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1、中北大学2009届毕业设计说明书1 引言随着交通工具的现代化和汽车数量的急剧增长,车祸也不断增加。汽车交通事故已成为严峻的全球性社会问题。毋庸置疑,保证汽车在高速行驶时的直线稳定性和安全性已成为保障人们的生命安全和产财安全的重要问题。所以,我们要从技术上入手,努力研究开发高性能、高安全性的汽车,同时也要加强对在用汽车的定期检查,以便及时维修调查,使汽车经常处于良好的技术状况,以提高汽车行驶的安全性能。本论文主要介绍如何保证汽车直线行驶的稳定性及安全性，并对出现行驶跑偏的原因进行分析，其后介绍如何对汽车行驶跑偏的各个故障进行排除。2 行驶跑偏的故障现象汽车正常行驶时发飘、跑偏，转向时在方向盘上左
2、右用力不同。不踩制动时，必须紧握住转向盘才能保持直线行驶，若稍有放松便自动向左或向右行驶，偏离车道。这些现象称为汽车行驶跑偏。3 汽车行驶跑偏的原因分析造成汽车行驶跑偏的根本原因是汽车车轮的相对位置不正确，两侧车轮受到的阻力不一致。下面将对产生这两个原因的因素进行详尽的阐述3.1 车轮的相关角度汽车产生行驶跑偏的第一个根本原因是车轮的相对位置不正确，这里提到汽车的车轮相对位置，所以对车轮的相关角度介绍是很必要的311 外倾角从汽车的前方看轮胎的几何中心线与铅垂线的夹角，称为外倾角。轮胎的上边缘偏向内侧（靠近发动机）或偏向外侧（偏离发动机）。当轮胎中心线与铅垂线重合时，称为零外倾角当轮胎中心线在
3、铅垂线外侧时的夹角称为正外倾角（见图3.1a）。当轮胎中心线在铅垂线内侧时的夹角称为负外倾角（见图3.1b）。图3.1 外倾角的定义（2）外倾角的作用零外倾角的作用不管采用正外倾角或负外倾角，由于车轮内侧和外侧转动的半径不一致，而车轮转速相同必然造成车轮内外磨损不均匀，如图3.2所采用零外倾角的主要原因，是防止轮胎不均匀的磨损。图3.2零外倾角的作用正外外倾的作用a. 减低作用于转向节上的负载b. 防止车轮滑脱c. 防止由于载荷而产生的不需要的外倾角d. 减少转向操纵力e. 减小轮胎磨损为改善前桥的稳定性，早期车辆的车轮采用正外倾角，使轮胎在车辆重荷时轮胎面与路面完全接触，减少轮胎磨损。负外倾
4、角的作用在现代汽车中，由于悬架和车桥比过去的坚固，加上路面平坦。所以，采用正外倾角的车越来越少。而采用零倾角或负倾角的车越来越多。以改善转弯时的稳定性和行驶时的平顺性。在负外倾角的车辆转弯时外倾角减小，车辆倾斜度也相应减小。小轿车高速转向，离心力增大，车身外倾斜加大，产生了更大的正外倾，使得外侧悬架超负载，加剧了外侧轮胎的变形，外侧轮胎与地面接触的内外滚动半径不同，外侧小于内侧，着不仅加剧了轮胎磨损，也会使转向性能降低（如图3.3）。所以现代轿车车轮外倾角较小甚至为负值（内倾），可使内外侧滚动半径近似相等使轮胎内外侧磨损均匀，还提高了车身的横向稳定性。图3.3 负外倾角的作用3.1.2 前束角
5、（1）前束角的定义前束角: 前轮前束是从车辆的前方看，车轮中心线与车辆中心对称面之间的夹角（见图3.4）图3.4 前束的定义零前束:左右轮胎的中心线，其前端与后端距离相等。零前束，前后的距离相等A=B。正前束：左右轮胎的中心线，其前端小于后端距离。正前束，后端距离大于前端AB。负前束：左右轮胎中心线，其前端大于后端的距离。负前束，后端小于前端AB。（2）前束的作用 消除由于外倾角所产生的轮胎侧滑。因为车轮外倾角作用使车轮顶部外倾斜，当车辆向前行驶时，车轮要外滚动，从而产生侧滑。侧滑会造成车轮胎磨损，所以，前束作用是消除由于外倾角所产生的轮胎侧滑如图3.5。图3.5 外倾角产生的侧滑3.1.3
6、主销后倾角（1）主销后倾角的定义从车辆的侧面观察上球头或支柱顶端与下球头之间连线（假想的转向连线）向前或向后倾斜，即转向轴线与地面的垂线之间的夹角（如图3.6）。后倾角包括：正的后倾角、负的后倾角、零的后倾角三种。图3.6 主销后倾角的定义（2）主销后倾角的作用后倾角的作用a.增进直线行驶的稳定性。b.转向后使转向盘自动回正。c.主销后倾角影响汽车的偏行。3.1.4 内倾角、包容角和摩擦角（1）内倾角的定义由汽车的前方看，转向轴线与地面的铅垂线所形成的角度，如图3.7。图3.7 内倾角的定义（2）包容角主销内倾角与外倾角的综合即为包容角。包容角可用来诊断悬吊系统结构定位失准或悬吊组件变形。（3
7、）摩擦半径以地面为准，主销内倾角线（转向轴线）与地面交汇点，轮胎中心线与地面的交点的距离就是摩擦半径，如图3.8。图3.8 包容角及摩擦半径负摩擦半径: 当主销内倾角线余地面的交点在轮胎中心线之外侧即为负的摩擦半径。3.2 造成车轮的相对位置不正确的因素3.2.1 轮胎的影响（1）轮胎压力的影响汽车车轮的正常压力一般为22.5bar（07款普桑标准气压：前轮2.0bar，后轮2.4bar），在行驶一段时间以后，会出现左右轮胎胎压不一致的情况。这将导致汽车左右车身一边高一边低。如果左侧胎压高于右侧，车身向右倾斜，右车轮的正外倾角会随之增大。前文3.1.2中已经讲到正的外倾角会使车辆向前行驶时产生
8、侧滑。左右两侧胎压的不一致导致车身右倾时，右侧车轮的正外倾角大于左侧车轮的正外倾角,便会使汽车向右偏行。右侧胎压高于左侧时情况相反。（2）轮胎胎纹的影响汽车长时间没有做车轮动平衡会导致车轮轮胎出现较为严重的磨损，如果左右车轮的磨损量不同，也会出现车身倾斜，使左右两侧外倾角不一致而导致汽车行驶跑偏。3.2.2 底盘或车架变形的影响底盘车架的变形会使左右两侧的车轴长度不相等，导致汽车行进时绕前轮轴线和后轮轴线的交点转动(如图3.9所示)，最终导致汽车的向右跑偏。图3.9 车轴不等长示意图3.2.3 前轮弹性元件和减振器的影响弹性元件和减振器是汽车悬架的重要组成部件其性能的好坏直接影响到汽车的行驶稳
9、定性和安全性。弹性元件用来承受并传递垂直载荷，缓和由于路面不平引起的对车身的冲击。弹性元件种类包括钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、油气弹簧、空气弹簧和橡胶弹簧等。减振器用来衰减由于弹性系统引起的振动，减振器的类型有筒式减振器，阻力可调式新式减振器，充气式减振器。弹性原件在汽车行驶时受到由于路面不平引起的对车身的交变冲击载荷，时间一长，会导致汽车弹性原件出现疲劳现象，使弹性元件失效，承受并传递垂直载荷的能力大大下降。情况更严重的会明显看到车身的倾斜。车身倾斜必然导致汽车一侧正外倾角大于另一侧而向一边偏行。一侧减振器失效后，汽车在行驶时一旦受到路面对车身的冲击，就会出现减振器失效一侧车身由于弹性原件
10、的作用而上下振动。另一侧由于减振器工作良好，减震效果明显，振动较小，便会使车身出现微小的左右跑偏现象。汽车在高速行驶时出现这种情况是很危险的。3.2.4 四轮定位的相关参数的影响四轮定位参数的正确与否是保证汽车保持稳定的直线行驶的最重要的因素。汽车做四轮定位，是因为轿车的转向车轮、转向节和前轴三者之间的安装有一定的相对位置，这种具有一定的相对位置的安装叫做转向车轮定位，也称前轮定位。四轮定位包括主销后倾（角）、主销内倾（角）、前轮外倾（角）和前束四个内容（这些相关角度前文已详细介绍）。这是对两个转向前轮而言，对两个后轮来说也存在后轴之间安装的相对位置，称后轮定位。后轮定位包括车轮外倾角和逐个后
11、轮前束。这样前轮定位和后轮定位总起来说叫四轮定位。下面将对各个角度对汽车行驶跑偏的影响进行简要分析。（1）外倾角的影响正的外倾角使车轮顶部朝外倾斜，当车辆向前行驶时，车轮要朝外滚动，从而产生向外的侧滑。负的外倾角使车轮顶部朝内倾斜，当车辆向前行驶时，车轮要朝内滚动，从而产生向内的饿侧滑。当汽车左右的外倾角不一致超过一定的范围，就会使左右两侧车轮产生的侧滑量不一致，致使汽车向侧滑较大的一侧偏行。（2）前束的影响外倾角产生的侧滑会造成轮胎的磨损，前束就是用于消除外倾角的侧滑的。前束在一定的范围内能明显消除外倾角产生的侧滑，但是当出现前束角不一致超过一定的范围就会导致汽车向一侧跑偏。如图3.10所示
12、，当时，右轮向左跑偏的作用大于左轮向右跑偏，二者共同的作用就会导致汽车向左偏行。图3.10 前束的影响（3）后倾角的影响主销后倾角能使转向盘自动回正，增进汽车直线的行驶稳定性。（4）内倾角一般是不可调整的角度，对车辆行驶跑偏影响不大。对行驶中的车辆而言，影响车辆跑偏的主要四轮定位参数是车轮外倾角和前束。如果后倾角和前束调整正常，能有效发挥外倾角和前束有益的作用。一旦外倾角和前束出现变化，对汽车行驶跑偏的影响是很明显的。3.3造成两侧车轮受到的阻力不一致的因素造成车轮受到的阻力不一致的因素主要有轮胎与地面的摩擦阻力、单侧制动拖滞和车轮轴承预紧力不一致等。3.3.1 轮胎的影响轮胎胎压和磨损程度都
13、会影响到车轮的滚动摩擦力。（1）胎压对行车阻力的影响当胎压正确的时候汽车轮胎与地面的接触面积最大，此时轮胎的抓地力最大。当胎压不足时，轮胎与路面的接触面积会增加，这样在增大摩擦力的同时也会使致使轮胎弯曲变形，加快轮胎的磨损，特别是当汽车高速行驶时，更会削弱轮胎的承载能力，进而缩短轮胎的使用寿命，增加爆胎的可能。当车轮左右两侧胎压不一致时就会使得左右车轮的摩擦力不同，汽车行驶时便会向胎压低的一侧（摩擦力大的一侧）偏行。（2）胎纹对行车阻力的影响如果车胎行驶超过10000公里以上，那么就应该认真检查轮胎的胎纹左右是否均衡。若有出现左右磨损不一时应该做四轮定位，以达到让所有轮胎胎面均匀对地面作用。如
14、不做四轮定位就会使轮胎对地面的摩擦力不同。胎纹磨损严重的车轮和地面之间的摩擦力较小。当汽车左右车轮的胎纹磨损不一致时，左右两侧车轮与地面的摩擦力不同，使得汽车向摩擦力大的一侧跑偏。3.3.2 制动拖滞的影响在行车制动中，当抬起制动踏板后，全部或个别车轮的制动作用不能完全立即解除，以致影响车辆重新起步、加速行驶或滑行。当某侧车轮出现制动拖滞时，因左右两侧车轮受到的制动力不同而使得两侧车轮的转动线速度不同，这就导致了汽车向出现制动拖滞的一侧行驶跑偏。3.3.3 轴承预紧力的影响在装配汽车时，轮轴的轴承都留有一定的预紧力。汽车设计要求左右两侧的轴承预紧力应该一致。一旦汽车两侧的轮轴轴承预紧力不一致，
15、或是在事故中的碰撞使轴承有所变形，就会导致汽车两侧车轮绕车轴的转动阻力不同。最终的结果就是使两侧车轮转动线速度不同而导致行驶跑偏。4 汽车行驶跑偏故障的排除造成汽车行驶跑偏的原因主要就是上面所讲到的几点，找到了问题的原因下面就该对症下药了。4.1对造成车轮相对位置不正确因素的检测与排除造成车轮相对位置的不正确因素主要包括四轮定位相关参数、车架变形、减振弹簧和减振器失效和胎纹胎压的故障等。4.1.1 四轮定位的检测与调整（1）检测前的检查车辆开上跑台时，车前应当有人引导，使汽车停正。前轮要停在转盘上，后轮停在滑板上。汽车开上跑台前，应把转盘穿好锁销。升起跑台，观察轮胎有无啃胎、偏磨的情况，轮胎的气压是否正常，轮胎花纹深浅是否相同。如果轮胎磨损太严重，应当先换轮胎再作定位。测量两侧车身是否一样高。一般两侧车轮挡泥板上沿到台前的距离（检查车身高度、悬架高度的方法，参见具体品牌汽车的要求），应当相等。如果超过标准，说明两个问题：一是有一侧弹簧疲劳，二是有一
