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本期我们将聚焦汽车“四大件”

开启我们的科普之旅~

Part.01什么是汽车“四大件”？

选车时，我们常听到“底盘稳不稳”“动力够不够”的说法，答案往往藏在汽车的核心组成，即“三大件”（发动机、变速箱、底盘）里，这是决定车辆动力、操控与耐用性的核心机械部件。

而我们今天要拆解的“四大件”，则在“三大件”基础上，补充了车身与电气设备（部分分类将变速箱归入底盘传动系统），为发动机、底盘、车身和电气设备，更全面覆盖汽车的“动力、支撑、安全、智能”全维度。

▲ 汽车“四大件”组成示意图

它们就像汽车的“心脏、四肢、骨架、神经系统”，各自承担关键职责，又紧密联动让车辆正常运转。

今天，我们就用最通俗的语言，拆解每一个部件的作用、原理和日常影响。

发动机：

汽车的“心脏”

动力输出的核心源泉

发动机是汽车的动力装置，其作用是使燃料燃烧产生动力，然后通过底盘的传动系统驱动车轮使汽车行驶。

▲ 往复式活塞的构造及原理

迄今为止，用作汽车发动机的主要是内燃机、电动机以及内燃机与电动机混合动力。

与其他热机相比，往复式活塞内燃机的综合性能占优，如：热效率高（30%～46%），经济性好；功率输出范围（0.59～40000kW）和转速范围（90～10000r/min）广，适应性好；结构紧凑，体积小，质量轻（比质量为1.4～5kg/kW），移动方便；起动迅速，维护简单，操作方便；造价低廉、耗水少；运行比较安全，不易引起爆炸事故。

其缺点是：需要燃用高品质的液体燃料或气体燃料；排气及运行噪声对环境危害较大；低速运转时动力输出特性较差。

根据发动机的不同特征，可以将往复式活塞发动机分为多种类型——

按行程数分：

在发动机内部，活塞往复四个单程或曲轴旋转两圈完成一个工作循环的发动机称为四冲程发动机；活塞往复两个单程或曲轴旋转一圈完成一个工作循环的发动机称为二冲程发动机；

▲ 按行程数分类的发动机

按使用燃料种类分：

可将往复式活塞发动机分为汽油机、柴油机、气体燃料发动机、煤气机、液化石油气（LPG）发动机及多种燃料发动机等；

▲ 按使用燃料种类分类的发动机

按气缸数及布置分：

根据气缸数的不同，往复式活塞发动机仅有一个气缸的称为单缸发动机，有两个及以上气缸的称为多缸发动机；根据气缸布置形式的不同，气缸中心线与水平面垂直、呈一定角度或平行的发动机，分别为立式、斜置式与卧式发动机；多缸发动机根据气缸间的排列方式的不同，可分为直列式、水平对置式和V型发动机；

▲ 按气缸数和气缸布置分类的发动机

按进气状态分：

根据进气状态的不同可分为自然吸气（进气）发动机和增压发动机。自然吸气（进气）发动机，又称非增压式发动机，是通过大气压力将空气与燃油混合后直接进入燃烧室的内燃机类型；增压发动机为进入气缸前的空气或可燃混合气已经在压气机内压缩，以增大充量密度的发动机，主要分为机械增压和涡轮增压两类，前者通过发动机曲轴驱动增压器实现快速响应，但效率较低，后者则利用废气驱动涡轮压缩空气；

▲ 按进气状态分类的发动机

按点火方式分：

根据点火方式的不同可分为点燃式与压燃式发动机。点燃式发动机是将压缩气缸内的可燃混合气用点火装置点火燃烧的内燃机；压燃式发动机为压缩气缸内的空气或可燃混合气产生高温，引起着火的内燃机；

按冷却方式分：

以水或冷却液为冷却介质的称为水冷式发动机；以空气为冷却介质的称为风冷式发动机。

▲ 按冷却方式分类的发动机

近几年，由于对汽车节能、环保方面的要求越来越严，节能与新能源汽车的研制提高到了国家战略高度，电动汽车、混合动力（电动机+内燃机）汽车等不断面世。但由于电池等技术的原因，加之往复活塞式内燃机新的节能减排技术不断涌现，综合性能不断提高，因此往复活塞式内燃机在汽车用发动机中仍占主导地位。混合动力的汽车，随着技术的成熟及其成本的降低，会有较好的发展前景。

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底盘：

汽车的“四肢”

操控与安全的基石

底盘是操控性和安全性的核心保障。其作用是支承、安装汽车发动机及其各部件、总成，形成汽车的整体造型，并接收发动机的动力，使汽车产生运动，保证汽车正常行驶。

底盘由四大关键系统组成——传动系统、行驶系统、转向系统和制动系统，每一部分都影响着驾驶体验。

▲ 汽车底盘概述图

传动系统

传动系统的核心是“传递动力”，一般由离合器、变速器、万向传动装置、差速器和半轴等组成。其基本功能是将发动机发出的动力传给汽车的驱动车轮，产生驱动力，使汽车能在一定速度上行驶。

机械式传动系常见布置型式主要与发动机的位置与汽车的驱动型式有关，一般分为前置后驱（FR：发动机前置、后轮驱动）、中置后驱（MR：发动机中置，通常位于驾驶员座椅之后、后桥之前，后轮驱动）、后置后驱（RR：发动机后置、后轮驱动）、前置前驱（FF：发动机前置、前轮驱动）和越野车的传动系（一般为发动机前置，全轮驱动，在变速箱后装有分动器将动力传递到全部车轮上）等。

▲ 汽车传动系常见类型简图

行驶系统

行驶系统是一个协同工作的整体，主要由车架、车桥、车轮和悬架等组成。车架是汽车装配的基础，车桥是传递车架与车轮之间各向作用力及其所产生的弯矩和转矩的装置，而车轮由轮胎直接与地面接触在道路上行驶。

▲ 汽车行驶系统的

组成及部分受力情况

行驶系统的基本类型有轮式、履带式、半履带式、车轮-履带式和水陆两用汽车等。

行驶系统的功用主要在于：

1.接收由发动机经传动系传来的转矩，并通过驱动轮与路面附着作用，转化为汽车行驶的驱动力；

2.将全车各部件连成一个整体，支撑汽车的总质量；

3.传递并承受路面作用于车轮上的各种力及其力矩；

4.缓和不平路面对车身造成的冲击和震动，保证汽车平稳行驶。

转向系统

转向系统为用来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构。主要分为两大类——

第一类是机械转向系统，主要由方向盘、转向轴、转向器、转向传动机构组成，完全依靠驾驶员的操作力带动车轮转向，在车辆低速行驶或需要大幅度转向时，操作较为费力；

▲ 机械转向系统示意图

第二类是动力转向系统，在机械转向系统基础上增设了助力装置，其中电动助力转向系统（EPS）是目前家用车的主流配置，主要由信号传感装置、转向助力机构和电子控制装置三大部分构成，能够通过电机直接提供转向助力，确保低速转向轻便灵活，高速转向稳定可靠。

▲ 动力转向系统示意图

制动系统

制动系统是为了在技术上保证汽车的安全行驶，提高汽车的平均速度等，而在汽车上安装制动装置专门的制动机构。

▲ 制动系统部件

一般来说汽车制动系统包括行车制动装置和停车制动装置两套独立的装置。

其中行车制动装置是由驾驶员用脚来操纵的，故又称脚制动装置，能够使正在行驶中的汽车减速或在最短的距离内停车；

停车制动装置是由驾驶员用手操纵的，故又称手制动装置，能使已经停在各种路面上的汽车保持不动。

在紧急情况下，两种制动装置可同时使用而增加汽车制动的效果。

有些特殊用途的汽车和经常在山区行驶的汽车，长期而又频繁地制动将导致行车制动装置过热，因此在这些汽车上往往增设各种不同型式的辅助制动装置，以便在下坡时稳定车速。

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车身：

汽车的“骨架”

安全与舒适的承载空间

汽车车身既是形成驾驶员和乘客乘坐空间的装置，也可以装载货物。

车身安装在底盘上，包括车窗、车门、驾驶舱、乘客舱、发动机舱和行李舱等。

车身的造型有厢型、鱼型、船型、流线型及楔型等几种，结构形式分单厢、两厢和三厢等类型。

▲ 汽车车身示意图

车身一般分为非承载式车身和承载式车身：

非承载式车身的汽车有刚性车架，又称底盘大梁架。发动机、车身等总成部件都是用悬架装置固定在车架上，车架通过前后悬架装置与车轮连接，车身整体比较笨重，质量大、高度高，一般用在货车、客车和越野车上，也有部分高级轿车使用，因其具有较好的平稳性和安全性；

承载式车身的汽车没有刚性车架，只是加强了车头、侧围、车尾等部位，发动机、前后悬架、传动系统的一部分等总成部件装配在车身上设计要求的位置，车身负载通过悬架装置传给车轮。承载式车身除了其固有的承载功能外，还要直接承受各种负荷力的作用，不论在安全性还是在稳定性方面都有很大的提高。它具有质量小、高度低、装配容易等优点，大部分轿车都采用这种车身结构。

▲ 非承载式车身和承载式车身示意图

车身造型结构是车辆的形体语言，其设计好坏将直接影响到车辆的性能。

汽车车身应对驾驶员提供便利的工作条件，对乘员提供舒适的乘坐条件，保护他们免受汽车行驶时的振动、噪声、废气的侵袭以及外界恶劣气候的影响，并保证完好无损地运载货物且装卸方便，一些结构和设备还有助于安全行车和减轻事故的后果。

同时，车身应保证汽车具有合理的外部形状，在行驶时能有效地引导周围的气流，以减少空气阻力和燃料消耗。

此外，车身还应有助于提高汽车行驶稳定性和改善发动机的冷却条件，并保证车身内部良好的通风。

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电气设备：

汽车的“神经系统”

智能控制的中枢

汽车电气设备是汽车的重要组成部分，包括电源、电源保护分配装置（熔丝、继电器）、照明和信号装置、空调、仪表和报警系统以及电动门窗/门锁等装置。

其工作性能的优劣直接影响汽车的动力性、经济性、安全性、可靠性、舒适性和排气净化等。

▲ 汽车电气设备的构造

汽车的电气设备种类和数量很多，大致分为三大部分：电源、用电设备、全车电路及配电装置。

电源

电源包括蓄电池和发电机——发电机是汽车上的主要电源，蓄电池是辅助电源。当发电机工作时，由发电机向全车用电设备供电，同时给蓄电池充电。蓄电池的作用是起动发动机时向起动机供电，当发电机不工作时向用电设备供电。

▲ 汽车蓄电池（左）和发电机（右）

用电设备

汽车的用电设备则包括了发动机的电子控制单元（ElectronicControlUnit，ECU，简称电控单元）、传感器、执行器、发动机起动系统、汽油机的点火系统和其他用电装置。

全车电路及配电装置

全车电路及配电装置包括中央接线盒、保险装置、继电器、电线束及插接件、电路开关等，使全车电路构成一个统一的整体。

汽车电气设备的设计一般都遵循一定的规律，均具有以下特点：

1.采用直流电源：车载蓄电池为直流电源；

2.采用低压电源：汽车电气系统的额定电压有12V和24V两种，目前汽油车普遍采用12V电源，重型柴油车多采用24V电源；

3.用电设备并联：汽车上的用电设备之间都采用并联的方式，每个用电设备均由各支路的专用开关控制，互不干扰；

4.采用单线制：汽车上所有的用电设备都是并联的，可以用汽车的金属机体作为一条公共导线，作为搭铁线，使线路简单；

5.负极搭铁：按照国际通行的做法，汽车电气系统一般为负极搭铁；

6.各用电设备前均装有控制及保险装置：继电器（控制电路通断）、熔丝或易熔线；

7.汽车线路有颜色和编号：汽车所有低压线必须选用不同颜色的单色、双色甚至多色线，并在其上标有标号，编号由厂家统一编定。

Part.02“四大件”的协同逻辑：

汽车运转的核心密码

汽车能正常行驶，离不开四大件的紧密配合，就像一个“协同作战的团队”。

当驾驶员踩下油门时，发动机产生动力，通过底盘的传动系统传递到车轮；

同时，电气设备的ECU实时监测动力输出数据，调整燃油喷射或电机功率；

底盘的悬挂和转向系统配合，让车身保持稳定；

车身则为所有部件提供支撑，保护车内人员安全......

说到底，四大件的协同核心，是“以用户需求为中心”的动态配合——发动机提供“动力源”，底盘搭建“操控室”，车身构筑“安全与舒适空间”，电气设备充当“智能神经中枢”，四者无缝衔接、实时响应，让每一次加速、转弯、刹车都既高效又安心，这正是汽车能兼顾动力、安全、舒适与智能的核心密码。

//本文内容参考如下 //

参考文献：

[1]蔡晓兵,于海东.汽车构造原理与电路[M].化学工业出版社:201910:400.

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[4]刘宜,石启军,刘勇兰.汽车发动机机械构造与维修一体化教程[M].机械工业出版社:202106:296.

[5]徐淼,姚东伟.汽车电气设备构造与维修[M].化学工业出版社:202102:261.

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网页：

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2.科普中国-行驶

https://www.kepuchina.cn/article/articleinfo?business_type=100&classify=0&ar_id=185210

3.中国汽车工程学会：驾驭方向的关键核心-汽车转向系统

https://www.kepuchina.cn/article/articleinfo?business_type=100&classify=2&ar_id=542900

4.科普中国-汽车制动系统

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5.百度百科-自然进气发动机（科普中国审核）

https://baike.baidu.com/item/%E8%87%AA%E7%84%B6%E8%BF%9B%E6%B0%94%E5%8F%91%E5%8A%A8%E6%9C%BA/22821019

6.百度百科-增压发动机（科普中国审核）

https://baike.baidu.com/item/%E5%A2%9E%E5%8E%8B%E5%8F%91%E5%8A%A8%E6%9C%BA?fromModule=lemma_search-box

7.百度百科-行驶系（科普中国审核）

https://baike.baidu.com/item/%E8%A1%8C%E9%A9%B6%E7%B3%BB/5705782

8.百度百科-车身（科普中国审核）

https://baike.baidu.com/item/%E8%BD%A6%E8%BA%AB/8964162

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供稿/宣传教育部