第五章汽车转向操纵性检测

汽车的操纵稳定性是汽车的主要使用性能之一。汽车转向操纵性包括3个方面：操纵性、稳定性和转向操纵轻便性。随着汽车速度的提高，操纵稳定性显得越来越重要。它不仅影响着汽车的行驶安全，而且与运输生产率及驾驶员的疲劳强度有关。转向操纵轻便性是指驾驶员操纵转向盘的容易程度。§5—1汽车转向系统性能评价指标学习目标1．掌握操纵性与稳定性的影响因素。2．掌握汽车转向系统性能评价指标。一、操纵性与稳定性1.概念（1）汽车的操纵性根据道路、地形和交通情况的限制，汽车能正确地遵循驾驶员通过操纵机构所给定的方向行驶的能力。（2）汽车的稳定性汽车在行驶过程中具有抵抗力图改变其行驶方向的各种干扰，并保持稳定行驶的能力。2.影响因素（1）车辆结构方面的因素主要有转向系统性能参数（转向系统的传动比、转向系统的效率、转向器的啮合特性、转向系统的刚度、转向盘转动的总圈数等）；车辆的重心位置、轴距、轮距、质量分配、轮胎的型式和气压以及悬架的导向装置。（2）车辆使用方面的因素二、转向操纵轻便性转向操纵轻便性是指驾驶员操纵转向盘的容易程度。三、最小转弯直径车辆的最小转弯直径的大小会直接影响车辆的机动性。四、转向车轮的稳定效应由于车辆行驶条件复杂，道路对车辆的冲击或对左右轮不均匀的冲击等情况经常发生，使车轮偶然受到外力作用。当车轮在偶然受到外力作用或转向盘稍微转动而偏离直线行驶时，转向车轮应有自动回正恢复直线行驶的能力。当转向车轮摆转一定的角度后，在放松转向盘时，转向车轮应有迅速回正恢复直线行驶的能力。转向车轮具有的保持自动返回直线行驶位置的能力，称为转向车轮的稳定效应。转向车轮越稳定，汽车向前直线行驶的性能越好，操纵越轻便。车辆只有在转向车轮稳定时，才能降低燃料消耗，减少轮胎和零件的磨损。同时，转向车轮具有稳定效应，可以减轻驾驶员的紧张程度。转向车轮的稳定效应是通过转向车轮的定位角来实现的；同时，转向车轮的稳定效应也与轮胎的横向弹性有关。如果转向车轮同时又是驱动车轮时，转向车轮将受到驱动时前进推力的影响而趋稳定。五、汽车转向轮的振动转向轮的振动降低了汽车操纵性与方向稳定性，使轮胎磨损急剧增加，并增加了转向机构的动载荷，降低零件的使用寿命，同时也严重影响行驶安全。转向轮的摆动与车辆悬架系统的技术状况、车轮定位、车轮平衡等有密切关系。§5—2汽车转向操纵性检测学习目标1．掌握转向盘技术状况的检测方法。2．掌握最小转弯直径及其检测方法。一、转向盘技术状况的检测１．转向盘转向力的检测转向盘转向力是指在一定行驶条件下作用在转向盘外缘的最大切向力。它可由转向参数测量仪或转向测力仪检测。（1）检测仪器转向参数测量仪1—定位杆2—固定螺栓3—电源开关4—电压表5—主机箱6—连接叉7—操纵盘8—打印机9—显示器测量转向盘转向力（2）检测方法转向盘转向力的检测方法有多种，目前应用最多的有以下两种：1）路试检测。将转向参数测量仪安装在被测的转向盘上，让汽车在平坦、硬实、干燥和清洁的路面上，以10km/h的速度，在5s内沿螺旋线从直线行驶过渡到直径为25m的圆周行驶，测出施加于转向盘外缘的最大圆周力，该力即为转向盘转向力。2）原地检测。将转向参数测量仪或测力弹簧安装在被测的转向盘上，将汽车转向轮置于转角盘上，通过测力装置转动转向盘，使转向轮达到原厂规定的最大转角，在转向全过程中测出最大操纵力，该力即为转向盘转向力。（3）检测结果分析2．转向盘自由转动量的检测（1）用转向参数测量仪检测检测步骤如下：1）被检车辆置于平坦、干燥、清洁的硬质地（路）面，转向轮保持回正位置，发动机熄火。2）将转向力-角测量仪安装在被检车辆的转向盘上。3）转向力-角测量仪设为峰值保持并清零，转动转向力-角测量仪的操纵盘至一侧有阻力且车轮将要转动时止，角度值记作A1，再转至另一侧有阻力且车轮将要转动时止，角度值记作A2，A1与A2间的自由角度即为转向盘最大自由转动量。（2）用简易检测仪检测 1）在良好的水平路面停放汽车，使前轮位于直线行驶位置。 2）将刻度盘和指针分别固定在转向盘轴管和转向盘边缘上。 3）在转向盘转至自由转动的一侧有阻力位置时调整指针对零，再向另一侧轻轻转动转向盘，当手感变重时指针所扫过的角度即为转向盘的自由转动量。（3）检测结果分析 1）最高设计车速大于等于100km/h的机动车：15°。 2）三轮汽车：35°。 3）其他机动车：25°。简易转向盘自由转动量检测仪a）检测仪的安装b）检测仪1—指针2—刻度盘3—弹簧4—连接板5—固定螺钉6—夹臂二、最小转弯直径及其检测1．最小转弯直径汽车前轮处于最大转角状态行驶时，汽车前轴离转向中心最远车轮胎面中心在地面上形成的轨迹圆直径（d1），称为前外轮最小转弯直径。汽车前轮处于最大转角状态行驶时，汽车后轴离转向中心最近车轮胎面中心在地面上形成的轨迹圆直径（d2），称为后内轮最小转弯直径。汽车前轮处于最大转角状态行驶时，车体离转向中心最远点形成的轨迹圆直径（d3），称为最远点最小转弯直径。汽车前轮处于最大转角状态行驶时，车体离转向中心最近点形成的轨迹圆直径（d4），称为最近点最小转弯直径。汽车最远点最小转弯直径d3与最近点最小转弯直径d4之差的1/2，称为最大通道宽度（B）。汽车最小转弯直径2．最小转弯直径试验条件根据GB/T12540—2009《汽车最小转弯直径、最小转弯通道圆直径和外摆值测量方法》的规定，最小转弯直径试验需具备以下条件：（1）试验场地为平整的混凝土或沥青地面，其大小应能允许车辆做直径不小于30m的圆周运动。（2）汽车装备的轮胎应符合该车技术条件的规定。（3）汽车的车轮定位参数和转向轮的最大转角应符合该车技术条件的规定。（4）汽车处于空载状态，只乘坐一名驾驶员，全轮着地（对最小转弯通道圆外圈直径接近25m的车辆，应增加满载状态下的试验）。（5）测量仪器：钢卷尺，量程不小于30m，精度不小于0.1％。3．最小转弯直径检测（1）根据需要，选择车身上离转向中心最远点、最近点和车轮胎面中心上方安装行驶轨迹显示装置。（2）汽车处于最低前进挡并以较低的车速行驶，转向盘转到极限位置并保持不变，稳定后启动轨迹显示装置，车辆行驶一周，使各测点分别在地面上显示出封闭的运动轨迹，然后将车开出测量区域。（3）用钢卷尺测量各测点在地面上形成的轨迹圆直径，应在相互垂直的两个方向测量，测量时应向左、向右移动，读取最大值；取两个方向的测量值的算术平均值作为试验结果。（4）汽车向左转和向右转各测量一次，记录试验结果。（5）如果左、右转测得的试验结果之差在0.1m以内，则取左、右转试验结果的平均值作为该车的最终结果，否则以左、右转测得的试验结果的较大值作为最终结果。4．最小转弯直径的意义最小转弯直径测量§5—3汽车车轮侧滑检测学习目标1．熟悉车轮侧滑产生的原因。2．了解汽车车轮侧滑试验台的结构。3．掌握汽车车轮侧滑量的检测方法。一、车轮侧滑产生的原因1．车轮外倾引起侧滑车轮外倾角和前束引起的滑动板侧滑a）外倾角引起的侧滑b）前束引起的侧滑L—两侧滑动板原来的距离L′—两侧滑动板移动后的距离D—转向轮移动的距离2．车轮前束引起侧滑3．外倾与前束的综合作用二、汽车车轮侧滑试验台的结构汽车车轮侧滑试验台（简称侧滑台）是汽车在滑动板上驶过时，用测量滑动板左、右移动量的方法来测量车轮侧滑量的大小和方向，并判断是否合格的一种检测设备。目前，国内侧滑台有双板联动式和单板式两种。1．双板联动式侧滑台侧滑台外形（1）侧滑台的机械部分侧滑台机械部分结构（2）侧滑台的测量装置 1）电位计式测量装置电位计式测量装置a）安装位置b）电路原理1—拨杆2—触点3—电位器4—指示计5—稳压电源2）差动变压器式测量装置差动变压器式测量装置a）安装位置b）位移传感器的结构及工作原理1—拨杆2—差动变压器3—触点4—一次线圈5—铁芯6—二次线圈（3）显示装置2．单板式侧滑台单板式侧滑台测量侧滑量原理a）单轮引起的侧滑b）双轮引起的侧滑三、汽车车轮侧滑量的检测1．侧滑量的检测方法一般双滑板侧滑台的侧滑量检测方法如下:（1）汽车在检测前，应将轮胎充气至规定气压，并除去轮胎表面的油污、水渍及花纹沟槽内的夹杂物。（2）打开侧滑台滑动板的锁止装置，并接通电源。注意指示装置，它应指示“0”位。（3）将汽车垂直对正侧滑台，并使转向盘处于正中位置。（4）将汽车以3～5km/h的车速平稳驶向侧滑台滑动板，在行进过程中，不允许转动转向盘或制动汽车。（5）当被测汽车前轮（或后轮）完全通过试验台滑动板时，从指示装置上观察侧滑方向并读取、打印最大侧滑量，其最大侧滑量即为被测前轮（或后轮）的侧滑量。（6）检测完毕，锁止滑动板并切断电源。2．侧滑台使用注意事项（1）严格禁止超过侧滑台允许载荷的汽车通过侧滑台，以免将其损坏。（2）汽车不准在侧滑台上制动、转向。（3）侧滑台在不使用时，要用锁止销锁住。（4）保持侧滑台清洁，防止泥水渗入滑动板。3．侧滑量检测分析（1）检测标准（2）检测分析（3）侧滑量过大时的调整§5—4车轮动平衡检测学习目标1．熟悉车轮不平衡的主要原因。2．熟悉车轮静平衡与动平衡原理。3．掌握车轮不平衡的检测方法和车轮平衡检测结果的分析方法。一、车轮不平衡的主要原因二、车轮静平衡与动平衡原理1．车轮静平衡车轮静平衡是指车轮质心与其旋转中心重合。简单的检验方法是，支起轮轴，调整好轮毂轴承的松紧度，用手轻转车轮，使其旋转至自然停转，此时在车轮离地最低点做一个记号。重复上述试验多次，如果每次离地最低点相同，说明车轮存在静不平衡。若上述试验车轮每次自然停转位置各不相同，则说明车轮是静平衡的。离心力计算公式如下：F=mrω2消除车轮静不平衡的方法是：在车轮适当位置，加一平衡块，使平衡块质量和不平衡质量所产生的离心力大小相等，方向相反。这样车轮旋转时，二者的合力等于零，车轮就达到了静平衡状态。车轮离心力2．车轮动平衡若车轮的质心偏离其旋转轴线或车轮的惯性主轴与其旋转轴线不重合，则该车轮为动不平衡。消除车轮动不平衡的方法是：在轮辋两平面适当位置，加装适当质量的平衡块。当车轮旋转时，其平衡块产生的离心力及力偶，正好可用来抵消车轮动不平衡力及力偶的作用，从而使车轮处于动平衡状态。车轮的动不平衡a）车轮动不平衡受力b）动不平衡引起转向轮摆振三、车轮不平衡的检测由于动平衡的车轮肯定是静平衡的，而静平衡的车轮却不一定是动平衡的，因此，对车轮一般进行动不平衡检测，只有当车轮外径和轮宽之比≥5时，才采用静不平衡检测。1．车轮不平衡的就车式检测（1）就车式车轮平衡机的结构原理就车式车轮平衡机主要由驱动装置、传感器支架、电测系统、光电相位检测装置及指示装置等组成:就车式车轮平衡机1—光电传感器2—手柄3—仪表板4—驱动电动机5—摩擦轮6—传感器支架7—被测车轮（2）就车式车轮平衡机的检测步骤 1）被测车轮的准备 2）安装传感器支架 3）检查车轮转动情况 4）把摩擦轮紧压在被测车轮上，按下第一次试验按钮，启动电动机带动摩擦轮和被测车轮高速旋转，注意使车轮旋转方向与汽车前进时一致。待转速上升到适当转速时，分离摩擦轮同时释放按钮，测量系统记录与不平衡力及其相位有关的原始数据并存入计算机，此时指示仪表将闪烁显示这组未标定的不平衡数值和相位。 5）在反光标志处加装计算机预设的标定质量，将摩擦轮紧压在被测车轮上，按下第二次试验按钮，电动机带动摩擦轮和被测车轮高速旋转，当转速达到设定值时指示灯亮，再分离摩擦轮同时释放按钮，于是测量系统将把第一次试验测得的数据转换成应加装的平衡块质量和相位，并显示在仪表板上，这就是平衡机的自标定功能。 6）根据显示的质量，在指定相位上加装平衡块，同时去掉标定质量块。再启动平衡机检测剩余不平衡量，看其是否满足法规要求。若达不到要求，则进行第二次复试；若仍然达不到要求，则可拆下车轮进行离车平衡作业。（3）就车式检测特点 1）检测效率高 2）检测效果好 3）平衡难度相对较大2．车轮不平衡的离车式检测（1）离车式车轮平衡机离车式车轮平衡机目前应用最多的是硬式支撑的动平衡机，它主要由驱动装置、主轴与支撑装置、显示与控制装置、制动装置、机箱和车轮防护罩等组成。离车式车轮平衡机的主轴为卧式布置的称为卧式车轮平衡机；主轴为垂直布置的称为立式车轮平衡机。离车式车轮平衡机a）卧式车轮平衡机b）立式车轮平衡机（2）离车式车轮平衡机的检测步骤 1）车轮检测的准备 2）车轮的装夹 3）打开电源开关，检查指示与控制装置的面板是否指示正确，并确保其正常。 4）测量轮辋直径、轮辋宽度和安装尺寸等参数，并将其输入微机。 5）放下车轮保护罩，按启动按钮，车轮旋转，平衡机则自动进入车轮平衡检测程序。 6）在车轮停止转动后打开车轮保护罩，根据测量结果，在轮辋两侧边缘指示相位上分别装上相应质量的平衡块。 7）重新启动平衡机进行再次检测，观察剩余不平衡量是否满足标准要求。 8）检测结束，关闭主机电源。（3）离车式车轮平衡机的检测特点 1）检测精度高 2）平衡作业简单 3）检测速度慢四、车轮平衡机的使用注意事项1．严禁冲击和敲打主轴或传感器支架。2．传感器的固定螺栓不得任意松动3．平衡块的最小重量为5g，且最小间隔为5g4．对因交通事故而严重变形的轮辋或胎面大面积剥离的车轮是不能上机进行平衡作业的5．在使用多个平衡块时须慎重多个平衡块的并用§5—5四轮定位检测学习目标1．熟悉汽车车轮定位参数的定义和作用。2．熟悉四轮定位仪的组成和工作原理。3．掌握四轮定位的检测方法。四轮定位仪是专门用来测量车轮定位参数的设备。四轮定位仪可检测的项目包括：主销后倾角、主销内倾角、前轮外倾角、后轮外倾角、前轮前束值/角（前轮前束角/前张角）、后轮前束值/角（后轮前束角/前张角）、包容角、转向20°时张角、推力角和轴距差等。一、汽车车轮定位参数车轮定位包括前轮定位、后轮定位，即四轮定位。前轮定位参数是指前轮前束、前轮外倾角、主销后倾角和主销内倾角，后轮定位参数主要是指后轮前束、后轮外倾角。1．主销后倾角主销后倾角（CasterAngle）是指在汽车纵向平面内，主销上部向后倾斜而与车轮中心的垂线形成的角度γ。2．主销内倾角主销内倾角（SteeringAxisInclination，SAI）是指在汽车横向平面内，主销上部向内倾斜而与垂线形成的角度β。主销后倾角主销内倾角3．车轮外倾角除主销后倾和内倾两个角度用于保证汽车直线行驶外，车轮中心平面也不是垂直于地面的，而是向外倾斜一个角度α，称为车轮外倾角（CamberAngle。4．前轮前束前轮左、右车轮的旋转平面不平行，车轮前端胎面中心线间的距离B小于车轮后端胎面中心线间的距离A，称为前轮前束（WheelToe-in。前轮前束可通过改变横拉杆的长度来调整。调整时，可根据各厂家规定的测量位置，使两轮前后距离差（A－B）符合所规定的前束值。一般前束值都小于12mm。车轮外倾角前轮前束5．包容角主销内倾角和车轮外倾角之和称为包容角（IncludedAngle），在悬架系统没有损坏的情况下，内倾角和外倾角会有变化，但是包容角不变。外倾角主销内倾角包容角2°7°9°2°8°9°0°9°9°－1°10°9°－2°11°9°车轮外倾角、主销内倾角与包容角的变化关系主销内倾角、车轮外倾角和包容角6．转向20°时张角转向20°时张角定义为转向20°时两前轮转向角度之差。7．推力角推力角（ThrustAngle）是指汽车后轮总前束的夹角平分线（推力线）与汽车几何中心线所成的角度。8．轴距差两前轮中心的连线与两后轮中心的连线之间的夹角称为汽车的轴距差。当右侧车轮的距离比左侧车轮的距离大时，规定轴距差为正值；反之，当右侧车轮的距离比左侧车轮的距离小时，规定轴距差为负值。如果汽车的前后轮距已知，则轴距差可以用角度值来表示。9．定位参数间的关系一般来说，正的外倾角应有正的前束来保证车轮向正前方滚动，负的外倾角多由负的前束来匹配，但并不绝对，因为还有主销内倾角和主销后倾角对转向也有影响。转向20°时张角推力角轴距差二、四轮定位仪的组成和工作原理四轮定位仪有电脑式、光学式和3D式等多种类型。其测量原理基本相同，只是测量方法、结构等方面有所区别。1．CCD技术的四轮定位仪（1）四轮定位仪的组成 1）主机 2）传感器机头 3）通信系统 4）机械部分。电脑式四轮定位仪主机外形（2）四轮定位仪的工作原理CCD图像传感器测量示意图2.3D四轮定位仪3D四轮定位仪3D四轮定位仪测量原理a）标定基准b）前束测量c）外倾角测量三、四轮定位的检测1．检测前的准备（1）对被测车辆进行预检查，检查内容包括：轮胎气压是否符合规定、轮胎尺寸是否一致；轮辋变形是否严重；车轮轴承间隙是否正常；悬架系统、转向节及其拉杆的球头销有无间隙过大等。若不符合要求，则应先行修复，否则会导致检测的数据不准确。（2）根据汽车轴距和轮距确定转角盘和后滑板的位置，确保检测时各车轮能处于同一水平面，避免倾角测量产生误差。（3）用锁销将转角盘锁紧，随后将汽车行驶到举升机上，使前轮正好位于转角盘中心，当车轮处于直线行驶状态时，转角盘的指针应与刻度盘上的“0”刻度对齐。车辆停稳后，进行驻车制动，以确保车辆不移动和人员安全，然后松开锁销。（4）将轮夹装在轮辋上，然后按规定的前后左右位置分别将传感器机头牢固地安装在汽车相应的四个车轮上。（5）调节各传感器机头，使水准仪气泡处于中间位置，保证传感器机头处于水平位置。2．检测时的操作程序（1）打开设备电源，启动计算机。经过计算机自检进入Windows操作系统，系统自动运行四轮定位仪的专用软件，显示器屏幕进入测量程序主界面。（2）单击“车型选定”按钮，进入下一级菜单，选择车型数据并开始检测或偏心补偿。（3）偏心补偿。为减少轮辋变形及轮夹安装误差对检测精度的影响，四轮定位仪设计了偏心补偿功能，以补偿双侧车轮的同轴度。偏心补偿时，架起车轮并放松驻车制动器操纵杆，按界面提示操作要求，依次对各车轮进行偏心补偿。（4）按显示器界面的提示，将驻车制动器操纵杆拉紧，用制动踏板固定架将行车制动踏板压紧，将车辆二次举升复位，使前轮落在转角盘中心，再用力压几下前后车身，使汽车恢复原始状态。然后，按下传感器的MEMORY键或键盘上的M键，进入测量界面。若不做偏心补偿，则无步骤（3）和（4），按F1键直接进入测量界面。（5）按显示器界面的提示，逐项进行所需的四轮定位参数检测与调整。（6）检测完成后，可以查看检测结果，打印检测报告。（7）检测完毕后，退出车轮定位检测程序，关闭主机。四、四轮定位仪检测的特点1．操作简单、使用方便2．测量参数全面、准确3．适应车型多4．检测效率高§5—6悬架性能检测学习目标1．掌握汽车悬架性能的评价指标。2．掌握汽车悬架性能的检测方法。3．熟悉汽车悬架性能的检测标准。一、汽车悬架性能的评价指标1．车轮接地力车轮接地力是指模拟汽车行驶时车轮与道路接触的法向力。2．车轮接地性指数车轮接地性指数也称吸收率，是指共振时车轮作用于检测台的最小动态垂直接地力与静态垂直接地力之比的百分数。二、汽车悬架性能的检测目前，汽车悬架性能的检测是一种快速检测，且必须在专用台架上进行。下面以目前广泛使用的谐