車橋之巧

文_宋喜秀

車橋之巧

文_宋喜秀

車橋之巧，猶如吉祥三寶：承壓解壓之巧，巧在互補(bǔ)互保；轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩之巧，巧在機(jī)理明了；驅(qū)動(dòng)制動(dòng)之巧，巧在環(huán)境友好。

在汽車零部件中，若按功能職能排序，名列前茅的當(dāng)屬車橋：或頂天立地，負(fù)載壓力，穩(wěn)如大橋矗立；或圍繞目標(biāo)，轉(zhuǎn)彎抹角，美若紐帶飄飄；或根據(jù)需要，驅(qū)車開道，勢(shì)如破竹……擁有車橋之巧，車輛如獲至寶。

1 巧解壓力

車橋是一種承上啟下、左右逢源的車輛結(jié)構(gòu)，其首要功能是承載各種作業(yè)負(fù)荷。根據(jù)車橋在汽車底盤上的位置，有前橋、后橋之分；根據(jù)懸架結(jié)構(gòu)的不同，車橋又分為整體式和斷開式兩種：獨(dú)立懸架在左右車輪間并沒有車橋，習(xí)慣上仍將輪轂及轉(zhuǎn)向節(jié)等骨架稱為斷開式車橋。通過仔細(xì)觀察不難發(fā)現(xiàn)，車橋在承受負(fù)荷、支持作業(yè)過程中，無論前橋后橋，一樣不屈不撓。

車橋通過彈性懸架與車身相連，負(fù)載的壓力得到了彈性懸架的溫柔接應(yīng)。彈性懸架有鋼板彈簧、空氣彈簧、螺旋彈簧、液壓支承等多種形式。以鋼板彈簧為例，在彎矩較大的中部，采用較大的截面組合抗彎，在彎矩較小的端部采用較小的截面組合減壓，既減輕自質(zhì)量、物盡其用，又突出優(yōu)勢(shì)、緩沖壓力。因此，在半掛車、大客車等長途、重載車輛上得到了廣泛運(yùn)用。

此外，車橋通過輪胎與路面相接，全車的負(fù)荷得到了彈性化解和釋放。為了有效分解全車負(fù)荷的壓力，還有許多強(qiáng)化措施應(yīng)運(yùn)而生。

1.1 并裝車橋

如果車身負(fù)荷量足夠大，而依靠獨(dú)立車橋支承壓力相對(duì)單薄時(shí)，可以加裝固定式或浮動(dòng)式車橋分散軸荷。這種被加裝的車橋，叫并裝車橋。并裝車橋不僅能夠有效分解車輛重載作業(yè)時(shí)全車的負(fù)載壓力，而且能夠明顯增加車輛空載時(shí)對(duì)于路面的附著能力，實(shí)現(xiàn)重載不垮、空載不滑的并裝構(gòu)造價(jià)值。所以，并裝車橋在重型專用汽車上運(yùn)用較多。并裝車橋總數(shù)通常不超過3根。

1.2 加裝支腿

拖掛式房車、全掛車、半掛車的車橋主要功能就是承重。半掛車脫離牽引車獨(dú)立停放時(shí)，就是通過前橋位置的支腿實(shí)現(xiàn)平衡支撐。同時(shí)，如果路面不堪重負(fù)，車橋、車輪可能面臨下陷風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，也可以通過增加支腿的辦法緩解作業(yè)負(fù)荷。支腿形式多樣，有機(jī)械式、液壓式、青蛙式等。

其中，蛙式支腿(圖2)由固定支腿2、活動(dòng)支腿7、抓地支腿10及液壓油缸11等控制和連接構(gòu)件組成。固定支腿2固定在底盤支架1上，通過絞軸6向活動(dòng)支腿7傳遞壓力?；顒?dòng)支腿7是一個(gè)三角臂，在液壓油缸11的控制下，像青蛙一樣輕松完成收縮或者伸出抓地支腿10的動(dòng)作，為車橋解壓。

1.3 換裝履帶

在一些特定的工程項(xiàng)目現(xiàn)場，作業(yè)場地條件和輪胎強(qiáng)度可能都會(huì)使車橋力不從心，這時(shí)換裝履帶是最有效的解決辦法。事實(shí)上，越來越多的重型專用車，包括一些中輕型專用作業(yè)裝備都采用了履帶式行走系統(tǒng)。當(dāng)然，在履帶式行走系統(tǒng)中，前后橋不再單獨(dú)存在，而是復(fù)合形成了一個(gè)整體式的車橋平臺(tái)。

履帶式車橋平臺(tái)(圖3)的“4輪1帶”構(gòu)造，功能強(qiáng)大，配置巧妙。與地面接觸的履帶1、支持履帶傳動(dòng)的支重輪6是車輛承重功能的堅(jiān)強(qiáng)載體；驅(qū)動(dòng)輪2、張緊輪4是整車傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的力量源泉；導(dǎo)向輪5則把履帶鋪設(shè)到地面，引領(lǐng)機(jī)架3沿履帶軌道披荊斬棘。

2 巧轉(zhuǎn)方向

車橋的第2個(gè)功能是實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)向。為此，汽車車橋又按轉(zhuǎn)向功能性劃分為轉(zhuǎn)向橋和非轉(zhuǎn)向橋。轉(zhuǎn)向橋是指承擔(dān)轉(zhuǎn)向任務(wù)的車橋；非轉(zhuǎn)向橋包括驅(qū)動(dòng)橋和支承橋。一般汽車的前橋是轉(zhuǎn)向橋，四輪轉(zhuǎn)向汽車的前后橋，都是轉(zhuǎn)向橋。轉(zhuǎn)向橋利用轉(zhuǎn)向器推動(dòng)轉(zhuǎn)向節(jié)臂，使車橋兩端的車輪偏轉(zhuǎn)一定的角度，從而實(shí)現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向。

轉(zhuǎn)向橋有轉(zhuǎn)向器，驅(qū)動(dòng)橋有差速器，兩用車有導(dǎo)向輪，這些能夠使車橋的轉(zhuǎn)向功能同樣輕巧。

2.1 轉(zhuǎn)角交心

在汽車剛剛誕生的初期，汽車轉(zhuǎn)向是仿照馬車和自行車的轉(zhuǎn)向方式，即用一個(gè)操縱桿或手柄直接操縱前輪偏轉(zhuǎn)。1817年，德國人林肯斯潘杰(Len Ken Sperger)發(fā)明的由左右轉(zhuǎn)向節(jié)臂、車橋及連桿組成的轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)，使轉(zhuǎn)向軌跡基本滿足了轉(zhuǎn)向角轉(zhuǎn)向特性。林肯斯潘杰將在英國獲得的專利權(quán)轉(zhuǎn)讓給了阿克曼(Ru-dolph Ackerman)。所以，人們習(xí)慣上把上述轉(zhuǎn)向角轉(zhuǎn)向特性公式叫做阿克曼公式。

2.2 差速同心

另一方面，對(duì)于轉(zhuǎn)向橋來說，內(nèi)外輪的轉(zhuǎn)速差表現(xiàn)為轉(zhuǎn)向過程中自然發(fā)生的運(yùn)動(dòng)軌跡之差，而對(duì)于驅(qū)動(dòng)橋來說，就要依賴“機(jī)”緣巧合了——差速器的作用就在于允許左右兩邊的驅(qū)動(dòng)輪以不同的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。

由于差速器允許車輪以不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，所以在泥濘等路面，當(dāng)一個(gè)車輪打滑時(shí)，動(dòng)力全部消耗在飛快轉(zhuǎn)動(dòng)的打滑車輪上了，其他車輪會(huì)失去動(dòng)力。車輛不但不能向前運(yùn)動(dòng)，大量的動(dòng)力也會(huì)流失。傳統(tǒng)軸間差速器的局限性，使人們開始醞釀限滑差速器。

托森(Torsen)差速器就是一種更加巧妙的機(jī)械式限滑差速器。Torsen之名取自Torque-sensing Traction(牽引力自感應(yīng)式轉(zhuǎn)矩分配)。蝸輪蝸桿式托森差速器利用蝸桿傳動(dòng)的不可逆性原理和齒面高摩擦條件，使差速器根據(jù)其內(nèi)部差動(dòng)轉(zhuǎn)矩(差速器的內(nèi)摩擦力矩)大小而自動(dòng)鎖死或松開，即在差速器內(nèi)差動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小時(shí)起差速作用，而過大時(shí)自動(dòng)將差速器鎖死，有效地提高了汽車的通過性。

重型裝備的履帶式行走系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向機(jī)制，就是巧妙利用轉(zhuǎn)彎半徑的差速原理，通過調(diào)整左右兩側(cè)履帶動(dòng)力輪的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，使兩側(cè)履帶以不同速度行走，兩側(cè)履帶的速度差形成的轉(zhuǎn)矩，推動(dòng)履帶完成各種轉(zhuǎn)向動(dòng)作。

2.3 軌道定心

汽車轉(zhuǎn)向機(jī)制，除了轉(zhuǎn)角特性和差速原理，還有軌道車輛的軌道導(dǎo)向等其他技術(shù)途徑。如輪距與鐵路軌距相等的公鐵兩用車，就分別在前橋之前和后橋之后設(shè)計(jì)了一套導(dǎo)向輪，引導(dǎo)和規(guī)范車輪沿著鐵路軌道轉(zhuǎn)向和行走。

軌道車輛的軌道導(dǎo)向特點(diǎn)是路在車下，車在軌內(nèi)，轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)由轉(zhuǎn)向橋升格為外形更為寬大的轉(zhuǎn)向架，但卻喪失了轉(zhuǎn)彎的主動(dòng)權(quán)。同時(shí)，車輛運(yùn)行過程還增加了車輪輪緣與鐵軌的摩擦阻力——這是軌道車輛與公路運(yùn)輸車輛的重要區(qū)別之一，公鐵兩用車在用作軌道車輛時(shí)也會(huì)因此造成一定的功率損失。

高速鐵路與高速公路相比，從投資到收益，從規(guī)模到效率，顯然不可同日而語。但從單車車橋的功能性能指標(biāo)來看，卻是各有利弊。以9400型半掛車和C62A型敞車為例，軌道車輛與公路車輛車橋技術(shù)性能指標(biāo)對(duì)比見表1。

表1 軌道車輛與公路車輛車橋技術(shù)性能對(duì)比

3 巧取動(dòng)力

車橋還有傳遞動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)車輛的重要使命。為此，發(fā)動(dòng)機(jī)與車橋相對(duì)位置的布置形式不一而足。前置后驅(qū)(FR)是最古老的布置方式，也是大多數(shù)貨車和一部分客車的常用方式；后置后驅(qū)(RR)的空間小，有利于車身內(nèi)部布置，被大中型客車廣泛采用；中置后驅(qū)(MR)的發(fā)動(dòng)機(jī)一般裝在地板下面，對(duì)軸荷的均勻分配十分有利，為大中型客車的又一種選擇；前置前驅(qū)(FF)主要用于輕型車輛；而全輪驅(qū)動(dòng)(AWD)則是越野車的特有配置，通常將發(fā)動(dòng)機(jī)前置，在變速器后面安裝分動(dòng)器，將動(dòng)力分配到全部車輪上。

3.1 輪邊之變

輪邊減速器是為滿足傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力匹配的需要，而增加的一套降速增扭的齒輪傳動(dòng)裝置。輪邊減速器安裝在車輛動(dòng)力輸出終端，使車輪在地面附著力的反作用下，直接產(chǎn)生較大驅(qū)動(dòng)力，從而使變速器、傳動(dòng)軸、主減速器、差速器、半軸等負(fù)載減少、尺寸減小，使驅(qū)動(dòng)橋獲得更大的離地間隙。

裝備輪邊減速器，既可以提高驅(qū)動(dòng)力，又能夠增加通過性。所以，廣泛應(yīng)用于重型貨車、大型客車、越野汽車及其它一些大型工礦用車上，特別是將牽引電機(jī)與輪邊減速器、驅(qū)動(dòng)橋巧妙集成的電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)橋技術(shù)，在大型露天礦山運(yùn)輸設(shè)備上的運(yùn)用與日俱增。

電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)橋技術(shù)，是電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)方式之一。除此之外，還有仿照傳統(tǒng)汽車動(dòng)力布局的中央驅(qū)動(dòng)形式。電動(dòng)專用車主要采用電動(dòng)輪車橋驅(qū)動(dòng)模式。

3.2 雙驅(qū)之區(qū)

1866年，發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)相繼問世，宣告了“馬達(dá)”時(shí)代的開始。19世紀(jì)末，有軌電車、無軌電車、電力機(jī)車、電動(dòng)汽車陸續(xù)誕生，裝配電機(jī)的電動(dòng)汽車開始登上汽車舞臺(tái)。

電動(dòng)輪車橋沒有半軸和差速器，而且采用電腦控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)電流，結(jié)構(gòu)更加緊湊，性能更加優(yōu)越。但是，對(duì)于作業(yè)環(huán)境相對(duì)復(fù)雜的專用汽車來說，純電動(dòng)汽車的電池電量局限性十分明顯。所以，油-電混合汽車嶄露頭角。

世界上第1款油-電混合汽車，是1901年巴黎車展上展出的羅納爾保時(shí)捷(Lohner—Porsche)。由當(dāng)時(shí)25歲的費(fèi)迪南德·保時(shí)捷(Ferdinand Porsche)在1900年前后為其供職的JacobLohner公司開發(fā)制造，羅納爾保時(shí)捷通過內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電機(jī)，利用電力驅(qū)動(dòng)裝有“馬達(dá)”的2個(gè)電動(dòng)輪前輪，屬串聯(lián)式混合動(dòng)力。在串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)中，發(fā)動(dòng)機(jī)的作用是發(fā)電充電，電機(jī)驅(qū)動(dòng)制動(dòng)完全由電腦控制器完成，具有無可比擬的高可靠性，在頻繁起步停車的短途公交車上應(yīng)用較多。

與串聯(lián)式對(duì)應(yīng)的是并聯(lián)式——電動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃機(jī)并行布置，動(dòng)力可以由二者單獨(dú)提供或共同提供。在并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)同時(shí)也是發(fā)電機(jī)，受電動(dòng)機(jī)和電池能力限制，仍然以內(nèi)燃機(jī)為主要?jiǎng)恿ΧＡ袅顺Ｒ?guī)汽車的中央驅(qū)動(dòng)模式，所以結(jié)構(gòu)更簡單成本也相對(duì)較低。并聯(lián)式混合動(dòng)力具有較高的能量傳遞效率，特別適合路況復(fù)雜的工況。

20世紀(jì)末，電動(dòng)汽車技術(shù)升級(jí)到新能源的戰(zhàn)略高度，混合動(dòng)力應(yīng)用進(jìn)入現(xiàn)代化的發(fā)展階段。1997年12月誕生的第1款批量生產(chǎn)的混合動(dòng)力豐田車，采用了能量傳遞效率更高的混聯(lián)動(dòng)力模式?；炻?lián)式是在并聯(lián)的基礎(chǔ)上，將發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)分離開，使電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中也能進(jìn)行充電，車輛也能以串聯(lián)和并聯(lián)兩種模式工作，所以系統(tǒng)復(fù)雜成本較高，僅適用于輕型高端車輛。

并聯(lián)及混聯(lián)式混合動(dòng)力賦予了車主自由選擇驅(qū)動(dòng)方式的權(quán)利：油價(jià)低則燒油，電價(jià)低則用電力。為了與優(yōu)惠政策接軌，又有插入式混合動(dòng)力問世——在普通混合動(dòng)力系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加一套巨大的電池組及升壓用逆變器、充電用逆變器等充電裝置，不但能用專用充電站的充電樁快速充電，還可使用家庭220 V電源慢充。

3.3 兩棲之期

水陸兩用車(A m p h i b i a n Automobile)又稱水路兩用車，即兩棲車，是一種同時(shí)具備車與船的特性，既可在陸地行駛，又可泛水浮渡的特種車輛。兩棲車的浮力以其密閉車體形成的必要排水量來保證。驅(qū)動(dòng)力有3種動(dòng)力模式：一是采用車輪或履帶直接劃水，二是用輪間專門的螺旋槳驅(qū)動(dòng)，三是利用底盤腹部暗藏的噴水推進(jìn)器實(shí)現(xiàn)水上推進(jìn)。采用車輪或履帶直接劃水的車型，其結(jié)構(gòu)簡單，但水上速度和機(jī)動(dòng)性差；采用螺旋槳或噴水推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)的車型，其水上性能好，航速可達(dá)20 km/h以上。

二戰(zhàn)期間，德軍裝備的大眾166型水陸兩用車，陸地行駛最高速度接近90 km/h，水中速度10 km/h左右。水陸兩棲車雖然在民用領(lǐng)域一直沒什么突破，但因其具有良好的通過性和適應(yīng)性始終受到軍方的關(guān)注，多被應(yīng)用于緝私、救災(zāi)救難、探測(cè)等專業(yè)領(lǐng)域。一經(jīng)開發(fā)改造，完全可以用于旅游觀光。

4 車橋雖巧，也會(huì)衰老

車橋一旦磨損損壞，造成的后果不堪設(shè)想。所以，世界各國的道路運(yùn)輸車輛管理部門都對(duì)車橋的強(qiáng)度試驗(yàn)和評(píng)價(jià)方法做出了明確規(guī)定。QC/ T 533《汽車驅(qū)動(dòng)橋臺(tái)架試驗(yàn)方法》和QC/T 534《汽車驅(qū)動(dòng)橋臺(tái)架試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)》是我國汽車行業(yè)進(jìn)行汽車驅(qū)動(dòng)橋臺(tái)架試驗(yàn)的重要的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。專用車用戶則應(yīng)按車輛維護(hù)保養(yǎng)的要求項(xiàng)目(重型卡車類車橋潤滑部位見表2)，及時(shí)對(duì)車橋的關(guān)鍵部位進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。

表2 重型卡車車橋潤滑部位