汽车传动系统详细讲解

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  以前我们介绍过汽车车身尺寸的意义和汽车心脏发动机的基本构造，然而汽车要行驶在道路上必须先使车轮转动，要如何将发动机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或坐人的空壳，并且还是一台烧钱的机器了。




    在基本的传动系统中包含了负责动力连接的装置、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发动机的动力传送到轮子上了。

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一、动力连接装置

　　1. 离合器：这组机构被装置在发动机与手动变速箱之间，负责将发动机的动力传送到手动变速箱。



    汽油发动机车辆在运行时，发动机需要持续运转。但是为了满足汽车行驶上的需求，车辆必须有停止、换档等功能，因此必须在发动机的外连动之处，加入一组机构，以视需求中断动力的传递，以在发动机持续运转的情形之下，达成让车辆静止或是进行换档的需求。这组机构，便是动力连接装置。一般在车辆上可以看到的动力连接装置有离合器与扭力转换器等两种。

    离合器这组机构被装置在发动机与手动变速箱之间，负责将发动机的动力传送到手动变速箱。如图所示，飞轮机构与发动机的输出轴固定在一起。在飞轮的外壳之中，以一圆盘状的弹簧连接压板，其间有一摩擦盘与变速箱输入轴连接。

　　当离合器踏板释放时，飞轮内的压板利用弹簧的力量，紧紧压住摩擦板，使两者之间处于没有滑动的连动现象，达成连接的目的，而发动机的动力便可以通过这一机构，传递至变速箱，完成动力传递的工作。

　　而当踩下踏板时，机构将向弹簧加压，使得弹簧的外围翘起，压皮便与摩擦板脱离。此时摩擦板与飞轮之间已无法连动，即便发动机持续运转，动力并不会传递至变速箱及车轮，此时，驾驶者便可以进行换档以及停车等动作，而不会使得发动机熄火。

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   2. 扭力转换器：这组机构被装置在发动机与自动变速箱之间，能够将发动机的动力平顺的传送到自动变速箱。在扭力转换器中含有一组离合器，以增加传动效率。



    当汽车工业继续发展，一般消费者开始对于控制油门、剎车以及离合器等三个踏板的复杂操作模式感到厌烦。机械工程师开始思考如何以利用机构来简化操作过程。扭力转换器便是在这样的情形之下被导入汽车产品的，成就了全新的使用感受。

    扭力转换器导入，改变了人们驾驶汽车的习惯！扭力转换器取代了传统的机械式离合器，被安装在发动机与自动变速箱之间，能够将发动机的动力平顺的传送到自动变速箱。

　　从图中可以清楚地看到，扭力转换器的离作方式与离合器之间截然不同。在扭力转换器之中，左侧为发动机动力输出轴，直接与泵轮外壳连接。而在扭力转换器的左侧，则有一组涡轮，透过轴与位于右侧的变速系统连接。导轮与涡轮之间没有任何直接的连接机构，两者均密封在扭力转换器的外壳之中，而扭力转换器之内则是充满了黏性液体。

　　当发动机低速运转时，整个扭力转换器会同样低速运转，泵轮上的叶片会带动扭力转换器内的黏性液体，使其进行循环流动。但是由于转速太低，液体对于涡轮施加的力量，并不足以推动车辆前进，车辆便可静止不动，便可达到如同离合器分离的状况。

　　当油门踏下，发动机转速提升，泵轮的转速将会同步提升，扭力转换器内的液体流速持续增加，对于涡轮的施力继续增加，当其超过运转的阻力时，车辆便可以前进，动力便可传递至变速系统及车轮，达成动力传递的目的。

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二、变速机构

    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，而发动机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低，这时候发动机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，发动机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”的这种可以改变发动机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不同而有“手动变速箱”与“自动变速箱”二种系统，这二种变速箱的工作方式也不相同。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“手自一体变速箱”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“顺序式半自动变速箱”的带有自动操作功能的手动变速箱。目前的F1赛车全面使用“顺序式半自动变速箱”，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。

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　1. 手动变速机构：一般称为“手动变速箱”，以手动操作的方式进行换档。

　　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：是用来将发动机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。

    2. 自动变速机构：一般称为“自动变速箱”，利用油压的作用去改变档位。

    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松的驾驶汽车，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档的控制程序，就成了具有手动操作功能的“手自一体变速箱”。

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　　液体扭力转换器：在主动叶轮与被动叶轮之间，利用液压油作为传送动力的介质。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。

　　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档性能仍然不尽人意。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档质量，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。

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三、差速器

    在解决了车辆动力传递的问题之后，汽车工程师又碰到了另外的一个问题——转弯。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。



    转弯，除了必须要有转向系统的辅助之外，还必需在传动系统上进行调整。原因在于，当车辆过弯时，位于内侧的轮子所走的路径较短，位于外侧的轮子所走的路径较长。在同样的时间内经过这样的路径，左右两侧的车轮势必面对着转速不同的问题。如果没有一个特殊的机构来处理，将造成车辆在转弯时发生转不过去的窘境；即便用力地转了过去，也会有着车轮严重磨损的问题。此时，差速器便被导入汽车的传动系统之中。

    由图中可看出，差速器是由许多齿轮组所构成。当直行时，左右车轮的转速相同，其内齿轮组并未发生作用，如同左右车轮以同一轮轴运转。当车辆进入弯道时，左右车轮的转速差异，便由中间齿轮组的转动来吸收，使其可以顺利地过弯。

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四、传动轴

　　由发动机输出的动力，经过变速系统的转换之后，传送至驱动轮，方能够对车辆产生驱动力。而负责将动力传送至驱动轮的机构，便是传动轴。而依据不同的传动系统配置，还可以分为传动轴与轮轴等两种。

　　传动轴



    在前置发动机后轮驱动（FR）或是前置发动机四轮驱动车型之中，由于后轮需担负驱动的工作，因此必须将动力传动到后轴的差速器，以进而将动力传输至后轮。这只穿过整个车体下方的长连杆，便是传动轴。而在前置发动机前轮驱动车型（FF）、后置发动机后轮驱动车型(RR)、中置发动机后轮驱动车型(MR)，这三种传动方式的汽车上则没有装设传动轴，变速箱与差速器的动力输出后，便直接连接轮轴。

　　轮轴



    将动力从差速器传送到轮子的轴。轮轴亦称为“半轴”或“驱动轴”。在一般前置前驱的车辆上，传动系统的配置便如图所示，发动机、变速箱及差速器是连接在一起的，直接连接轮轴后，将动力直接传递至左右车轮，以驱动车体。

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    前面介绍了汽车传动系统的基本构成，我们知道了发动机的动力如何传递至车轮。其实，传动系统与发动机的配置，有很多形式，主要有两轮驱动和四轮驱动之分，每种驱动方式都有其特点，也都满足了不同行驶状态的需要。


传动系统与发动机配置

　　在具备了基本的传动系统组件之后，汽车工程师会依据车辆使用目的的不同，将传动系统设计为二轮驱动(2WD)或四轮驱动(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，让车轮产生转动而使车辆前进或后退。

　　此驱动模式有以下四种具体形式：前置发动机前轮驱动(FF)、前置发动机后轮驱动(FR)、中置发动机后轮驱动(MR)、后置发动机后轮驱动(RR)。

　　◆ 四轮驱动

　　就是车辆的四个轮子都可以接受到动力，让车轮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驱动(4WD)汽车当中，发动机装设位置属于前置、中置、后置者均有。

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　　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。传动系统的任务就是将发动机的动力传送到车轮。由于汽车的发动机在车身上摆设方式的不同，使得发动机与传动系统的组合有多种形式。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发动机前轮驱动(FF)、前置发动机后轮驱动(FR)、中置发动机后轮驱动(MR)。

传动系统与发动机配置——前置发动机前轮驱动



    这是近代汽车最多采用的驱动方式。发动机和传动系统都被安装在车头发动机室内，这样的安排使前轮要负责传动，而不再只有负责转向的工作。由于前轮同时负担传动和转向的工作，使车辆在转向时的控制变得简单，因此前置发动机前轮驱动(FF)的车辆在行驶时的安全性比其它方式来得高。

　　由于前置发动机前轮驱动(FF)车的发动机和传动系统都被安装在车头发动机室内，因此汽车主要的重量都集中在车头的部位，这样的情形让前轮必须负担较多的重量，而后轮负担的重量则少了许多，前轮大约要承担62％左右的车身重量。