2022-12-10
Vehicle chassis

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汽车底盘系统

术语 “底盘 “被用来指代除去车身的整车。因此,底盘由发动机、动力传动系统和悬挂系统组成,它们都适当地连接到结构独立的框架上,或悬挂在框架上。虽然这种结构被广泛使用,但几乎同样数量的汽车制造商采用了一种设计,将车架和车身焊接在一起,形成一个整体单元。

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通常是全焊接的钢结构,车架可能包括:(1)带有加强的中心X的箱形梁侧轨;(2)带有箱形梁横梁的全长箱形梁侧轨(阶梯型);或(3)没有侧轨的中心X结构,用箱形梁横梁支撑前后。

汽车车架的主要设计要求,无论是结构上的独立还是车身的一个组成部分,都是以最小的重量提供最大的强度。它必须有足够的硬度来吸收道路冲击和车轮和车轴传递的冲击,并且必须能够承受在操作条件下遇到的扭转应力。

为了减轻重量,在最大弯矩的位置,侧翼构件做得最深,随着弯矩的减少而逐渐变小。车架的前部较窄,以使前轮在转向时能够转动;它还在后部有一个 “踢起”,以降低汽车的重心,并为有效的后弹簧作用提供足够的空间。

前悬架

大多数乘用车的前轮是独立悬挂于车架的。独立悬挂减少了与以前使用的刚性前轴有关的前端振动,而且还改善了车辆的乘坐和操控质量。在下面讨论的限制范围内,每个前轮的运动都完全不受其他车轮运动的影响。

独立悬架系统

最常见的独立悬架系统是在上下两对几乎平行的控制臂之间安装一个转向节和车轮主轴组件。控制臂的内端在固定在车架上的橡胶安装的钢衬套中枢转;外端终止于支持转向节和车轮主轴的球形接头。由于下臂比上臂长,它们的上下运动关系是这样的:在转弯动作中,外侧和负载较重的车轮相对于路面保持更接近垂直。

扭力杆

前悬架可以采用扭杆或螺旋弹簧。扭力杆,每边一个,平行于车辆的前后中心线运行。扭杆是一种钢制构件,通常是圆柱形的,通过围绕其自身的水平轴扭转来吸收前轮的偏移。扭杆的一端被刚性地固定在车架上,朝向车尾的某个点;另一端与悬挂系统相连,这样轴就会随着前轮的垂直运动而交替扭转和解体。

螺旋弹簧

当使用螺旋弹簧时,它们被压缩安装在车架和上控制臂或下控制臂之间。此外,稳定杆通常与下控制臂相连,以平衡轮胎负荷,防止汽车转弯时过度摇摆。每当一个弹簧比另一个弹簧偏移时,稳定器通过将部分负荷转移到另一个轮胎上来平衡偏移。

后悬架

尽管少数美国汽车具有独立或摆动轴的后轮悬架,但大多数汽车使用固定的后轴,由层状(分层)板簧或螺旋弹簧-拖曳控制臂安排悬挂。无论使用哪种悬挂系统,其设计不仅要吸收路面冲击,还要提供一种方法来吸收驾驶和制动所产生的扭矩反应。

层叠式板簧

当使用层叠式板簧时,每个弹簧的一端通过一个枢轴接头固定在汽车框架上。另一端通过卸扣或摆动接头与车架连接,以补偿弹簧弯曲时发生的总长度变化。连接衬套是安装在耐油橡胶中的钢套。板簧通常用U型螺栓在弹簧两端之间大约中间的位置夹在后轴外壳上。

螺旋弹簧式后悬架系统

在螺旋弹簧后悬架系统中,弹簧被压缩安装在车架和车桥壳之间。由于螺旋弹簧的性质,横向(横向)半径杆被用来限制车桥壳相对于车架的横向移动。为了吸收扭矩反应,特殊的扭矩杆被安装在车桥壳和车架上的一些加强点之间,就在车桥壳的前面。

减震器

减震器是一种液压阻尼装置,可以控制弹簧的摆动,防止弹簧被过度压缩或膨胀。最常用的是直动式,涉及到一个双动式活塞和汽缸的安排。后减震器安装在车桥外壳和车架之间;前减震器通常安装在下控制臂和车架之间的螺旋弹簧内。

可选设备的后减震器

可选设备的后减震器可提供可调节的承载能力,这对旅行车车主来说是一个特别有用的功能。在一种设计中,液压减震器的上部被一个金属外壳的橡胶套所包围,该橡胶套可以从车内的一个连接处向空气充气。通过改变橡胶套内的空气压力,从每平方英寸30磅到90磅不等,当车辆空载时,司机可以有一个柔软舒适的乘坐体验,而当车辆重载时,则可以有一个坚固而可控的乘坐体验。

刹车系统

所有美国汽车都配备了两个独立的制动系统。由踏板操作的四轮液压服务制动器和通常由杠杆操作的机械停车制动器。在一些老式汽车中,驻车制动器包括一个安装在变速器后面的螺旋桨轴上的制动鼓和制动带。然而,更常见的是,驻车制动器系统由钢缆和连杆组成,仅机械地驱动后轮的维修制动器鞋。通过纳入一个积极的机械锁,大多数自动变速器提供了实际上是另一个停车制动器。它的接合是通过变速器选择杆手动控制的。

当踩下维修刹车踏板时会发生什么?

当服务制动踏板被踩下时,主缸通过高强度的管道将相等的压力传递给所有四个车轮的液压缸。然后,每个车轮的油缸迫使一对制动蹄片向外顶住旋转的制动鼓,以足够的力量使汽车减速或停止。当制动蹄片对制动鼓的压力达到车轮不完全锁定时,就达到了最大的制动效果。制动蹄片上有一种摩擦材料,它被粘结或铆接在蹄片上。

取决于许多变量–包括衬里和制动鼓材料的加热特性、车速、减速率和(最不重要的)环境温度–制动时制动鼓的表面温度可能超过1000°F(538°C)。汽车的向前运动使冷却空气流掠过制动鼓,有效地去除大部分热量。

刹车鼓的材料通常是铸铁;然而,一些制造商正在利用铝的高导热性,使用在磨损表面衬有铸铁的带肋铝鼓。刹车鼓罗纹有两个功能:(1)它通过增加刹车鼓的表面积来改善热量的辐射;(2)它提供了额外的结构硬度,使刹车鼓能够更好地抵抗高温变形和伴随的刹车衰减。

你能得到哪些制动系统的改进?

刹车系统的改进包括以下内容:通过使用独立的前后刹车液压系统提供额外的安全系数;将自动调节刹车作为许多汽车的标准设备;采用在欧洲汽车上长期流行的盘式刹车;以及使用烧结(特别热处理)金属的衬片进行重载刹车服务。越来越多的美国汽车配备了动力制动器,以减少踏板的力量。

车轮和轮胎

汽车轮毂已经从最初的木质轮辋和钢丝辐条借用到现在专门为汽车应用设计的全钢安全轮。现代车轮由两个钢冲压件焊接而成,结合了巨大的强度和相对较轻的重量。大多数紧凑型汽车都配备了13英寸直径的车轮(33厘米);所有其他美国汽车则使用14或15英寸的车轮(36或38厘米)。

多年来,轮胎也经历了一些根本性的变化。例如,压力从早期轮胎使用的每平方英寸65磅下降到现在通常推荐用于低扁平轮胎的每平方英寸24磅。1955年推出的无内胎轮胎,现在是标准设备,大大增加了汽车的安全性。

越来越多的汽车制造商将轮胎视为汽车的一个组成部分,而不仅仅是将其作为一个配件,任意地安装在已经完成的设计概念中。人们更加关注轮胎的防滑特性,轮胎花纹和外壳的科学设计对汽车操控和乘客安全都有重要贡献。美国驾车者可以获得声称几乎不被刺破的轮胎。有些轮胎有一个独立的内室,在普通轮胎外壳失去空气时承担负荷;其他轮胎则利用轮胎内储存的胶状物质来密封泄漏。

在轮胎结构中,术语 “层 “指的是为轮胎外壳提供硬度和强度的橡胶浸渍线层之一。因此,4层轮胎在其橡胶胎面下有四层帘线。通过增加轮胎帘子线的直径,工程师们已经能够设计出具有传统4层轮胎性能和安全特征的2层轮胎(1961年推出)。此外,2层轮胎提供了更柔软、更舒适的乘坐体验。

棉花曾经作为轮胎帘子线材料很受欢迎,现在已基本被尼龙和人造纤维等合成织物所取代。当水分从胎侧橡胶的小裂缝中渗出时,棉花就会变质,因此,与合成材料相比,棉花不太理想。

转向器

通过一个合适的机构和连杆,转向器允许驾驶员通过同时改变两个前轮的角度来控制车辆的行驶方向。应用于方向盘轮缘的旋转运动通过一根钢轴传递到一个用螺栓固定在车架上的充满润滑油的转向机构。在这里,它被转化为定位转向轮连杆所需的横向运动。

转向机构可能是几种类型之一:凸轮和杠杆、蜗杆和扇形、蜗杆和滚子或循环球螺母。大多数美国汽车现在采用循环球螺母。在这种设计中,当转向盘转动时,循环钢球使一个有槽的螺母沿着转向轴蜗杆移动。该螺母与一个齿状扇形物不断啮合,将旋转运动传给转向齿轮机构的输出轴。

一个短的转向臂(称为皮特曼臂)被花键连接到输出轴的另一端。它通过一个球形关节连接将平移机构与转向连杆连接起来。

转向拉杆和拖曳杆,由不同长度的钢杆或厚壁钢管组成,将皮特曼臂的运动传递给每个车轮的转向节。整个球节保持低摩擦,并确保任何方向上的连杆运动自由。转向机构和转向连杆的几何形状都提供了一种机械优势,使驾驶员转向时相对轻松。在美国汽车中,转向比–即转向齿轮平移机构提供的齿轮减速比–从动力辅助转向的15.7:1到手动转向的24.1:1不等。