液压传动系统在汽车工程中的应用及性能优化研究

齐轩　高悦

摘 要：液压传动系统是汽车工程领域新兴的一种先进汽车传动方式。其在汽车工程领域中对于提升汽车自适应能力、提高车辆的通过性能、增强车辆的舒适性能、延长车辆的使用寿命方面体现了独特的应用价值。液压传动系统的优势在液压制动系统、液压助力转向系统、液压悬架系统与自动变速器液压控制系统中均有所体现，并被广泛应用于汽车制动、转向、稳定、变速等汽车工程中。

关键词：液压传动 应用性能 汽车工程

0 引言

伴随数字技术的快速发展，液压传动系统作为传统经典动力传输与控制方式，逐步在汽车工业领域中获得了广泛应用。特别是在汽车制造过程中，制动系统、转向系统、变速箱与悬挂系统都是液压系统中的关键构成部分。汽车领域引入液压系统，能够提升汽车运行效率、提高汽车行驶的稳定性、安全性与舒适性[1]。然而，值得关注的是，液压系统传动元件效率比较低，相对齿轮传动效率同样偏低，一定程度上对于汽车发展存在较大的困境。就当下情况而言，液压传动系统在汽车工程领域仍然有待进一步发展。根植于此，本文通过对液压传动系统基本原理进行简要概述，以及对汽车工程体系展开论述，从而指出液压传动系统在汽车工程中的应用，以期为相关理论提供经验参照。

1 相关原理概述

1.1 液压传动系统概述

液压传动是基于液体工作介质，通过动力元件、执行元件、控制调节元件、辅助元件等进行能量传递和控制的一种传动方式。液压传动系统则是由液压制动、转向、汽车悬挂、汽车变速箱等部分构成。从工作原理来讲，液压传动系统主要通过液体这一介质将机械能转变为液压力能，促使系统中其他元件得以运转。在此过程中，液压传动系统还会将液压能转变为机械能，该作用与动力元件呈逆反状态[2]。另外，液压系统还需要按照汽车运行状况，及时调整无级调节液动机速度，并适度控制液压系统中工作液体的压力、流量和流向。从优势特征来将，液压传动系统较机械传动系统更具应用优势，包括如下方面：其一，液压元件以油液作为传动介质，其润滑条件更优。同时，液压元件还可将油液输送到任何位置，或将原动机的旋转运动转变为直线运动。上述特征意味着液压传动系统较好地适用于工程机械等领域。其二，在实际运行过程中，液压系统还可进行大范围无级调速，此时的转动比甚至达到1：1000，且调速性能突破了功率大小的限制。其三，液压传动系统还可以进行集中控制、遥控与自动控制，在速度、方向、负载方面具有应用优势。

1.2 汽车工程概述

进入工业化时期，汽车逐步出现在人类视野中。在经历长时期发展，汽车工程行业得到飞跃式发展，逐步与人们生产、生活等活动相融合。与此同时，汽车工程的出现，为人们交通运输带来较大便利性，进而加速了社会生活节奏速度，为人类进步提供了坚实基础[3]。近年来，汽车工程处于不断发展过程中与航空航天工程、船舶工程相类似，属于运载工程中的一个具体分支，涉及机械、电子、软件、安全工程与电气等方面内容，融合了多个学科工程。从应用系统来看，汽车工程主要应用于摩托车、卡车等相关领域中的工程系统设计、制造与操作。不仅如此，汽车工程还涉及车辆改装等活动。特别是在制造业领域，汽车工程囊括了汽车全部零件制造与装配。实际上，作为研究密集型领域中的关键分支，汽车工程囊括了数学模型与公式，从概念到生产的车辆或车辆部件的设计、开发、制造和测试，都离不开模式的应用。

1.3 液压传动系统应用于汽车工程体系中的必要性

1.3.1 提升汽车自适应能力

液压传动系统存在液压阀这一控制元件，主要用于控制液压油的流向、流量和压力，包括电磁转向阀等内容[4]。在实际运作过程中，液压传动系统通过控制液压阀开关状态，能够有效控制汽车运动和操作性，进而提升汽车自适应能力。与此同时，液压传动系统作为一种多用途机械传动装置，被广泛应用于汽车的各项机械设备中。从具体状况来看，液压缸可以通过液压马达带动齿轮箱，实现多重不同汽车动力传输方式。如此一来，发动机后安装液力变矩器，变矩器输出轴上的转矩可比发动机的转矩增大几倍，而转速可降到零。当外界路面阻力发生变化时，液力变矩器能使车辆的牵引力自动相应的变化，进而提升汽车适应性。

1.3.2 提高车辆的通过性能

车辆通过行驶履带或行驶装置，能够加速推动汽车以任意速度行驶，并且借助稳定牵引力提高汽车附着力，促使汽车能够在沙路、雪地、软路面的通过性能大幅度提升。不仅如此，液压系统的附着力提高，亦会提升液压控制系统的控制方式，促使汽车控制系统可以根据实际需求提高工作状态，进而实现对控制机器的精确控制，提升整体速度和力度等参数。可以说，与传统机械传动方式相比，液压传动系统能够精准控制汽车操作系统，实现在不同恶劣环境下操作。总体来说，液压系统通过存储液压油饼提供冷却和滤清功能，能够提高车辆通过性能。

1.3.3 增强车辆的舒适性能

液力变矩器具有无级连续变速和改变转矩的能力，对外负载有良好的自动调节和适应性。它使车辆起步平稳，加速迅速、均匀，提高了乘坐舒适性。其中，汽车减震器是保证驾驶舒适性和安全性的重要组成部分之一。在众多的汽车减震器中，气襄液压减震器将气襄与液压系统相结合，不仅可以提高驾驶舒适性，还可以提高行驶安全性。气襄是一种能够随着外力变形的充气袋，而液压系统则运用了粘稠的流体来吸收汽车颠簸时所产生的冲击力。当汽车在颠簸中受到冲击时，气囊和液压系统就会共同发挥作用，来减轻冲击力。这种减震器的特点是可以根据路面情况、车速和车重等因素来进行自动调节，从而确保汽车在行驶过程中的平稳度和舒适性。气襄液压减震器是一种成熟优秀的汽车减震器，其舒适性和安全性都得到了完美的结合，可以使驾驶者在行驶中享受到更加平稳和安全的驾驶体验。

1.3.4 延长车辆的使用寿命

液压传动系统是将液压能转化为机械能，并作直线往复运动（或摆动运动）的液压执行机构。其结构简单，运行可靠，主要用于实现往复运动时，能够避开减速装置，且具有稳定的运动特征，因此广泛用于各种机械液压系统中。在具体研究过程中，液压缸的输出力与活塞的有效面积及其两侧的压力差成正比；液压缸基本上由缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置和排气装置组成。缓冲装置和排气装置关键在于具体应用，但是其他装置是必不可少。由于液力传动依靠液体传递能量，故能吸收发动机和外负荷的振动和冲击，同时传动元件之间无机械磨损，提高车辆的使用寿命。液压系统中的元器件都经过严格的质检和生产工艺控制，在稳定性和可靠性方面都获得了良好的保证。此外，液压系统中的油液在工作过程中可起润滑和冷却作用，延长机械的使用寿命。

2 液压传动系统在汽车工程中的应用

2.1 液压制动系统在汽车工程中的应用

现代汽车制造对于液压系统的研究应用已经十分成熟，其在轿车、轻型货车等的制动系统中都得到广泛应用，普及率相对较高。从实际应用情况来看，液压制动系统在此领域已经取得了显著应用效果。液压制动系统由多个部件共同构成，包括制动主缸、连接管路、轮缸以及制动力分配阀等部件。其中主缸作为制动系统中的主要动力原件，在液压制动系统运行过程中起到了向系统输送液压油的关键作用，同时制动主缸是液压制动系统的执行软件，在液压制动系统运行过程中主要控制制动块或者制动蹄，以最终达到制动汽车的目的[5]。其具体操作原理如下：汽车制动时，驾驶员向制动踏板施加控制，制动踏板通过制动管路进入制动器，接着在进入主缸的制动缸，此时制动缸的活塞形成制动机械，在机械盘接触到制动鼓时二者发生摩擦，形成制动力焗。在制动过程中，驾驶员可通过增加踏板力的方式促使制动力矩比例增加，以确保连接在制动鼓的车轮停止转动并同时抬起制动器。在驾驶员松开制动踏板时，受到回位弹簧作用，制动轮缸活塞和制动蹄活塞此时会被拉回，制动液被压回主缸，从而解除制动。

2.1.1 液力变矩器

变矩器除了常规应用之外，还可作用于自动改变涡轮机输出扭矩，使涡轮机速度随叶轮扭矩变化。液力变矩器可自动应用于外部负载，保证车辆平稳启动并迅速加速。液力变矩器在一定程度上降低了传动系统的动态载荷，延长了传动系统使用寿命，提高了传动系统运行效率，保障了驾驶员的行车舒适度与安全性。但是，扭矩转换器同时也存在扭矩范围受限和效率不足的问题。因此，单个扭矩转换器在汽车应用上并不常见，需要在此基础上串联固定式或旋转轴机械传动装置以延伸换挡和扭矩范围。现阶段，多数大型汽车在配置流体力学传动装置时重点关注舒适性和操作简易性。例如城市公交车在行驶途中需要频繁启停，启动和加速的频率在不断变化，对于驾驶舒适性的要求逐渐提高。

2.1.2 液力偶合器

液力偶合器又名液压离合器，其作用仅存在于对汽车中的扭矩传递产生影响，安装在发动机和车辆机械传动装置之间，以减小扭矩传递的影响。在汽车启动与加速期间，需要关闭扭转振动才能使汽车保持安静。

2.1.3 液压系统在ABS中的应用

汽车制动器和ABS依据实际驾驶情况自动调节制动力。在这种情况下，液力并不会对车轮形成阻力，同时，车轮和地面会保持接近状态。此应用系统在汽车制造领域占据较高地位，被誉为除安全带以外最具安全系数的一项技术成就。液压ASB制动系统结合了气动和液压制动系统双重功能，在一些大中型车辆中，会发现大多数的液压系统都是应用于ABS液压制动系统。

2.2 液压助力转向系统在汽车工程中的应用

汽车转向装置主要作用于保证汽车行驶过程中依据驾驶员操作需求改变行驶方向，同时还要应对外界多重因素的干扰，克服行驶途中的不良环境影响，以确保汽车平稳行驶，避免发生安全事故。现代新型汽车在制造过程中，会增设转向助力装置，以此来提高汽车驾驶舒适度，缓解驾驶员驾驶疲劳。液压助力转向装置的具体工作原理就是在转向控制阀关闭状态下，汽车仍然能够保持直线行驶状态。详细而言，转向油泵在输出的液压油会进入到内部储能器当中，接着在储能器压力值上升到设定数值之后，油泵此时会自动卸荷，从而进入空载状态，在汽车转向时，此时机械转向器会启动运行，将带动控制阀转入到开启位置，此时储能器内部的液压油便由此被输送到动力杠内部，进而形成推力，助力汽车完成转向。转向系统的功能是通过将汽车恢复到原始运动位置以引导自身，从而使汽车克服驾驶员的侧面阻力，改变其行驶方向的过程。目前市场上有两种转向系统，一种是机械转向系统，另外一种是附带掐转向能源的动力转向系统。

2.3 液压悬架系统在汽车工程中的应用

汽车在行驶期间会受到自身行驶状态以及路面平整度等因素的影响，致使汽车呈现不同的运行状态，包括垂直振动、侧向运动、俯仰运动等等。这些所呈现的运行情况将影响车辆内部驾驶员的操作稳定性与乘客乘坐舒适性。针对上述问题，汽车制造工程师依据现状与实际要求研发出一款能够保证汽车行驶过程中行驶状态稳定运行的电控液压悬架系统。通过该系统的应用，能够主动地抑制汽车在行驶时的振动幅度。因此，为了提高汽车效能，满足市场需求，在汽车制造过程中，安装电控液压悬架系统，通过车内的横向、纵向加速器，以及横摆陀螺仪传感器的应用，能够将车身行驶情况，如车身高度、车身振幅、倾斜程度等各项行驶状态信息及时传送至ECU，接着ECU根据对预先设定好的程序发出信号指令，以此完成对电动机的前后操纵，有效控制油缸作业。

2.4 自动变速器液压控制系统在汽车工程中的应用

自动变速器能够依据汽车发动机负荷改变汽车行驶速度，在汽车运行过程中可及时自动变化传动，在实际操控过程中相对省力、简单，能够有效缓解驾驶员的疲劳程度。自动变速器主要采用液压控制系统来实现自动控制，从而对换挡执行机构进行控制。其主要部件包括动力软件、执行机构与控制机构。液压泵作为自动变速器液压控制系统中的动力软件，其在运行过程中既能够为执行机构与控制机构提供液压油，还可以为液力变矩器提供降低温度。以便实现换挡作业，避免由于温度过高而导致破坏补偿油；执行机构主要包括油制动器液压缸、离合器等部件；控制机构包括手动阀、锁止离合器控制阀、换挡阀等部件。值得注意的是，为确保控制结构发挥相应作用，有效稳定运行，应将其安装在汽车自动变速器上。

3总结

随着科技的进步，汽车工程制造领域也在不断革新汽车应用技术。液压传动系统的快速发展改进了汽车液压应用方式，提高了汽车运行效能，取得了显著的应用效果。液压技术的飞速发展与逐步完善将在未来被广泛应用于不同行业中，尤其在汽车工程应用当中，从而使液压传动技术得到合理发挥。

参考文献：

[1]王宗昌.挖掘机液压系统的优化设计与性能分析[J].中国设备工程，2024（06）：148-150.

[2]林碧琴.浅析电机技术在新能源汽车中的应用[J].中国设备工程，2024（02）：185-187.

[3]郭亚娟，伦佳琪.新型机械设计理论在汽车工程中的运用探讨[J].中国设备工程，2023（22）：254-256.

[4]安亮亮，曹卫彬，李树峰，等.梳夹式红花采收机液压系统设计[J].中国农机化学报，2020，41（01）：37-42.

[5]何晨语.液压传动技术在汽车中的应用及发展趋势[J].内燃机与配件，2021（22）：81-82.