汽车操纵稳定性能与检测

项目5汽车操纵稳定性能与检测汽车操纵稳定性能是指驾驶员在不感觉过分紧张、疲劳的情况下，汽车能按照驾驶员通过转向系及转向车轮给定的方向（直线或转弯）行驶；且当车辆受到外界干扰（路面不平、侧风、货物或乘客偏载）时，汽车能抵抗干扰且保持稳定行驶的性能。汽车操纵稳定性能是汽车的主要性能之一，它是汽车行驶安全、运输生产效率及驾驶员疲劳程度的重要影响因素之一。随着汽车行驶速度的提高，操纵稳定性能更显得重要。检测汽车操纵稳定性能时，通常采用的检测方式是汽车车轮定位检测和转向轮侧滑检测。任务1车轮定位仪检测汽车操纵稳定性能任务引入某客户的汽车在行驶一段时间以后出现车轮外倾的现象，并导致车轮单侧磨损严重。该客户将汽车送至4S店进行检测。对汽车车轮进行定位检测需要了解主要定位参数及检测标准，掌握汽车车轮定位参数的检测技术，掌握汽车车轮定位设备和仪器的使用方法，能够对与汽车车轮定位有关的操纵稳定性能做出评价。知识链接为了提高汽车的转向操纵稳定性、轻便性，确保车辆直线行驶和自动回正，减少轮胎的磨损，汽车车轮和主销都设计了多种角度参数，统称车轮定位参数。由于汽车的转向车轮一般在前轮，在前轮上设计了前轮前束、前轮外倾角、主销后倾角和主销内倾角等参数，统称为前轮定位。后轮定位包括后轮前束和后轮外倾角。前后轮定位统称为车轮定位，乘用车一般称之为四轮定位。四轮定位的作用是使汽车保持稳定的直线行驶、转向轻便，并可减少汽车行驶中轮胎和转向机件的磨损。一、车轮定位参数及作用1．前轮外倾（1）前轮外倾从汽车的正前方看去，前轮中心平面与地面并不垂直，而是倾斜一个角度（图5-1-1），这种现象称为前轮外倾。呈现“八”形的称为负外倾，朝向相反的则称为正外倾。图5-1-1汽车前轮外倾（2）前轮外倾的功用①前轮外倾将使车轮接地点靠近主销轴线的接地点，从而减小转向力矩，可使转向操纵轻便。②若前轮无外倾，则满载时，车桥和悬架系统可能因承载变形，而出现内倾。前轮内倾一方面会加速轮胎的偏磨损，另一方面路面对车轮的垂直反力沿轮毂的轴向分力将使轮毂压向轮毂外端的小轴承，加大外端小轴承及轮毂紧固螺母的负荷，降低了它们的使用寿命。前轮外倾角过大也会引起轮胎的单边磨损，前轮外倾角过大和过小的危害如图5-1-2所示。图5-1-2前轮外倾角过大和过小的危害③车轮存在负外倾也可以与拱形的路面相适应。2．前轮前束(1)前轮前束前轮前束指轮胎前面与后面横向距离之差，如图5-1-3示。两轮前边缘距离为B，两轮后边缘距离为A，二者之差（A-B）为前轮前束值。当车轮后边缘距离比前边缘距离大时，为正前束，反之为负前束。前轮前束还可用车轮与正前方偏移的角度来表示，称为前束角。(2)前轮前束的功用前轮前束的作用是消除车轮外倾造成的轮胎侧向力。车轮在向前滚动时，外倾角和前束产生的侧向力是相反的。如果两个参数配合得当，便可以减少侧向力的作用，减少轮胎磨损。正（负）前束太大会造成外（内）侧胎肩部磨损和转向不稳定。前轮前束（俯视图）3．主销内倾(1)主销内倾角在装配主销时，主销的上端略微内倾，使主销轴线延长线和路面相交点与轮胎中线和路面相交点很接近。通过该交点的垂线与真实或假想的转向节主销轴线在垂直于车辆纵向对称平面的垂面上的投影锐角，就是主销内倾角，如图5-1-4所示。图5-1-4主销内倾角(2)主销内倾的功用①主销内倾使得主销轴线延长线与路面交点到车轮中心面的距离减小，这样在车轮偏转时，路面作用于车轮上的阻力矩会减小，从而减轻车轮传到转向机构的冲击力，使车辆的转向操纵较为轻便。②保持车轮直线行驶的稳定性转向轮由中立位置偏转一个角度时，轮胎的最低点将沿圆弧旋转。圆弧所在平面应和主销轴线相垂直，也就是和路面相倾斜。车轮以主销为中心回转时，车轮的最低点将陷入路面以下，但实际上车轮的下边缘并不能陷入坚实的道路，最低点仍在路面上，而是转向车轮连同整个车辆前端向上抬升了一定高度，此时由于车辆自身的重力，迫使车轮自动回正直线行驶，主销内倾起到抵抗车轮偏离直线行驶的稳定作用。主销内倾角一般为5～8°（有的达到10°），该角度在车辆设计时已决定，是不可调节的。但主销内倾角不宜过大，否则会加速轮胎的磨损。4．主销后倾(1)主销后倾角从侧面看车轮，主销在纵向平面内向后倾斜一定角度。通过主销中心的垂线与转向节主销轴线形成的角度称为主销后倾角，如图5-1-5所示。当主销向后倾斜时为正后倾角，主销向前倾斜则为负后倾角。现代汽车的主销后倾角一般为0～7°。(2)主销后倾的功用主销后倾主要是使前轮在行进过程中具有回正能力。当车轮偏离直线行驶位置或转向时，路面的横向反作用力相对主销轴线形成迫使车轮自动回正的稳定力矩。后倾角较大时可提高汽车直线行驶性能，但会使转向盘转向沉重，同时路面干扰会加剧车轮的前后颠簸。图5-1-5汽车主销后倾5．退缩角退缩角也叫车轴偏角，是指左右车轮轴线偏离理论轴线所形成的角度，如图5-1-6所示。正常情况下，左、右车轮轴线应与汽车纵向中心线完全垂直，退缩角为零。出现退缩角多是由于车辆遇到严重碰撞，所以退缩角是一个故障参数，反映了车辆左右两侧轴距的变化。汽车前、后轴都可能出现退缩角，实际校验时主要是针对前轴。当前轴的右侧轮在左侧轮后面时，退缩角为正值；反之，退缩角为负值。由于安装误差形成的微小退缩角对车辆行驶并不会造成很大影响。若因碰撞事故导致前、后退缩角之和超过0.2°，驾驶员就会在驾车过程中感觉到跑偏，跑偏方向朝向轴距较小的一侧。此时其他定位参数（如主销后倾）也可能发生变化，必要时需先对车架（大梁）进行校正，再用车轮定位仪校验各定位参数。图5-1-6退缩角6．后轮外倾和后轮前束为提高车辆高速转向时的操纵稳定性，汽车后轮常常设计成负的外倾角，这有利于增加车轮接地点的跨度，形成转向不足，增加汽车转弯时的横向稳定性。因为大部分汽车采用前轮驱动，后轮只是从动轮，汽车驱动力F通过传动轴作用于后轴（图5-1-7）。若后轮无前束，当汽车高速行驶时，在驱动力F的作用下，后轴将产生一定的弯曲，使后轮出现前张现象。因此，往往会预先给后轮设定一个负前束或较小的正前束，以减少高速行驶时轮胎的磨损。图5-1-7汽车后轮受力图7．推进线与推力角推进线是一条有方向的直线，从后轴中点出发，其方向由左、右后轮前束角共同决定，所以推进线方向是后轮实际行进方向。推进线与汽车纵向几何中心线之间的夹角称为推力角α，如图5-1-8所示。图5-1-8汽车推力角在理想情况下，若两后轮的前束对称，后轴也无退缩角时，推进线与几何中心线重合，如图5-1-9（a）所示，但推力角为零，则汽车存在侧向运动的趋势。若两后轮的前束不对称，如图5-1-9（b）和（c）所示，就会出现推力角，其值为两前束角的平均值。推力角α偏右为正，偏左为负。若后轴存在退缩角而前束值正确，也会形成推力角，如图5-1-9（d）所示。图5-1-9汽车推力角二、汽车常见行驶故障与四轮定位参数之间的关系如果汽车车轮定位参数失准，会引起汽车的行驶故障。表5-1-1列出了汽车常见行驶故障与四轮定位参数之间的关系。表5-1-1汽车常见行驶故障与四轮定位参数之间的关系三、常见车型四轮定位参数标准当车轮定位参数任意一项不符合技术要求时，都会对汽车的行驶性能产生不利影响，甚至影响汽车行驶安全，所以要定期对汽车车轮定位进行检测和调整。几款车型的车轮定位参数见表5-1-2。表5-1-2几款车型的车轮定位参数四、汽车车轮定位仪的结构和工作原理1．需要进行四轮定位的车辆新车驾驶3000km；安装新的轮胎；碰撞事故维修；换装新的悬架或与转向系统有关的配件后。另外，在车辆使用一段时间后，发现有以下现象，应该考虑进行车轮定位，检测参数是否偏差太大，以便及时进行调整。(1)车辆直行时转向盘是偏的。(2)双手离开转向盘时车辆会向左或向右偏滑。(3)车胎磨损不正常、有严重吃胎的现象。(4)正常行驶时车身跳动不稳。(5)正常行驶时转向盘左右晃动。(6)行驶时有浮游的情形。(7)车辆正常行驶时有杂音或怪声。2．车轮定位仪通常使用车轮定位仪进行汽车四轮定位和调整。车轮定位仪又称四轮定位仪，是专门用来测量车轮定位参数的设备。四轮定位仪可以进行的检测项目包括前轮前束值（角）、前轮外倾角、主销后倾角、主销内倾角、后轮前束值（角）、后轮外倾角、车辆轮距、车辆轴距、转向20°时的前张角、推力角和左右轴距差等。车轮定位仪主要分为主机、举升检测台和车轮卡具组三部分。(1)主机的组成及作用车轮定位仪的主机如图5-1-10所示，主要由计算机、显示器、键盘、鼠标、蓝牙接收器、打印机和主机箱等组成。计算机内配有操作程序和数据处理的专用软件，储存了世界各地生产的2万余种汽车车型的车轮定位参数数据库。图5-1-10车轮定位仪主机(2)举升检测台的组成及作用如图5-1-11所示，与定位仪配套的举升检测台主要由一次举升架、二次举升架、承载板、前轮转角盘和后轮滑板等组成。举升架的作用是将汽车举升到适合检测的高度。承载板是检测时承载和停放被测车辆的平台。转角盘在检测过程中用于按照检测要求调整转向车轮的角度，以确保检测精度。后轮滑板可使被检车辆停放在承载板上并保持自由滑动状态。图5-1-11与定位仪配套的举升检测台(3)车轮卡具组的组成及作用车轮卡具组共有4组，每组均包括一个车轮卡具、传感器、电池、水平仪和卡紧旋钮。在没有用车轮定位仪进行检测时，车轮卡具组应存放在主机柜上，检测时再安装在每个车轮的轮辋上。车轮卡具是安装传感器、电池和水平仪等的支架，如图5-1-12所示。传感器是执行车轮定位参数检测的主体，可将检测到的车轮定位数据在50m内以无线传输方式传送给接收器。电池是传感器的电源。水平仪用于检测时调整传感器的水平位置，以确保检测精度。安装车轮卡具时可通过旋转卡紧旋钮使其卡紧在轮辋上。图5-1-12车轮卡具五、利用车轮定位仪检测定位参数的方法1．检测前的准备工作(1)检查轮胎在将被检车辆开上举升机之前，检查四个车轮的胎压是否正常，若不符合标准须调整为被测汽车规定的胎压，胎面磨损基本一致，并清除轮胎表面和花纹中的泥沙，若花纹磨损严重或磨损不一致应予以更换。(2)检查底盘的其他装置前后悬架系统零部件完好，不松旷；转向系统调整适当，不松旷；前后减振器性能良好，不漏油；汽车前后高度与标准值的差不大于5mm；制动系统正常。(3)热车起动发动机并预热至正常的工作温度。(4)举升检测台确定举升检测台两个承载板的间距与被测车辆的前后轴距一致，然后将举升检测台降至最低位置，清除举升检测台上的杂物，插好转角盘和滑板的固定销，为汽车上台做好准备。(5)上车将被检车辆挂入1挡，调正方向后缓慢驶上检测台，前轮停在转角盘中心位置，后轮停在滑板上，变速器手柄置于空挡，拉紧手刹，发动机熄火，待驾驶员离车后用专用固定架将转向盘及制动踏板固定，如图5-1-13所示。图5-1-13转向盘及制动踏板的固定(6)安装车轮卡具用举升机将汽车举升0.5m。松开卡具的卡紧旋钮，将车轮卡具手柄向上并且垂直于地面，拉伸上下滑杆使车轮卡具刚好卡在轮辋的凸缘上（图5-1-14），然后拧紧卡紧旋钮使其固定，并检查安装是否牢固。图5-1-14车轮卡具的安装(7)安装传感器传感器安装前要检查电池电量是否充足。将4个传感器按照对应车轮的位置安装到卡具上，如图5-1-15所示，位置错误将使定位仪不能正常工作。在传感器的定位轴上涂抹稀润滑油（不能涂抹黄油），以防止多次安装拆卸造成定位轴磨损，导致无法准确安装到位，影响测量精度。图5-1-15传感器的安装位置(8)拔除固定销待车轮卡具和传感器安装调试后拔下转角盘和滑板的固定销，如图5-1-16所示。去除转向盘固定架，使汽车保持一定的自然游动量，以满足检测的要求。(9)打开计算机显示器接通并打开计算机的电源，显示器进入初始画面。图5-1-16拔下转角盘和滑板的固定销(10)调整传感器水平降下二次举升架使车轮落到平台上，如图5-1-17所示，用力压动汽车前后端3～5次，以便让减振器泄压复位，使汽车前后高度与标准值相差不大于5mm。用制动踏板固定架压下制动踏板，使汽车处于制动状态。根据显示器的提示，