詳解汽車的傳動係統

來源: carfixer 於 2009-09-29 07:25:24 [檔案] [博客] [舊帖] [給我悄悄話] 本文已被閱讀：次 (25178 bytes)

負責傳遞動力讓汽車發揮行駛功能的裝置就是傳動係統，汽車沒有了它就會成為一台發電機或坐人的空殼，並且還是一台燒錢的機器了。

　　在基本的傳動係統中包含了負責動力連接的裝置、改變力量大小的變速機構、克服車輪之間轉速不同的差速器，和聯結各個機構的傳動軸，有了這四個主要的裝置之後就能夠把發動機的動力傳送到輪子上了。

　　一、動力連接裝置

　　1. 離合器：這組機構被裝置在發動機與手動變速箱之間，負責將發動機的動力傳送到手動變速箱。

　　2. 扭力轉換器：這組機構被裝置在發動機與自動變速箱之間，能夠將發動機的動力平順的傳送到自動變速箱。在扭力轉換器中含有一組離合器，以增加傳動效率。

　　二、變速機構

　　1. 手動變速機構：一般稱為“手動變速箱”，以手動操作的方式進行換檔。

　　2. 自動變速機構：一般稱為“自動變速箱”，利用油壓的作用去改變檔位。

　　三、差速器

　　當車輛在轉向時，左、右二邊的輪子會產生不同的轉速，因此左、右二邊的傳動軸也會有不同的轉速，於是利用差速器來解決左、右二邊轉速不同的問題。

　　四、傳動軸

　　將經過變速係統傳遞出來的動力，傳遞至車輪進而產生驅動力的機構。

汽油發動機車輛在運行時，發動機需要持續運轉。但是為了滿足汽車行駛上的需求，車輛必須有停止、換檔等功能，因此必須在發動機的外連動之處，加入一組機構，以視需求中斷動力的傳遞，以在發動機持續運轉的情形之下，達成讓車輛靜止或是進行換檔的需求。這組機構，便是動力連接裝置。一般在車輛上可以看到的動力連接裝置有離合器與扭力轉換器等兩種。

　　動力連接裝置─離合器


	離合器是手動變速係統的動力連接裝置，以機械方式利用離合器片的摩擦力，達成動力連接的母的。

　　離合器這組機構被裝置在發動機與手動變速箱之間，負責將發動機的動力傳送到手動變速箱。如圖所示，飛輪機構與發動機的輸出軸固定在一起。在飛輪的外殼之中，以一圓盤狀的彈簧連接壓板，其間有一摩擦盤與變速箱輸入軸連接。

　　當離合器踏板釋放時，飛輪內的壓板利用彈簧的力量，緊緊壓住摩擦板，使兩者之間處於沒有滑動的連動現象，達成連接的目的，而發動機的動力便可以通過這一機構，傳遞至變速箱，完成動力傳遞的工作。

　　而當踩下踏板時，機構將向彈簧加壓，使得彈簧的外圍翹起，壓皮便與摩擦板脫離。此時摩擦板與飛輪之間已無法連動，即便發動機持續運轉，動力並不會傳遞至變速箱及車輪，此時，駕駛者便可以進行換檔以及停車等動作，而不會使得發動機熄火。

　　動力連接裝置─扭力轉換器

　　當汽車工業繼續發展，一般消費者開始對於控製油門、剎車以及離合器等三個踏板的複雜操作模式感到厭煩。機械工程師開始思考如何以利用機構來簡化操作過程。扭力轉換器便是在這樣的情形之下被導入汽車產品的，成就了全新的使用感受。


	扭力轉換器導入，改變了人們駕駛汽車的習慣！

　　扭力轉換器取代了傳統的機械式離合器，被安裝在發動機與自動變速箱之間，能夠將發動機的動力平順的傳送到自動變速箱。

　　從圖中可以清楚地看到，扭力轉換器的離作方式與離合器之間截然不同。在扭力轉換器之中，左側為發動機動力輸出軸，直接與泵輪外殼連接。而在扭力轉換器的左側，則有一組渦輪，透過軸與位於右側的變速係統連接。導輪與渦輪之間沒有任何直接的連接機構，兩者均密封在扭力轉換器的外殼之中，而扭力轉換器之內則是充滿了黏性液體。

　　當發動機低速運轉時，整個扭力轉換器會同樣低速運轉，泵輪上的葉片會帶動扭力轉換器內的黏性液體，使其進行循環流動。但是由於轉速太低，液體對於渦輪施加的力量，並不足以推動車輛前進，車輛便可靜止不動，便可達到如同離合器分離的狀況。

　　當油門踏下，發動機轉速提升，泵輪的轉速將會同步提升，扭力轉換器內的液體流速持續增加，對於渦輪的施力繼續增加，當其超過運轉的阻力時，車輛便可以前進，動力便可傳遞至變速係統及車輪，達成動力傳遞的目的。

變速係統

　　汽車在起步加速時須要比較大的驅動力，此時車輛的速度低，而發動機卻必須以較高的轉速來輸出較大的動力。當速度逐漸加快之後，汽車所須要的行駛動力也逐漸降低，這時候發動機隻要以降低轉速來減少動力的輸出，即可提供汽車足夠的動力。汽車的速度在由低到高的過程中，發動機的轉速卻是由高變到低，要如何解決矛盾現象呢？於是通稱為“變速箱”的這種可以改變發動機與車輪之間換轉差異的裝置為此而生。

　　變速箱為因操作上的不同而有“手動變速箱”與“自動變速箱”二種係統，這二種變速箱的工作方式也不相同。近年來由於消費者的需求以及技術的進步，汽車廠開發稱為“手自一體變速箱”的可以手動操作的自動變速箱；此外汽車廠也為高性能的車輛開發出稱為“順序式半自動變速箱”的帶有自動操作功能的手動變速箱。目前的F1賽車全麵使用“順序式半自動變速箱”，因此使用此類型手動變速箱的車輛均標榜采用來自F1的科技。

　　手動變速係統

　　在手動變速係統裏麵含有離合器、手動變速箱二個主要部份。

　　離合器：是用來將發動機的動力傳到變速箱的機構，利用磨擦片的磨擦來傳遞動力。一般車型所使用的離合器隻有二片磨擦片，而賽車和載重車輛則使用具有更磨擦片的離合器。離和器還有幹式與濕式二種，濕式離合器目前幾乎不再被使用於汽車上麵。

　　手動變速箱：以手動方式操作變速箱去做變換檔位的動作，使手動變速箱內的輸入軸和輸出軸上的齒輪齧合。多組不同齒數的齒輪搭配齧合之後，便可產生多種減速的比率。目前的手動變速箱均是使用同步齒輪的齧合機構，使換檔的操作更加的簡易，換檔的平順性也更好。

　　自動變速係統

　　為了使汽車的操作變得簡單，並讓不擅於操作手動變速箱的駕駛者也能夠輕鬆的駕駛汽車，於是製造一種能夠自動變換檔位的變速箱就成為一件重要的工作，因此汽車工程師在1940年開發出世界首具的自動變速箱。從此以後駕駛汽車在起步、停止以及在加減速的行駛過程中，駕駛者就不需要再做換檔的動作。

　　現代的自動變速係統裏麵含有液體扭力轉換器、自動變速箱、電子控製係統三個主要部份。在電子控製係統裏麵加入手動換檔的控製程序，就成了具有手動操作功能的“手自一體變速箱”。

　　液體扭力轉換器：在主動葉輪與被動葉輪之間，利用液壓油作為傳送動力的介質。將動力自輸入軸傳送到對向的輸出軸，經由輸出軸再將動力傳送到自動變速箱。

　　由於液壓油在主動葉輪與被動葉輪之間流動時會消耗部份的動力。為了減少動力的損失，在主動與被動葉輪之間加入一組不動葉輪使能量的傳送效率增加；以及在液體扭力轉換器內加入一組離合器，並在適當的行駛狀態下利用離合器將主動與被動葉輪鎖定，讓主動與被動葉輪之間不再有轉速的差異，進而提高動力的傳送效率。

　　自動變速箱：以行星齒輪組構成換檔機構，利用油壓推動多組的摩擦片，去控製行星齒輪組的動作，以改變動力在齒輪組的傳送路徑，因而產生多種不同的減速比率。

　　電子控製係統：早期的機械式自動變速箱的換檔控製是以油壓的壓力變化去決定何時做換檔的動作，即使經過多年的研究及改良，機械式自動變速箱的換檔性能仍然不盡人意。於是電子式自動變速箱便因應而出了。為了使換檔的時機更加的精確，以及獲得更加平順的換檔質量，各汽車製造廠均投入大量的資源，針對自動變速箱的電子控製係統做研究。

　　差速器

　　在解決了車輛動力傳遞的問題之後，汽車工程師又碰到了另外的一個問題——轉彎。

　　轉彎，除了必須要有轉向係統的輔助之外，還必需在傳動係統上進行調整。原因在於，當車輛過彎時，位於內側的輪子所走的路徑較短，位於外側的輪子所走的路徑較長。在同樣的時間內經過這樣的路徑，左右兩側的車輪勢必麵對著轉速不同的問題。如果沒有一個特殊的機構來處理，將造成車輛在轉彎時發生轉不過去的窘境；即便用力地轉了過去，也會有著車輪嚴重磨損的問題。此時，差速器便被導入汽車的傳動係統之中。

　　由圖中可看出，差速器是由許多齒輪組所構成。當直行時，左右車輪的轉速相同，其內齒輪組並未發生作用，如同左右車輪以同一輪軸運轉。當車輛進入彎道時，左右車輪的轉速差異，便由中間齒輪組的轉動來吸收，使其可以順利地過彎。

傳動軸

　　由發動機輸出的動力，經過變速係統的轉換之後，傳送至驅動輪，方能夠對車輛產生驅動力。而負責將動力傳送至驅動輪的機構，便是傳動軸。而依據不同的傳動係統配置，還可以分為傳動軸與輪軸等兩種。

　　傳動軸

　　在前置發動機後輪驅動（FR）或是前置發動機四輪驅動車型之中，由於後輪需擔負驅動的工作，因此必須將動力傳動到後軸的差速器，以進而將動力傳輸至後輪。這隻穿過整個車體下方的長連杆，便是傳動軸。而在前置發動機前輪驅動車型（FF）、後置發動機後輪驅動車型(RR)、中置發動機後輪驅動車型(MR)，這三種傳動方式的汽車上則沒有裝設傳動軸，變速箱與差速器的動力輸出後，便直接連接輪軸。

　　輪軸

　　將動力從差速器傳送到輪子的軸。輪軸亦稱為“半軸”或“驅動軸”。在一般前置前驅的車輛上，傳動係統的配置便如圖所示，發動機、變速箱及差速器是連接在一起的，直接連接輪軸後，將動力直接傳遞至左右車輪，以驅動車體。
傳動係統與發動機的配置，有很多形式，主要有兩輪驅動和四輪驅動之分，每種驅動方式都有其特點，也都滿足了不同行駛狀態的需要，下麵汽車探索就來詳細介紹一下。

　　傳動係統與發動機配置

　　在具備了基本的傳動係統組件之後，汽車工程師會依據車輛使用目的的不同，將傳動係統設計為二輪驅動(2WD)或四輪驅動(4WD)的型式。

　　二輪驅動

　　僅有車子的前輪或後輪可以接受到動力，讓車輪產生轉動而使車輛前進或後退。

　　此驅動模式有以下四種具體形式：前置發動機前輪驅動(FF)、前置發動機後輪驅動(FR)、中置發動機後輪驅動(MR)、後置發動機後輪驅動(RR)。

　　四輪驅動

　　就是車輛的四個輪子都可以接受到動力，讓車輪產生轉動而使車輛前進或後退。

　　在變速箱的後麵再加裝一具稱為“分動箱”的動力分配裝置，依照設定的比率將動力傳送到前、後輪軸，使汽車的四個輪子獲得動力。

　　目前市麵上銷售的四輪驅動(4WD)汽車當中，發動機裝設位置屬於前置、中置、後置者均有。

傳動係統與發動機配置

　　在傳動係統中包括了變速箱、差速器、傳動軸三項重要的組件。傳動係統的任務就是將發動機的動力傳送到車輪。由於汽車的發動機在車身上擺設方式的不同，使得發動機與傳動係統的組合有多種形式。多數的組合方式與汽車的用途或性能要求有關。常見的組合方式有前置發動機前輪驅動(FF)、前置發動機後輪驅動(FR)、中置發動機後輪驅動(MR)。

　　傳動係統與發動機配置─前置發動機前輪驅動

　　這是近代汽車最多采用的驅動方式。發動機和傳動係統都被安裝在車頭發動機室內，這樣的安排使前輪要負責傳動，而不再隻有負責轉向的工作。由於前輪同時負擔傳動和轉向的工作，使車輛在轉向時的控製變得簡單，因此前置發動機前輪驅動(FF)的車輛在行駛時的安全性比其它方式來得高。

　　由於前置發動機前輪驅動(FF)車的發動機和傳動係統都被安裝在車頭發動機室內，因此汽車主要的重量都集中在車頭的部位，這樣的情形讓前輪必須負擔較多的重量，而後輪負擔的重量則少了許多，前輪大約要承擔62％左右的車身重量。

　　傳動係統與發動機配置─前置發動機後輪驅動

　　這是汽車最為傳統的布置方式，發動機和部分傳動裝置被安裝在車頭的發動機室內，再以傳動軸將動力傳送到後輪去。

寶馬5係是典型的前置後驅車型

　　由於傳動係統中的差速器和輪軸都是裝置在車輛的後軸，再加上發動機都是采取縱向放置在發動機室裏麵，使發動機的重心落於前輪軸之後，而且體積越大的發動機的重心會落在越後麵的位置，車輛的前、後軸因此獲得良好的配重比率。一般車型的後軸須要承擔大約47％的車身重量，因此以後輪驅動的車輛驅動輪獲得較高下壓力，讓行駛在陡坡或是連續的彎道中的車輛能夠獲得更佳的操控性能。

　　由於發動機的重心落於前輪軸之後，因此前置發動機後輪驅動(FR)車輛可以視為發動機放置在車頭的中置發動機後輪驅動(MR)車輛。也因此近年來有些高性能的前置發動機後輪驅動(FR)車在配置體積更大的發動機之後，即標榜為前中置發動機後輪驅動(F-MR)車輛。

傳動係統與發動機配置─前置發動機四輪驅動

　　在近年來，四輪驅動的產品隨著WRC賽事以及SUV產品的風行而成為消費者所熟悉的驅動係統。