汽车中有哪些令人叹为观止的机械结构？

　　在外行人眼里，汽车就是两排座椅+四个轮子，然而在内行人眼里，汽车是由上万个零件组成的，需要同时考虑美感、性能、操控、舒适等因素的工业设计结晶。它是无数机械/电气/电子工程师的智慧总和，随便挑出一个零部件，分析一下其工作原理都能令人叹为观止。本期就为大家挑出几样简单介绍一下其结构及原理，也带外行人欣赏欣赏什么叫“机械美感”。

　　●万向节

　　听名字我们就能差不多脑补出这东西的作用，它能够实现不同角度的动力传输，用于需要改变传动轴线方向的位置，如果输出轴和输入轴转动的角速度相等，那就属于等速万向节，包括球叉式万向节和球笼式万向节，如果角速度不相等，那就是十字轴式万向节。其结构和作用像人体四肢上的关节，但功能更强大，在传输转动扭矩的同时，还允许被连接的零件之间的夹角在一定范围内变化。

　　万向节在汽车上的应用非常广泛，例如前横置发动机的四驱车，发动机输出轴是与半轴平行的，需要将动力通过中央传动轴（平面上与车轴垂直）传输到后车轮且与半轴平行，万向节就是必不可少的一个部件。另外，万向节也能满足车辆在动力传递、适应转向和汽车运行时所产生的上下跳动所造成的角度变化，并且对减震/噪音抑制大有裨益。

　　●差速器/差速锁

　　万向节存在的意义很容易理解，想要解释差速器，我们首先得了解为什么汽车需要这个部件。汽车在转弯的时候，内外两侧车轮角速度相等，但转弯半径不同，线速度并不相等，也就是说，转弯时，内侧和外侧车轮走的长度并不相等，这就意味这两个车轮并不能刚性连接，得允许速度差的存在。这就是差速器存在的价值。

　　前面说的是轮间差速，对于四驱车来说，还得允许不同驱动桥之间存在速度差，也就是中央差速器，根据结构不同也有很多种，包括多片离合器式、托森式、粘性联轴节式等等。

　　差速器虽然解决了转弯时速度差的问题，但这个结构存在一个BUG。在极限越野环境下，如果左右两侧车轮有一个悬空失去附着力，那么动力就会全部集中到这个车轮上，而其他有附着力的车轮则完全得不到扭矩输出，这时候就需要一个差速锁，将差速器锁死，不允许两侧车轮存在速度差，保证车辆能顺利脱困。

　　●涡轮增压器

　　涡轮增压器实质上是一个空气压缩机，在汽车发动机上使用能够加大空气进气量，相比不带增压器的自吸发动机，同等转速下涡轮增压发动机能输出更强大的功率。

　　涡轮增压器利用发动机排出的废气作为动力来推动涡轮室内的涡轮(位于排气道内)，涡轮又带动同轴的叶轮（位于进气道内），叶轮就压缩由空气滤清器管道送来的新鲜空气，再送入气缸。当发动机转速加快，废气排出速度与涡轮转速也同步加快，空气压缩程度就得以加大，发动机的进气量就相应地得到增加。这是个正反馈，发动机转速越高，排气量越大、涡轮叶轮转速越高、压缩能力越强、进气量越大，动力越强，所以涡轮增压器都有泄压阀，限制高转速下涡轮增压器的压强，防止因为转速过高导致机器损坏。

　　我们也能看到，从转速升高到动力增强要经过很长一段过程，这就是涡轮迟滞的来源，让人有一种踩了油门，车子要反应一段时间才往前冲的感觉。为了缓解这种现象，工程师也是绞尽脑汁，现在最普遍的做法是使用低惯量的轻质叶轮，它对排气量变化更加敏感，能提高响应速度，或者使用可变截面的叶轮，通过调整叶扇角度满足不同发动机转速下的增压强度和效果。部分高端车型使用机械+涡轮双增压器，机械增压器因为与发动机输出轴直接相连，所以在发动机低转速时也能起到非常好的增益效果，弥补低转速迟滞的问题。

　　●转子引擎

　　转子发动机在内燃机领域的一朵奇葩，结构和原理与传统的往复式发动机完全不同。这种发动机由德国人菲加士˙汪克尔发明，曾在马自达手中大放异彩，但因为气缸密闭和排放的问题悬而未决，现在已经停产。因为转子的重心并不围绕其轴心运动，其边缘与汽缸壁的接触时的应力会有大幅度变化，长时间高速运转会在汽缸壁上留下“刮痕”，导致气缸密闭性下降，严重时会大量漏气，不仅油耗会升高，还会影响动力输出。

　　与一般的四冲程发动机每旋转两圈才作功一次相比，转子发动机有高功率容积比（发动机容积较小就能输出较多动力）的优点。另外，由于转子发动机的轴向运转特性，它不需要精密的曲轴平衡就能达到较高的运转转速。整个发动机只有两个转动部件，与一般的四冲程发动机具有进、排气活门等二十多个活动部件相比结构大大简化，故障的可能性也大大减小。

　　另外，相比传统的往复式内燃机，转子发动机也更适合高转速稳定动力输出，传闻马自达新一代RX-8将使用一套混动系统，其中的内燃机部分就将使用转子发动机，这样做或许可以规避转子引擎的弊病，让其充分发挥优势，具体情况怎样我们拭目以待吧。

　　●自动变速箱

　　全球的汽车零件供应商中，能够做出传动效率高、逻辑清晰、可靠耐用自动变速箱的，一双手都数的过来。至于自主车企，除了结构最简单的CVT无级变速箱能勉强捯饬出来，传统的行星齿轮式、高效的DCT双离合都够呛，高端的纵置或多档位变速箱更是想都不敢想。毫不夸张的说，能不能造出自己的自动变速箱，是体现一个车企工业水平的重要标准。

　　为大家展示一下行星齿轮变速机构，其因类似于太阳系而得名。中央是太阳轮，太阳轮的周围有几个围绕它旋转的行星轮，行星轮之间，有一个共用的行星架，行星轮的外面，有一个大齿圈。根据不同的档位需求，各个齿轮会分别锁死或放开，实现传动比的变化。行星齿轮机构是传统自动变速箱的精华所在，因为在档位切换时，不存在齿轮分离/结合的情况，所以换挡冲击很小，平顺性极佳。

　　另外，这种结构也不单单应用在自动变速箱上，闻名遐迩的丰田混动系统也是使用行星齿轮结构来实现不同动力来源的相互耦合。同样的，使用这种结构的混动车，不同动力来源切换非常平缓，我们很难感受到冲击，且对噪音和震动抑制也大有裨益。为什么说比亚迪的新能源车离丰田还有很长的路要走，这就是关键所在。