汽车就是沙发加四个轮子。
以上是开玩笑的,实际上汽车的组成包括非常多的系统和零件,知道汽车的原理和它是怎么跑起来的,对学习驾驶很有帮助,希望这篇笔记能对你有所启发。
汽车的历史
这是世界上的第一辆汽车,由卡尔·本茨于1886年发明,它是以汽油为动力的三轮汽车,具有0.89匹马力,最高时速15km/h。
想要启动这辆车,必须先用力转动车后的轮盘,带动引擎,再回前座驾驶。
虽说看起来非常的简陋,但这辆车的基本特点:电点火、水冷循环、钢管车架、钢板弹簧悬挂、后轮驱动、前轮转向和掣动手把等,直到21世纪仍然在使用,现代汽油车仍然运行在一百三十多年前的基本框架中。
在此后的一百多年,车企们完成了无数创新,把汽车的各个方面做到了极致。
现代汽车(内燃机)的组成部分
汽车的基本结构包括以下四个部分:发动机、底盘、车身、电气设备,组成零件及功能非常复杂。
汽车是怎么跑起来的
当我们插入汽车钥匙,转动钥匙之后,首先会通过启动装置启动发动机。
发动机:汽车的动力来源
发动机的作用类似于玩具四驱车的马达,马达靠电力驱动,而发动机靠火花塞点燃可燃混合气,使其爆炸,推动曲柄连杆机构,从而带动曲轴、飞轮输出转矩。
可燃混合气由空气与汽油组成,在气缸内燃烧爆炸,当混合气爆炸之后,推动活塞向下运动,从而带动曲轴旋转,曲轴通过旋转飞溅机油,润滑表面的零件,同时通过飞轮把转矩输出到离合器。
转矩:使机械元件转动的力矩称为转动力矩,简称转矩;我们可以将转矩简单理解为发动机输出的动力。
离合器:控制转矩输出大小
离合器主要通过摩擦力来控制转矩的大小,在汽车起步、换挡、刹车时,汽车动力需要发生比较大的变化,这时需要通过离合器来控制输出动力。
变速箱:控制传动比
通过离合器之后,动力传输到了变速箱,变速箱的原理是用不同齿数的齿轮改变传动比,连接发动机这边的叫主动齿轮,连接轮胎那边的叫从动齿轮。
当增挡时,变速箱内的中间轴主齿轮发生变化,增速降矩。
下图可以看到1-5档的输出齿轮由大变小。
小贴士:变速自行车的变速其实跟汽车的变速其实是一个原理,都是通过改变齿轮的大小改变传动比来实现变速功能的。
万向节和传动轴:变角度传递动力
经变速箱的输出轴到驱动桥,中间还要经过万向节和传动轴。
由于汽车布置、设计等原因,变速器输出轴轴线和驱动桥输入轴轴线难以在同一轴线上,并且在汽车行驶过程中,由于不平路面的冲击等因素,弹性悬架系统产生振动,使两轴的相对位置经常变化。所以变速器输出轴与驱动桥输入轴不能刚性连接,必须采用由两个万向节和一根传动轴组成的万向传动装置。
万向节的主要作用是在不同轴线上的轴之间传递旋转转矩,它可以跟传动轴配合实现变角度的动力传递。
驱动桥:传递力矩到驱动轮
驱动桥是位于传动系末端能改变来自变速器的转速和转矩,并将它们传递给驱动轮的机构。
其传递路线为:主减速器→差速器→左右半轴→左右车轮。
这里跟实际驾驶操作的关系不大,我们跳过。
整体回顾
最后再来回顾一下整个动力传递过程:
发动机→离合器→变速箱→万向节→传动轴→万向节→减速器→差速器→半轴→后轮。(这是一台手动挡的后驱车)
现在我们知道,从汽车点火到轮胎跑起来要这么多步骤,其中我们能控制的其实主要是离合器和变速器。
怎样控制汽车跑起来
前面提到,当我们插入汽车钥匙,转动钥匙之后,发动机启动,此时汽车已经可以跑起来了。
但你不仅仅需要汽车跑起来,你还需要让汽车在合适的场合加速、减速、转向,最后还要让汽车停下来,这个时候就需要用到以下的操纵件:
- 方向盘:控制车轮转向
- 离合:控制发动机与传动系之间的动力传递,踩下离合,则会断掉发动机输出的动力
- 油门:控制发动机转速,踩下油门,发动机的动力就充足
- 刹车:对轮胎进行制动,实现减速或停车
- 档位:控制力矩的传动比大小,不同场景需要用到不同档位
是的,你只需要用到上面五个操纵件就能让一辆手动挡汽车灵活行驶了。
离合、档位、油门的关系
除了方向盘,感觉新手最难理解的就是离合、档位、油门的关系了,下面详细讲解:
离合
离合器前面提到过,是用来控制转矩输出的大小,它最重要的功能就是切断或连接发动机与传动系之间的动力传递。
离合器只在以下三种情况下使用:
一、起步时:保证汽车平稳起步
当我们练科二的时候,启动发动机,踩下离合,挂上一档,教练要我们要慢慢的松离合,松快了,汽车就会憋熄火,这是因为在起步时,汽车是从静止到运动,这时需要逐步加速,如果松快了就相当于整个传动系与发动机刚性连接,发动机负荷太大,会导致熄火。
二、换挡时:保证传动系换挡工作平顺
当我们需要换档时,必须先切断发动机与变速箱的动力传输,踩下离合器,便于挡位的齿轮副脱开,同时使新挡位齿轮副的啮合部位的速度逐渐趋向相等(同步),这样进入啮合时的冲击可以大为减轻,使换挡平顺,这就是为什么换挡要踩离合。
三、低速时刹车:防止传动系过载
汽车紧急制动时,车轮突然急剧降速,而与发动机相连的传动系由于旋转的惯性,仍保持原有转速,这时会在传动系统中产生远大于发动机转矩的惯性矩,使传动系的零件损坏。
由于离合器是靠摩擦力来传递转矩的,所以当传动系内载荷超过摩擦力所能传递的转矩时,离合器的主、从动部分就会自动打滑,因而起到了防止传动系过载的作用。
一般情况的降速不用踩离合,踩刹车就好了,但是驾考的时候,教练让你踩离合是为了防止熄火,熄火了考试就挂了。
油门
前面提到发动机的动力来源是汽油和空气混合产生了可燃混合气,在气缸内燃烧爆炸进而产生了推力,油门就是通过节气门控制进入的混合气多少的。
当你踩下油门的时候,节气门开度变大,进入汽缸的混和气多,这样发动机发出的功率就大,最后发动机转速就快,从而使得汽车加速。
档位
手动挡一个有七个档位,包括五个速度档和一个倒车档,还有一个空档。
一、空档
空挡下,车辆的轮子与变速箱分开了,此时无动力输出,车辆是自由滑行状态
二、一档到五档:档位与速度匹配
前面提到过档位会控制变速箱的齿轮变化。
- 一档:起步档,主动齿轮直径小,从动齿轮直径大。发动机转速很高但车速不快,这种状态在起步和爬陡坡的时候非常有效。
- 二档:通过档,主动齿轮直径大了些,从动齿轮直径小了一些,三到五档以此类推,二档主要用于通过复杂路况。
- 三档:过渡档,看情况,加速可以方便的过渡到四档,减速可以减至二档。
- 四档:行车档,主要用于较长时间的高速行驶。
- 五档:高速档,主要用于高速公路长途行驶。
三、倒车档
速度与一档相同,主要用于倒车