傳動系統
汽車要行駛在道路上必須先使車輪轉動,要如何將引擎的動力傳送到車輪並使車輪轉動?負責傳遞動力讓汽車發揮行駛功能的裝置就是傳動系統,汽車沒有了它就會成為一台發電機和燒錢的機器了。

在基本的傳動系統中包含了負責動力接續的裝置、改變力量大小的變速機構、克服車輪之間轉速不同的差速器,和聯結各個機構的傳動軸,有了這四個主要的裝置之後就能夠把引擎的動力傳送到輪子上了。

一、動力接續裝置

1. 離合器:這組機構被裝置在引擎與手排變速箱之間,負責將引擎的動力傳送到手排變速箱。
2. 扭力轉換器:這組機構被裝置在引擎與自排變速箱之間,能夠將引擎的動力平順的傳送到自排變速箱。在扭力轉換器中含有一組離合器,以增加傳動效率。

二、變速機構

1. 手動變速機構:一般稱為「手排變速箱」。以手動操作的方式進行換檔。
2. 自動變速機構:一般稱為「自排變速箱」。利用油壓的作動去改變檔位。

三、差速器

當車輛在轉向時,左、右二邊的輪子會產生不同的轉速,因此左、右二邊的傳動軸也會有不同的轉速,於是利用差速器來解決左、右二邊轉速不同的問題。

四、傳動軸

將經過變速系統傳遞出來的動力,傳遞至車輪進而產生驅動力道的機構。

 

動力接續裝置─離合器

汽油引擎動力車輛在運行之時,引擎持續運轉的。但是為了符合汽車行駛上的需求,車輛必須有停止、換檔等需求,因此必須在引擎對外連動之處,加入一組機構,以視需求中斷動力的傳遞,以在引擎持續運轉的情形之下,達成讓車輛靜止或是進行換檔的需戎。這組機構,便是動力接續裝置。一般在Toyota車輛上可以看到的動力接續裝置有離合器與扭力轉換器等兩種。

動力接續裝置─離合器

離合器是手排系統內的動力接續裝置,以機構方式利用離合器片的摩擦力,達成動力接續的目的。


離合器這組機構被裝置在引擎與手排變速箱之間,負責將引擎的動力傳送到手排變速箱。如圖所示,飛輪機構與引擎的輸出軸固定在一起。在飛輪的外殼之中,以一圓盤狀的彈簧連接壓板,其間有一摩擦盤與變速箱輸入軸連接。

當離合器踏板釋放時,飛輪內的壓板利用彈簧的力量,緊緊壓住摩擦板,使兩者之間處於沒有滑動的連動現象,達成連接的目的,而引擎的動力便可以透過此一機構,傳遞至變速箱,完成動力傳動的工作。

而當踩下踏板時,機構將向彈簧加壓,使得彈簧的周邊翹起,壓皮便與摩擦板脫離。此時摩擦板與飛輪之間已無法連動,即便引擎持續運轉,動力仍不會傳遞至變速箱及車輪,此時,駕駛者便可以進行換檔以及停車等動作,而不會使得引擎熄火。


動力接續裝置─扭力轉換器

當汽車工業繼續發展,一般消費者開始對於控制油門、剎車以及離合器等三個踏板的複雜操作模式感到厭煩。機械工程師開始思考如何以利用機構的,來簡化使用的過程。扭力轉換器便是在這樣的情形之下被導入汽車產品,成就了全新的使用經驗。


扭力轉換器的導入,改善了人類使用車輛的習慣。


扭力轉換器取代了傳統的機械式離合器,被裝置在引擎與自排變速箱之間,能夠將引擎的動力平順的傳送到自排變速箱。

從圖中可以清楚地看到,扭力轉換器的離作方式與離合器之間截然不同。在扭力轉換器之中,左側為引擎動力輸出軸,直接與泵輪外殼連接。而在扭力轉換器的左側,則有一組渦輪,透過軸與位於右側的變速系統連接。導輪與渦輪之間沒有任何直接的連接機構,兩者均密封在扭力轉換器的外殼之中,而扭力轉換器之內則是充滿了黏性液體。

當引擎低速運轉時,整個扭力轉換器會同樣低速運轉,泵輪上的葉片會帶動扭力轉換器內的黏性液體,使其進行循環流動。但是由於轉速太低,液體對於渦輪所施力之力道,並不足以推動車輛前進,車輛便可靜止不動,便可達到如同離合器分離的狀況。

當油門踏下,引擎轉速提升,泵輪的轉速將會同步提升,扭力轉換器內的液體流速持續增加,對於渦輪的施力繼續增加,當其超過運轉的阻力時,車輛便可以前進,動力便可傳遞至變速系統及車輪,達成動力傳遞的目的。


 


 

變速系統

汽車在起步加速時須要比較大的驅動力,此時車輛的速度低,而引擎卻必須以較高的轉速來輸出較大的動力。當速度逐漸加快之後,汽車所須要的行駛動力也逐漸降底,這時候引擎只要以降低轉速來減少動力的輸出,即可提供汽車足夠的動力。汽車的速度在由低到高的過程中,引擎的轉速卻是由高變到低,要如何解決矛盾現象呢?於是通稱為「變速箱」的這種可以改變引擎與車輪之間換轉差異的裝置為此而生。

變速箱為因操作上的需求而有「手動變速箱」與「自動變速箱」二種系統,這二種變速箱的做動方式也不相同。近年來由於消費者的需求以及技術的進步,汽車廠開發稱為「手自排變速箱」的可以手動操作的自動變速箱;此外汽車廠也為高性能的車輛開發出稱為「自手排變速箱」的附有自動操作功能的手動變速箱。目前的F1賽車全面使用「自手排變速箱」,因此使用此類型手動變速箱的車輛均標榜採用來自F1的科技。

手排變速系統

在手動變速系統裡面含有離合器、手動變速箱二個主要部份。

離合器:是用來將引擎的動力傳到變速箱的機構,利用磨擦片的磨擦來傳遞動力。一般車型所使用的離合器只有二片磨擦片,而賽車和載重車輛則使用具有更磨擦片的離合器。離和器還有干式與濕式二種,濕式離合器目前幾乎不再被使用於汽車上面。

手動變速箱:以手動方式操作變速箱去做變換檔位的動作,使手動變速箱內的輸入軸和輸出軸上的齒輪嚙合。多組不同齒數的齒輪搭配嚙合之後,便可產生多種減速的比率。目前的手動變速箱均是使用同步齒輪的嚙合機構,使換檔的操作更加的簡易,換檔的平順性也更好。

自排變速系統

為了使汽車的操作變得簡單,並讓不擅於操作手動變速箱的駕駛者也能夠輕易的駕駛汽車,於是製造一種能夠自動變換檔位的變速箱就成為一件重要的工作,因此汽車工程師在1940年開發出世界首具的自動變速箱。從此以後駕駛汽車在起步、停止以及在加減速的行駛過程中,駕駛者就不需要再做換檔的動作。

現代的自動變速系統裡面含有液體扭力轉換器、自動變速箱、電子控制系統三個主要部份。在電子控制系統裡面加入手動換檔的控制程式,就成了具有手動操作功能的「手自排變速箱」。

液體扭力轉換器:在主動葉輪與被動葉輪之間,利用液壓油做為傳送動力的介質。將動力自輸入軸傳送到對向的輸出軸,經由輸出軸再將動力傳送到自動變速箱。

由於液壓油在主動葉輪與被動葉輪之間流動時會消耗掉部份的動力。為了減少動力的損失,在主動與被動葉輪之間加入一組不動葉輪使能量的傳送效率增加;以及在液體扭力轉換器內加入一組離合器,並在適當的行駛狀態下利用離合器將主動與被動葉輪鎖定,讓主動與被動葉輪之間不再有轉速的差異,進而提高動力的傳送效率。

自動變速箱:以行星齒輪組構成換檔機構,利用油壓推動多組的摩擦片,去控制行星齒輪組的動作,以改變動力在齒輪組的傳送路徑,因而產生多種不同的減速比率。Toyota Celsior(Lexus LS430)在2003年起用六速自動變速箱,使Toyota成為第三家採用六速自動變速箱的汽車製造廠。

電子控制系統:早期的機械式自動變速箱的換檔控制是以油壓的壓力變化去決定何時做換檔的動作,即使經過多年的研究及改良,機械式自動變速箱的換檔性能仍然不盡人意。於是電子式自動變速箱便因應而出了。為了使換檔的時機更加的精確,以及獲得更加平順的換檔品質,各汽車製造廠均投入大量的資源,針對自動變速箱的電子控制系統做研究。例如在Toyota汽車的自動變速箱都具有Lup-s、ECT-i的電子控制機能,在較新型式的自動變速箱中還加入了「N檔控制」系統。
差速器
在解決了車輛動力傳遞的問題之後,汽車工程師又碰到了另外的一個問題─轉彎。

轉彎,除了必須要有轉向系統的輔助之外,還必需在傳動系統上進行調整。理因在於,當過彎時,位於內側的輪子所走的路徑較短,位於外側的輪子所走的路徑較長。在同樣的時間內經過這樣的路徑,左右兩側的車輪勢必面對著轉速不同的問題。如果沒有一個特殊的機構來處理,將造成車輛在轉彎時發生轉不過去的窘境;即便用力地轉了過去,也會有著輪胎嚴重磨損的問題。此時,差速器便被導入汽車的傳動系統之中。

由圖中可看出,差速器是由許多齒輪組所構成。當直行時,左右車輪的轉速相同,其內齒輪組並未發生作用,如同左右車輪以同一輪軸運轉。當車輛進入彎道時,左右車輪的轉速差異,便由中間齒輪組的轉動來吸收,使其可以順利地過彎。

傳動軸
由引擎輸出的動力,經過變速系統的轉換之後,傳送至驅動輪,方能夠對車輛產生驅動力。而負責將動力傳送至驅動輪的機構,便是傳動軸。而依據不同的傳動系統配置,還可以分為傳動軸與輪軸等兩種。

傳動軸

在前置引擎後輪驅動或是前置引擎四輪驅動車型之中,由於後輪需擔負驅動的工作,因此必須將動力傳動到後軸的差速器,以進而將動力傳輸至後輪。這只穿過整個車體下方的長連桿,便是傳動軸。而在前置引擎前輪傳動車型(FF)、後置引擎後輪傳動車型(RR)、中置引擎後輪傳動車型(MR),這三種傳動方式的汽車上則沒有裝設傳動軸,變速箱與差速器的動力輸出後,便直接連接輪軸。

輪軸

將動力從差速器傳送到輪子的軸。輪軸亦稱為「半軸」或「驅動軸」。在一般前置前驅的車輛上,傳動系統的配置便如圖所示,引擎、變速箱及差速器是連接在一起的,直接連接輪軸後,將動力直接傳遞至左右車輪,以驅動車體。
傳動系統與引擎配置

在具備了基本的傳動系統元件之後,汽車工程師會依據使用目的的需要,將傳動系統設計為二輪傳動(2WD)或四輪傳動(4WD)的型式。

二輪驅動

僅有車子的前輪或後輪可以接受到動力,讓輪子產生轉動而使車輛前進或後退。

此一驅動模式有以下四種:前置引擎前輪傳動(FF)、前置引擎後輪傳動(FR)、中置引擎後輪傳動車型(MR)、後置引擎後輪傳動車型(RR)。


四輪驅動

就是車子的四個輪子都可以接受到動力,讓輪子產生轉動而使車輛前進或後退。

在變速箱的後面再加裝一具稱為「分動箱」的動力分配裝置,依照設定的比率將動力傳送到前、後輪軸,使汽車的四個輪子獲得動力。

目前市面上銷售的四輪傳動(4WD)汽車當中,引擎裝設位置屬於前置、中置、後置者均有。

傳動系統與引擎配置

在傳動系統中包括了變速箱、差速器、傳動軸三項重要的組件。傳動系統的要務就是將引擎的動力傳送到車輪。由於汽車的引擎在車身上擺設方式的不同,使得引擎與傳動系統的組合形成多樣的變化。多數的組合方式與汽車的用途或性能要求有關。常見的組合方式有前置引擎前輪驅動(FF)、前置引擎後輪驅動(FR)、中置引擎後輪驅動(MR)。

傳動系統與引擎配置─前置引擎前輪驅動

是近代汽車最多採用的方式。引擎和傳動系統都被安裝在車頭引擎室內。這樣的安排使前輪要負責傳動,而不再只有負責轉向的工作。由於前輪同時負擔傳動和轉向的工作,使車輛在轉向時的控制變得簡單,因此前置引擎前輪驅動(FF)的車輛在行駛時的安全性比其他方式來得高。

由於前置引擎前輪驅動(FF)車的引擎和傳動系統都被安裝在車頭引擎室內,因此汽車主要的重量都集中在車頭的部位,這樣的情形讓前輪必須負擔較多的重量,而後輪負擔的重量則少了許多,前輪大約要承擔62%左右的車身重量。

傳動系統與引擎配置─前置引擎後輪驅動

這是汽車最為傳統的佈置方式,引擎和部份的傳動裝置被安裝在車頭的引擎室內,再以傳動軸將動力傳送到後輪去。

由於傳動系統中的差速器和輪軸都是裝置在車輛的後軸,再加上引擎都是採取縱向放置在引擎室裡面,使引擎的重心落於前輪軸之後,而且體積越大的引擎的重心會落在越後面的位置,車輛的前、後軸因此獲得良好的配重比率。一般車型的後軸須要承擔大約47%的車身重量,因此以後輪驅動的車輛在驅動輪獲得較加的下壓力,讓行駛在陡坡或是連續的彎道中的車輛能夠獲得更佳的操控性能。

由於引擎的重心落於前輪軸之後,因此前置引擎後輪驅動(FR)車輛可以視為引擎放置在車頭的中置引擎後輪驅動(MR)車輛。也因此近年來有些高性能的前置引擎後輪驅動(FR)車在配置體積更大的引擎之後,即標榜為前中置引擎後輪驅動(F-MR)車輛。

傳動系統與引擎配置─前置引擎四輪驅動

在近年來,四輪驅動的產品隨著WRC賽事以及SUV產品的風行而成為消費者所熟悉的驅動系統。

在汽車的運動之中,所有的驅動力輛與制動力量,都是靠著車輪與地面之前的摩擦力而產生,因此若能夠將四個輪子的摩擦力發揮到極限,將能具有較佳的操控性能、運動性能,在駕駛表現與安全性上有較佳的表現。

前置引擎四輪驅動系統是最常見的配置,在變速箱的後面再加裝一具稱為「分動箱」的動力分配裝置,依照設定的比率將動力傳送到前、後輪軸,使汽車的四個輪子獲得動力。
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