汽车转向系统性能检测与评价分析

2.主销后倾角和主销内倾角的测量原理
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。
• 按照国家标准《机动车运行安全技术条件》 （GB 7258—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°。
（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。
图5-43
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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。
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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。
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。
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
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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）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
• 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
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。
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
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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。
• 4.3.1.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。
（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。
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。
（1）四轮定位仪的测量原理
1.车轮前束和推力角的测量原理
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。
• 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
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。
• （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
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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。
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 图5-43
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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》(GB72582004)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。
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。
（2）转向盘转向角和转向力检测
• 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
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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。
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（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。
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。