汽车

带您真正去了解汽车——总体工作原理概述

    可以说，汽车是当代科学与艺术的结晶。从汽车的引擎启动开始就已经发生了涉及到物理、化学、机械等数不清的多种变化，因此，汽车的总体工作是一个非常复杂的过程。由于汽车行业的飞速发展，所以，我们仅对当今非常普遍的采用燃油喷射(EFI)引擎的汽车予以了解。

    在驾驶者通过钥匙启动点火开关时：

    此时点火开关迅速接通蓄电池与起动机，起动机将蓄电池的电能转化为机械能，起动机的前端齿轮啮合引擎曲轴后方的大飞轮旋转实现发动机的运转。
    在引擎正常运转以后，起动机停止工作。此时，引擎控制计算机（在钥匙插入点火开关并旋转时已经开始工作）同时控制燃油泵通过油箱向引擎输送燃油、引擎点火线圈在适当时机点火。
    因为引擎的运转，气缸内的活塞已经高速的在气缸内上下运动，同时产生真空效应将外界的新鲜空气通过空气流量计和进气门引入到气缸内。在空气进入到气缸同时，引擎控制计算机所控制的燃油也通过喷油嘴喷注到气缸内并与空气形成混合气体。在混合气体形成后，计算机控制点火线圈通过火花塞迅速在气缸内点燃混合气体，产生巨大能量的爆炸将活塞向下推动。
   

    在汽车的怠速阶段：

    引擎多个气缸内的活塞在混合气爆炸的推动下有顺序的交替上下运动，带动引擎曲轴的高速转动，这样就形成了汽车的最原始动力。这时曲轴输出的原始动力将通过离合器（手排挡方式的变速箱）传递到变速箱。在怠速阶段变速箱应处于空挡状态，此时，引擎传递过来的原始动力不会通过变速箱传递到车轮，而是在变速箱内部转化为热能。这样就形成了汽车的停车怠速。在此状态下驾驶者通过油门对发动机所做出的任何动作都不会导致汽车运行。

    在汽车的行驶阶段：

    在怠速过程中踩下离合器（使变速箱与引擎的原始动力脱离）时，将档位操纵杆推入到相应的档位上，再松开离合器（使变速箱接受引擎的原始动力）。这时，由引擎所传递的动力在变速箱内通过不同档位的齿轮比转换后，通过传动轴传递到车轮上，就形成了汽车的行驶运动。同时在行驶时按照需要，可以变换不同的档位使动力动态的传递到车轮上来满足行驶的需求。

带您真正去了解汽车——发动机工作原理概述

    汽车的引擎是汽车的动力源泉，就像人的心脏一样重要。所以，一部车引擎的特性可以作为决定整部车性能的重要指标。也就是说，如果一部车的引擎非常出色，那么这部车的性能也一定很出色。

    汽车的引擎是通过燃油和空气所形成的混合气体燃烧、爆炸来产生动力的。这一切的物理、化学变化都是在燃烧室内进行的。
    首先，起动机带动引擎的曲轴运动，而曲轴通过特有的曲柄连杆机构带动气缸内的活塞上下运动。在活塞向下运动时，气缸内产生了真空效应，同时外界的新鲜空气通过空气过滤器被吸入到进气腔，并通过此时开启的进气门而被引入到气缸内。

    在空气进入气缸的同时，燃油也通过喷油嘴以绝对雾化状态喷射到气缸的燃烧室内（目前多数喷射引擎都是将燃油喷射到进气门处，然后与空气一起进入到气缸内）并与空气形成混合气体。

    在混合气体形成同时，汽缸的燃烧室内火花塞开始打火，形成高达几万伏特的高压电火花，迅速点燃混合气体，混合气体发生爆炸，推动活塞向下运动。这时气缸的排气们开启，将燃烧后的废气引入到排气管内，通过消音器被排放到空气中。在活塞运动到下止点后，一个完整的工作流程结束。由于运动的特性及曲柄连杆机构的特性，活塞会再度向上运动，同时开始第二个工作流程。

    

    通过上图我们不难了解整个运动的过程（由于是剖视图，气缸未标出，活塞位于气缸内，活塞到达运动的上止点时与缸盖之间的空间为燃烧室），正是因为引擎的多个气缸内的活塞有顺序的交替运

带您真正去了解汽车——传动系工作原理概述

    汽车传动系的基本功用是将引擎输出的动力传输给驱动车轮。

    按结构和传动介质分，汽车传动系的型式可分为机械式、液力机械式、静液式（容积液压式）、电力式等。其实通俗的说，传动系主要分为离合器、变速箱（手动或自动）、传动轴、差速器等几大部分。下面我们就这几大部分分别解释。

    离合器——
    离合器其实主要是衔接引擎与变速箱的动力（自动排挡方式的变速箱不存在离合器），同时保证变速箱档位切换时动力的平稳输出。离合器的主要部件是摩擦片，在汽车正常行驶时，摩擦片与引擎曲轴的大飞轮紧密结合，这时引擎动力通过离合器摩擦片传输给变速箱，当我们踩下离合器时，摩擦片与大飞轮分开，此时引擎动力被切断，我们可以自由切换档位。这也就是为什么我们不踩下离合器而不能切换档位的原因。（在变速箱接受引擎动力期间，变速箱内相应齿轮高速运转，如果不踩下离合器而强行切换档位将导致变速箱齿轮损坏，所以，一般变速箱都设有换档同步装置）。

    变速箱——
    变速箱内设有多组不同比率的齿轮对应不同的档位（根据不同的齿轮比设定），将引擎输出的动力分别转化成高扭矩或者高转速的型式，来满足驾驶者的行驶需求。一般来说低档位就会输出很高的扭矩，使汽车获得很高的起动或者攀爬力量；而高档位就会输出很高的转速，使汽车获得很高的行驶速度。因为汽车在静止到起动行驶需要很高的扭矩，所以我们一般都是开始切换到低档位让汽车起动，在起动行驶以后可以逐步切换到高档位来获得行驶速度。

法拉利V8引擎＋变速箱

    传动轴——
    传动轴在变速箱接受到引擎的动力后，将动力分别输送给驱动车轮。

    差速器——
    差速器这个字眼对于一些人来说可能是比较陌生的，但是它却是传动系统中非常重要的一部分。在汽车转向的时候，由于变速箱输出的动力是单一的，所以分配到每个驱动车轮的动力应该是一致的。这就导致一种现象，如果2边驱动车轮转速一致，是不可能实现转向的，正确的应该是靠内侧的转向车轮的转速应该低于外侧车轮的转速，才可能实现转向。因此在汽车的2边驱动车轮之间都设有差速器，来实现转向时内外侧驱动车轮的转速差。

    由图片可以看出，汽车动力的传递方向：
    引擎—离合器—变速箱—传动轴—驱动车轮

带您真正去了解汽车——行驶工作原理概述

    汽车行驶系的功能是接受由引擎经传动系输出的转矩，并通过驱动轮与路面间附着作用，产生路面对汽车的牵引力来保证汽车的正常行驶；传递并承受路面作用于车轮的各向反力及其形成的力矩；此外，行驶系尽可能缓和不平路面对车身造成的冲击和震动，保证汽车行驶平稳性，并且与汽车转向系配合工作，实现汽车行驶方向的正确控制。

    汽车行驶系主要由车架、车桥、车轮和悬架组成，如图所示：

    
宝马528i行驶机构

    由上图可以看出，这是一部典型的引擎前置后轮驱动汽车。引擎动力经长长的传动轴传输给后车轮，实现后轮驱动。这样的布局方式有利于提高汽车高速行驶的稳定性能。

    车架——
    现代汽车绝大多数都具有作为整车骨架的车架，用来支撑连接汽车的各零部件，并承受来自车内外的各种载荷。当今很多数跑车都采用以钢管焊接的桁架式车架，这种立体结构车架兼有车架和车身的作用。也有部分轿车和大型客车取消了车架以车身来代替车架的作用，例如上图的宝马528i轿车。

    车桥——
    主要功用是来传递车架与车轮之间的各方向作用力，目前几乎所有的轿、跑车都是断开式车桥，与独立悬架配合使用（一般重型机车使用整体式车桥）。车桥还包括转向桥、转向驱动桥、支持桥（上图驱动桥为支持驱动桥，不具备转向功能）。一般来说，全轮驱动的引擎前置跑车的前车桥都为转向驱动桥，即负责转向又起驱动作用。在汽车行驶过程中驾驶者转动方向盘就是通过相应传动装置控制转向结使车轮左右摆动的。而汽车行驶过程中的车轮自动回正特性是通过主销后倾角、主销内倾角、前轮外倾角和前轮前束这几个定位参数实现的，由于涉及到复杂的物理特性，这里暂不作介绍。

    车轮——
    车轮主要由轮毂与轮胎组成。在当今高速跑车的性能指标中，轮胎是至关重要的，它会体现跑车高速行驶时的抓地特性。在正常使用汽车过程中，本着安全原则应选择抓地性强的轮胎，而在要求高速漂移过弯的拉力赛或者GT房车大赛中就要选择抓地性稍弱的轮胎来实现甩尾过弯。例如雷诺的Clio Trophy赛车所采用的米其林Slick轮胎，在未预热前几乎没有抓地力。

    悬架——
    悬架系统主要部件为避震器，主要是以液压控制。汽车行驶的稳定性和舒适性主要取决于这个部件。超级跑车的悬架及避震器都是经过绝对精密的测试与设定的，主要还可以有效的降低车身高度来提高车身的空气动力性。所以，悬架系统的调校是十分复杂的。另外，一些高级房车还采用了气压控制的悬架系统，主要由计算机根据车身高度控制气体的动态变化，从而提高车内驾驶者及乘坐者的舒适性。

带您真正去了解汽车——转向工作原理概述

    汽车转向系的功能是改变或恢复汽车的行驶方向，满足驾驶者的行驶需求。转向系根据转向能源的不同可分为机械转向系和动力转向系两大类。由于目前绝大多数轿、跑车都采用动力转向系，所以本文着重对动力转向机构进行介绍。

    动力转向机构是在机械转向系统基础上增加了液压助力系统HPS(hydraulic power steering)，它是建立在机械系统的基础之上的，额外增加了一个液压系统，一般有油泵、V形带轮、油管、供油装置、助力装置和控制阀。由于其工作可靠、技术成熟至今仍被广泛应用。现在液压助力转向系统在实际中应用的最多，根据控制阀形式有转阀式和滑阀式之分。这个助力转向系统最重要的新功能是液力支持转向的运动，因此可以减少驾驶员作用在方向盘上的力。

1.方向盘 2.转向轴 3.转向中间轴 4.转向油管 5.转向油泵 6.转向油罐 7.转向节臂 8.转向横拉杆 9.转向摇臂 10.整体式转向器 11.转向直拉杆 12.转向减振器

    上图为液压式动力转向系统示意图。其中属于转向加力装置的部件是：转向油泵5、转向油管4、转向油罐6 以及位于整体式转向器10内部的转向控制阀及转向动力缸等。当驾驶员转动转向盘1时，转向摇臂9摆动，通过转向直拉杆11、横拉杆8、转向节臂7，使转向轮偏转，从而改变汽车的行驶方向。

    与此同时，转向器输入轴还带动转向器内部的转向控制阀转动，使转向动力缸产生液压作用力，帮助驾驶员转向操纵。这样，为了克服地面作用于转向轮上的转向阻力矩，驾驶员需要加于转向盘上的转向力矩，比用机械转向系统时所需的转向力矩小得多。

    近年来，随着电子技术的不断发展，转向系统中愈来愈多的采用电子器件。相应的就出现了电液助力转向系统。电液助力转向可以分为两大类：电动液压助力转向系统EHPS(electro-hydraulic power steering)、电控液压助力转向ECHPS(electronically controlled hydraulic power steering)。EHPS是在液压助力系统基础上发展起来的，其特点是原来有发动机带动的液压助力泵改由电机驱动，取代了由发动机驱动的方式，节省了燃油消耗。ECHPS 是在传统的液压助力转向系统的基础上增加了电控装置构成的。电液助力转向系统的助力特性可根据转向速率、车速等参数设计为可变助力特性，使驾驶员能够更轻松便捷的操纵汽车。而当今高级轿车更多采用了更先进的电动转向系统EPS(Electric Power Steering)，主要由机械和电控电机组成，工作时由计算机通过力矩的计算来控制电机运动实施转向。

带您真正去了解汽车——制动工作原理概述

    汽车制动系的功能是使驾驶者根据道路和交通等情况，借以使路面对车轮施加一定的力，对汽车进行一定程度的强制制动来满足驾驶者的行驶需求。制动系主要由供能装置、控制装置、传动装置、制动力调节装置、制动器几大部分组成。

    在制动系中的制动器就是用以产生阻碍车辆的运动或运动趋势的力的部件，目前可分为鼓式和盘式两种。当今的汽车还都具有中央制动器（手刹车），主要用来进行驻车制动。由于结构及物理特性的不同，目前鼓式制动器一般都用于重型汽车上，而轻型汽车几乎全采用盘式或前盘后鼓式制动器（现代盘式制动器都由制动盘和制动钳组成，所以又叫钳盘式制动器，俗称刹车卡钳）

保时捷卡雷拉GT跑车钳盘式制动器

　

    由上图我们可以清楚的看到钳盘式制动器的结构，图中黄色箭头方向为制动力的作用方向。

汽车制动系统结构

    上图可以看出，带有ABS防抱死系统的汽车在踩下制动踏板后，制动液从制动主缸经ABS防抱死控制阀流向各车轮的制动器来实现制动。而ABS防抱死系统会根据制动情况（紧急制动或者恶劣路况制动时制动液压及其它传感器信号变化情况）而迅速控制制动液压的变化，也就是制动器迅速的制动、放开、再制动，再放开过程（我们俗称的快速点刹车，当然速度是人所做不到的），从而防止车轮突然抱死而导致车辆甩尾或侧滑，保证行驶者的安全。可以说，ABS防抱死系统是汽车

带您真正去了解汽车——附属设备详细介绍

    汽车的附属设备主要包括仪表、照明及信号装置、风窗刮水及清洗装置、防盗装置等。同样，这些附属设备都是维持汽车正常行驶不可或缺的部分。本文主要以相关跑车设备为实例为大家介绍。

    仪表——
    仪表功能是使驾驶者能够随时掌握汽车及各系统的工作状态。

宝马M6跑车仪表控制板

    在仪表中比较重要的引擎转速表、时速表、引擎温度表、燃油表。其中引擎转速表决定排挡时刻，当指针到达红色的危险区域时就意味着引擎转速过高，应该换档了；时速表显示当前行驶速度，如果过高则应该注意行车安全；引擎温度表显示当前引擎的工作温度，如果过高则应该立即停车检查冷却液状况，以免导致引擎过热损坏；燃油表显示当前油箱内燃油量，如果过少就应该及时停车加油，以免导致引擎断油而无法继续行驶的尴尬局面（上图的引擎温度表和燃油表未安设，但将会以数字图文信息方式显示在转向盘后方的LCD显示屏上）。另外，位于中央控制台上方的LCD显示屏一般都作为GPS卫星定位系统的显示媒介。

    照明及信号装置——
    主要功用是用以照明道路，标示车辆宽度，照明车厢内部及仪表指示和夜间检修等。

阿斯顿马丁V12 Vantage跑车主照明系统

    前大灯主要是照明道路的灯具，可发出远光和近光两种光束。远光在无对方来车的道路上以较高速度行驶时使用；近光在会车时和市区明亮的道路上使用。上图的前大灯为四灯式前大灯。前小灯主要用以在夜间会车行驶时，使对方能判断本车的外廓宽度，所以还叫做示宽灯。前小灯也可以作为近距离照明使用。另外，位于车辆后方的后灯一般灯罩为红色，便于后方行驶车辆的驾驶者判断前车的位置，以免发生追尾事故。
    除了主照明系统，汽车还设有信号装置，包括转向信号灯、制动信号灯、倒车信号灯、故障停车信号灯等等。当代汽车如上图的跑车多数将上述信号灯整合在主照明系统之内，但是分开工作，互不干涉，提高了整车外观的美感。汽车照明系统的控制端全部在驾驶室内，大部分位于转向盘后面，也有部分车型控制整合到多功能方向盘上。

风窗刮水及清洗装置——
    主要功用是清除驾驶室风窗玻璃上面妨碍驾驶员视线的雨水、雪花及尘土等污物、维持驾驶者的正常驾驶。目前汽车上所用的刮水器有电动式和气动式两类。

    电动式风窗刮水器用电动机驱动。当我们接通刮水器开关时，电动机驱动减速机构旋转，通过驱动杆系作往复运动，带动刮水刷臂和刮水刷片左右摆动，刮刷风窗玻璃。在玻璃上有不易刮除的污物时，我们这时可以启动风窗清洗装置，将水或洗涤液体喷射到风窗上，配合刮水器来清洁风窗。风窗洗涤器主要包括电动机、洗涤液泵、储液罐和喷嘴等相关部件，储液罐多数位于引擎附近，在洗涤液体用完后我们可以随时加注。具体的结构我们不再叙述。

    防盗装置——
    当今汽车的防盗能力越来越强，防盗装置也是多种多样，工作原理也是越来越复杂。除了出厂配备的普通门锁以外，有很多高级轿、跑车都采用数字雷达防盗技术，也有采用语音及指纹识别生物防盗技术，更有趣的是，有的车主干脆为汽车驾驶的相关部件加上机械锁，例如为转向盘和排挡杆加上锁止装置。

　

转向盘锁止机构

    现在我们比较常见的就是中央控制门锁，其特点是：
    1、中央控制
    当驾驶员锁住其身边的车门时，其他车门也同时锁住，驾驶员可通过门锁开关同时打开各个车门，也可单独打开某个车门。
    2、速度控制
    当行车速度达到一定时，各个车门能自行锁上，防止乘员误操作车门把手而导致车门打开。
    3、单独控制
    除在驾驶员身边车门以外，还在其他门设置单独的弹簧锁开关，可独立地控制一个车门的打开和锁住。
    中央控制门锁都附送无线遥控装置，功能是指不用把钥匙键插入锁孔中就可以远距离开门和锁门，其最大优点是：不管白天黑夜，无需探明锁孔，可以远距离、方便地进行开锁（开门）和闭锁（锁门）。其工作的原理是：从车主身边发出微弱的电波，由汽车天线接收该电波信号，经过车载计算机识别信号代码，再由该系统的执行器（电动机或电磁经理圈）执行启/闭锁的动作。该系统主要由发射机和接收机两在部分组成。
    同样，中央控制门锁可以是出厂配备，也可以由车主选装。

带您真正去了解汽车——当代先进技术介绍

    随着当代汽车行业的飞速发展，其技术含量越来越高。当今汽车的制造和使用都应用了大量的高精尖科学技术，其中包括上个世纪军事领域内的先进技术也被应用到了汽车上。由于涉及到的领域非常多且比较复杂，本文仅对近代汽车所应用的具有一定代表性的先进科学技术进行介绍。

    电控燃油喷射引擎——
    当代燃油喷射引擎主要是由引擎控制计算机Electronic Control Unit（以下简称ECU）来控制工作的，这里的计算机可不是我们日常生活里用的电脑，而是高度集成化的单片机，一般位于驾驶室内的中央控制面板里面或者座位下面。ECU一般来说都是根据引擎空气流量传感器感知的进气量来决定燃油喷射量的，具体工作原理详见引擎工作原理概述篇，这里不再叙述。需要了解的是日本三菱公司研发的燃油缸内直接喷射技术，英文简称GDI。

    GDI技术是直接在汽缸顶装置一喷射嘴，直接将燃料喷入燃烧室，若配合活塞顶部的特殊几何设计，对燃烧室内的涡流形成，促进油气混合均匀能有明显的帮助，而且由于是在压缩行程完成之后才喷入燃料，在压缩比的设定上也比普通引擎有更大空间。但因为需要喷射压力较高，连带使得喷头及供油设计需要技术层次较高，使得成本较高，目前应用上不如进气阀喷射来得普及。不过基于各项优势，未来应会是引擎科技的主流。

    可变气门正时和升程电子控制系统——
    可变气门正时和升程电子控制系统（英文简称VTEC）能随引擎转速、负荷、水温等运行参数的变化，而适当地调整配气正时和气门升程，使发动机在高、低速下均能达到最高效率。在VTEC系统中，其进气凸轮轴上分别有三个凸轮面，分别顶动摇臂轴上的三个摇臂，当发动机处于低转速或者低负荷时，三个摇臂之间无任何连接，左边和右边的摇臂分别顶动两个进气门，使两者具有不同的正时及升程，以形成挤气作用效果。此时中间的高速摇臂不顶动气门，只是在摇臂轴上做无效的运动。如图1

图1

    当转速在不断提高时，引擎的各传感器将监测到的负荷、转速、车速以及水温等参数送到计算机中，计算机对这些信息进行分析处理。当达到需要变换为高速模式时，计算机就发出一个信号打开VTEC电磁阀，使压力机油进入摇臂轴内顶动活塞，使三只摇臂连接成一体，使两只气门都按高速模式工作。如图2

图2

    当发动机转速降低达到气门正时需要再次变换时，计算机再次发出信号，打开VTEC电磁阀压力开关，使压力机油泄出，气门再次回到低速工作模式。可以说，VTEC系统更加精确的控制了引擎的进气量，使引擎的效率得到很大的提高。

 车载GPS全球卫星定位系统——
    全球定位系统（GPS）是本世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的。冷战过后，GPS开始逐步应用到一些民用领域，比较典型的就是现在的车载GPS。
    全球定位系统由三部分构成：（1）地面控制部分，由主控站（负责管理、协调整个地面控制系统的工作）、地面天线（在主控站的控制下，向卫星注入寻电文）、监测站（数据自动收集中心）和通讯辅助系统（数据传输）组成；（2）空间部分，共由24颗卫星组成，分布在6个轨道平面上；（3）用户装置部分， 主要由GPS接收机和卫星天线组成。
    全球定位系统的主要特点：（1）全天候；（2）全球覆盖；（3）三维定速定时高精度；（4）快速省时高效率：（5）应用广泛多功能。正因为GPS的这些特点，车载GPS能够为驾驶者提供准确的路况信息，包括自己的当前位置、行驶路线、当前交通状况等等重要的信息。目前我国正在与欧洲合作开发自己的卫星定位系统——伽利略全球卫星定位系统，其在精准等性能方面均优于GPS系统，数年后我们将有望应用到汽车定位导航上。

凌志LS430车载GPS系统

    车载雷达系统——
    雷达主要的应用是在二次世界大战中的英德战争，是利用无线电波来测定物体位置的无线电设备。 电磁波同声波一样,遇到障碍物要发生反射,雷达就是利用电磁波的这个特性工作的。车载雷达系统主要用于对行车安全的保障上，一般来说主要是为了避免行车过程中与其它物体发生碰撞。该系统的传感系统一般安装在汽车前后保险杠上。在行车时，传感系统一直在工作，一旦雷达感知到有物体距车辆本身的距离过近时，就会通过车内的相关装置发出告警来提示驾驶者注意。一般是通过图形图像显示或语音提示方式来提示驾驶者的。

位于车辆后保险杠上的倒车雷达