研究性论文汽车转弯问题

毕业论文；课题名称；姓名号所在系；专业年级指导教师称；二O一二年五月十八日；汽车转向系故障的分析与检修；【摘要】转向系是汽车行驶的指南针，它的好坏关系着；行了诊断分析和检修；【关键词】轿车，转向器，故障分析，检查维修；引言；汽车发展的趋势是安全、节能、环保；分析；由转向油泵、转向油管、转向油罐以及位于整体式转向；1.汽车动力转向系的工作原理；(1)当汽车直线毕 业 论 文课题名称姓 名 号 所在系专业年级 指导教师 称二O一二年五月十八日汽车转向系故障的分析与检修【摘要】转向系是汽车行驶的指南针，它的好坏关系着汽车能否安全行驶。本文首先讲述了汽车动力转向系的整体结构；具体介绍了它的功用；分类和工作原理。然后具体对轿车动力转向系统常见的几种故障：一转向沉重，二转向时有噪声，三方向盘自由行程过大，四左右转向时轻重不一，五转向时转向盘强烈抖动，六汽车直线行驶时，转向盘发飘或跑偏。最后讲述了轿车动力转向系中转向盘的自由行程，转向储液罐的液面高度，液压泵的泵送压力，液压系统的密封性，转向柱的检查方法以及通过轿车动力转向系的故障现象进行了诊断分析和检修。对使用和维护汽车有着很现实。【关键词】 轿车， 转向器，故障分析 ，检查维修引言汽车发展的趋势是安全、节能、环保。转向系统是关系主动安全的重要系统，其操纵稳定性好坏对汽车性能影响很大。操纵性是汽车准确跟踪驾驶员意图行驶；稳定性是要求危险工况(高速行驶，侧向加速度大，离心力大，超过轮胎侧偏力而发生大的侧滑；小附着系数路面的侧滑；对开路面上轮胎左右侧偏力不相等、侧向风引起的横摆)下汽车仍稳定行驶。为提高操纵稳定性，出现了ESP(电子稳定程序)、主动转向、4WS(4轮转向)等。ESP判断产生不足转向或过度转向时相应在后轮、前轮产生制动力，产生横摆力矩即纠偏力矩。四轮转向的后轮也参与转向。低速时，后轮与前轮反向转向，减小转弯半径，提高机动灵活性。高速时，后轮与前轮同向转向，提高汽车的稳定性。其控制目标是质心侧偏角为零。然而这些汽车转向系统却处于机械传动阶段，由于其转向传动比固定，汽车的转向响应特性随车速而变化。因此驾驶员就必须提前针对汽车转向特性的幅值和相位变化进行一定的操作补偿，从而控制汽车按其意愿行驶。如果能够将驾驶员的转向操作与转向车轮之间通过信号及控制器连接起来，驾驶员的转向操作仅仅是向车辆输入自己的驾驶指令，由控制器根据驾驶员指令、当前车辆状态和路状况确定合理的前轮转角，从而实现转向系统的智能控制，必将对车辆操纵稳定性带来很大的提高，降低驾驶员的操纵负担，改善人一车闭环系统性能。分析由转向油泵、转向油管、转向油罐以及位于整体式转向器内部的转向控制阀及转向动力缸等组成。当驾驶员转动转向盘时，转向摇臂摆动，通过转向直拉杆、横拉杆、转向节臂，使转向轮偏转，从而改变汽车的行驶方向。同时，转向器输入轴还带动转向器内部的转向控制阀转动，使转向动力缸产生液压作用力，帮助驾驶员转向操纵。这样，为了克服地面作用于转向轮上的转向阻力矩，驾驶员需要加于转向盘上的转向力矩，比用机械转向系统时所需的转向力矩小得多。1.汽车动力转向系的工作原理(1)当汽车直线行驶时：转阀处于中间位置，来自转向油泵的工作液从转向器壳体的进油口流到阀体的中油环槽中。经过其槽底的通孔进入阀体和转阀之间，此时因转阀处于中间位置，所以进入的油液分别通过阀体和转阀纵槽槽肩形成的两边相等的间隙，再通过转阀的纵槽和阀体的纵槽以及阀体的径向孔流向阀体外圆上、下油环槽，然后通过壳体中的两条油道分别流到动力缸的上、下腔中去，即左转向动力腔l和右转向动力腔r，但上、下腔油压相等且很小。此时齿条-活塞既没有受到转向螺杆所造成的轴向推力，也没有受到上、下腔因压力差造成的轴向推力，所以齿条-活塞处于中间位置，动力转向不工作。流入阀体内腔的油液在通过转阀纵槽流向阀体上、下油环槽的同时，通过转阀槽肩上的径向油孔流到转阀与扭杆轴组件之间的空隙中，经阀体组件和调整螺塞之间的空隙流到回油口，经油管回到油罐中去，形成了常流式油液循环。(2)当汽车左转弯时：转动转向盘，使短轴逆时针转动，通过其下端轴销子带动转阀同步转动，这个扭矩也通过具有弹性的扭杆轴传给下端轴盖，下端轴盖边缘上的缺口通过固定在阀体上的销子带动阀体转动，阀体通过其下端缺口和销子，把转向力矩传给螺杆。由于转向阻力的存在，要有足够的转向力矩才能使转向螺杆转动。这个扭矩促使扭杆轴发生弹性扭转，造成阀体的转动角度小于转阀的转动角度，两者产生相对角位移。通下动力腔的进油缝隙减小(或封闭)，回油缝隙增大油压降低；通上动力腔的进油缝隙增大而回油缝隙减小(或关闭)，油压升高，上、下动力腔产生油压差。齿条-活塞便在上、下腔油压差的作用下移动，产生助力作用。此时来自转向油泵的压力油通过槽隙流向动力缸上腔，动力缸下腔的油则通过阀体径向孔、槽隙、转阀径向孔和回油口流向储油罐。(3)右转弯基本相似。不同的是由于转向方向相反，造成的阀体和转阀的角位移相反，齿条-活塞下腔压力升高而上腔油压降低，产生右转向助力。(4)当转向盘停在某一位置不再继续转动时：此时阀体随螺杆在液力和扭杆轴弹力的作用下，沿转向盘转动方向旋转一个角度，使之与转阀相对角位移量减小，上、下动力腔油压差减小。但仍有一定的助力作用，此时的助力扭矩与车轮的回正力矩相平衡，使车轮维持在某一转向位置上。(5)渐进随动原理：在转向过程中，若转向盘转动的速度快，阀体与转阀相对的角位移量也大，上、下动力腔的油压差也相应加大，前轮偏转的速度也加快，如转向盘转动的慢，前轮偏转的也慢；若转向盘转在某一位置上不变，对应着前轮也转在某一位置上不变。此即谓“渐进随动原理”，也就是：“快转快助，大转大助，不转不助”原理。(6)转向后需回正时，如果驾驶员放松转向盘，转阀回到中间位置，失去了助力作用，此时转向轮在回正力矩的作用下自动回位；若司机同时回转转向盘时，转向助力器助力，帮助车轮回正。(7)当汽车直线行驶偶遇外界阻力使转向轮发生偏转时：阻力矩通过转向传动机构、转向螺杆、螺杆与阀体的锁定销作用在阀体上，使之与转阀之间产生相对角位移，这样使动力缸上、下腔油压不等，产生了与转向轮转向相反的助力作用。在此力的作用下，转向轮迅速回正，保证了汽车直线行驶的稳定性。一旦液压助力装置失效，该动力转向器即变成机械转向器。此时转动转向盘，带动短轴转动，短轴下端法兰盘边缘有弧形缺口，转过一定角度后，通过螺杆上端法兰盘的凸块带动螺杆旋转，以保证汽车转向。不过这时转向盘的自由行程加大，转向沉重。 2 轿车动力转向系故障诊断分析本章讲述了汽车常见的几种故障并对其进行了诊断分析。一转向沉重，二转向时有噪声，三方向盘自由行程过大，四左右转向时轻重不一，五转向时转向盘强烈抖动，六汽车直线行驶时，转向盘发飘或跑偏。2.1转向沉重2.1.1 故障现象可变液压动力转向的汽车，本来转向是很轻便的，突然感到转向沉重或方向盘转不动。2.1.2故障原因油箱缺油或油液高度不足。系统中混入大量空气。油箱滤网堵塞或管路堵塞。液压泵磨损，内部泄漏或驱动部分打滑、磨坏。助力器内溢油阀、安全阀机件磨损，弹簧过软或调整不当。助力器内滑阀与滑壁间隙过大或关闭不严。系统各接头、衬垫处密封不良，产生液压油外漏；系统内部密封元件损坏产生内漏。2.1.3故障诊断与排除检查液压泵驱动部分的工作情况。检查驱动皮带是否打滑或其他驱动形式的齿轮传动等有无损坏。检查油箱内的油面高度，看其是否达到规定的高度。如油面过低，应予以加足，使油面达到油尺上的高度标记。检查油箱内的滤清器是否堵塞或损坏，如果堵塞，应进行清洗；如果损坏，应予以更换。检查系统中是否混有空气。如果发现液压油中有泡沫(或液压油混浊)，就可能是油路中有空气(通常通过观察回油管回油时是否夹带有气泡来判定)。空气的进入通常是液压泵的进油管裂损、接头松动以及液压泵轴上的密封环损坏等所致。如出现上述损坏，均应先给予维修，然后再排除系统中的空气。检查液压泵流量及溢油阀、安全阀的作用是否良好。可用压力表接在管路上检查，如果作用不良，应将阀及弹簧卸下，进行清洗和检查，必要时更换新件。检查控制阀内的滑阀，看其作用是否良好。如因间隙过大或关闭不严，应更换新的转向螺杆及滑阀。检查助力活塞上的密封环和阀室体径向环槽的中间密封作用是否良好，必要时应予更换，同时还要检查液压缸表面有无损伤。检查单向阀的球阀与阀座的接触是否严密。如因脏物垫起而关闭不严，应进行清洗，如因阀本身引起的关闭不严，必须更换新件。2.2 转向时有噪声2.2.1故障现象转向时液压泵处发生响声。2.2.2 故障原因液压泵驱动部分发响，如皮带过松、驱动齿轮传动件损坏等。液压油量不足、系统中混有空气。油箱滤芯堵塞或损坏。各管路接头松动或油管破裂、堵塞。2.2.3故障诊断与排除先检查油箱内的油面高度，若油面过低应补足液压油。检查驱动部分的工作情况，检查皮带是否过松、驱动齿轮及其他部件是否损坏，若不正常应按规定要求给予调整、修复。检查回油管的回油情况，观察液压油中是否夹带有气泡(油液呈混浊状) 之处，如有气泡，应先查出漏气，然后再排除空气。检查油箱滤芯以及油路各处有无堵塞、损坏，若有均应将其修复。2.3方向盘自由行程过大2.3.1故障现象转动方向盘发现自由行程过大。2.3.2故障原因转向纵拉杆两端的球头销与销座的间隙过大。齿条与齿扇的间隙过大。转向螺杆和转向螺母与钢球之间的间隙过大。2.3.3故障诊断与排除应逐一检查上述间隙是否过大，并采取相应的措施 。2.4左右转向时轻重不一2.4.1故障现象汽车在行驶中左右转弯时，左右转动方向盘感到轻重不同。2.4.2故障原因控制阀中的滑阀偏离中间位置，或虽在中间位置但与阀体台肩的缝隙大小不一致。 滑阀或阀体台肩处有毛刺、碰伤或有脏物阻滞，使液压油循环受阻致使加力不平衡。 动力缸一侧有空气，造成活塞两侧压力差过大，致使左、右向轻重不同。2.4.3故障诊断与排除

0 前年，如果轿车安装有 ABS(防抱死制动系统)，不但说明该车的安全性能出类拔萃，而且档次也相当高级。今天，安装ABS的轿车已经相当普遍，经济型车也安装有ABS。防抱死制动系统 ABS(Anti-lock Braking System)属于汽车的主动安全系。ABS系统的配置，既可有效避免紧急制动时车轮抱死(打滑)现象的发生，同时还可以保持车辆制动过程中的平稳。 随着对汽车安全性能的要求越来越高，一些中、高档级的轿车已经不满足于ABS，还安装了ASR(驱动防滑系统，Acceleration Slip Regulation，又称牵引力控制系统)防止车辆尤其是大马力车在起步、再加速时驱动轮打滑现象，以维持车辆行驶方向的稳定性。ASR与ABS的区别在于，ABS是防止车轮在制动时被抱死而产生侧滑，而ASR则是防止汽车在加速时因驱动轮打滑而产生的侧滑，ASR是在ABS的基础上的扩充，两者相辅相成.或者 ESP(电控行驶平稳系统)，使汽车的安全性能进一步提高。ASR的作用是当汽车加速时将滑动率控制在一定的范围内，从而防止驱动轮快速滑动。它的功能一是提高牵引力；二是保持汽车的行驶稳定。行驶在易滑的路面上，没有 ASR 的汽车加速时驱动轮容易打滑； 如是后驱动的车辆容易甩尾， 如是前驱动的车辆容易方向失 控。有 ASR 时，汽车在加速时就不会有或能够减轻这种现象。在转弯时，如果发生驱动轮 打滑会导致整个车辆向一侧偏移，当有 ASR 时就会使车辆沿着正确的路线转向。 汽车的牵引力控制可以通过减少节气门开度来降低发动机功率或者由制动器控制车轮 打滑来达到目的，装有 ASR 的汽车综合这两种方法来工作，也就是 ABS／ASR 形式。 装有 ASR 的车上，从油门踏板到汽油机节气门(柴油机喷油泵操纵杆)之间的机械连 接被电控油门装置所取替。 当传感器将油门踏板的位置及轮速信号送至控制单元 (CPU) 时， 控制单元就会产生控制电压信号， 伺服电机依此信号重新调整节气门的位置 (或者柴油机操 纵杆的位置) ，然后将该位置信号反馈至控制单元，以便及时调整制动器。 ESP(电控行驶平稳系统，英文全称 Electronic Stabilty Program)包含 ABS 及 ASR，是 这两种系统功能上的延伸。因此，ESP 称得上是当前汽车防滑装置的最高级形式。ESP 系统 由控制单元及转向传感器(监测方向盘的转向角度) 、车轮传感器(监测各个车轮的速度转 动) 、侧滑传感器(监测车体绕垂直轴线转动的状态) 、横向加速度传感器(监测汽车转弯时 的离心力)等组成。 控制单元通过这些传感器的信号对车辆的运行状态进行判断，进而发出控制指令。有 ESP 与只有 ABS 及 ASR 的汽车，它们之间的差别在于 ABS 及 ASR 只能被动地作出反应， 而 ESP 则能够探测和分析车况并纠正驾驶的错误，防患于未然。 ESP 对过度转向或不足转向特别敏感，例如汽车在路滑时左拐过度转向(转弯太急)时 会产生向右侧甩尾， 传感器感觉到滑动就会迅速制动右前轮使其恢复附着力， 产生一种相反 的转矩而使汽车 保持在原来的车道上。当然，任何事物都有一个度的范围，如果驾车者盲 目开快车，现在的任何安全装置都难以保证其安全。据汽车工程界专家介绍，将来 ASR 等将变得如同 ABS 一样普及，因为 ABS、ASR 及 ESP 包含着技术及性能上的贯通。有专家认为在一定的范围内 ASR 等装置有取替 4 轮驱动的可能。例如轿车，过去人们认为提高轿车行驶性能最好是采用 4 轮驱动，可是与 4 轮驱动 相比，ASR 等装置更适合轿车。这是因为 4 轮驱动结构复杂成本高，增加车重而且耗油， 而 ASR 等装置结构简单安装方便，在一般城镇道路上使用效果并不差。 ABS／ASR／VDC 系统 ABS／ASR 系统成功地解决了汽车在制动和驱动时的方向稳定性问题，但不能解 决汽车转向行驶时的方向稳定性问题。 例如当汽车转向行驶时， 不可避免地受到侧向和纵向 力的作用，只有当地面能够提供充分的侧向和纵向力时，驾驶员才能控制住车辆。如果地面 侧向附着能力比较低，就会损害汽车按预定方向行驶的能力。雨天汽车高速转向行驶时，常 常侧向滑出，就是地面侧向附着能力不足的缘故。为解决此问题，最近汽车工业发达国家又 在 ABS／ASR 系统的基础上发展成汽车动态控制系统(英文名称为 Vehicle Dynamics Control，简称 VDC)。这个系统把汽车的制动、驱动、悬架、转向、发动机等各主要总成的控制系统在功能上、 结构上有机的综合在一起，可使汽车在各种恶劣工况下， 如冰雪路面上、 对开路面上、弯道路面上以及采取规避动作移线、制动、加速和下坡等工况行驶时，对不同承载、 不同轮胎气压和不同程度的轮胎磨损都有良好的方向稳定性，表现出最佳的行驶性能。 VDC 的应用，在制动、加速和转向方面完全解脱对驾驶员的高要求，在汽车的主动安全行驶方面竖立了一个新的里程碑。VDC 系统对转向行驶的控制主要是借助于对各个车轮的制动控制和发动机功率输出控 制来实现的。例如汽车左转弯时，若前轮因转向能力不足而趋于滑出弯道，VDC 系统即可 测知侧滑即将发生，就采取适当制动左后轮的办法。左后轮产生的制动力可帮助汽车转向， 使汽车继续按照理想的路线行驶。若在同一弯道上，因后轮趋于侧向滑出 而转向过多，VDC 系统即采取适当制动右前轮的办法，维持车辆的稳定行驶。在极端情况 下，VDC 系统还可采取降低发动机功率输出的办法降低行驶车速，减少对地面侧向附着能 力的需求来维持车辆的稳定行驶。采用 VDC 系统后，汽车在对开路面上或弯道路面上的制 动距离还可进一步缩短。VDC 系统主要应用了下述传感器：车轮转速传感器，用来跟踪每一车轮的运动状态； 方向盘转角传感器，用来传感方向盘的转角； 横摆角速度传感器，用来记录汽车绕垂直轴线转动的所有运动； 侧向加速度传感器，用来检测转向行驶时离心力的大小； 车轮位移传感器，用来测量车轮和车身相对位置的变化。 这些传感器的核心部分是横摆角速度传感器， 这是因为汽车的横摆角速度和方向盘 转角的比值是反应汽车转向行驶品质的一个重要参数。位移传感器的信号传给电子控制装置，用来控制半主动悬架，改善汽车的接地性能。其它传感器则把汽车每一瞬时的运动状态 的信息传给电子控制装置，使之与理想的运动状态相比较，一旦汽车偏离了理想的路线，它就会在极短的时间内采取纠正措施， 给制动控制系统或发动机控制系统发出相应的指令， 维持汽车在理想的路线上行驶电子制动力分配系统(EBD) EBD 能够根据由于汽车制动时产生轴荷转移的不同，而自动调节前、后轴的制动 力分配比例，提高制动效能，并配合 ABS 提高制动稳定性。汽车在制动时，四只轮胎附着 的地面条件往往不一样。比如，有时左前轮和右后轮附着在干燥的水泥地面上，而右前轮和 左后轮却附着在水中或泥水中， 这种情况会导致在汽车制动时四只轮子与地面的摩擦力不一 样，制动时容易造成打滑、倾斜和车辆侧翻事故。EBD 用高速计算机在汽车制动的瞬间， 分别对四只轮胎附着的不同地面进行感应、计算，得出不同的摩擦力数值，使四只轮胎的制 动装置根据不同的情况用不同的方式和力量制动， 并在运动中不断高速调整， 从而保证车辆 的平稳、安全。 安全气囊(SRS) 安全气囊是现代轿车上引人注目的高技术装置。安装了安全气囊装置的轿车方向 盘，平常与普通方向盘没有什么区别，但一旦车前端发生了强烈的碰撞，安全气囊就会瞬间 从方向盘内“蹦”出来，垫在方向盘与驾驶者之间，防止驾驶者的头部和胸部撞击到方向盘 或仪表板等硬物上。安全气囊面世以来，已经挽救了许多人的性命。研究表明，有气囊装置的轿车发生正面撞车，驾驶者的死亡率，大轿车降低了 30%，中型轿车降低 11%，小型轿 车降低 14%。安全气囊主要由传感器、微处理器、气体发生器和气囊等部件组成。传感器和微处理器用以判断撞车程度，传递及发送信号；气体发生器根据信号指示产生点火动作，点燃固态燃料并产生气体向气囊充气，使气囊迅速膨胀，气囊容量约在(50-90)L。同时气囊设有安全阀，当充气过量或囊内压力超过一定值时会自动泄放部分气体， 避免将乘客挤压受伤。安全气囊所用的气体多是氮气或一氧化碳。 除了驾驶员侧有安全气囊外，有些轿车前排也安装了乘客用的安全气囊(即双安全气囊规格)，乘客用的与驾车者用的相似，只是气囊的体积要大些，所需的气体也多一些而已。另外，有些轿车还在座位侧面靠门一侧安装了侧面安全气囊。

汽车在有牵引力的状态下快速转弯，其受到来自发动机动力经过动力总成传递到车身的转弯圆弧切线方向的牵引力，转向时轮胎摩擦力传递到车身的圆弧向心力，车身作转向时的离心力，以及地面摩擦力等主要受力。汽车转弯过程中,受力分析通常认为其受到了一个指向圆心的静摩擦力作用,这个静摩擦力提供了汽车转弯时的向心力.但是,此时对汽车受力分析,汽车受到一个向前的牵引力作用和一个指向圆心的静摩擦力作用,垂直的两个方向上均有加速度,应此并不能做匀速圆周运动.而汽车此时与地面发生摩擦,应存在一个滑动摩擦力,这个沿切线方向的力也刚好可以抵消牵引力作用,使汽车沿切线方向保持匀速,可是滑动摩擦力又不能与静摩擦力共存.也有人说,汽车此时仅有轮胎的滚动作用,应受到滚动摩擦力,那么滚动摩擦力也属于静摩擦力,这时候指向圆心的静摩擦力与切线方向的滚动摩擦力。