《大眾汽車轉向行駛跑偏故障診斷分析（論文）8400字》

引言1.1研究本課題的意義和目的隨著汽車普及程度和車速的提高，汽車行駛跑偏的現(xiàn)象越來越多，車禍不斷的增加。汽車交通事故已成為嚴峻的全球性社會問題。行駛跑偏是汽車使用過程中一種常見的故障。該故障會導致駕駛員的操作疲勞，增加駕駛難度；對車輛輕則造成啃胎、輪胎報廢，重則引發(fā)爆胎、車輛失控等。通過分析大眾CC2013款汽車轉向行駛跑偏的主要故障體現(xiàn)以及故障的主要原因及其診斷方案，對輪胎氣壓、四輪定位、懸架系統(tǒng)進行深入研究，進一步有針對性地提出故障檢修與排除方法[1]。1.2國內外研究現(xiàn)狀近年來，針對轉向系統(tǒng)的國外研究主要集中在新型主動前輪轉向系統(tǒng)結構開發(fā)以及轉向控制策略兩個方面，并取得了積極的進展。轉向系統(tǒng)結構開發(fā)主要集中在轉向系統(tǒng)的可變傳動比研究，例如寶馬汽車公司的“3系”和“5系”車型，豐田汽車公司的“雷克薩斯”等車型已經(jīng)搭載了主動前輪轉向系統(tǒng)并獲得了良好的用戶口碑，德爾福公司、奧迪公司和光洋精工等也分別設計了各自的主動轉向系統(tǒng)裝置。HuhKunsoo等針對汽車在容易發(fā)生側滑的極限工況下，利用模型預測控制對轉向輪胎上側向力的參考值與補償預測力產生的差值進行了跟蹤控制研究，設計了相應的穩(wěn)定性控制器，并通過硬件在環(huán)仿真驗證了該方法的有效性。Mammar等人考慮了汽車系統(tǒng)的建模不確定性，利用H∞魯棒性控制理論對主動轉向車輛的穩(wěn)定性進行了研究，提出的穩(wěn)定性控制器具有良好的抗干擾效果。國內一些專家學者也對汽車轉向行駛跑偏的控制技術進行了相關研究，并取得了積極的效果。吉林大學的郭孔輝院士對汽車輪胎特性進行了深入研究，尤其在非線性輪胎特性、駕駛員預瞄模型方面做出了卓越貢獻，為主動前輪轉向系統(tǒng)的動力學特性和人-車-路閉環(huán)控制研究奠定了基礎。南京航空航天大學的魏建偉等提出了在主動前輪轉向干預時電動助力系統(tǒng)的前饋修正控制策略，并給出了助力修正控制方案有效性的評價指標。桑楠等提出了基于自抗擾技術的主動前輪轉向與直接橫擺力矩集成控制方法，提高了車輛在高低附著路面行駛的操縱穩(wěn)定性。北京理工大學魏杰、林逸等在原有電動助力轉向的基礎上設計了新型的主動轉向系統(tǒng)，通過原助力電機實現(xiàn)對駕駛員的手力調節(jié)，通過助轉角電機糾正轉角實現(xiàn)對車輛的主動避障、車道保持和橫擺穩(wěn)定性控制，建立了非線性模型預測控制策略以實現(xiàn)車輛的主動避障和車道保持功能，以及雙層模型預測控制策略選擇最優(yōu)避障路線。1.3發(fā)展趨勢綜上所述，國內學者的研究主要集中在兩個方面：一是汽車轉向系統(tǒng)自身的可變傳動比研究以及結合整車的穩(wěn)定性控制、自動駕駛控制研究；二是汽車轉向行駛與諸如電動助力轉向系統(tǒng)、主動懸架系統(tǒng)等其他汽車底盤子系統(tǒng)的集成控制研究。2汽車轉向行駛跑偏的原因分析2.1車輪的相關角度汽車轉向行駛偏差的第一根本原因是車輪的相對位置不正確，這里提起了汽車的車輪相對的位置，所以很需要對車輪的相關角度介紹。[2]當輪胎中心線在鉛垂線外側時夾角稱為正外傾角(見圖2.1a)當輪胎中心線在鉛垂線內側時夾角稱為負外傾角（見圖2.1b）。圖2.1外傾角的定義不管采用正外傾角或負外傾角，由于車輪內側和外側轉動的半徑不太一致，而車輪轉速相同必須造成車輪內外磨損不均勻，如圖2.2所采用零外傾角的主要原因，是防止輪胎不均勻的磨損。圖2.2零外傾角的作用在現(xiàn)代汽車中，由于懸架和車橋比過去的堅固，加上路面的平坦，所以采用采用零傾角或負傾角的車也越來越多。在負外斜角的車輛轉彎時外斜角減小，車輛傾斜度也相應減小。小轎車高速轉向，離心力增大，車身外斜角加大，產生了更大的正外頃，使得外側懸架負載，加劇了外側輪胎的變形，外側輪胎與地面接觸的內外滾動半徑不同，外側小于內側，不僅加劇了輪胎磨損，也會使轉向性能降低（如圖2.3）。所以現(xiàn)代轎車車輪外傾角較小甚至為負值（內傾），可使內外側滾動半徑近似相等使輪胎外側磨損均勻，還提高了車身的橫向穩(wěn)定性。圖2.3負載外傾角的作用前束角是指前輪前速是從車輛的前方看，車輪中心線與車輛中心對稱之間的夾角（見圖2.4）。車輪前束A<B車輪后束A>B圖2.4前束的定義前束角的作用：因為車輪外傾斜角作用使車輪頂部外傾斜，當車輛向前行駛時，車輪要外滾動，從而產生側滑，側滑造成輪胎磨損，所以，前束作用是消除由于外傾斜角所產生的輪胎側滑（如圖2.5）所示。圖2.5外傾角產生的側滑主銷后傾角是指從車輛側面來觀察上球頭和支柱頂端與下球頭之間連線，向前或向后傾斜，即轉向軸線和地面的垂線之間的夾角（如圖2.6所示）。后傾角包括三種，正的后傾角、負的后傾角、還有零的后傾角。[3]圖2.6主銷后傾角的定義內傾角是指從汽車的前方觀察，轉向軸線與地面的鉛錘線所形成的角度（如圖2.7）[4]。圖2.7內傾角的定義2.2造成車輪的相對位置不正確因素2.2.1輪胎的影響（1）輪胎胎紋的影響。汽車如果長時間沒有做車輪動平衡會導致車輪輪胎出現(xiàn)比較嚴重的磨損，如左右車輪的磨損量不相同，也會導致車身傾斜，使左右兩側外傾角不一致而導致汽車行駛跑偏。（2）輪胎壓力的影響。汽車車輪的正常壓力一般為2.2~2.5bar之間（13款大眾CC標準氣壓：前輪為2.0，后輪為2.4），在行駛一段時間后，會出現(xiàn)左右輪胎胎壓不一致的情況。將會導致汽車左右一邊高一邊低的現(xiàn)象。[5]2.2.2底盤或車架變形的影響底盤車架的變形會使整車的穩(wěn)定性變差，操控性降低，會使左右兩側的車軸長度不相等，導致汽車行進時繞前輪軸線和后輪軸線的交點轉動（如圖所示2.9），最終會導致汽車向右跑偏。圖2.9車軸不等長示意圖2.2.3四輪定位的相關參數(shù)影響四輪定位參數(shù)正確與是否保證汽車保持穩(wěn)定直線行駛的重要因素。四輪定位包含主銷后傾角、主銷內傾角、前輪外傾角和前束四個內容。[6]3大眾CC2013款電控懸架系統(tǒng)的結構控制原理3.1大眾CC2013款電控懸架系統(tǒng)的總體結構大眾CC除了發(fā)動機采用的最新技術外，大眾的五連桿機構在同類型的汽車中是獨一無二的。大眾的五連桿機構的全稱是一個5連續(xù)獨立懸架系統(tǒng)。所謂“5連桿”，是指擺臂、擺臂、上臂、下臂和控制臂的前部，可以調整前梁控制臂后輪。圖3.1大眾CC5連續(xù)獨立懸架系統(tǒng)這種方法的特點是：在實現(xiàn)5根連桿后，由加速度和制動產生的前、后方向的力和方向均通過5臂，使整個懸架系統(tǒng)結構簡單、質量低。前后方向的力由前定位臂和后定位臂承擔；側向力由上臂、下臂和控制臂支撐，剛性好。同時，上、下沖擊由減振器控制，穩(wěn)定性得到控制，而乘坐舒適性也有很好的效果。由于上臂、下臂和控制臂垂直排列成一條直線(垂直于車輪)，懸架的側剛度增強。趨向于定位臂的裝飾和定位臂的連接曲線與普通懸架車輪胎中心的跟蹤，它可以使后坡道直線行程，主銷以最佳角度，大大減少前后路的方向，提高了加速和制動的舒適性和保障性。[7]5連桿的配置使車輛具有前向梁的特點，無論是直線、轉向或制動。當上臂和前臂對準定位軸位于安裝基本平行的軸點，安裝點和后臂平行于軸的基本安裝點，在車輪跳動的腳趾和線性度做一些小的變化，提高了輪胎的接地電阻，增加直接和滾動阻力，降低轉向不足。車輪的中央控制臂之間的距離大于車輪的中心的下臂，和下臂襯套有較大的位移，有被動輔助轉向的作用，使彎曲的道路更鋒利，可比賽的前滑輪指定改善控制性能的角度（圖3.2）。制動時，前定位臂和后定位臂偏向布局，增加了制動力的推力。另一方面，偏心控制臂不易產生位移，從而進一步保證了前梁。即使在制動的情況下，機動性仍然保持（圖3.3）。圖3.2轉向時正前束特性圖3.3制動時正前束特性大眾CC可以模擬雙橫臂懸架幾何特性的五連桿系統(tǒng)，使汽車具有良好的轉向性能、直線運動性能和駕駛舒適性，并能增加行李箱空間，使其性能更加令人舒適。3.2方向盤轉向角傳感器圖3.4顯示了大眾CC2013款應用的光電轉向角傳感器的安裝位置和結構圖。在方向盤的轉向軸上設有窄槽盤，傳感器的光電單元（即發(fā)光二極管）和感光接收元件（光敏三極管）相對布置在光盤的兩側，形成遮光罩。由于碟片上的窄間隙分布均勻，當方向盤軸帶動碟片偏轉時，窄間隙碟片將掃過燈滅中間的孔，使燈滅輸出端進行通斷轉換，形成脈沖信號。電路原理圖如圖3.5所示，工作原理圖如圖3.6所示。圖3.4名稱光電式轉向角傳感器圖3.5光電式轉向角傳感器工作原理圖3.6方向盤轉向角傳感器工作原理3.3車身高度傳感器車身高度傳感器的功能是檢測汽車年行駛時車身高度的變化（汽車年懸架的位移），并專門設計電信號輸入懸架系統(tǒng)的電子控制裝置。常用的車身高度傳感器有鋼板彈簧開關高度傳感器、霍爾集成電路高度傳感器和光電高度傳感器。片簧開關式高度傳感器。片簧開關式高度傳感器的結枸和工作原理如圏3.7所示。圖3.7片簧開關式高度傳感器結構及原因板簧開關高度傳感器有四組接觸開關，分別與兩個三極管連接，形成四個檢測電路。兩段作為輸出信號與懸架ECU相連，兩個三極管由ECU輸出端子控制。傳感器將車身高度狀態(tài)分為四個檢測區(qū)域，即低、正常、高和超高。當車身高度設置為正常高度時，如果由于乘客人數(shù)的增加，車身高度偏離正常高度。此時，鋼板彈簧開關式高度傳感器的一對觸點閉合，產生電信號并發(fā)送到電子控制單元，電子控制單元判斷車身高度過低，并將電信號輸出到車身高度控制執(zhí)行器，使車身高度恢復到正常高度狀態(tài)?；魻柤呻娐肥礁叨葌鞲衅??；魻柤呻娐肥礁叨葌鞲衅鞯慕Y構和工作原理如圖3.8所示。圖3.8霍爾集成電路式高度傳感器結構和原理霍爾集成電路高度傳感器由兩個霍爾集成電路和磁鐵組成。其工作原理是當兩塊磁鐵的相對位移是由物體高度的變化引起時，兩個霍爾集成電路會產生不同的霍爾效應，并形成相應的電信號。根據(jù)這些電信號，懸架電子控制裝置將對車身高度偏離設定高度進行判斷，從而驅動執(zhí)行器進行相關調整。由于安裝時兩個霍爾集成電路和兩個磁鐵的位置組合不同，車身高度狀態(tài)可分為三個區(qū)域進行檢測。光電式高度傳感器。光電高度傳感器屬于非接觸式高度傳感器，在使用過程中不會因磨損而影響檢測精度和靈敏度。因此，越來越多的現(xiàn)代汽車使用光電高度傳感器。其工作原理圖如圖3.9所示。圖3.9光電式高度傳感器結構和原理

4大眾CC2013款轉向行駛跑偏故障的檢修與維護4.1電控懸架系統(tǒng)的傳感器故障檢查和診斷4.1.1汽車高度的檢查在電控懸架系統(tǒng)中，車輛高度傳感器作為主要功能模塊，負責監(jiān)測車輛底部的高度變化。在車身高度傳感器的實際應用中，主動式非接觸式角度傳感器較為常見，為了保證傳感器能夠安裝在懸架和車身之間，實現(xiàn)對懸架振動幅度的準確感知，傳感器以磁場為工作介質，通過對車輛運動參數(shù)的轉換，實現(xiàn)數(shù)字電壓作為實際輸出形式，ECU可在此基礎上完成準確的駕駛高度定量計算過程，從而根據(jù)實際道路變化控制車身高度，有效避免車底同一路面上的顛簸與凹陷之間的擦傷引起的跑偏。利用光電三極管或光電二極管監(jiān)測車輛高度的動態(tài)變化，并將測試結果傳送到電子控制單元。ECU根據(jù)行駛中的車輛載荷，動態(tài)調整車身高度，保持車身高度，保證車輛平穩(wěn)運行，使車輛在前后左右輪載荷變化時不受載荷的影響。同時，為了保證車身高度不變，車輪懸架的剛度可以根據(jù)汽車的實際情況進行調整，如制動、起步、轉向等，從而使汽車的抗俯仰和抗側傾能力得到明顯增強。[8]車輛高度傳感器的工作原理是充分利用連桿。通過調整連桿的長度，可以測量出懸架在10cm內的變化，以及懸架與車身之間的距離。在此基礎上，將其轉換為角度變化值，然后通過輸出電壓的線性變化來測量角度變化值。小于或等于5V的電壓值對應于傳感器表征變化在±40。然后，F(xiàn)CU檢測到車輛高度傳感器的輸出信號（按固定的時間間隔），在此基礎上判斷各區(qū)域的比例，并根據(jù)判斷結果確定是否調整車輛高度和調整范圍。同時通過打開排氣閥和壓縮機來完成空氣懸架主氣室中的空氣量的控制，保證根據(jù)實際路況將車體高度調整到合理的范圍內，完成調整過程。在車輛高度傳感器的維修過程中，光敏三極管和LED常出現(xiàn)臟污、損壞，包括電路短路、接觸不良等，這些故障的發(fā)生會削弱傳感器的輸出信號，導致懸架控制系統(tǒng)不能正常工作，影響汽車行駛轉向。因此，在檢測車輛高度傳感器時，首先要觀察光電耦合部分和快門，在保證其清潔、連接電路無故障的基礎上，拆卸車輛高度傳感器，用導線與插頭電源連接完畢后，打開點火開關，測量插頭上信號插座的電壓值，如果電壓值在0-1v范圍內，則意味著車輛高度傳感器具有良好的性能。4.1.2方向轉角修理方向盤轉角傳感器的常用方法有：在拆卸儀表板手套箱的基礎上，連接點火開關，緩慢轉動電子控制懸架系統(tǒng)FCU中SSL、SS2等連接器端子與車身接地之間的電壓方向盤。如果電壓變化值在0-5V范圍內，則傳感器性能良好；拆卸方向盤后，將方向盤與連接器分離，連接點火開關，然后測量端子1和2之間的電壓。如果電壓值在9-l4v范圍內，則傳感器性能良好；拆下方向盤后，將方向盤與連接器分離，使傳感器旋轉部分處于慢速旋轉狀態(tài)，施加蓄電池電壓（端子間），測量端子之間的電壓值，如果電壓值位于0一區(qū)間內則傳感器性能良好。[9]4.2前懸架系統(tǒng)及其檢修4.2.1前懸架系統(tǒng)的結構前懸架系統(tǒng)主要由前減振器、穩(wěn)定桿和上、下橫臂等組成，其結構如圖4.1所示。圖4.1前懸架系統(tǒng)結構4.2.2前懸架橫臂的拆裝與檢查拆卸前懸吊臂部分，檢查前懸吊臂部分，檢查內容如圖4.2所示，操作應注意以下：在拆下橫臂前，必須先拆下前減震器。拆卸后更換自鎖螺母。注意不要損壞球頭保護套。前懸架臂的安裝如圖4.2所示。在操作過程中，應注意以下幾點：橡膠襯套不能互換。在擰緊固件之前從螺紋上清除污垢或油脂。安裝完成后，應按規(guī)定檢測前輪，必要時進行調整。4.2.3前懸架系統(tǒng)轉向節(jié)與輪轂的拆裝檢查前懸架系統(tǒng)的轉向節(jié)和車輪的拆卸位置、檢查內容和安裝要求如圖4.2所示。為了防止對制動軟管的損壞，可以使用金屬短柱將制動鉗懸掛在底盤下。從轉向節(jié)上拆下車輪速度傳感器（不要斷開插頭）。[10]拆下制動盤固定螺釘6mm，并把它的制動盤從中心彈出，每個螺栓每次旋轉2次，以防止制動盤傾斜。從手指關節(jié)上拆下制動盤，檢查前輪是否損壞或損壞，除去污垢或油脂，從滾珠螺母保護螺母上拆下滾珠并拆下球頭保護螺母。圖4.2前懸架系統(tǒng)轉向節(jié)與輪轂的拆卸部位、檢查內容及安裝要求4.3后懸架系統(tǒng)及其檢修4.3.1后懸架系統(tǒng)的結構大眾CC轎車采用瓦特的連接裝置，這是一種新的懸掛臂，通過五個連桿和兩個叉來控制更靈敏，它能提供安全可靠的穩(wěn)定性和駕駛舒適性，增加后座和行李箱空間，后懸架系統(tǒng)由一個后減震器和五個連桿（上臂、下臂、后臂、后臂、控制臂）和穩(wěn)定桿組成，該結構如圖4.3所示。圖4.3后懸架系統(tǒng)的結構4.3.2后懸架五連桿的拆裝與檢查五連桿后懸架裝配部和檢查安裝的內容和要求應注意以下幾點：1.更換所有的自鎖螺母和開口銷。2.在擰緊固件之前，去除螺紋上的污點或油脂。3.在舉升車輛之前，必須擰緊連接到橡膠閥座或襯套的所有螺栓和螺母。安裝完畢后，按規(guī)定的檢查和狀態(tài)調整輪對。4.3.3輪轂軸承裝置的更換輪轂軸承的裝配圖如圖4.4所示。根據(jù)拆卸順序安裝轉向節(jié)，在操作過程中應注意以下幾點：安裝制動盤前，要清洗輪轂面和制動盤；在裝配前，必須使用高燃點溶劑徹底清潔軸承和軸；為了防止制動鉗或制動軟管的損壞，請用短電線將制動鉗掛在底盤下面。圖4.4輪轂軸承裝置裝配4.3.4轉向節(jié)軸套的更換轉向節(jié)放在壓力機下并進行機械加工；調整襯套拆卸，以配合襯套孔內徑，并擰緊內部六角螺栓；將套筒拆卸器套在套筒上，并用套筒壓緊套筒；把接頭放在壓下，讓它面朝下；調整套筒拆卸裝置以與套筒孔的外徑相匹配，并將套筒拆卸放置在套筒上；密封套筒拆卸與壓套入轉向節(jié)，直到套筒的末端對準轉向節(jié)的加工表面。[11]4.4四輪定位的檢測與調整檢測車輪傾角以去除所測量的車輪；從內輪鋁合金輪轂上拆下中蓋；從后輪轂上拆下輪轂蓋；車輪定位器附件和測斜儀安裝在輪轂上；轉動前輪使其保持直線；兩個旋轉輪是使裝置左右方向大致水平。

5具體案例分析5.1汽車行駛跑偏的原因分析（1）車輪定位不準。車輪定位不準是引起汽車跑偏的主要原因，而且即使輪胎定位參數(shù)都在規(guī)定范圍內，但如果各參數(shù)之間不匹配，也會引起汽車的行駛跑偏。[12]（2）輪胎問題。車輛在直線行駛時，會向輪胎氣壓低的那側跑偏?；y和材質等因素不會完全相同，致對地面的壓力也不同，使輪胎的橫截面類似于圓錐形，左、右兩側輪胎錐度力的合力決定車輛的跑偏方向。（3）制動系因素。當輪胎的某一個制動器回位不良導致，盤式制動器用制動鉗體上兩制動塊依靠液壓油的作用下，夾緊制動盤進行制動的；當某一側制動塊回位不良，沒有踩下制動器，其也有一定制動作用，這就相當于某一車輪始終受到制動塊施加一側軸向力，行駛起來車輛必然會跑偏。（4）轉向系因素。由于汽車使用時間過長，加上在使用過程中沒有及時保養(yǎng)和維護，致使轉型系中轉向拉桿球頭、支撐臂膠套、穩(wěn)定桿膠套等位置間隙過大，這兩個部件也是轉型系中易發(fā)生間隙過的部位，間隙過大，轉向盤就不能很好的控制汽車車輪，汽車發(fā)生跑偏現(xiàn)象。[13]5.2故障現(xiàn)像確認一輛大眾CC2013款汽車，配備2.0TSI發(fā)動機，行駛里程5149km，在動態(tài)車檢的過程中，試驗樣車總是會向左跑偏，駕駛員為保持車輛正常行駛，雙手必須始終把住方向盤，駕駛一天車會感到精疲力盡。5.3查找相關資料鑒于上述問題，筆者首先，對樣車的輪胎胎壓進行檢測；其次，對樣車的輪胎進行左、右互換，調整錐度力的合力；再次，檢查底盤結構件的尺寸和裝配；最后，校準四輪定位參數(shù)。5.4故障診斷通過對該汽車的胎壓進行檢測，發(fā)現(xiàn)符合標準，調整輪胎錐度力的合力后，行駛跑偏依然存在。檢查結構件的尺寸，沒有超差，符合設計標準，底盤的裝配也沒有出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。最后對樣車進行了四輪定位，發(fā)現(xiàn)右輪外傾角偏小，不符合設計標準。主銷內傾和主銷后傾在一般的維修過程中是不能調整的，但是車輛過載，車架彎曲，上臂安裝角度差都會造成后傾角的不一致。特別是懸架零件的磨損、失效、松曠等都會改變包括主銷后傾角、主銷內傾角在內的前輪定位角。車輪有外傾角后，在滾動時，就有一個滾錐效應，導致兩側車輪向外滾開。如果兩個左右外傾角不等，車輪向兩側滾動的效應便不相等，汽車就可能會跑偏。在左、右兩側車輪的外傾角相差很大時，車輛會向外傾角偏大那側跑偏。樣車的左輪外傾角大于右輪外傾角，因此車輛會向左跑偏。5.5車輪定位故障排查需要對該汽車懸架的結構件進行調整，使右輪外傾角增大。樣車右前懸的減震器和轉向節(jié)是用兩個螺栓相連，通過調整上連接螺栓的墊片厚度，可以調整右輪外傾角的大小，如圖5.1所示。圖5.1右前懸調整示意圖考慮到四輪定位參數(shù)的設計要求，最后決定把上連接螺栓的墊片增厚4.5mm，使右輪外傾角符合設計標準。在調整四輪定位參數(shù)后，對該樣車重新進行動態(tài)駕，發(fā)現(xiàn)它已經(jīng)完全符合判定標準，沒有再出現(xiàn)向左跑偏，故障排除。

6結束語研究車輛行駛跑偏問題要采用從簡到繁的分析方法，先檢查輪胎的胎壓和錐度力合力，再檢查懸架結構件尺寸和底盤裝配工藝，最后檢查四輪定位參數(shù)，從而可以找到問題的根本并提出相應的解決措施。市場需求決定了汽車工業(yè)的發(fā)展，人們物質生活對汽車性能要求的提高，人們不斷增加，舒適、安全、美觀，成為人們對新車的期望，因此汽車懸架系統(tǒng)的設計變得越來越重要。本文集中探討大眾CC2013款轉向行駛跑偏故障的檢修與維護，綜合考慮各種因素，希望通過此次探究，能為汽車故障診治提供開發(fā)出更加科學有效的診斷方法。

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