行驶系统的检测与诊断.ppt
4.2 行驶系统的检测与诊断 一、四轮定位的检测 正确的车轮定位是车辆良好的操纵稳定性、直线行驶性能和自动回正能力的保证。检查车轮定位并进行故障诊断非常重要，能够保证汽车良好的操纵，而且还能够减少轮胎异常磨损，减少悬架系统及转向机构零部件磨损和降低燃油消耗。车轮定位一般指主销后倾角、主销内倾角、车轮外倾角、转向轮前束。,为适应轿车高速运行状态下的稳定性和舒适性要求，现代轿车还具有后轮前束和后轮外倾角等参数，与前轮定位参数一起统称为四轮定位。在汽车行驶中出现下列情况时，必须对车轮定位参数进行检测。直线行驶困难；前轮摇摆不定，行驶方向漂移；轮胎磨损严重且磨损不均；汽车更换悬架系统、转向系统有关部件或前部经碰撞事故维修后。车轮定位参数的检测，有静态检测法和动态检测法两种。静态检测法是在汽车静止的情况下，使用测量仪器对车轮定位进行几何参数的测量；动态检测法是在汽车以一定车速行驶的情况下，用测量仪器或设备检测车轮定位产生的侧向力或由此引起的车轮侧滑量，来反映,车轮的定位情况。1.车轮定位参数的静态检测 车轮前束的检测 车轮前束可以根据其定义直接测量，常用的测量方法有：前束尺测量法、钢卷尺测量法、光束刻度板及光电测量法等。前束尺测量法 该前束尺由一根带套管的尺杆和指针等组成（如图所示），它可以伸缩以适应不同间距的测试。,其测量方法如下：钢卷尺测量法 当无专用前束测量工具时，还可用钢卷尺进行测量。架车法,推车法 与架车法基本相似，只是应将汽车停放于平直路面上，测量完轮胎前端间距后，向前推动汽车再测量轮胎后端间距。光束刻度板测量法 利用光束发射器和刻度板（标尺）测量车轮前束，如右图所示。,光电测量法 安装在两前轮和后轮上得测量头上均装有发光器和光接收器，既可以利用同一轴上左、右轮互为基准（如图（a），也可以利用同一侧的前、后轮互为基准（如图（b）来测量车轮前束。光束刻度板测量法与光电测量法因其安装比较复杂，实测时较少采用。车轮外倾角的检测 气泡水准仪测量法 该仪器一般由水准仪、支架和转角仪等组成。其车,轮外倾角可直接测量，当有外倾角的车轮处于直线行驶位置时，垂直于车轮旋转平面安装的水准仪上的测外倾角的气泡管，也垂直于车轮旋转平面，气泡管与水平面的夹角即为车轮外倾角，如图所示。,其检测步骤如下：,光束测量法 采用光束发射器和一个摆式刻度盘（如左下图所示），即可测量车轮外倾角。主销后倾角的检测 主销后倾角不能直接测出，而是利用转向轮绕主销转动一定角度时的几何关系间接测量。通常先将转向轮向外转20，回正后再向内转20，由于主销后倾角的存在，转向节枢轴轴线与水平面的夹角发生变化，该变化值即可间接反映主销后倾角的大小。,如右图所示，在三维坐标系OXYZ中，OA为主销中心线，位于OXZ平面内，OA与OZ构成的夹角为主销后倾角；OC为转向节枢轴，转向轮处于直线行驶状态时，OC与OX轴重合。假定转向轮外倾角和主销内倾角均为零，则OC与OA垂直。此时，若转向轮偏离直线行驶位置，转过某一角度时，OC移至OC，OC扫过的平面OCC与水平面的夹角等于主销后倾角。由于水准仪垂直于转向轮旋转平面安装，其上的气泡管始终与转向节枢轴轴线重合或平行。当OC移至OC时，气泡管由MN移至MN，OC与水平面间形成的夹角为，气泡管中的气泡偏离水平时的位置而向M移动，位移量取决于角的大小，角取决于前轮转向角和主销后,倾角，当取定值时（通常取20），与一一对应，而气泡位移量与角一一对应，因而通过对气泡位移量的标定即可反映角的大小。实际转向轮具有主销内倾角和转向轮外倾角。为消除对主销后倾角测试结果的影响，测量时先将转向轮向外旋转角，将气泡管调至水平位置，然后向相反方向回转2的角度。因为当转向节枢轴OC从直线行驶时的位置分别向外和向内转动相同角度时，主销内倾角对主销后倾角测量结果的影响相等，方向相反，因而相互抵消。同时转动2角度时，气泡位移量也增大一倍，因而可使仪器的测试灵敏度和精度提高。转向轮外倾角对主销后倾角测试结果的影响不大，因而可忽略不计。用水准仪检测主销后倾角时，需要车轮转角仪的配合使用，其主销后倾角的检测步骤如下：,将被测汽车的两前轮分别置于两车轮转角仪上，使主销轴线的延长线基本上通过转盘中心，当车轮处于直线行驶状态时，转角仪的指针应与刻度盘上的“0”刻度对齐；并将后轮置于与转角仪同高的台架上，以保证各车轮都处于同一水平面。将水准仪支架安装在前轮上，并调整支架，使支架中心孔轴线与车轮轴线同轴。将水准仪测、的插销插入支架的中心孔内。转动方向盘，使被测前轮向内转20转角，并将被测车轮保持在该位不动。调整水准仪，使水准仪在垂直于测、插销方向上处于水平状态，然后拧紧锁紧螺钉予以固定。转动水准仪上的、调节盘，使其上的指示红线与蓝、红、黄刻度盘零线重合。调整对应气泡管的旋钮，使气泡管的气泡处于中间位置。,转动方向盘、使被测前轮回转40的转角，并固定在该位不动。重新转动水准仪上的、盘红线所指示之值，该值即为实测的主销后倾角。主销内倾角的检测 主销内倾角是通过测量转向轮绕主销转动过程中转动平面的角位移而间接测量的，为此，应首先使车轮处于制动状态而不能绕转向节枢轴自由转动。此时，若使转向轮在转盘上偏转一定角度，转向节和转向轮旋转平面会绕转向节枢轴轴线偏转一定角度。该角度的大小除取决于转向轮偏转角度外，还与主销内倾角的大小有关。因此，在限定角大小的前提下，测出转向轮旋转平面偏转角的大小，即可反映主销内倾角的大小。,如图所示，在OXYZ坐标系中，主销OA在OXZ平面内，OA与OZ的夹角为主销内倾角，直线行驶位置时，转向节枢轴OC与主销OA的夹角为90+。转向轮在制动状态向右（或向左）偏转角时，OC移至OC（或OC）。由于主销内倾角的存在，C点的轨迹CC（或CC）为圆弧，OCC（或OCC）为圆锥面。因此，若在OC前端放置一平行于水平线且垂直于转向节枢轴OC的气泡管EF，则在转向轮偏转过程中，气泡管EF将绕转向节枢轴轴线转动，OC移至OC后，EF移至EF，EF与EF间形成的夹角为，角取决于转向轮转角和主销内倾角。若使角为一定值，则角和角成,一一对应关系。由于角的出现导致了气泡管EF中气泡的位移，因此通过对气泡位移量的标定即可反映角的大小。用水准仪检测主销内倾角时，需要车轮转角仪的配合使用，其主销内倾角的检测步骤如下：前两个步骤同主销后倾角检测。将水准仪测的插销装在支架中心孔内并予以固定。用制动踏板抵压器压下制动踏板，使前轮处于制动状态，以减少测量误差。转动方向盘，使被测前轮向内转20，并将被测车轮保持在该位不动。松开锁紧螺钉，使水准仪在垂直于插销的方向处于水平状态，然后拧紧锁紧螺钉。转动水准仪上的、调节盘，使其上的指示红,线与蓝、红、黄刻度盘零线重合。调整对应气泡管的旋钮，使气泡管的气泡处于中间位置。转动方向盘，使被测前轮回转40，并固定在该位不动。重新转动水准仪上的、调节盘，直到气泡重新处于中间位置。此时，、调节盘红线在红刻度盘（测右转向轮）或黄刻度盘（测左转向轮）所指示之值，即为主销内倾角。2.前轮定位的动态检测 前轮定位动态检测的参数是前轮的侧滑量，动态检测的目的是为了确知前轮前束与前轮外倾配合是否恰当。前轮侧滑对汽车的操纵稳定性影响较大。侧滑量太大，会引起汽车行驶方向不稳、转向沉重、增加轮胎磨损、加大燃油消耗，甚至操纵失准而导致交通事故。,前轮侧滑量测量原理 前轮的侧滑量可利用如图所示的双滑板装置进行测量。该装置的双滑板互不连接，均通过滚动装置平放于地面，且在沿汽车行驶的纵向受约束不能移动，而在横向则可自由滑动。,假定让两个只有外倾而无前束的转向前轮缓慢地向前通过可以左右滑动的滑板时，由于车轮轮胎与滑板之间的摩擦系数很大，因而两侧滑板则在转向轮侧向力作用下，分别向内滑动，如上左图所示。该滑动量即为前轮外倾引起的侧滑量，其单个车轮的平均侧滑量为S1，则：（mm/m）式中：L1滑板静态时两板外侧间距；L2滑板侧滑后两板外侧间距；D车轮滚过的距离。假定让两个只有前束而无外倾的转向前轮缓慢地向前通过滑板时，则两侧的滑板在侧向力的作用下分别向外侧滑动，如上右图所示，该滑动量即为前束引起的侧,滑量，其单个车轮的平均侧滑量为S2，则：（mm/m）其中，S2为负值。实际上，目前一般汽车转向前轮同时存在着外倾与前束，因此在两前轮通过滑板时，其侧滑量S为前束和外倾两者的综合，即S S2 S1。只有在外倾与前束配合得当时，二者产生的侧向力相互抵消，才能保持车轮无侧滑，此时滑板无侧滑，S0。若两者侧向力失去平衡，车轮将沿着较大侧向力的方向侧滑，产生侧滑量，此时S0。当S0时，两轮向外侧滑；当S0时，两轮向内侧滑。国家标准规定：用侧滑仪检验前轮的侧滑量，其值不得超过5m/km。,侧滑量检测设备 目前国内检测车轮侧滑量的设备大多采用双滑板式侧滑试验台，该试验台就是利用上述滑动板的原理制成。图为电气式侧滑试验台的结构简图，它主要由测量装置、指示装置和报警装置等组成。,侧滑量检测方法 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。打开试验台滑板的锁止装置，并接通电源。将汽车以低于4km/h的速度垂直驶向试验台，使被测前轮稳定地驶过滑板，此时，严禁转动方向盘或制动汽车。当被测汽车前轮完全通过试验台时，观察仪表指示的方向并读取最大值。检测完毕，锁止滑板并切断电源。,二、车轮平衡检测 随着公路质量和汽车技术的进步，汽车的行驶速度愈来愈高。在高速行驶条件下，车轮不平衡所引起的车轮跳动和摆振，对于汽车的行驶平顺性、乘坐舒适性和安全行车的影响更为严重，车轮由于位置不正或不平衡严重时，其磨损率为正常使用情况下磨损率的10倍。1.车轮不平衡 静不平衡 车轮静不平衡是指车轮质心与其旋转中心不重合，若使其转动，则只能停止于一个固定方位。由于静不平衡质量的存在，车轮在旋转中产生离心力，如图所示。假定不平衡质量m（kg）集中于距车轮旋转中心距离为r（m）的圆周上某点，则车轮转动时所产生的离心力F（N）的大小为：,式中车轮旋转角速度，（rad/s）；n车轮转速（r/min）。每旋转一周，Fy在过旋转中心垂直线的a、b两点达到最大值且方向相反，从而引起车轮的跳动；Fx在过旋转中心水平线的c、d两点达到最大值且方向相反，形成绕转向轮主销来回摆动的力矩，造成前轮摆振。当左、右前轮的不平衡质量相互处于180位置时，摆振最为严重，从而影响汽车行驶的操纵稳定性。动不平衡 静平衡的车轮，因车轮的质量分布相对于车轮纵向中心平面不对称，旋转时会产生方向不断变化的力偶，车轮处于动不平衡状态。动平衡的车轮肯定是静平衡的，但,静平衡的车轮却不能保证是动平衡的，因此对车轮主要应进行动平衡检测。2.车轮不平衡检测原理 静不平衡 离车式 被测车轮装在离车式车轮平衡机转轴上时，若车轮存在静不平衡，则在自由转动状态下，车轮将停止于不平衡点处于最低的位置；在相反方向进行配重平衡，当可在转动结束时停止于任一位置时，车轮则处于平衡状态。利用这一基本原理则可测得静不平衡的质量和相位。就车式 利用就车式车轮平衡机检测车轮静不平衡的原理如图所示。检测过程中，车轮被支离地面，其重力通过传感器、可调支杆传递到底座。如果被测车轮存,在静不平衡，则高速旋转时产生离心力所引起的上、下振动，通过转向节或悬架作用于检测装置的传感磁头、可调支杆和底座内的传感器。传感器将感受到的脉冲压力信号转变为电脉冲信号控制频闪仪的闪光时刻，闪光照射到车轮上的位置反映不平衡点的相位；电信号强弱输入指示与控制装置后，则显示出不平衡度。动不平衡 离车式 动不平衡的车轮安装在离车式硬支承平衡机的转轴上高速旋转时，所产生的离心力在支承装置上产生动反力，测出支承装置所受的动反力即可测得不平衡量。其检测原理如图所示。,设不平衡质量为m1和m2，车轮旋转时产生的离心力为F1和F2，结构尺寸a、b、c、d如图所示。硬支承平衡机的测试、校正原理是根据传感器处的动反力FA、FE求取两校正面（轮辋两边缘）上离心力F1和F2的大小，而根据F1和F2来确定两校正面所需的平衡块质量和安装方位。根据力的平衡条件有：,联立求解得：由此可见，离心力F1、F2仅取决于动反力FA、FE及结构尺寸a、b、c。对于某车轮平衡机和所测车轮而言，结构尺寸可视为常数。可事先输入控制装置，则其解算电路即可运算出离心力的大小；而通过输入轮辋直径d，再依据公式（为车轮角速度），即可计算出不平衡质量m1和m2，并由仪表板相应的仪表显示，其不平衡质量的相位由相位仪表显示。,就车式 在就车式车轮平衡机上检测车轮动不平衡时，可将传感磁头固定在制动底板上，如图所示。当动不平衡的车轮高速旋转时，不平衡质量所产生的离心力使车轮左、右摆振，在制动底板上产生横向振动。横向振动通过传感磁头、可调支杆传给底座内的传感器并将振动转化成电信号，电信号控制频闪灯闪光，以指示车轮不平衡点位置，并由指示装置显示出车轮的不平衡量。3.车轮不平衡检测方法 离心式车轮平衡机的检测方法 准备工作 拆除轮辋上的旧平衡块。清除胎面泥土和嵌在花纹中的泥土、石子等。,轮胎气压达到规定值。检查车轮平衡机并预热5min左右。提起车轮定位尺，以便使被测车轮定位。根据轮辋中心孔大小选择锥体，并将车轮装在转轴上，用快速螺母紧固。检测步骤 测量轮辋宽度b、轮辋直径d和轮辋边缘至机箱距离c，并输入到指示与控制装置。按下车轮定位尺并放下安全罩。按起动按钮，转轴带动车轮旋转，开始测试。显示出测量结果后，按停止按钮或踩制动踏板使车轮停转，并从指示装置上读取车轮内、外侧不平衡量和不平衡位置。根据检测结果，分别在轮辋内、外侧安装平衡块。检测平衡结果，直至车轮不平衡量5g，指示装置,显示“00”或“OK”时，车轮处于平衡状态。测试结束，切断电源，从转轴上取下车轮总成。就车式车轮平衡机的检测方法 就车式车轮平衡机如图所示。准备工作 用千斤顶支起车桥。取掉车轮轮辋上的旧平衡块，清除胎面泥土和花纹中夹嵌的泥土、碎石。检查轮胎气压，使其达到规定值。检查车轮转动是否轻便，车轮轴承是否松旷。在轮胎任意位置上用粉笔或胶带作标记，也可用气门嘴作标记。,检测步骤 A.转向轮静平衡 用三角垫木塞紧另一侧车轮和后桥车轮，将传感磁头吸附在悬架下或转向节下，调节好可调支杆高度并锁紧。使车轮平衡机转轮贴紧轮胎胎面，起动电动机带动车轮高速旋转，注意车轮旋转方向应与汽车前进时车轮旋转方向一致。用频闪灯照射车轮，确定标记在车轮轮胎上的位置，在指示装置显示出不平衡量数值后，利用平衡机上的制动装置使其停止转动。轻转车轮，使标记位于频闪灯下的观察位置，轮辋最上部即为平衡块的安装位置。根据指示装置所显示的不平衡量，在轮辋上加装平衡块。,重复上述步骤复查测试，直至满足平衡要求。B.转向轮动平衡 转向轮外转45，将传感磁头吸附在制动底板边缘平整之处。测量方法与转向轮静平衡的测量方法相同，但车轮平衡时，应在观察位置轮辋两侧各安装一块平衡块，并使其相隔180，平衡后也需复查直至满足平衡要求。C.驱动轮平衡 与转向轮平衡的主要区别是：用千斤顶支起后桥后，不必用三角垫木塞紧被测车轮另一侧的车轮。用发动机通过传动系统带动后轮以5070km/h的速度稳定运转，而不再用平衡机转轮带动车轮旋转。传感磁头吸附在后桥尽可能靠近后轮的地方。测试结束后，用车轮制动器而不是用平衡机上的制,动装置使车轮停止旋转。其主要测试步骤与转向轮静、动平衡测试步骤相同。,三、行驶系统的故障诊断 1.行驶跑偏 现象 汽车行驶时，不能保持直线方向。而自动偏向一边。原因 两前轮轮胎气压不等、轮胎直径不等。前轮左右轮毂轴承松紧程度不一致。前后桥两侧的车轮有单边制动或单边拖滞现象。两前轮外倾角、主销后倾角、主销内倾角、前束角不等。前梁、后桥轴管及车架变形。左右悬架弹簧挠度不等或弹力不一。左右轮轴距相差过大，推力角过大。转向节弯曲变形。,诊断 首先检查两前轮轮胎磨损程度是否一致，再检查两侧轮胎气压是否相等，若左右轮的检查结果不同，则说明两前轮直径不等而导致汽车自动跑偏。如左右轮直径相等，可进行路试。待汽车行驶一段时间后停车检查，用手触摸跑偏一侧的制动盘（鼓）和轮毂轴承处，若感到温度过高，则说明故障由该轮制动拖滞或车轮轴承过紧所致。若制动盘（鼓）和轮毂处温度正常，则可检查车身两边车轮的轴距是否相等，推力角是否为零。若轴距不等，推力角过大，则说明前、后桥或车架在水平平面内有弯曲变形或悬架杆件、转向节有变形。若轴距相等，可在规定条件下检查车身两侧参考点的高度值。若高度值不同，则说明两侧悬架弹簧的弹性不一致或有一侧的悬架杆件有变形现象，若高度值相,同，则说明悬架正常。若以上均正常，则故障可能由两前轮的外倾角、主销后倾角、主销内倾角、前束角不等引起。通常。汽车可向前轮外倾角较大、前束角较小、主销后倾角较小的一侧自动跑偏。2.前轮摆振 现象 汽车在某一车速范围内行驶时，出现两前轮各自围绕主销轴线摆振（俗称前轮摆头），感到方向盘发抖、行驶不稳定。原因 车轮变形，前轮的径向圆和端面圆跳动量过大。前轮动不平衡严重超标。前轮外倾角、前束值不符合标准或不匹配。主销后倾角、主销内倾角超标。,前轮轮毂轴承松旷。转向节球销及纵横拉杆球销等连接处松旷。转向器主、从动部分啮合间隙过大。前梁或车架有弯、扭变形。前悬架杆件及转向节变形。诊断 首先检查转向传动机构各连接部位是否松旷。在进行检查时，先左右转动转向盘，检查转向盘的自由转动量是否过大。若过大，则应逐一检查各球头销等连接部位是否松旷，以确诊故障部位。如上述连接部位正常，则检查轮毂轴承、转向节球销是否松旷。检查时，先支起汽车前部，使前轮处于卸载状态，然后在车轮的侧面用手上下摇动车轮。若有松旷感，则表明存在故障。目检前轮花纹磨耗状况，磨耗严重不均的轮胎其动,不平衡量会过大，易引起前轮摆头。目检前轮后，还应对前轮的变形情况进行检查，可通过检测车轮轮毂的径向、端面圆跳动量来反映其变形情况。变形检查后，还应对前轮进行动平衡检查。其前轮过大的动不平衡量，易造成车轮在高速范围内的强迫振动，是高速摆头的主要原因。若上述情况均正常，则应检查前轮的前束值。其前束值过小或过大，易造成前轮摆头并使轮胎磨损异常。若前束值正常，则进行前轮外倾角的检测。前轮外倾角过大或过小，均不可能与其前束良好地匹配，易造成前轮摆头并使轮胎磨损异常。前轮外倾角超标往往是因悬架杆件或转向节变形所致。因此当前轮外倾角超标时，应查明原因，以消除不正常的故障。当前轮外倾角与前束均正常时，则故障可能是主销,后倾角、主销内倾角不正常。主销后倾角过大或左右两前轮的主销后倾角、主销内倾角不等都可能使前轮左右摆振。因此，应使用车轮定位仪检测前轮的主销后倾角和主销内倾角，以确诊故障。经过上述检查均无问题，则前轮摆头的原因可能是车身或车架变形所致，应对其进行检查。,附录：复习提纲 一、四轮定位的检测 1.必须对车轮定位参数进行检测的四种情况。2.车轮定位参数检测的两种方法。3.车轮前束检测的四种常用方法。4.钢卷尺测量法测量车轮前束值的两种方法。5.钢卷尺测量法中的架车法测量车轮前束值的步骤。6.前轮定位动态检测的参数及其目的。7.前轮侧滑对汽车性能的影响。8.前轮侧滑量检测中车轮两种定位参数分别引起的滑板滑动方向。9.滑板滑动量S分别等于0、小于0和大小0所代表的意义。10.国家标准规定的侧滑量数值.11.检查侧滑量时，汽车驶上试验台的车速。,二、车轮平衡检测 1.车轮不平衡带来的后果。2.车轮不平衡的两种类型 3.车轮的静不平衡的定义以及对车轮运转的影响。4.车轮的动不平衡的定义以及对车轮运转的影响。5.车轮静、动平衡之间的关系。6.车轮平衡检测的两种方式。三、行驶系统的故障诊断 1.行驶系统常见的两种故障。2.行驶跑偏的故障现象、原因（课件第1、2、3、4、6项）。3.前轮振摆的故障现象、原因（课件第2、3项）。,
