《大众汽车转向行驶跑偏故障诊断分析（论文）8400字》

引言1.1研究本课题的意义和目的随着汽车普及程度和车速的提高，汽车行驶跑偏的现象越来越多，车祸不断的增加。汽车交通事故已成为严峻的全球性社会问题。行驶跑偏是汽车使用过程中一种常见的故障。该故障会导致驾驶员的操作疲劳，增加驾驶难度；对车辆轻则造成啃胎、轮胎报废，重则引发爆胎、车辆失控等。通过分析大众CC2013款汽车转向行驶跑偏的主要故障体现以及故障的主要原因及其诊断方案，对轮胎气压、四轮定位、悬架系统进行深入研究，进一步有针对性地提出故障检修与排除方法[1]。1.2国内外研究现状近年来，针对转向系统的国外研究主要集中在新型主动前轮转向系统结构开发以及转向控制策略两个方面，并取得了积极的进展。转向系统结构开发主要集中在转向系统的可变传动比研究，例如宝马汽车公司的“3系”和“5系”车型，丰田汽车公司的“雷克萨斯”等车型已经搭载了主动前轮转向系统并获得了良好的用户口碑，德尔福公司、奥迪公司和光洋精工等也分别设计了各自的主动转向系统装置。HuhKunsoo等针对汽车在容易发生侧滑的极限工况下，利用模型预测控制对转向轮胎上侧向力的参考值与补偿预测力产生的差值进行了跟踪控制研究，设计了相应的稳定性控制器，并通过硬件在环仿真验证了该方法的有效性。Mammar等人考虑了汽车系统的建模不确定性，利用H∞鲁棒性控制理论对主动转向车辆的稳定性进行了研究，提出的稳定性控制器具有良好的抗干扰效果。国内一些专家学者也对汽车转向行驶跑偏的控制技术进行了相关研究，并取得了积极的效果。吉林大学的郭孔辉院士对汽车轮胎特性进行了深入研究，尤其在非线性轮胎特性、驾驶员预瞄模型方面做出了卓越贡献，为主动前轮转向系统的动力学特性和人-车-路闭环控制研究奠定了基础。南京航空航天大学的魏建伟等提出了在主动前轮转向干预时电动助力系统的前馈修正控制策略，并给出了助力修正控制方案有效性的评价指标。桑楠等提出了基于自抗扰技术的主动前轮转向与直接横摆力矩集成控制方法，提高了车辆在高低附着路面行驶的操纵稳定性。北京理工大学魏杰、林逸等在原有电动助力转向的基础上设计了新型的主动转向系统，通过原助力电机实现对驾驶员的手力调节，通过助转角电机纠正转角实现对车辆的主动避障、车道保持和横摆稳定性控制，建立了非线性模型预测控制策略以实现车辆的主动避障和车道保持功能，以及双层模型预测控制策略选择最优避障路线。1.3发展趋势综上所述，国内学者的研究主要集中在两个方面：一是汽车转向系统自身的可变传动比研究以及结合整车的稳定性控制、自动驾驶控制研究；二是汽车转向行驶与诸如电动助力转向系统、主动悬架系统等其他汽车底盘子系统的集成控制研究。2汽车转向行驶跑偏的原因分析2.1车轮的相关角度汽车转向行驶偏差的第一根本原因是车轮的相对位置不正确，这里提起了汽车的车轮相对的位置，所以很需要对车轮的相关角度介绍。[2]当轮胎中心线在铅垂线外侧时夹角称为正外倾角(见图2.1a)当轮胎中心线在铅垂线内侧时夹角称为负外倾角（见图2.1b）。图2.1外倾角的定义不管采用正外倾角或负外倾角，由于车轮内侧和外侧转动的半径不太一致，而车轮转速相同必须造成车轮内外磨损不均匀，如图2.2所采用零外倾角的主要原因，是防止轮胎不均匀的磨损。图2.2零外倾角的作用在现代汽车中，由于悬架和车桥比过去的坚固，加上路面的平坦，所以采用采用零倾角或负倾角的车也越来越多。在负外斜角的车辆转弯时外斜角减小，车辆倾斜度也相应减小。小轿车高速转向，离心力增大，车身外斜角加大，产生了更大的正外顷，使得外侧悬架负载，加剧了外侧轮胎的变形，外侧轮胎与地面接触的内外滚动半径不同，外侧小于内侧，不仅加剧了轮胎磨损，也会使转向性能降低（如图2.3）。所以现代轿车车轮外倾角较小甚至为负值（内倾），可使内外侧滚动半径近似相等使轮胎外侧磨损均匀，还提高了车身的横向稳定性。图2.3负载外倾角的作用前束角是指前轮前速是从车辆的前方看，车轮中心线与车辆中心对称之间的夹角（见图2.4）。车轮前束A<B车轮后束A>B图2.4前束的定义前束角的作用：因为车轮外倾斜角作用使车轮顶部外倾斜，当车辆向前行驶时，车轮要外滚动，从而产生侧滑，侧滑造成轮胎磨损，所以，前束作用是消除由于外倾斜角所产生的轮胎侧滑（如图2.5）所示。图2.5外倾角产生的侧滑主销后倾角是指从车辆侧面来观察上球头和支柱顶端与下球头之间连线，向前或向后倾斜，即转向轴线和地面的垂线之间的夹角（如图2.6所示）。后倾角包括三种，正的后倾角、负的后倾角、还有零的后倾角。[3]图2.6主销后倾角的定义内倾角是指从汽车的前方观察，转向轴线与地面的铅锤线所形成的角度（如图2.7）[4]。图2.7内倾角的定义2.2造成车轮的相对位置不正确因素2.2.1轮胎的影响（1）轮胎胎纹的影响。汽车如果长时间没有做车轮动平衡会导致车轮轮胎出现比较严重的磨损，如左右车轮的磨损量不相同，也会导致车身倾斜，使左右两侧外倾角不一致而导致汽车行驶跑偏。（2）轮胎压力的影响。汽车车轮的正常压力一般为2.2~2.5bar之间（13款大众CC标准气压：前轮为2.0，后轮为2.4），在行驶一段时间后，会出现左右轮胎胎压不一致的情况。将会导致汽车左右一边高一边低的现象。[5]2.2.2底盘或车架变形的影响底盘车架的变形会使整车的稳定性变差，操控性降低，会使左右两侧的车轴长度不相等，导致汽车行进时绕前轮轴线和后轮轴线的交点转动（如图所示2.9），最终会导致汽车向右跑偏。图2.9车轴不等长示意图2.2.3四轮定位的相关参数影响四轮定位参数正确与是否保证汽车保持稳定直线行驶的重要因素。四轮定位包含主销后倾角、主销内倾角、前轮外倾角和前束四个内容。[6]3大众CC2013款电控悬架系统的结构控制原理3.1大众CC2013款电控悬架系统的总体结构大众CC除了发动机采用的最新技术外，大众的五连杆机构在同类型的汽车中是独一无二的。大众的五连杆机构的全称是一个5连续独立悬架系统。所谓“5连杆”，是指摆臂、摆臂、上臂、下臂和控制臂的前部，可以调整前梁控制臂后轮。图3.1大众CC5连续独立悬架系统这种方法的特点是：在实现5根连杆后，由加速度和制动产生的前、后方向的力和方向均通过5臂，使整个悬架系统结构简单、质量低。前后方向的力由前定位臂和后定位臂承担；侧向力由上臂、下臂和控制臂支撑，刚性好。同时，上、下冲击由减振器控制，稳定性得到控制，而乘坐舒适性也有很好的效果。由于上臂、下臂和控制臂垂直排列成一条直线(垂直于车轮)，悬架的侧刚度增强。趋向于定位臂的装饰和定位臂的连接曲线与普通悬架车轮胎中心的跟踪，它可以使后坡道直线行程，主销以最佳角度，大大减少前后路的方向，提高了加速和制动的舒适性和保障性。[7]5连杆的配置使车辆具有前向梁的特点，无论是直线、转向或制动。当上臂和前臂对准定位轴位于安装基本平行的轴点，安装点和后臂平行于轴的基本安装点，在车轮跳动的脚趾和线性度做一些小的变化，提高了轮胎的接地电阻，增加直接和滚动阻力，降低转向不足。车轮的中央控制臂之间的距离大于车轮的中心的下臂，和下臂衬套有较大的位移，有被动辅助转向的作用，使弯曲的道路更锋利，可比赛的前滑轮指定改善控制性能的角度（图3.2）。制动时，前定位臂和后定位臂偏向布局，增加了制动力的推力。另一方面，偏心控制臂不易产生位移，从而进一步保证了前梁。即使在制动的情况下，机动性仍然保持（图3.3）。图3.2转向时正前束特性图3.3制动时正前束特性大众CC可以模拟双横臂悬架几何特性的五连杆系统，使汽车具有良好的转向性能、直线运动性能和驾驶舒适性，并能增加行李箱空间，使其性能更加令人舒适。3.2方向盘转向角传感器图3.4显示了大众CC2013款应用的光电转向角传感器的安装位置和结构图。在方向盘的转向轴上设有窄槽盘，传感器的光电单元（即发光二极管）和感光接收元件（光敏三极管）相对布置在光盘的两侧，形成遮光罩。由于碟片上的窄间隙分布均匀，当方向盘轴带动碟片偏转时，窄间隙碟片将扫过灯灭中间的孔，使灯灭输出端进行通断转换，形成脉冲信号。电路原理图如图3.5所示，工作原理图如图3.6所示。图3.4名称光电式转向角传感器图3.5光电式转向角传感器工作原理图3.6方向盘转向角传感器工作原理3.3车身高度传感器车身高度传感器的功能是检测汽车年行驶时车身高度的变化（汽车年悬架的位移），并专门设计电信号输入悬架系统的电子控制装置。常用的车身高度传感器有钢板弹簧开关高度传感器、霍尔集成电路高度传感器和光电高度传感器。片簧开关式高度传感器。片簧开关式高度传感器的結枸和工作原理如圏3.7所示。图3.7片簧开关式高度传感器结构及原因板簧开关高度传感器有四组接触开关，分别与两个三极管连接，形成四个检测电路。两段作为输出信号与悬架ECU相连，两个三极管由ECU输出端子控制。传感器将车身高度状态分为四个检测区域，即低、正常、高和超高。当车身高度设置为正常高度时，如果由于乘客人数的增加，车身高度偏离正常高度。此时，钢板弹簧开关式高度传感器的一对触点闭合，产生电信号并发送到电子控制单元，电子控制单元判断车身高度过低，并将电信号输出到车身高度控制执行器，使车身高度恢复到正常高度状态。霍尔集成电路式高度传感器。霍尔集成电路式高度传感器的结构和工作原理如图3.8所示。图3.8霍尔集成电路式高度传感器结构和原理霍尔集成电路高度传感器由两个霍尔集成电路和磁铁组成。其工作原理是当两块磁铁的相对位移是由物体高度的变化引起时，两个霍尔集成电路会产生不同的霍尔效应，并形成相应的电信号。根据这些电信号，悬架电子控制装置将对车身高度偏离设定高度进行判断，从而驱动执行器进行相关调整。由于安装时两个霍尔集成电路和两个磁铁的位置组合不同，车身高度状态可分为三个区域进行检测。光电式高度传感器。光电高度传感器属于非接触式高度传感器，在使用过程中不会因磨损而影响检测精度和灵敏度。因此，越来越多的现代汽车使用光电高度传感器。其工作原理图如图3.9所示。图3.9光电式高度传感器结构和原理

4大众CC2013款转向行驶跑偏故障的检修与维护4.1电控悬架系统的传感器故障检查和诊断4.1.1汽车高度的检查在电控悬架系统中，车辆高度传感器作为主要功能模块，负责监测车辆底部的高度变化。在车身高度传感器的实际应用中，主动式非接触式角度传感器较为常见，为了保证传感器能够安装在悬架和车身之间，实现对悬架振动幅度的准确感知，传感器以磁场为工作介质，通过对车辆运动参数的转换，实现数字电压作为实际输出形式，ECU可在此基础上完成准确的驾驶高度定量计算过程，从而根据实际道路变化控制车身高度，有效避免车底同一路面上的颠簸与凹陷之间的擦伤引起的跑偏。利用光电三极管或光电二极管监测车辆高度的动态变化，并将测试结果传送到电子控制单元。ECU根据行驶中的车辆载荷，动态调整车身高度，保持车身高度，保证车辆平稳运行，使车辆在前后左右轮载荷变化时不受载荷的影响。同时，为了保证车身高度不变，车轮悬架的刚度可以根据汽车的实际情况进行调整，如制动、起步、转向等，从而使汽车的抗俯仰和抗侧倾能力得到明显增强。[8]车辆高度传感器的工作原理是充分利用连杆。通过调整连杆的长度，可以测量出悬架在10cm内的变化，以及悬架与车身之间的距离。在此基础上，将其转换为角度变化值，然后通过输出电压的线性变化来测量角度变化值。小于或等于5V的电压值对应于传感器表征变化在±40。然后，FCU检测到车辆高度传感器的输出信号（按固定的时间间隔），在此基础上判断各区域的比例，并根据判断结果确定是否调整车辆高度和调整范围。同时通过打开排气阀和压缩机来完成空气悬架主气室中的空气量的控制，保证根据实际路况将车体高度调整到合理的范围内，完成调整过程。在车辆高度传感器的维修过程中，光敏三极管和LED常出现脏污、损坏，包括电路短路、接触不良等，这些故障的发生会削弱传感器的输出信号，导致悬架控制系统不能正常工作，影响汽车行驶转向。因此，在检测车辆高度传感器时，首先要观察光电耦合部分和快门，在保证其清洁、连接电路无故障的基础上，拆卸车辆高度传感器，用导线与插头电源连接完毕后，打开点火开关，测量插头上信号插座的电压值，如果电压值在0-1v范围内，则意味着车辆高度传感器具有良好的性能。4.1.2方向转角修理方向盘转角传感器的常用方法有：在拆卸仪表板手套箱的基础上，连接点火开关，缓慢转动电子控制悬架系统FCU中SSL、SS2等连接器端子与车身接地之间的电压方向盘。如果电压变化值在0-5V范围内，则传感器性能良好；拆卸方向盘后，将方向盘与连接器分离，连接点火开关，然后测量端子1和2之间的电压。如果电压值在9-l4v范围内，则传感器性能良好；拆下方向盘后，将方向盘与连接器分离，使传感器旋转部分处于慢速旋转状态，施加蓄电池电压（端子间），测量端子之间的电压值，如果电压值位于0一区间内则传感器性能良好。[9]4.2前悬架系统及其检修4.2.1前悬架系统的结构前悬架系统主要由前减振器、稳定杆和上、下横臂等组成，其结构如图4.1所示。图4.1前悬架系统结构4.2.2前悬架横臂的拆装与检查拆卸前悬吊臂部分，检查前悬吊臂部分，检查内容如图4.2所示，操作应注意以下：在拆下横臂前，必须先拆下前减震器。拆卸后更换自锁螺母。注意不要损坏球头保护套。前悬架臂的安装如图4.2所示。在操作过程中，应注意以下几点：橡胶衬套不能互换。在拧紧固件之前从螺纹上清除污垢或油脂。安装完成后，应按规定检测前轮，必要时进行调整。4.2.3前悬架系统转向节与轮毂的拆装检查前悬架系统的转向节和车轮的拆卸位置、检查内容和安装要求如图4.2所示。为了防止对制动软管的损坏，可以使用金属短柱将制动钳悬挂在底盘下。从转向节上拆下车轮速度传感器（不要断开插头）。[10]拆下制动盘固定螺钉6mm，并把它的制动盘从中心弹出，每个螺栓每次旋转2次，以防止制动盘倾斜。从手指关节上拆下制动盘，检查前轮是否损坏或损坏，除去污垢或油脂，从滚珠螺母保护螺母上拆下滚珠并拆下球头保护螺母。图4.2前悬架系统转向节与轮毂的拆卸部位、检查内容及安装要求4.3后悬架系统及其检修4.3.1后悬架系统的结构大众CC轿车采用瓦特的连接装置，这是一种新的悬挂臂，通过五个连杆和两个叉来控制更灵敏，它能提供安全可靠的稳定性和驾驶舒适性，增加后座和行李箱空间，后悬架系统由一个后减震器和五个连杆（上臂、下臂、后臂、后臂、控制臂）和稳定杆组成，该结构如图4.3所示。图4.3后悬架系统的结构4.3.2后悬架五连杆的拆装与检查五连杆后悬架装配部和检查安装的内容和要求应注意以下几点：1.更换所有的自锁螺母和开口销。2.在拧紧固件之前，去除螺纹上的污点或油脂。3.在举升车辆之前，必须拧紧连接到橡胶阀座或衬套的所有螺栓和螺母。安装完毕后，按规定的检查和状态调整轮对。4.3.3轮毂轴承装置的更换轮毂轴承的装配图如图4.4所示。根据拆卸顺序安装转向节，在操作过程中应注意以下几点：安装制动盘前，要清洗轮毂面和制动盘；在装配前，必须使用高燃点溶剂彻底清洁轴承和轴；为了防止制动钳或制动软管的损坏，请用短电线将制动钳挂在底盘下面。图4.4轮毂轴承装置装配4.3.4转向节轴套的更换转向节放在压力机下并进行机械加工；调整衬套拆卸，以配合衬套孔内径，并拧紧内部六角螺栓；将套筒拆卸器套在套筒上，并用套筒压紧套筒；把接头放在压下，让它面朝下；调整套筒拆卸装置以与套筒孔的外径相匹配，并将套筒拆卸放置在套筒上；密封套筒拆卸与压套入转向节，直到套筒的末端对准转向节的加工表面。[11]4.4四轮定位的检测与调整检测车轮倾角以去除所测量的车轮；从内轮铝合金轮毂上拆下中盖；从后轮毂上拆下轮毂盖；车轮定位器附件和测斜仪安装在轮毂上；转动前轮使其保持直线；两个旋转轮是使装置左右方向大致水平。

5具体案例分析5.1汽车行驶跑偏的原因分析（1）车轮定位不准。车轮定位不准是引起汽车跑偏的主要原因，而且即使轮胎定位参数都在规定范围内，但如果各参数之间不匹配，也会引起汽车的行驶跑偏。[12]（2）轮胎问题。车辆在直线行驶时，会向轮胎气压低的那侧跑偏。花纹和材质等因素不会完全相同，致对地面的压力也不同，使轮胎的横截面类似于圆锥形，左、右两侧轮胎锥度力的合力决定车辆的跑偏方向。（3）制动系因素。当轮胎的某一个制动器回位不良导致，盘式制动器用制动钳体上两制动块依靠液压油的作用下，夹紧制动盘进行制动的；当某一侧制动块回位不良，没有踩下制动器，其也有一定制动作用，这就相当于某一车轮始终受到制动块施加一侧轴向力，行驶起来车辆必然会跑偏。（4）转向系因素。由于汽车使用时间过长，加上在使用过程中没有及时保养和维护，致使转型系中转向拉杆球头、支撑臂胶套、稳定杆胶套等位置间隙过大，这两个部件也是转型系中易发生间隙过的部位，间隙过大，转向盘就不能很好的控制汽车车轮，汽车发生跑偏现象。[13]5.2故障现像确认一辆大众CC2013款汽车，配备2.0TSI发动机，行驶里程5149km，在动态车检的过程中，试验样车总是会向左跑偏，驾驶员为保持车辆正常行驶，双手必须始终把住方向盘，驾驶一天车会感到精疲力尽。5.3查找相关资料鉴于上述问题，笔者首先，对样车的轮胎胎压进行检测；其次，对样车的轮胎进行左、右互换，调整锥度力的合力；再次，检查底盘结构件的尺寸和装配；最后，校准四轮定位参数。5.4故障诊断通过对该汽车的胎压进行检测，发现符合标准，调整轮胎锥度力的合力后，行驶跑偏依然存在。检查结构件的尺寸，没有超差，符合设计标准，底盘的装配也没有出现干涉现象。最后对样车进行了四轮定位，发现右轮外倾角偏小，不符合设计标准。主销内倾和主销后倾在一般的维修过程中是不能调整的，但是车辆过载，车架弯曲，上臂安装角度差都会造成后倾角的不一致。特别是悬架零件的磨损、失效、松旷等都会改变包括主销后倾角、主销内倾角在内的前轮定位角。车轮有外倾角后，在滚动时，就有一个滚锥效应，导致两侧车轮向外滚开。如果两个左右外倾角不等，车轮向两侧滚动的效应便不相等，汽车就可能会跑偏。在左、右两侧车轮的外倾角相差很大时，车辆会向外倾角偏大那侧跑偏。样车的左轮外倾角大于右轮外倾角，因此车辆会向左跑偏。5.5车轮定位故障排查需要对该汽车悬架的结构件进行调整，使右轮外倾角增大。样车右前悬的减震器和转向节是用两个螺栓相连，通过调整上连接螺栓的垫片厚度，可以调整右轮外倾角的大小，如图5.1所示。图5.1右前悬调整示意图考虑到四轮定位参数的设计要求，最后决定把上连接螺栓的垫片增厚4.5mm，使右轮外倾角符合设计标准。在调整四轮定位参数后，对该样车重新进行动态驾，发现它已经完全符合判定标准，没有再出现向左跑偏，故障排除。

6结束语研究车辆行驶跑偏问题要采用从简到繁的分析方法，先检查轮胎的胎压和锥度力合力，再检查悬架结构件尺寸和底盘装配工艺，最后检查四轮定位参数，从而可以找到问题的根本并提出相应的解决措施。市场需求决定了汽车工业的发展，人们物质生活对汽车性能要求的提高，人们不断增加，舒适、安全、美观，成为人们对新车的期望，因此汽车悬架系统的设计变得越来越重要。本文集中探讨大众CC2013款转向行驶跑偏故障的检修与维护，综合考虑各种因素，希望通过此次探究，能为汽车故障诊治提供开发出更加科学有效的诊断方法。

8参考文献[1]中国汽车工程学会.2008世界汽车技术发展跟踪研究[M]//陈慧，等.汽车转向系统电子化技术发展.北京:北京理工大学出版社，2008.[2]门俊，张欣.汽车电动助力转向技术分析[J].北京汽车，2006(2):35-39.[3]赵燕，周斌.新型汽车转向传感器的研究与发展[J].中国仪器仪表，2003(8):4-6.[4]庞剑，湛刚，何华.汽车噪声与振动一理论与应用[M].北京:北京理工大学出版社，2006.[5]路雨祥.液压气动技术手册[M].北京:机械工业出版社，2002[6]刘艺.四轮驱动电动汽车转向稳定控制