汽车轮胎知识大全（三）

九、差速器结构原理解析

发动机动力输出是需经过一系列的传动机构才传递到驱动轮的，其中非常重要的一环就是差速器了。差速器是如何实现差速的？下面将对差速器的结构原理进行解析。

● 为什么要用差速器？

汽车在转弯时，车轮做的是圆弧的运动，那么外侧车轮的转速必然要高于内侧车轮的转速，存在一定的速度差，在驱动轮上会造成相互干涉的现象。由于非驱动轮左右两侧的轮子是相互独立的，互不干涉。

驱动轮如果直接通过一根轴刚性连接的话，两侧轮子的转速必然会相同。那么在过弯时，内外两侧车轮就会发生干涉的现象，会导致汽车转弯困难，所以现在汽车的驱动桥上都会安装差速器。

布置在前驱动桥（前驱汽车）和后驱动桥（后驱汽车）的差速器，可分别称为前差速器和后差速器，如安装在四驱汽车的中间传动轴上，来调节前后轮的转速，则称为中央差速器。

● 差速器是如何工作的

一般的差速器主要是由两个侧齿轮（通过半轴与车轮相连）、两个行星齿轮（行星架与环形齿轮连接）、一个环形齿轮（动力输入轴相连）。

那差速器是怎样工作的呢？传动轴传过来的动力通过主动齿轮传递到环齿轮上，环齿轮带动行星齿轮轴一起旋转，同时带动侧齿轮转动，从而推动驱动轮前进。

当车辆直线行驶时，左右两个轮受到的阻力一样，行星齿轮不自转，把动力传递到两个半轴上，这时左右车轮转速一样（相当于刚性连接）。

当车辆转弯时，左右车轮受到的阻力不一样，行星齿轮绕着半轴转动并同时自转，从而吸收阻力差，使车轮能够与不同的速度旋转，保证汽车顺利过弯。

如果对于差速器的工作原理还不够明白，可观看下面这个讲解差速器原理的视频，非常经典有趣。

● 为何又要把差速器锁死？

了解差速器的原理后就不难理解，如果当某一侧车轮的阻力为0（如车轮打滑），那么另一侧车轮的阻力相对于车轮打滑的一侧来说太大了，行星齿轮只能跟着壳体一起绕着半轴齿轮公转，同时自身还会自转。这样的话就会把动力全部传递到打滑的那一侧车轮，车轮就只能原地不动了。

所以为了应付差速器这一弱点，就会在差速器采用限滑或锁死的方法，在汽车驱动轮失去附着力时减弱或让差速器失去差速作用，是左右两侧驱动轮都可以得到相同的扭矩。

● 什么是限滑差速器？

为了防止车轮打滑而无法脱困的弱点，差速器锁应用而生。但是差速器的锁死装置在分离和接合时会影响汽车行驶的稳定性。而限滑差速器（LSD）启动柔和，有较好的驾驶稳定性和舒适性，不少城市SUV和四驱轿车都采用限滑差速器。

限滑差速器主要通过摩擦片来实现动力的分配。其壳体内有多片离合器，一旦某组车轮打滑，利用车轮差的作用，会自动把部分动力传递到没有打滑的车轮，从而摆脱困境。不过在长时间重负荷、高强度越野时，会影响它的可靠性。

● 托森差速器是如何工作？

跟前面说的环形齿轮结构的差速器不同的是，托森差速器内部为蜗轮蜗杆行星齿轮结构。托森差速器一般在四驱汽车上作为中央差速用。

它的工作是纯机械的而无需任何电子系统介入，基本原理是利用蜗轮蜗杆的单向传动（运动只能从蜗杆传递到蜗轮，反之发生自锁）特性，因此比电子液压控制的中央差速系统能更及时可靠地调节前后扭矩分配。

上图为奥迪A4 Quattro四驱系统中，托森中央差速器（Torsen）在不同路况时对前后轮的动力分配情况。

● 四轮驱动汽车有什么特点？

四轮驱动，顾名思义就是采用四个车轮作为驱动轮，简称四驱。（英文是4 Wheel Drive，简称4WD）。四轮驱动汽车有两大优势，一是提高通过性，二是提高主动安全性。

由于四驱汽车，四个轮子都可以驱动汽车，如果在一些复杂路段出现前轮或后轮打滑时，另外两个轮子还可以继续驱动汽车行驶，不至于无法动弹。特别是在冰雪或湿滑路面行驶时，更不容易出现打滑现象，比一般的两驱车更稳定。

● 分时四驱是什么？

分时四驱可以简单理解为根据不同路况驾驶员可以手动切换两驱或四驱模式。如在湿滑草地、泥泞、沙漠等复杂路况行驶时，可切换至四驱模式，提高车辆通过性。如在公路上行驶，可切换至两驱模式，避免转向时车辆转向时发生干涉现象，减低油耗等。

● 适时四驱又是怎样的？

适时四驱就是根据车辆的行驶路况，系统会自动切换为两驱或四驱模式，是不需要人为控制的。适时驱动汽车其实跟驾驶两驱汽车没太大的区别，操控简便，而且油耗相对较低，广泛应用于一些城市SUV或轿车上。

适时四驱车的传动系统中，只需从前驱动桥引一根传动轴，并通过一个多片耦合器连接到后桥。当主驱动轮失去抓地力（打滑）后，另外的驱动轮才会被动介入，所以它的响应速度较慢。相对来说，适时四驱车的主动安全性不如全时驱动车高。

● 全时四驱？

全时四驱就是指汽车的四个车轮时时刻刻都能提供驱动力。因为是时时四驱，没有了两驱和四驱之间切换的响应时间，主动安全性更好，不过相对于适时四驱来说，油耗较高。全时四驱汽车传动系统中，设置了一个中央差速器。发动机动力先传递到中央差速器，将动力分配到前后驱动桥。

十、悬挂系统结构原理解析

悬挂对于汽车的操控性能有着决定性的作用，不同构造的悬挂有着不同的操控性能。常见的悬挂有麦弗逊式悬挂、双叉臂式悬挂、多连杆悬挂等等，它们的结构是怎样的？对汽车操控性能又有着怎样的影响？下面我们一起来了解下吧。

● 悬挂的作用

汽车悬挂是连接车轮与车身的机构，对车身起支撑和减振的作用。主要是传递作用在车轮和车架之间的力，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，衰减由此引起的震动，以保证汽车能平顺地行驶。

典型的悬挂系统结构主要包括弹性元件、导向机构以及减震器等部分。弹性元件又有钢板弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧等形式，而现代轿车悬挂系统多采用螺旋弹簧和扭杆弹簧，个别高级轿车则使用空气弹簧。

● 独立悬挂和非独立悬挂的区别

汽车悬挂可以按多种形式来划分，总体上主要分为两大类，独立悬挂和非独立悬挂。那怎么来区分独立悬挂和非独立悬挂呢？

独立悬挂可以简单理解为，左右两个车轮间没有硬轴进行刚性连接，一侧车轮的悬挂部件全部都只与车身相连。而非独立悬挂两个车轮间不是相互独立的，之间有硬轴进行刚性连接。

从结构上看，独立悬挂由于两个车轮间没有干涉，可以有更好的舒适性和操控性。而非独立悬挂两个车轮间有硬性连接物，会发生相互干涉，但其结构简单，有更好的刚性和通过性。

● 麦弗逊式悬挂

麦弗逊悬挂是最为常见的一种悬挂，主要有A型叉臂和减振机构组成。叉臂与车轮相连，主要承受车轮下端的横向力和纵向力。减振机构的上部与车身相连，下部与叉臂相连，承担减振和支持车身的任务，同时还要承受车轮上端的横向力。

麦弗逊的设计特点是结构简单，悬挂重量轻和占用空间小，响应速度和回弹速度就会越快，所以悬挂的减震能力也相对较强。然而麦弗逊结构结构简单、质量轻，那么抗侧倾和制动点头能力弱，稳定性较差。目前麦弗逊悬挂多用于家用轿车的前悬挂。

● 双叉臂式悬挂

双叉臂式悬挂（双A臂、双横臂式悬挂），其结构可以理解为在麦弗逊式悬挂基础上多加一支叉臂。车轮上部叉臂，与车身相连，车轮的横向力和纵向力都是由叉臂承受，而这时的减振机构只负责支撑车体和减振的任务。

由于车轮的横向力和纵向力都由两组叉臂来承受，双叉臂式悬挂的强度和耐冲击力比麦弗逊式悬挂要强很多，而且在车辆转弯时能很好的抑制侧倾和制动点头等问题。

双叉臂式悬挂通常采用上下不等长叉臂(上短下长)，让车轮在上下运动时能自动改变外倾角并且减小轮距变化减小轮胎磨损，并且能自适应路面，轮胎接地面积大，贴地性好。由于双叉臂式悬挂比麦佛逊式悬挂双叉臂多了一个上摇臂，需要占用较大的空间，而且定位参数较难确定，因此小型轿车的前桥出于空间和成本考虑较少采用此种悬挂。

● 扭转梁式悬挂

扭转梁式悬挂的结构中，两个车轮之间没有硬轴直接相连，而是通过一根扭转梁进行连接，扭转梁可以在一定范围内扭转。但如果一个车轮遇到非平整路面时，之间的扭转梁仍然会对另一侧车轮产生一定的干涉的，严格上说，扭转梁式悬挂属于半独立式悬挂。

扭力梁式悬挂相对于独立式悬挂来说舒适性要差一些，不过结构简单可靠，也不占空间，而且维修费用也比独立悬挂低，所以扭力梁悬挂多用在小型车和紧凑型车的后桥上。

● 稳定杆的作用

稳定杆也叫平衡杆，主要是防止车身侧倾，保持车身平衡。稳定杆的两端分别固定在左右悬架上，当汽车转弯时，外侧悬挂会压向稳定杆，稳定杆发生弯曲，由于变形产生的弹力可防止车轮抬起，从而使车身尽量保持平衡。

● 多连杆悬挂

多连杆悬挂，就是通过各种连杆配置把车轮与车身相连的一套悬挂机构，其连杆数比普通的悬挂要多一些，一般把连杆数为三或以上的悬挂称为多连杆悬挂。目前主流的连杆数为4或5根连杆。前悬挂一般为3连杆或4连杆式独立悬挂；后悬挂则一般为4连杆或5连杆式后悬挂。

多连杆悬挂通过对连接运动点的约束角度设计使得悬挂在压缩时能主动调整车轮定位，使得车轮与地面尽可能保持垂直、贴地性，具有非常出色的操控性。多连杆悬挂能最大限度的发挥轮胎抓地力从而提高整车的操控极限，是所有悬挂设计中最好的，不过结构复杂，制造成本也高。一般中小型轿车车出于成本和空间考虑很少使用这种悬挂。

● 空气悬挂

空气悬挂是指采用空气减振器的悬挂，主要是通过空气泵来调整空气减振器的空气量和压力，可改变空气减振器的硬度和弹性系数。通过调节泵入的空气量，可以调节空气减振器的行程和长度，可以实现底盘的升高或降低。

空气悬挂相对于传统的钢制悬挂系统来说，具有很多优势。如车辆高速行驶时，悬挂可以变硬，以提高车身稳定性；而低速或颠簸路面行驶时，悬挂可以变软来提高舒适性。

● 弹簧和减震器

在悬挂的减振机构中，除了减振器还会有根弹簧。有了减振器为什么还要弹簧呢？其实需要它们的合作，才能完成减振的任务。

当车辆行驶在不平路面时，弹簧受到地面冲击后发生形变，而弹簧需要恢复原型会出现来回震动的现象，这样显然会影响汽车的操控性和舒适性。而减振器起到对弹簧起到阻尼的作用，抑制弹簧来回摆动。这样在汽车通过不平路段时，才不至于不停的颤动。

十一、转向系统结构原理解析

我们平时开车，控制好方向盘就能让车往我们想要的方向行驶，很少会探究方向盘是如何使车轮转向的。也经常听到“液压助力转向”、“电动助力转向”、“主动转向”这些名词，它们到底是如何工作的？又有什么不同？下面我们一起来了解一下吧。

● 何为助力转向?

所谓助力转向，是指借助外力，使驾驶者用更少的力就能完成转向。起初应用于一些大型车上，不用那么费力就能够轻松地完成转向。现在已经广泛应用于各种车型上，使得驾驶更加轻松、敏捷，一定程度上提高了驾驶安全性。助力转向按动力的来源可分为液压助力和电动助力两种。

● 机械式液压助力转向

机械式液压助力系统主要包括齿轮齿条转向结构和液压系统(液压助力泵、液压缸、活塞等)两部分。工作原理是通过液压泵(由发动机皮带带动)提供油压推动活塞，进而产生辅助力推动转向拉杆，辅助车轮转向。

那具体是怎样动作的呢？首先位于转向机上的机械阀体（可随转向柱转动），在方向盘没有转动时，阀体保持原位，活塞两侧的油压相同，处于平衡状态。当方向盘转动时，转向控制阀就会相应的打开或关闭，一侧油液不经过液压缸而直接回流至储油罐，另一侧油液继续注入液压缸内，这样活塞两侧就会产生压差而被推动，进而产生辅助力推动转向拉杆，使转向更加轻松。

在液压转向系统中，如车轮的剧烈跳动和遇到坑洼路面导致轮胎出现非自主的转向时，可以通过液压对活塞的作用能够很好的缓冲和吸收震动，使传递到方向盘上的震动大大减少。机械液压助力技术成熟稳定，可靠性高，应用广泛。但结构较复杂，维护成本较高。而且单纯的机械式液压助力系统助力力度不可调节，很难兼顾低速和高速行驶时对指向精度的不同需求。

● 电子式液压助力转向

电子式液压助力的结构原理与机械式液压助力大体相同，最大的区别在于提供油压油泵的驱动方式不同。机械式液压助力的液压泵直接是通过发动机皮带驱动的，而电子式液压助力采用的是由电力驱动的电子泵。

电子液压助力的电子泵，不用消耗发动机本身的动力，而且电子泵是由电子系统控制的，不需要转向时，电子泵关闭，进一步减少能耗。电子液压助力转向系统的电子控制单元，利用对车速传感器、转向角度传感器等传感器的信息处理，可以通过改变电子泵的流量来改变转向助力的力度大小。

● 电动助力转向

电动助力主要由传感器、控制单元和助力电机构成，没有了液压助力系统的液压泵、液压管路、转向柱阀体等结构，结构非常简单。

主要工作原理是，在方向盘转动时，位于转向柱位置的转矩传感器将转动信号传到控制器，控制器通过运算修正给电机提供适当的电压，驱动电机转动。而电动机输出的扭矩经减速机构放大后推动转向柱或转向拉杆，从而提供转向助力。电动助力转向系统可以根据速度改变助力的大小，能够让方向盘在低速时更轻盈，而在高速时更稳定。

电动助力转向有两种实现方式，一种是对转向柱施加助力，是将助力电机经减速增扭后直接连接在转向柱上，电机输出的辅助扭矩直接施加在转向柱上，相当于电机直接帮助我们转动方向盘。另一种是对转向拉杆施加助力，是将助力电机安装在转向拉杆上，直接用助力电机推动拉杆使车轮转向。后者结构更为紧凑、便于布置，目前使用比较广泛。

● 随速可变助力转向是怎样的?

随速可变助力转向是指转向助力的大小可随着车速的变化而改变。这样有什么好处呢？在平时停车入库等低速行驶时，如方向盘转向轻盈确实很方便，但是如果在高速行驶时，方向盘转向过于轻盈反而是一种危害，因为不利于车辆高速行驶的稳定性。

而随速可变助力转向可以做到这点，当车低速行驶时，它可以提供大的助力，保证方向盘转动轻盈和灵活；当车速较高时，它提供的助力就会较小，以增强行车的安全性和稳定性。

● 何为可变转向比转向系统(主动转向系统)？

所谓可变转向比，可以简单理解为方向盘转动的角度与对应的车轮转动角度的比值。前面提到的随速可变助力转向系统中，能够改变的仅仅是助力力度，也就是只能改变方向盘转动时的助力而已，但是转向比是不可改变的，而可变转向比的转向系统仅能够改变转向的助力力度，在不同情况下，方向盘转角对应的车轮转动角度也是可以变化的。

如上图中的主动转向系统中，在转向盘和转向轮之间安装一个电子控制的机械机构，那么车轮整体转向的角度不再仅仅是驾驶员输入方向盘的角度，而是在此基础上叠加上蜗轮蜗杆调节机构附加的角度。那么通过利用电动机对蜗轮蜗杆调节结构的控制，可以改变传动系统的传动比。

这样做有什么好处呢？在高速时，通过电动机的作用使蜗轮蜗杆调节机构与驾驶员转动方向盘的方向相同，可以减少对转向力的需求。而在高速时，通过电动机的作用使蜗轮蜗杆调节机构与驾驶员转动方向盘的方向相反，减少前轮的转动角度，提高转向稳定性。

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编辑：jq