液壓傳動系統在汽車工程中的應用及性能優化研究

齊軒　高悅

摘 要：液壓傳動系統是汽車工程領域新興的一種先進汽車傳動方式。其在汽車工程領域中對于提升汽車自適應能力、提高車輛的通過性能、增強車輛的舒適性能、延長車輛的使用壽命方面體現了獨特的應用價值。液壓傳動系統的優勢在液壓制動系統、液壓助力轉向系統、液壓懸架系統與自動變速器液壓控制系統中均有所體現，并被廣泛應用于汽車制動、轉向、穩定、變速等汽車工程中。

關鍵詞：液壓傳動 應用性能 汽車工程

0 引言

伴隨數字技術的快速發展，液壓傳動系統作為傳統經典動力傳輸與控制方式，逐步在汽車工業領域中獲得了廣泛應用。特別是在汽車制造過程中，制動系統、轉向系統、變速箱與懸掛系統都是液壓系統中的關鍵構成部分。汽車領域引入液壓系統，能夠提升汽車運行效率、提高汽車行駛的穩定性、安全性與舒適性[1]。然而，值得關注的是，液壓系統傳動元件效率比較低，相對齒輪傳動效率同樣偏低，一定程度上對于汽車發展存在較大的困境。就當下情況而言，液壓傳動系統在汽車工程領域仍然有待進一步發展。根植于此，本文通過對液壓傳動系統基本原理進行簡要概述，以及對汽車工程體系展開論述，從而指出液壓傳動系統在汽車工程中的應用，以期為相關理論提供經驗參照。

1 相關原理概述

1.1 液壓傳動系統概述

液壓傳動是基于液體工作介質，通過動力元件、執行元件、控制調節元件、輔助元件等進行能量傳遞和控制的一種傳動方式。液壓傳動系統則是由液壓制動、轉向、汽車懸掛、汽車變速箱等部分構成。從工作原理來講，液壓傳動系統主要通過液體這一介質將機械能轉變為液壓力能，促使系統中其他元件得以運轉。在此過程中，液壓傳動系統還會將液壓能轉變為機械能，該作用與動力元件呈逆反狀態[2]。另外，液壓系統還需要按照汽車運行狀況，及時調整無級調節液動機速度，并適度控制液壓系統中工作液體的壓力、流量和流向。從優勢特征來將，液壓傳動系統較機械傳動系統更具應用優勢，包括如下方面：其一，液壓元件以油液作為傳動介質，其潤滑條件更優。同時，液壓元件還可將油液輸送到任何位置，或將原動機的旋轉運動轉變為直線運動。上述特征意味著液壓傳動系統較好地適用于工程機械等領域。其二，在實際運行過程中，液壓系統還可進行大范圍無級調速，此時的轉動比甚至達到1：1000，且調速性能突破了功率大小的限制。其三，液壓傳動系統還可以進行集中控制、遙控與自動控制，在速度、方向、負載方面具有應用優勢。

1.2 汽車工程概述

進入工業化時期，汽車逐步出現在人類視野中。在經歷長時期發展，汽車工程行業得到飛躍式發展，逐步與人們生產、生活等活動相融合。與此同時，汽車工程的出現，為人們交通運輸帶來較大便利性，進而加速了社會生活節奏速度，為人類進步提供了堅實基礎[3]。近年來，汽車工程處于不斷發展過程中與航空航天工程、船舶工程相類似，屬于運載工程中的一個具體分支，涉及機械、電子、軟件、安全工程與電氣等方面內容，融合了多個學科工程。從應用系統來看，汽車工程主要應用于摩托車、卡車等相關領域中的工程系統設計、制造與操作。不僅如此，汽車工程還涉及車輛改裝等活動。特別是在制造業領域，汽車工程囊括了汽車全部零件制造與裝配。實際上，作為研究密集型領域中的關鍵分支，汽車工程囊括了數學模型與公式，從概念到生產的車輛或車輛部件的設計、開發、制造和測試，都離不開模式的應用。

1.3 液壓傳動系統應用于汽車工程體系中的必要性

1.3.1 提升汽車自適應能力

液壓傳動系統存在液壓閥這一控制元件，主要用于控制液壓油的流向、流量和壓力，包括電磁轉向閥等內容[4]。在實際運作過程中，液壓傳動系統通過控制液壓閥開關狀態，能夠有效控制汽車運動和操作性，進而提升汽車自適應能力。與此同時，液壓傳動系統作為一種多用途機械傳動裝置，被廣泛應用于汽車的各項機械設備中。從具體狀況來看，液壓缸可以通過液壓馬達帶動齒輪箱，實現多重不同汽車動力傳輸方式。如此一來，發動機后安裝液力變矩器，變矩器輸出軸上的轉矩可比發動機的轉矩增大幾倍，而轉速可降到零。當外界路面阻力發生變化時，液力變矩器能使車輛的牽引力自動相應的變化，進而提升汽車適應性。

1.3.2 提高車輛的通過性能

車輛通過行駛履帶或行駛裝置，能夠加速推動汽車以任意速度行駛，并且借助穩定牽引力提高汽車附著力，促使汽車能夠在沙路、雪地、軟路面的通過性能大幅度提升。不僅如此，液壓系統的附著力提高，亦會提升液壓控制系統的控制方式，促使汽車控制系統可以根據實際需求提高工作狀態，進而實現對控制機器的精確控制，提升整體速度和力度等參數。可以說，與傳統機械傳動方式相比，液壓傳動系統能夠精準控制汽車操作系統，實現在不同惡劣環境下操作。總體來說，液壓系統通過存儲液壓油餅提供冷卻和濾清功能，能夠提高車輛通過性能。

1.3.3 增強車輛的舒適性能

液力變矩器具有無級連續變速和改變轉矩的能力，對外負載有良好的自動調節和適應性。它使車輛起步平穩，加速迅速、均勻，提高了乘坐舒適性。其中，汽車減震器是保證駕駛舒適性和安全性的重要組成部分之一。在眾多的汽車減震器中，氣襄液壓減震器將氣襄與液壓系統相結合，不僅可以提高駕駛舒適性，還可以提高行駛安全性。氣襄是一種能夠隨著外力變形的充氣袋，而液壓系統則運用了粘稠的流體來吸收汽車顛簸時所產生的沖擊力。當汽車在顛簸中受到沖擊時，氣囊和液壓系統就會共同發揮作用，來減輕沖擊力。這種減震器的特點是可以根據路面情況、車速和車重等因素來進行自動調節，從而確保汽車在行駛過程中的平穩度和舒適性。氣襄液壓減震器是一種成熟優秀的汽車減震器，其舒適性和安全性都得到了完美的結合，可以使駕駛者在行駛中享受到更加平穩和安全的駕駛體驗。

1.3.4 延長車輛的使用壽命

液壓傳動系統是將液壓能轉化為機械能，并作直線往復運動（或擺動運動）的液壓執行機構。其結構簡單，運行可靠，主要用于實現往復運動時，能夠避開減速裝置，且具有穩定的運動特征，因此廣泛用于各種機械液壓系統中。在具體研究過程中，液壓缸的輸出力與活塞的有效面積及其兩側的壓力差成正比；液壓缸基本上由缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置組成。緩沖裝置和排氣裝置關鍵在于具體應用，但是其他裝置是必不可少。由于液力傳動依靠液體傳遞能量，故能吸收發動機和外負荷的振動和沖擊，同時傳動元件之間無機械磨損，提高車輛的使用壽命。液壓系統中的元器件都經過嚴格的質檢和生產工藝控制，在穩定性和可靠性方面都獲得了良好的保證。此外，液壓系統中的油液在工作過程中可起潤滑和冷卻作用，延長機械的使用壽命。

2 液壓傳動系統在汽車工程中的應用

2.1 液壓制動系統在汽車工程中的應用

現代汽車制造對于液壓系統的研究應用已經十分成熟，其在轎車、輕型貨車等的制動系統中都得到廣泛應用，普及率相對較高。從實際應用情況來看，液壓制動系統在此領域已經取得了顯著應用效果。液壓制動系統由多個部件共同構成，包括制動主缸、連接管路、輪缸以及制動力分配閥等部件。其中主缸作為制動系統中的主要動力原件，在液壓制動系統運行過程中起到了向系統輸送液壓油的關鍵作用，同時制動主缸是液壓制動系統的執行軟件，在液壓制動系統運行過程中主要控制制動塊或者制動蹄，以最終達到制動汽車的目的[5]。其具體操作原理如下：汽車制動時，駕駛員向制動踏板施加控制，制動踏板通過制動管路進入制動器，接著在進入主缸的制動缸，此時制動缸的活塞形成制動機械，在機械盤接觸到制動鼓時二者發生摩擦，形成制動力焗。在制動過程中，駕駛員可通過增加踏板力的方式促使制動力矩比例增加，以確保連接在制動鼓的車輪停止轉動并同時抬起制動器。在駕駛員松開制動踏板時，受到回位彈簧作用，制動輪缸活塞和制動蹄活塞此時會被拉回，制動液被壓回主缸，從而解除制動。

2.1.1 液力變矩器

變矩器除了常規應用之外，還可作用于自動改變渦輪機輸出扭矩，使渦輪機速度隨葉輪扭矩變化。液力變矩器可自動應用于外部負載，保證車輛平穩啟動并迅速加速。液力變矩器在一定程度上降低了傳動系統的動態載荷，延長了傳動系統使用壽命，提高了傳動系統運行效率，保障了駕駛員的行車舒適度與安全性。但是，扭矩轉換器同時也存在扭矩范圍受限和效率不足的問題。因此，單個扭矩轉換器在汽車應用上并不常見，需要在此基礎上串聯固定式或旋轉軸機械傳動裝置以延伸換擋和扭矩范圍。現階段，多數大型汽車在配置流體力學傳動裝置時重點關注舒適性和操作簡易性。例如城市公交車在行駛途中需要頻繁啟停，啟動和加速的頻率在不斷變化，對于駕駛舒適性的要求逐漸提高。

2.1.2 液力偶合器

液力偶合器又名液壓離合器，其作用僅存在于對汽車中的扭矩傳遞產生影響，安裝在發動機和車輛機械傳動裝置之間，以減小扭矩傳遞的影響。在汽車啟動與加速期間，需要關閉扭轉振動才能使汽車保持安靜。

2.1.3 液壓系統在ABS中的應用

汽車制動器和ABS依據實際駕駛情況自動調節制動力。在這種情況下，液力并不會對車輪形成阻力，同時，車輪和地面會保持接近狀態。此應用系統在汽車制造領域占據較高地位，被譽為除安全帶以外最具安全系數的一項技術成就。液壓ASB制動系統結合了氣動和液壓制動系統雙重功能，在一些大中型車輛中，會發現大多數的液壓系統都是應用于ABS液壓制動系統。

2.2 液壓助力轉向系統在汽車工程中的應用

汽車轉向裝置主要作用于保證汽車行駛過程中依據駕駛員操作需求改變行駛方向，同時還要應對外界多重因素的干擾，克服行駛途中的不良環境影響，以確保汽車平穩行駛，避免發生安全事故。現代新型汽車在制造過程中，會增設轉向助力裝置，以此來提高汽車駕駛舒適度，緩解駕駛員駕駛疲勞。液壓助力轉向裝置的具體工作原理就是在轉向控制閥關閉狀態下，汽車仍然能夠保持直線行駛狀態。詳細而言，轉向油泵在輸出的液壓油會進入到內部儲能器當中，接著在儲能器壓力值上升到設定數值之后，油泵此時會自動卸荷，從而進入空載狀態，在汽車轉向時，此時機械轉向器會啟動運行，將帶動控制閥轉入到開啟位置，此時儲能器內部的液壓油便由此被輸送到動力杠內部，進而形成推力，助力汽車完成轉向。轉向系統的功能是通過將汽車恢復到原始運動位置以引導自身，從而使汽車克服駕駛員的側面阻力，改變其行駛方向的過程。目前市場上有兩種轉向系統，一種是機械轉向系統，另外一種是附帶掐轉向能源的動力轉向系統。

2.3 液壓懸架系統在汽車工程中的應用

汽車在行駛期間會受到自身行駛狀態以及路面平整度等因素的影響，致使汽車呈現不同的運行狀態，包括垂直振動、側向運動、俯仰運動等等。這些所呈現的運行情況將影響車輛內部駕駛員的操作穩定性與乘客乘坐舒適性。針對上述問題，汽車制造工程師依據現狀與實際要求研發出一款能夠保證汽車行駛過程中行駛狀態穩定運行的電控液壓懸架系統。通過該系統的應用，能夠主動地抑制汽車在行駛時的振動幅度。因此，為了提高汽車效能，滿足市場需求，在汽車制造過程中，安裝電控液壓懸架系統，通過車內的橫向、縱向加速器，以及橫擺陀螺儀傳感器的應用，能夠將車身行駛情況，如車身高度、車身振幅、傾斜程度等各項行駛狀態信息及時傳送至ECU，接著ECU根據對預先設定好的程序發出信號指令，以此完成對電動機的前后操縱，有效控制油缸作業。

2.4 自動變速器液壓控制系統在汽車工程中的應用

自動變速器能夠依據汽車發動機負荷改變汽車行駛速度，在汽車運行過程中可及時自動變化傳動，在實際操控過程中相對省力、簡單，能夠有效緩解駕駛員的疲勞程度。自動變速器主要采用液壓控制系統來實現自動控制，從而對換擋執行機構進行控制。其主要部件包括動力軟件、執行機構與控制機構。液壓泵作為自動變速器液壓控制系統中的動力軟件，其在運行過程中既能夠為執行機構與控制機構提供液壓油，還可以為液力變矩器提供降低溫度。以便實現換擋作業，避免由于溫度過高而導致破壞補償油；執行機構主要包括油制動器液壓缸、離合器等部件；控制機構包括手動閥、鎖止離合器控制閥、換擋閥等部件。值得注意的是，為確保控制結構發揮相應作用，有效穩定運行，應將其安裝在汽車自動變速器上。

3總結

隨著科技的進步，汽車工程制造領域也在不斷革新汽車應用技術。液壓傳動系統的快速發展改進了汽車液壓應用方式，提高了汽車運行效能，取得了顯著的應用效果。液壓技術的飛速發展與逐步完善將在未來被廣泛應用于不同行業中，尤其在汽車工程應用當中，從而使液壓傳動技術得到合理發揮。

參考文獻：

[1]王宗昌.挖掘機液壓系統的優化設計與性能分析[J].中國設備工程，2024（06）：148-150.

[2]林碧琴.淺析電機技術在新能源汽車中的應用[J].中國設備工程，2024（02）：185-187.

[3]郭亞娟，倫佳琪.新型機械設計理論在汽車工程中的運用探討[J].中國設備工程，2023（22）：254-256.

[4]安亮亮，曹衛彬，李樹峰，等.梳夾式紅花采收機液壓系統設計[J].中國農機化學報，2020，41（01）：37-42.

[5]何晨語.液壓傳動技術在汽車中的應用及發展趨勢[J].內燃機與配件，2021（22）：81-82.