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汽车传动系统

胜于蓝2023-09-05【汽车杂谈】人已围观

简介汽车传动系统是由一系列具有弹性和转动惯量的曲轴、飞轮、离合器、变速器、传动轴、驱动桥等组成。动力经发动机输出，经离合器，变速箱增扭变速后、传动轴、主减速器、差速器

汽车传动系统是由一系列具有弹性和转动惯量的曲轴、飞轮、离合器、变速器、传动轴、驱动桥等组成。动力经发动机输出，经离合器，变速箱增扭变速后、传动轴、主减速器、差速器、半轴传递到驱动车轮。

汽车传动系统的组成和作用

汽车行驶过程中采用的传动操作系统是由离合器、变速器、万向转运传动设备以及相关的驱动桥共同构成的，也就是进行发动机和汽车四轮驱动器之间互相连接的动力传输设备。汽车的传动操作系统的主要应用功能有促使汽车起步的功能、变速功能、主要减慢速度的功能以及差速功能等等不同应用功能，给行驶过程中的汽车以足够充足的牵引力和行车速度变化，进而可以顺利地确保行驶中的汽车可以更加安全、稳定的运行和驾驶。^[2]

离合器

离合器作为发动机与传动系的结合工具，其由主动部分（飞轮、离合器盖等）、从动部分（摩擦片）、压紧装置（膜片弹簧）和操纵机构组成。作用主要有以下几点：①保证汽车平稳的起步；②保证挡位改变时的顺滑性;；③防止传动系统过载造成机件损坏。变速器是实现不同行驶路况下的行驶速度改变的重要工具，主要有变速器壳、盖、输入轴、输出轴、中间轴、倒挡轴、齿轮、轴承、油封、操纵机构等组成，利用不同直径的齿轮啮合实现转速和转矩的转变，为实现变速变矩、实现汽车倒行、中断传输动力和实现动力传输的功能。^[3]
随着科技的发展，离合器可以分为以下几种:：①液力偶合器，也称液力变矩器，通过油液传动，用油液带动涡轮实现动力的传递；②电磁离合器是通过线圈的电磁感应，通电时产生磁性实现动力传递；③摩擦式离合器又分为干式和湿式摩擦离合器两种，根据从动盘的数量又分为单双多盘式等种类。随着电子技术在汽车领域的应用，一些自动离合器也应运而生，由控制单元（ECU）来代替手动的离合器操作，减少了汽车驾驶者在使用过程中的不规范操作造成的能量损失。自动离合器可分为机械电机式自动离合器和液压式自动离合器两种。机械式是通过ECU分析油门、发动机转速和车辆行驶速度后控制马达拉动拉杆驱使离合器工作的运动形式，而液压式是用电动油泵代替拉杆。装有自动离合器的汽车比AT和CVT汽车有耗油低、成本低的优势。

万向传动装置

万向传动装置是实现汽车传动系动力传输的关键装置，位于传动轴的末端，链接传动轴驱动桥和半轴等零件。作用是在汽车车身空间、汽车轴距、装配误差等各方面因素引起的发动机与汽车轴线不在同一位置，解决动力传递过程、适应转向和汽车运行时所产生的上下跳动角度变化问题。

驱动桥

驱动桥即主减速器、差速器和半轴的总称。其中主减速器是通过增加转矩、减少转速来实现动力传递。差速器是主减速器传递的动力传递给两轮，其目的是实现转弯时两车轮的不同速度需求。

半轴

半轴是将差速器的动力传递给驱动轮的装置。现以轻型轿车为例，从离合器、变速器以及传动部件材料等方面分析研究汽车传动系的传动效率的改进方向。

变速器

传动系的动力传递主要通过变速器将发动机的动力以改变传动比的方式传递给车轮，用来适应周围环境的变化及自身重量的改变，在汽车发展的历程中，汽车的变速器经历了从手动到自动的技术变革。^[3]
手动变速器（MT）也就是通俗讲的手动挡，是需要驾驶者在使用汽车时根据个人意愿和实际情况自我调节汽车的一种变速方式。它通过大小不同的齿轮在驾驶者的操控下完成高速和低速的不同动力传输需求。采用新型技术进行技术升级是MT发展的道路，可采用以下几种方法：①采用高性能的钢材，增加齿轮的刚度，减少变速器齿轮在转动过程中的变形磨损，增加齿轮间的结合，减少滑动产生的能量损失；②采用不同的轴承结构，用球和柱轴承结构替换锥轴承，减少齿轮转动的摩擦错位带来的能量损失；③采用高性能的润滑剂，减少换挡时齿轮的摩擦，增加契合度减少能量损失；④减少变速器润滑油的油量，可以减少汽车在空载时能量损失6%～8%。
液力机械式自动变速器（AT）是通过液体压力的方式传递和改变扭矩，实现控制机构的闭锁功能。运用液体压力和齿轮传动与电控系统相结合实现速度的改变和扭矩的转换。9G-TRONIC 变速器把齿比扩大到了9：15，发动机的转速被有效地降低，节油效果较好。采用了双扭减振和离心技术保证了舒适性，运用最新式的行星齿轮直控单元，使齿轮控制迅速；在材料方面采用了新型的铝合金材料，将整车质量减小；在箱体中采用了两个油泵，链传动的离轴式设计主油泵在保证润滑的同时增加了冷却效果。^[3]
无级变速器（CVT）是通过传动带将动力传递给一个可改变槽齿宽度的棘轮完成动力的传递，达到变速的目的。某公司提出了对CVT进行改进，用链条作传动方式，能实现更大的扭矩，但噪音大。传动比的范围越大，对提高燃油经济性更有利，所以CVT的最大传动比为7.7，燃油经济性能相对较好。^[3]
机械式自动变速器（AMT）是在原来的固定轴式有级变速器的基础上增加了自动控制机构，即ECU。简单的就是在手动变速箱的基础上增加电控离合系统和电控换挡系统。AMT继承了MT的优点在燃油经济性方面比传统的 4AT 相比，油耗降低20% ～30%，这是一个相当可观的数据，AMT相比于MT减少了不熟练驾驶者在操作时的燃油消耗，但舒适性与其他车型相比略差，在换挡时存在顿挫感，一直没有被广泛使用。
双离合器自动变速器（DCT）通过两组被自动控制的离合器交替工作，实现无时间间隔换挡。小扭矩湿式双离合自动变速器，质量相对较轻，适合小排量的发动机，同时采用电机驱动适时精确控制换挡时机，能使发动机在较长的一段时间内保持较低速度运转，效率高，更加省油，在离合器方面采用了格特拉克独有的微滑摩技术，摩擦器片和摩擦片之间会有一层油膜，能缓解发动的瞬时转速。

纯电动汽车传动系统

传动方案

机械式传动：最早的电动汽车主要采用的都是机械式传动系统，结构类似于传统的内燃机汽车，以电动机取代发动机，配备的驱动电机一般具有较小的转矩与较高的转速等特点，而配备的变速器大多结构较为复杂。但由于其零部件多、在传动效率方面受到比较大的限制，无法在性能上满足电动汽车的设计需求。
机电集成式传动：顾名思义，机电集成主要是指将传动系与电动机集成于一体，其传动系统主要包括主减速器和差速器等单元。该传动方式多采用传动比在5-20的行星齿轮减速器。行星减速器相对其他减速器，具有精度高、刚性强、传动效率高、扭矩/体积比大的优势。该传动方式通过对传动系统及电动机的集成设计，结构小巧体积轻便，同时可以满足纯电动汽车对承载力、抗冲击力及抗震能力等的性能需求且安全系数较高、循环寿命较长。但整车通过性变差，维修不便等。^[4]
电动桥传动：该传动系统多采用在驱动桥内同时安置两部驱动电机的布置方式。其中，差速器仅在车辆转弯时参与对车轮的控制，协助转弯，而在车辆直行时停止工作。等输出功率的单电机与双电机相比，体积更为庞大,质量也更高。采用电动桥传动方式的电动汽车具有比前两种传动方式更好的机电集成水平，且在传动效率方面得到了更好的保障。但另一方面，若保证驱动电机可满足更多行驶工况下的行驶需求，就必须适应更宽的转矩变化范围，对控制和加工技术要求较高，电动桥内部的结构也随之更为复杂，增加整车成本，不利于后期维修。^[4]

主要发展问题和解决方法

制约纯电动汽车发展的首先是蓄电池的续航能力问题。目前市场上使用的电动汽车完成一次充电后，续航里程一般为100~300km，且仅在保持适当行驶速度及具有良好的电池调节系统的前提下才能得到保证，续航问题成为电动汽车的主要弊端。其次是蓄电池寿命较为短暂，普通蓄电池可允许的充放电次数仅为300~400次，即使性能良好的蓄电池充放电次数也不过700~900次，按每年充放电200次计算，一个蓄电池的寿命最多为4年。^[4]
针对以上问题，在控制成本的前提下的解决办法主要有：一是减少成员数量或增大车内空间，以携带更多数量的电池，但是一味增加电池数量的方法存在很大限制。电池数量的增加必然会增大整车质量及车辆的行驶阻力，所以急需开发具有更高的比功率及比能量的电动汽车能量储存装置。二是对电动汽车进行节能设计。

汽车传动系统重要指标

汽车动力传动系优化设计中的匹配指标，主要包括动力性、燃料经济性、综合评价指标3种指标。^[5]

（1）动力性指标

汽车动力传动系中的动力性指标，是指汽车传动作用下的最高车速、加速性能和爬坡性能。汽车在路面良好的路线中的最高车速，反应了汽车传动系的极限能力，轿车车速范围是140~250km/h，货车车速范围是80~120km/h。动力性指标中的加速性能，反应了汽车行驶时的平均速度，加速性能没有统一的评价指标，可以利用原地起步加速时间、超车加速时间评价汽车动力传动性的加速性能。爬坡性能也就是最大爬坡度，汽车挂一挡后利用车速完成规定的爬坡操作，确保汽车传动性的稳定性。动力性指标的优化设计中，一定要注意指标与汽车动力传动系的相互匹配，保障汽车具有足够的传动能力。^[5]

（2）燃料经济性指标

燃料经济性是评价汽车动力传动系的一个指标，燃料经济性指标可以分析汽车传动系是否达到优化的标准。汽车额定荷载下挂高挡，水平行驶在路面上，记录等速行驶100km的燃油量，检测汽车速度在10km/h和20km/h状态下的燃油消耗量，绘制成等速燃料经济特性曲线，从曲线中评价汽车传动系的燃料经济性指标，进而优化设计出传动性的燃料经济性指标参数，明确汽车动力传动系的经济效益，方便用户选择省油的汽车品牌。^[5]

（3）综合评价指标

综合评价指标优化设计是指汽车动力传动系中的动力性指标与燃料经济性指标，综合评价两项指标并获取匹配的指标参数，提高汽车动力传动系的工作效率。常规理论中，汽车动力传动系的动力性能指标越高，燃料经济性能指标也会越高，因为汽车传动时需要消耗燃料，传动需求量越大燃料消耗越高，所以两项指标优化匹配时容易出现矛盾问题，只能选择最佳的匹配值，才确保综合评价指标的合理性。综合评价指标中专门分析汽车原地起步状态下，连续执行换挡与加速，换挡加速的时间和多工况行驶中的燃料经济性指标实行加权值处理，把加权值当做综合评价指标，就可以获取最佳的综合评价指标匹配值。

汽车传动系统常见故障

（1）车桥转动不方便

现阶段，我国重机车辆在行驶过程中出现的情况比较多，这些重机车辆本身的方向盘就存在着一定的难点和挑战，在进行不断的转向时，就很有可能会出现方向盘的车盘更加沉重难以掌控，驾驶员在进行转向的操作过程中非常吃力，不容易出现回正的情况和问题。但是，重机车辆的车桥转向沉重的情况产生的问题和原因非常多，既有可能是因为方向盘转向节臂故障，也有可能是出现转向节止推轴承等的问题，甚至是其余不同种类的原因和问题。所以，在汽车的具体行驶过程中，往往容易出现这种类型的问题和安全故障，一旦出现，则应该通过更加专业的技术人员和操作人员进行更加专业详细的判断和检查，进而发现问题的所在，这样一来，才有可能进一步进行汽车转向的维修解决和处理操作。^[2]

（2）变速器乱档和跳档

这一类型的情况和问题在汽车的行驶过程中就非常有可能在汽车挂挡之后，出现空挡操作的问题或者是在进行驾驶员的换挡过程中不容易进行操作，不易换到更加合适的所需档位，在进行换挡操作之后甚至容易出现退档的情况，这种问题的成因大多数是由于变速杆以及输出轴的安全问题和故障。汽车的行驶安全性能可能会直接地关系到驾驶员以及乘坐客人的人身和财产安危，倘若在高速公路上的汽车行驶过程中存在着变速器换挡和档位安全故障，进而可能影响到驾驶过程中的安全稳定性能，对相关人员产生的威胁性非常大。^[2]

（3）直线行驶过程中汽车车桥跑偏

在进行重机车辆的直线安全行驶过程中，行车驾驶员应该牢牢把控住驾驶方向盘，才可以安全正常的运行和驾驶，如果不慎在操控方向盘时出现一些放松的情况，重型机车就可能会存在着直线跑偏的情况，非常不利于驾驶员对于车辆的顺利使用。这类相关的问题和情况形成原因也是多种多样的，如果不经过更加专业和合格的安全监测，就无法轻易进行判断，特别是车辆左右轮的外倾角角度存在不同以及前轮轴承的维修调理不够合格的情况等。^[2]

（4）高速公路上汽车驾驶中存在车桥摆阵

目前，我国的交通情况十分繁杂多样，车辆对于高速公路的使用频率和幅度非常大，对于安全行驶汽车的速率、摆振的要求标准也在不断的提高和进步中。但是，当前我国很多生产的车辆在高速公路的安全行驶过程中可能会存在车桥摆振的问题和情况，也就是可能出现汽车行驶不稳定、摇摆前行以及车辆方向盘不够稳定操作等。可能是因为驾驶的汽车轮胎安全质量出现问题、车的轮盘受到磨损等多种因素影响，这样的情况就会给整个行驶过程带来非常强烈的安全问题。同时在进行车辆行驶的过程中存在车桥低速摆头的情况，存在的低速摆头情况，也就是重型机车在不断驾驶过程中直线慢速下降时，就很容易出现车辆出现晃动以及方向不准确的情况，尤其是汽车在进行转弯行驶的过程中，只有进行更大幅度的方向盘转动操作，才可以完成转弯操作，存在的安全隐患非常重大，也极有可能是车辆的转型节臂等多种零件的问题和情况，应该指派更加专业的人员进行排查和检验。^[2]

汽车传动系统故障的解决方式

（1）车辆的车桥在进行转向过程中沉重的解决措施：在技术人员进行安全监测排查的过程中，应该优先进行前桥架起。与此同时，应该不断地转动重型机车的方向盘，倘若驾驶员进行转向的操作更加简单容易，没有出现沉重的情况，那么问题一定是出现在车辆的前桥上。基于此要针对相同的后桥架起操作情况，更加详细地检查重型机车前轮的有关问题。在进行安全检查过程中，不可以忽略汽车前桥使用的钢板弹簧性能和特点，在一定的情况下，再进行车辆车轮的安全定位角度分析。^[2]
（2）解决和处理车桥跑偏的情况：这一类型的问题在进行安全检查中，首先应该检测重型机车的车辆车轮安全质量情况，这样一来就可以给重型机车换上全新的安全轮胎，再进行多次观察检测是否存在车桥跑偏的情况和现象，倘若没有出现跑偏的情况，那就说明车辆的老旧轮胎存在着安全质量问题和情况。与此同时，还应该检测车辆的轮毂轴承位置、手触跑偏制动鼓等部件是否存在发热的情况，如果存在这一情况，那就可能表明车辆的轴承维修调整太过紧密。主要的安全操作步骤还应该进行互相对称的轴承安全测量，倘若不能够及时准确地认定安全问题的成因，就应该检验车辆轮胎的安全定位是否准确。^[2]
（3）高速摆振情况对应的解决措施：高速公路上的摆振情况应该优先对车辆转向器等相关装备进行详细的安全监测，进一步判定出其连接是否合理紧密以及安全质量情况如何。在进程支起驱动车辆轮胎的固定情况不是驱动轮胎，启动重型机车要进行换挡操作，观测驱动轮存在的摆振情况。这一安全监测过程通常需要更加专业的精准仪器的使用和操作，特别是在进行车轮安全原因相关情况的判定过程，就应该使用安全监测仪器辅助对重型机车的车轮进行相互更替情况的分析与对比。^[2]
（4）解决处理低速摆头情况和问题：通常情况下，我国生产的汽车低速摆头的情况是因为相关零件之间互相存在间隙和空隙，甚至是连接情况不够紧密。在相关人员进行安全监测过程中，应该分布进行判定。可以优先进行转向节的检验，倘若存在车辆松动的情况，就应该有针对性地维修并能给调整主销以及衬套之间的相互配合情况。^[2]
（5）对汽车进行不定期的维修保养和检测：即使是对整个汽车存在的安全问题进行更加精确的维修调整，也无法顺利保障汽车的安全质量和情况。在驾驶员进行驾驶的过程中，应该通过相关人员对自己的车辆进行有效的维修检测，特别是对于整个汽车传动操作系统的维修调整，进一步保障汽车驾驶过程中的各部件能够相互协调、正常运行，而不是仅仅依靠故障时的维修来保障汽车的性能。

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