在此过程中必须逐渐加大发动机节气门开度。同时，车辆在不断增加动力的情况下，可以平稳起步。此外，当车辆换挡和紧急制动时，为了减少冲击载荷，都有必要暂时将发动机动力脱开。而当车辆需要较长时间在发动机不停止运转的情况下处于驻车状态，或者在车辆行驶过程中希望较长时间中断动力传递，以利用车辆惯性实现滑行操作，这也需要传动系具有长时间中断动力传递的功能。

2）减速和变速

车辆行驶的必要条件是驱动轮上产生的驱动力足以克服外界的行驶阻力。对于一般的车辆而言，若将其发动机直接与驱动轮相连接，可获得的驱动力无法推动汽车行驶，更不要说使汽车爬坡或加速了。此外，若发动机以3 000～5 000 r/min的转速直接带动车轮旋转，车速将高达500 km/h以上，显然无法使用。为解决上述矛盾，动力传递过程中需要解决减速和增力的问题。同时为更好地利用发动机功率，传动系需要有变速的功能。

3）车辆倒车

汽车使用过程中难免需要反向行驶，由于发动机不能反向旋转，要求传动系统必须设置改变旋向的装置。

4）车轮差速

汽车弯道行驶时，为了减小行驶阻力，左右车轮应以不同车速行驶。即使直线行驶时，也会由于路面起伏不平或轮胎气压大小不同，要求车轮以不同的转速旋转，否则会产生机械干涉，造成轮胎异常磨损。为此，当发动机以同一转速向前后左右不同驱动轮输送动力时，必须在保证动力传递不中断的前提下，让车轮之间能够实现不同速旋转，这便是“差速”。

（2）传动系统的基本组成

如图2.1所示为普通汽车传动系的组成示意图。发动机纵向布置在汽车的前部，后轮为驱动轮。

图2.1　汽车传动系统组成示意图

传动系统各组成的功用如下：

离合器的功用是使发动机与传动系平顺接合，把发动机的动力传给传动系，或者使两者分开，切断动力的传递。

变速器的功用是实现变速、变扭和倒车，通过变速器的变速和变扭作用，使在车轮上获得变化范围较大的牵引力，以适应汽车不同行驶阻力的需要。变速器可在发动机旋转方向不变的情况下改变输出轴的旋转方向，使汽车能够倒退行驶。此外，还可以在发动机运转的情况下切断发动机向驱动轮的动力传递。

万向传动装置的功用是将变速器输出的动力传给主减速器。由于变速器与车架一般是刚性连接，而驱动桥是通过悬架与车架弹性连接的，使得主减速器与变速器之间的距离及二者轴线之间的夹角都经常发生变化。因此，万向传动装置的长度可以伸缩，且装有能够适应传动夹角变化的万向节。

主减速器的功用是降低转速以增加扭矩（保证汽车克服行驶阻力而正常行驶），把由变速器输出轴传来的动力传给差速器。

差速器的功用是将主减速器传来的动力分配给左右半轴，并允许左右半轴以不同的转速旋转，使汽车既能直行，又能轻便地转弯。

半轴的功用是将动力由差速器传给驱动车轮，使驱动轮获得旋转动力。

2.1.2　传动系统的布置形式和结构

传动系统的具体构成与车辆的使用特点和发动机的布置形式有关。按照发动机和汽车驱动轮所处位置的不同，可以将汽车传动系统分为发动机前置后轮驱动方式（简称FR式）、发动机前置前轮驱动方式（简称FF式）、发动机中置及后置后轮驱动方式（简称MR式及RR式）、四轮驱动方式（简称4WD式）。其中，发动机前置前轮驱动的布置形式较为常见，主要应用在中高档车型和载货车型，组成结构如图2.1所示，其动力传递路线为：发动机的扭矩经离合器和变速器，通过由传动轴和万向节组成的万向传动装置传递到后驱动桥，动力通过驱动桥内的主减速器和差速器，经由半轴，最终传给驱动轮。驱动轮得到扭矩，便给地面一个向后的作用力，从而使地面对驱动轮产生一个向前的反作用力，这个反作用力便称为驱动力或牵引力。

图2.2　汽车传动系统布置形式简图

发动机前置前轮驱动的布置形式也很常见，主要应用于大部分的低档轿车，其组成结构如图2.3所示。该结构形式的变速器可与主减速器和差速器合为一体，构成变速驱动桥，发动机动力经由离合器、变速驱动桥和半轴传给驱动轮。受限于空间布置等问题，发动机中置后轮驱动的结构形式较少见，主要应用于跑车。

图2.3　汽车发动机前置前轮驱动系统结构示意图(www.xing528.com)

由于散热差及发动机噪声等问题，发动机后置后轮驱动形式极少应用于轿车。但许多大客车为了减少发动机对乘客舱的影响，增加乘客舱通道和座位空间，采用了发动机后置后轮驱动的结构形式，如图2.4所示。由于变速器输出端与驱动桥上主减速器的输入端之间存在很大的传动角度，需要借助角传动装置和万向传动装置完成大角度的传动，发动机动力经由离合器、变速器、角传动器、万向传动装置、主减速器、差速器和半轴传给驱动轮。

图2.4　客车发动机后置后轮驱动系统结构示意图

越野汽车为了提高在恶劣路况下的越野行驶能力，大多采用全轮驱动，即四轮驱动形式，其结构组成见图2.5。另外，某些大型三轴自卸车和牵引车也采用全轮驱动。这类传动系的特点是：由于有多个驱动桥，所以变速器后面加了一个分动器，其功用是把变速器输出的动力经几套万向传动装置分别传给所有的驱动桥，并可进一步降速增扭，以适应越野条件下阻力变化范围更大的需要；分动器和变速器虽然固定在车架上，但二者之间一般有一段距离。考虑到安装误差及车架变形的影响等，在二者之间也有一套万向传动装置；由于前驱动桥同时又是转向桥，不能用整体式半轴，所以前驱动桥的两根半轴都由两段组成，中间一般用等角速万向节连接。

图2.5　汽车四轮驱动系统结构示意图

【拓展阅读】

纯电动汽车的驱动系统布置形式

纯电动汽车的驱动系统由驱动电动机和驱动操纵系统共同组成，其结构形式不同，采用的驱动系统也不同。纯电动汽车的驱动系统有集中驱动系统和轮毂驱动系统两种。任何一种电动机都可以与不同的传动系统组合成集中驱动系统或轮毂驱动系统，并组成不同形式的系列化的纯电动汽车。

（1）集中驱动系统

集中驱动系统大部分是由电动机、变速器和差速器等组成的。它采用单电动机驱动代替内燃机，而传统内燃机汽车零部件及结构不改变，故设计制造成本低，但传动效率低，一般用于小型电动汽车。按有无变速器，它又可分为传统驱动模式和电动机-驱动桥组合模式。

1）传统驱动模式

传统驱动模式的驱动系统主要由电动机、变速器、差速器、半轴组成。它用电动机替代发动机，但仍然采用内燃机汽车的传动系统，包括离合器、变速器、传动轴和驱动桥等总成，其结构复杂，效率低，不能充分发挥电动机的性能。传统驱动模式有电动机前置、驱动桥前置、电动机前置、驱动桥后置等多种形式，其结构如图2.6所示。

图2.6　传统驱动模式示意图

2）电动机-驱动桥组合模式

电动机-驱动桥组合模式驱动系统根据电动机与驱动桥的组合方式又分为平行式、同轴式和双联式三种模式。

平行式电动机-驱动桥组合式驱动系统：它是在电动机输出端的外壳下部，装置机械式传动装置的减速齿轮和差速器齿轮，动力经过左右两个半轴来驱动车轮，其结构如图2.7所示。这种驱动系统结构紧凑，安装、使用和维护都十分方便。它有电动机前置、驱动桥前置、电动机后置、驱动桥后置等驱动模式。

同轴式自动机-驱动桥组合式驱动系统：它的电动机是一种特殊的空心轴电动机，在电动机一端的外壳中安装传动装置的减速齿轮和差速齿轮。差速器带动左右两个半轴，右半轴通过电动机的空心轴与车轮相连，左半轴通过左端外壳与车轮相连接，如图2.8所示。电动机与传动装置组合成一个整体驱动桥，形成“机电一体化”驱动桥的传功系统，使纯自动汽车的传动系统更加紧凑，有利于提高车辆的平顺性。

图2.7　平行式电动机-驱动桥组合式驱动系统示意图

图2.8　同轴式自动机-驱动桥组合式驱动系统示意图

双联式电动机共同驱动的整体驱动桥模式：由双联式电动机共同组成整体驱动桥的传动系统，取消了齿轮传动机构，完全实现了“机电一体化”传动方式。它由左右两个永磁电动机直接通过半轴带动车轮转动。左右两个电动机由中央控制器的电控差速模块控制，形成机电一体化的差速器，使驱动系统的结构大大简化，质量明显降低，比一般机械式差速器更加可靠和轻便。如图2.9所示为由两个永磁电动机组成的双电动机驱动系统的结构。双电动机驱动桥传动系统与相同功率的单电动机驱动桥传动系统相比较，电动机的直径要小得多，因此可以将双联式电动机驱动桥布置在纯电动汽车的地板下面，这样更有利于车辆的整体布置，但双联式电动机的轴向长度要长一些。

（2）轮毂驱动系统

轮毂驱动系统可以布置在纯电动汽车的两个前轮、两个后轮或四个车轮的轮毂中，成为前轮驱动、后轮驱动或四轮驱动的纯电动汽车。

轮毂驱动系统有两种结构，如图2.10所示：一种是内定子外转子结构，其外转子直接安装在车轮的轮缘上，由于这种结构没有机械减速机构提供减速，因此通常要求电动机为低速转矩电动机；另一种就是一般的内转子外定子结构，其转子作为输出轴与固定减速比的行星齿轮变速器的太阳轮相连，而车轮轮毂与其齿圈连接，这样能提供较大的减速比来放大其输出转矩。

图2.9　双联式电动机共同驱动系统示意图

图2.10　双联式电动机共同驱动系统示意图

当采用轮毂电动机驱动时，纯电动汽车上驱动电动机输出的扭矩传递到驱动车轮的路径大大缩短，这样可腾出足够的空间，便于对总体进行进一步优化，而且当采用内定子外转子结构时，还能够提高对车轮动态响应的控制性能。采用轮毂电动机时，由于可以对每台电动机的转速进行单独调节控制，因此可以实现电子差速。这样既可省去机械差速器，还有利于提高汽车在转弯时的操纵性。按照纯电动汽车上轮毂电动机的布置形式，纯电动汽车可以分为双前轮驱动、双后轮驱动和前后四轮驱动。