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，巧在互補互保；轉向轉矩之巧，巧在機理明了；驅動制動之巧，巧在環境友好。

在汽車零部件中，若按功能職能排序，名列前茅的當屬車橋：或頂天立地，負載壓力，穩如大橋矗立；或圍繞目標，轉彎抹角，美若紐帶飄飄；或根據需要，驅車開道，勢如破竹……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、左右逢源的車輛結構，其首要功能是承載各種作業負荷。根據車橋在汽車底盤上的位置，有前橋、后橋之分；根據懸架結構的不同，車橋又分為整體式和斷開式兩種：獨立懸架在左右車輪間并沒有車橋，習慣上仍將輪轂及轉向節等骨架稱為斷開式車橋。通過仔細觀察不難發現，車橋在承受負荷、支持作業過程中，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，負載的壓力得到了彈性懸架的溫柔接應。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，既減輕自質量、物盡其用，又突出優勢、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用。

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

1.1 并裝車橋

如果車身負荷量足夠大，而依靠獨立車橋支承壓力相對單薄時，可以加裝固定式或浮動式車橋分散軸荷。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時全車的負載壓力，而且能夠明顯增加車輛空載時對于路面的附著能力，實現重載不垮、空載不滑的并裝構造價值。所以，并裝車橋在重型專用汽車上運用較多。并裝車橋總數通常不超過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立停放時，就是通過前橋位置的支腿實現平衡支撐。同時，如果路面不堪重負，車橋、車輪可能面臨下陷風險時，也可以通過增加支腿的辦法緩解作業負荷。支腿形式多樣，有機械式、液壓式、青蛙式等。

其中，蛙式支腿(圖2)由固定支腿2、活動支腿7、抓地支腿10及液壓油缸11等控制和連接構件組成。固定支腿2固定在底盤支架1上，通過絞軸6向活動支腿7傳遞壓力。活動支腿7是一個三角臂，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的動作，為車橋解壓。

1.3 換裝履帶

在一些特定的工程項目現場，作業場地條件和輪胎強度可能都會使車橋力不從心，這時換裝履帶是最有效的解決辦法。事實上，越來越多的重型專用車，包括一些中輕型專用作業裝備都采用了履帶式行走系統。當然，在履帶式行走系統中，前后橋不再單獨存在，而是復合形成了一個整體式的車橋平臺。

履帶式車橋平臺(圖3)的“4輪1帶”構造，功能強大，配置巧妙。與地面接觸的履帶1、支持履帶傳動的支重輪6是車輛承重功能的堅強載體；驅動輪2、張緊輪4是整車傳動驅動系統的力量源泉；導向輪5則把履帶鋪設到地面，引領機架3沿履帶軌道披荊斬棘。

2 巧轉方向

車橋的第2個功能是實時轉向。為此，汽車車橋又按轉向功能性劃分為轉向橋和非轉向橋。轉向橋是指承擔轉向任務的車橋；非轉向橋包括驅動橋和支承橋。一般汽車的前橋是轉向橋，四輪轉向汽車的前后橋，都是轉向橋。轉向橋利用轉向器推動轉向節臂，使車橋兩端的車輪偏轉一定的角度，從而實現汽車的轉向。

轉向橋有轉向器，驅動橋有差速器，兩用車有導向輪，這些能夠使車橋的轉向功能同樣輕巧。

2.1 轉角交心

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

2.2 差速同心

另一方面，對于轉向橋來說，內外輪的轉速差表現為轉向過程中自然發生的運動軌跡之差，而對于驅動橋來說，就要依賴“機”緣巧合了——差速器的作用就在于允許左右兩邊的驅動輪以不同的轉速運行。

由于差速器允許車輪以不同轉速轉動，所以在泥濘等路面，當一個車輪打滑時，動力全部消耗在飛快轉動的打滑車輪上了，其他車輪會失去動力。車輛不但不能向前運動，大量的動力也會流失。傳統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械式限滑差速器。Torsen之名取自Torque-sensing Traction(牽引力自感應式轉矩分配)。蝸輪蝸桿式托森差速器利用蝸桿傳動的不可逆性原理和齒面高摩擦條件，使差速器根據其內部差動轉矩(差速器的內摩擦力矩)大小而自動鎖死或松開，即在差速器內差動轉矩較小時起差速作用，而過大時自動將差速器鎖死，有效地提高了汽車的通過性。

重型裝備的履帶式行走系統的轉向機制，就是巧妙利用轉彎半徑的差速原理，通過調整左右兩側履帶動力輪的運轉速度，使兩側履帶以不同速度行走，兩側履帶的速度差形成的轉矩，推動履帶完成各種轉向動作。

2.3 軌道定心

汽車轉向機制，除了轉角特性和差速原理，還有軌道車輛的軌道導向等其他技術途徑。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計了一套導向輪，引導和規范車輪沿著鐵路軌道轉向和行走。

軌道車輛的軌道導向特點是路在車下，車在軌內，轉向結構由轉向橋升格為外形更為寬大的轉向架，但卻喪失了轉彎的主動權。同時，車輛運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輸車輛的重要區別之一，公鐵兩用車在用作軌道車輛時也會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性能指標對比見表1。

表1 軌道車輛與公路車輛車橋技術性能對比

3 巧取動力

車橋還有傳遞動力，驅動車輛的重要使命。為此，發動機與車橋相對位置的布置形式不一而足。前置后驅(FR)是最古老的布置方式，也是大多數貨車和一部分客車的常用方式；后置后驅(RR)的空間小，有利于車身內部布置，被大中型客車廣泛采用；中置后驅(MR)的發動機一般裝在地板下面，對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(FF)主要用于輕型車輛；而全輪驅動(AWD)則是越野車的特有配置，通常將發動機前置，在變速器后面安裝分動器，將動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系統動力匹配的需要，而增加的一套降速增扭的齒輪傳動裝置。輪邊減速器安裝在車輛動力輸出終端，使車輪在地面附著力的反作用下，直接產生較大驅動力，從而使變速器、傳動軸、主減速器、差速器、半軸等負載減少、尺寸減小，使驅動橋獲得更大的離地間隙。

裝備輪邊減速器，既可以提高驅動力，又能夠增加通過性。所以，廣泛應用于重型貨車、大型客車、越野汽車及其它一些大型工礦用車上，特別是將牽引電機與輪邊減速器、驅動橋巧妙集成的電動輪驅動橋技術，在大型露天礦山運輸設備上的運用與日俱增。

電動輪驅動橋技術，是電動汽車的驅動方式之一。除此之外，還有仿照傳統汽車動力布局的中央驅動形式。電動專用車主要采用電動輪車橋驅動模式。

3.2 雙驅之區

1866年，發電機、電動機相繼問世，宣告了“馬達”時代的開始。19世紀末，有軌電車、無軌電車、電力機車、電動汽車陸續誕生，裝配電機的電動汽車開始登上汽車舞臺。

電動輪車橋沒有半軸和差速器，而且采用電腦控制系統調節電流，結構更加緊湊，性能更加優越。但是，對于作業環境相對復雜的專用汽車來說，純電動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捷(Lohner—Porsche)。由當時25歲的費迪南德·保時捷(Ferdinand Porsche)在1900年前后為其供職的JacobLohner公司開發制造，羅納爾保時捷通過內燃機轉動發電機，利用電力驅動裝有“馬達”的2個電動輪前輪，屬串聯式混合動力。在串聯式混合動力系統中，發動機的作用是發電充電，電機驅動制動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用較多。

與串聯式對應的是并聯式——電動機和內燃機并行布置，動力可以由二者單獨提供或共同提供。在并聯混合動力系統中，電動機同時也是發電機，受電動機和電池能力限制，仍然以內燃機為主要動力而保留了常規汽車的中央驅動模式，所以結構更簡單成本也相對較低。并聯式混合動力具有較高的能量傳遞效率，特別適合路況復雜的工況。

20世紀末，電動汽車技術升級到新能源的戰略高度，混合動力應用進入現代化的發展階段。1997年12月誕生的第1款批量生產的混合動力豐田車，采用了能量傳遞效率更高的混聯動力模式。混聯式是在并聯的基礎上，將發電機和電動機分離開，使電動機在運轉過程中也能進行充電，車輛也能以串聯和并聯兩種模式工作，所以系統復雜成本較高，僅適用于輕型高端車輛。

并聯及混聯式混合動力賦予了車主自由選擇驅動方式的權利：油價低則燒油，電價低則用電力。為了與優惠政策接軌，又有插入式混合動力問世——在普通混合動力系統的基礎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。驅動力有3種動力模式：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動，三是利用底盤腹部暗藏的噴水推進器實現水上推進。采用車輪或履帶直接劃水的車型，其結構簡單，但水上速度和機動性差；采用螺旋槳或噴水推進器驅動的車型，其水上性能好，航速可達20 km/h以上。

二戰期間，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域一直沒什么突破，但因其具有良好的通過性和適應性始終受到軍方的關注，多被應用于緝私、救災救難、探測等專業領域。一經開發改造，完全可以用于旅游觀光。

4 車橋雖巧，也會衰老

車橋一旦磨損損壞，造成的后果不堪設想。所以，世界各國的道路運輸車輛管理部門都對車橋的強度試驗和評價方法做出了明確規定。QC/ T 533《汽車驅動橋臺架試驗方法》和QC/T 534《汽車驅動橋臺架試驗評價指標》是我國汽車行業進行汽車驅動橋臺架試驗的重要的技術標準體系。專用車用戶則應按車輛維護保養的要求項目(重型卡車類車橋潤滑部位見表2)，及時對車橋的關鍵部位進行維護保養。

表2 重型卡車車橋潤滑部位