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第四章汽车转向系统性能检测与评价多媒体课件4.1汽车转向系统性能评价指标•1操纵性与稳定性•汽车操纵性----驾驶员以最少的修正而能维持汽车按给定的路线行驶以及按驾驶员愿望转动转向盘以改变汽车行驶方向的能力。•操纵性能的评价：•(1)在规定车速下，汽车质心曲线轨迹与转向盘转角的关系；•(2)以规定角速度迅速转动转向盘以后，汽车转向横摆角速度随时间变化的关系；•(3)汽车在圆周行驶时其转向盘上的作用力与汽车侧向加速度的关系。•(4)为保证额定车速行驶的汽车轨迹曲率半径能按要求变化，必须在转向盘上施加的作用力。•汽车稳定性：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。•汽车操作性和稳定性统称为车辆的操纵稳定性•影响操纵稳定性的因素：1）结构因素：①转向系性能参数（转向系传动比；转向系效率；转向器的啮合特性，转向系刚度等）②车辆的重心位置、轴距、轮距、质量分配、轮胎型式和气压、悬挂导向装置等2）使用因素：①道路状况②气候条件③左右车轮运动状态2.转向操纵轻便性•转向操纵轻便性——驾驶员操纵转向盘的容易程度。•转向沉重容易使驾驶员产生驾驶疲劳或使车辆操纵失控而导致交通事故。通常采用转向助力装置。•转向助力装置：液压助力、气压助力、电动机助力3.最小转弯直径•车辆在转向过程中，转向盘向左或向右转到极限位置时，车辆外转向轮印迹中心在其支承面上的轨迹圆直径中的较大者，称为车辆最小转弯直径。它表征车辆在最小面积内的回转能力和通过狭窄弯曲地带或绕过障碍物的能力。4.转向车轮的稳定效应•当车轮在偶然受外力作用或转向盘稍微转动而偏离直线行驶时，转向轮应有自动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的能力，称为转向车轮的稳定效应。•转向车轮的稳定效应与车轮定位角和轮胎的横向弹性有关。5.汽车转向轮的震动•转向轮的震动——汽车在行驶时，出现转向轮的左右摆动和上下跳动。震动降低了汽车操纵稳定性，使轮胎磨损加剧，增加了转向机构的动载荷，降低零件使用寿命，影响行驶安全。•转向轮的摆动与车辆悬架技术状况、车辆定位、车轮平衡有密切关系。4.2转向系统技术状况检测标准及仪器•4.2.1.转向系统技术状况检测标准及仪器•（1）转向盘自由行程及其检测•转向盘自由转动量，是指汽车转向轮保持直线行驶位置静止时，轻轻左右晃动转向盘所测得的游动角度。•转向盘的转向力，是指在一定行驶条件下，作用在转向盘外缘的圆周力。•这两个诊断参数主要用来诊断汽车转向轴和转向系中各零件的配合状况。•该配合状况直接影响汽车操纵稳定性和行车安全性。因此，对于新车和在用车都必须进行上述两项诊断参数的检测。•转向盘自由转动量和转向力的检测，应采用专用检测仪进行。•按照国家标准《机动车运行安全技术条件》（GB7258—2004）的规定，方向盘自由转动量和转向力应符合以下要求。•1）方向盘自由转动量•机动车方向盘的最大自由转动量不允许大于：•（1）最高设计车速不小于100km/h的机动车：20°；•（2）三轮汽车：45°；•（3）其他机动车：30°。•2）方向盘转向力•机动车在平坦、硬实、干燥和清洁的水泥或沥青道路上行驶，以10km/h的速度在•5s之内沿螺旋线从直线行驶过渡到直径为24m的圆周行驶，施加于方向盘外缘的最大切向力不应大于245N。图5-42简易转向盘自由转动量检测仪a）检测仪的安装；b）检测仪l-指针；2-夹臂；3-刻度盘；4-弹簧；5-连接板；6-固定螺钉•（1）．用简易转向盘自由转动量检测仪检测转向盘自由转动量•简易转向盘自由转动量检测仪，只能检测转向盘的自由转动量。•该仪器主要由刻度盘和指针两部分组成。刻度盘和指针分别固定在转向盘轴管和转向盘边缘上。•测量前应先安装好简易转向盘自由转动量检测仪，测量时应使汽车的两转向轮处于直线行驶位置，轻轻向左（或向右）转动转向盘至空行程一侧的极端位置，调整检测仪指针指向刻度盘零度。•然后，再轻轻转动转向盘至另一侧空行程极端位置，指针所示刻度即为转向盘的自由转动量。•2．用转向参数测量仪检测转向盘自由转动量和转向力•国产ZC-2型转向参数测量仪，是以微机为核心的智能仪器，可测得转向盘自由转动量和转向力。•该仪器由操纵盘、主机箱、连接叉和定位杆四部分组成，如图所示。ZC-2型转向参数测量仪l-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（2）转向盘转向角和转向力检测•操纵盘由螺钉固定在三爪底板上，底板经力矩传感器与三个连接叉相连，每个连接叉上都有一只可伸缩长度的活动卡爪，以便与被测转向盘相连接。图5-43ZC-2型转向参数测量仪l-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•主机箱为一圆形结构，固定在底板中央，其内装有接口板、微机板、转角编码器、打印机、力矩传感器和电池等。定位杆从底板下伸出，经磁力座吸附在驾驶室内的仪表盘上。•定位杆的内端连接有光电装置，光电装置装在主机箱内的下部。图5-43ZC-2型转向参数测量仪l-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•测量时，把转向参数测量仪对准被测汽车转向盘中心，调整好三个连接叉上伸缩卡爪的长度，与转向盘连接并固定好。•转动操纵盘，转向力通过底板、力矩传感器、连接叉传递到被测转向盘上，使转向盘转动以实现汽车转向。•此时，力矩传感器将转向力矩转变成电信号，而定位杆内端连接的光电装置则将转角的变化转变成电信号。•这两种电信号由微机自动完成数据采集、转角编码、运算、分析、存储、显示和打印。•因此，使用该测量仪既可测得转向盘的转向力，又可测得转向盘的自由转动量。4.2.2.最小转弯直径及技术状况标准•最小转弯直径和内轮差•转向轴和末轴的内轮印迹中心在车辆支承平面上的轨迹圆之差，被称为内轮差。•汽车转弯直径示意图•《机动车运行安全技术条件》(GB7258-2004)规定•机动车辆的最小转弯直径，以前轮轨迹中心为基线，测量其值不得大于24m。•当转弯直径为24m时，前转向轴和末轴的内轮差（以两内轮轨迹中心计）不得大于3.5m。•转向盘转至极限位置时，图中两圆之间的通道为车辆转弯通道圆。•车辆所有点在车辆支承平面上的投影均位于最大内圆和最小外圆之间。•车辆有左和右转弯通道圆。•转弯通道圆的最大内圆直径越大，最小外圆直径越小，车辆所需的通道宽度越窄，通过性越好。4.3汽车车轮定位及检测设备•4.3.1.汽车车轮定位在设计汽车时，为使转向轮具有转向轻便、准确和行驶稳定的性能，在转向车轮上设计有主销后倾角、主销内倾角、车轮外倾角和车轮前束等四项参数，统称为前轮定位。它是评价机动车的操纵性和直线行驶稳定性的重要参数，前轮定位值正确能使汽车的操纵性保持稳定。（1）主销后倾角γ设计转向桥的时候，使主销在汽车的纵向平面内向后的一个倾角γ，即主销轴线和地面垂直线在汽车纵向平面内的夹角。当汽车直线行驶时，若转向轮偶然受到外力作用而稍有偏转时，这时由于汽车本身离心力的作用，在车轮与路面接触点b处，路面对车轮作用一个侧向反力。反力对车轮形成绕主销轴线作用力矩YL，其方向正好与车轮偏转方向相反。ab之间距离称为主销后倾拖距力矩YL称为稳定力矩在YL力矩作用下，将使车轮回复到原来中间的位置，从而保证了汽车稳定的直线行驶。此力矩称为稳定力矩。但此力矩也不宜过大，否则在转向时为了克服此力矩，驾驶员必须在转向盘上施加较大的力（即转向沉重）。因稳定力矩的大小取决于力臂L的数值，而力臂L又取决于后倾角γ的大小。现在车辆一般采用的γ角不超过2°~3°现代高速汽车由于轮胎气压降低弹性增加，而引起稳定力矩增加，因此γ角可以减小到零甚至为负。（2）注销内倾角β设计转向桥的时候，使主销在汽车的横向平面内倾斜一个β角（即主销轴线和地面垂直线在汽车横向断面内夹角）称为主销内倾角。主销内倾角的作用是：（1）使前轮自动回正；（2）使转向操纵轻便；（3）减小转向盘上的冲击力；•自动回正：当转向轮在外力作用下由中间位置偏转一个角度时，车轮的最低点将陷入路面以下，但实际上车轮下边缘不可能陷入地面以下，而是将车轮连同整个汽车前部向上抬起一个相应的高度，这样汽车本身的重力有使转向轮回复到原来中间位置的效应。•主销内倾还使得主销轴线与路面交点到车轮中心平面与地面交线的距离c减小。从而可减少转向时驾驶员加在转向盘上的力，使操纵轻便，同时也可以减少从转向轮传到转向盘上的冲击力。但c值也不宜过小，即内倾角不宜过大，否则在转向时，车轮绕主销偏转的过程中，轮胎与路面将产生较大的滑动，因而增加了轮胎与路面间的摩擦阻力。这不仅使转向沉重，而且加速了轮胎的磨损。故一般内倾角β不大于8°，距离c一般为40~60mm（3）前轮外倾α前轮外倾角是通过车轮中心的汽车横向平面与车轮平面的交线与地面垂线之间的夹角。前轮外倾角的作用是：（1）防止车轮出现内倾；（2）减少轮毂外侧小轴承的受力，防止轮胎向外滑脱；（3）便于与拱形路面接触；如果空车时车轮的安装正好垂直于路面，则满载时，车桥将因承载变形，而可能出现车轮内倾，这样将加速汽车轮胎的磨损。另外，路面对车轮的垂直反作用力沿轮毂的轴向分力将使轮毂压向轮毂外端的小轴承，加重了外端小轴承及轮毂紧固螺母的负荷，降低使用寿命。因此为了使轮胎磨损均匀和减轻轮毂外轴承的负荷，安装车轮时应预先使车轮有一定的外倾角，以防止车轮内倾。同时车轮有了外倾角也可以与拱形路面相适应。但是，外倾角也不宜过大，否则也会使轮胎产生偏磨损。（4）前轮前束从俯视图看，两侧前轮最前端的距离B小于后端的距离A，（A-B）称为前轮前束。前轮前束的作用是消除前轮外倾造成的前轮向外滚开趋势，减轻轮胎磨损。•车轮有了外倾角后，在滚动时就类似于滚锥，从而导致两侧车轮向外滚开。由于转向横拉杆和车桥的约束使车轮不可能向外滚开，车轮将在地面上出现边滚边滑的现象，从而加速了轮胎的磨损。•前轮前束可通过改变横拉杆的长度来调整。根据各厂家规定的测量位置，使两轮前后距离差（A-B）符合规定前束值。一般前轮前束值为0~12mm。•（5）包容角•（6）转向20°时张角•（7）推进角•（8）轴距差4.3.2.汽车车轮定位仪的结构和工作原理•四轮定位仪可检测的项目：前轮前束、前轮外倾角、主销后倾角、主销内倾角、后轮前束、后轮外倾角、车辆轮距、车辆轴距、转向20°时前张角、推力角、左右轴距差。•前轮前束、前轮外倾角、主销后倾角、主销内倾角统称前轮定位，又称为前轮定位四要素。•常用的四轮定位仪有拉线式、光学式、电脑拉线式和电脑激光式4种1.车轮前束和推力角的测量原理（1）四轮定位仪的测量原理在测量前束时，必须保证车体摆正且方向盘位于中间位置，为了提高车轮前束值（或前束角）的测量精度，无论是拉线式、光学式还是电脑式的四轮定位仪，在检测车轮前束之前，常通过拉线或光线照射或反射的方式形成一封闭的直角四边形。将待检车辆置于此四边形中，通过安装在车轮上的光学镜面或传感器不仅可以检测前轮前束、后轮前束，还可以检测出左右车轮的同轴度（即同一车轴上的左右车轮的同轴度）及推力角等。车轮外倾角、主销后倾角和主销内倾角这三个测量参数的测量都是关于角度的测量，除了光学式四轮定位仪测量车轮外倾角和车轮前束时，采用的不是测量角度的传感器以外，其余各种类型的四轮定位仪均是采用测量角度的传感器，包括车轮前束角都可以用角度传感器直接或间接测量。主销后倾角和主销内倾角不能直接测出，只能采用建立在几何关系上的间接测量，再由测得的角度推导出主销后倾角及主销内倾角。2.主销后倾角和主销内倾角的测量原理其测量方法为：让被检车辆前轮停在转盘中心处，右轮沿直线行驶方向向右转动20°时进行测量；左轮沿直线行驶方向向左转动20°时进行测量（该转向角可直接从转盘上的刻度读出）。具体作法如下：右前轮向右转20°，读取左前轮下的转盘上的刻度值X，则20°-X即为所要检测的转向20°时的前张角。一般汽车在出厂时都给出20°-X的合格范围，将测