（载运工具运用工程专业论文）独立悬架车辆转向轮侧滑检测研究.pdf

摘要 随着我国汽车保有量的迅速增加，汽车正逐渐进入家庭，成为人们生活中的一部分。 由此造成的车流密集化和车辆高速化，对车辆的安全性能提出了更高的要求。因此，加 强对汽车各系统、各总成的检测理论和检测技术研究，对保证汽车技术状况处于良好状 态、提高交通安全性具有十分重要的现实意义。本文采用数学、物理的方法首先在介绍 了汽车转向轮侧滑检测的基本理论的基础上，着重分析了汽车转向轮侧滑产生的机理， 找出定位参数与其对应侧向力的关系。其次，通过分析双滑板联动式和单板式侧滑试验 台的运动特性，论证了其不适应于独立悬架车辆转向轮侧滑检测。最后，本文根据所分 析的目前使用的单双板侧滑试验台不能检测独立悬架车辆转向轮侧滑问题，设计出了适 合独立悬架车辆转向轮侧滑量检测的双滑板分动分段式侧滑试验台，并对分动、分段设 计原理进行了说明。 【关键词】独立悬架汽车转向轮侧滑检测侧滑试验台 a b s t r a c t h o l d i n g t h eq u a n t i t ya l o n gw i t ho u rc o u n t r ya u t o m o b i l et h er a p i d i n c r e a s e t h ea u t o m o b i l eg r a d u a l l yi se n t e r i n gt h ef a m i ly ，b e c o m e st h e p e o p l et oh v eap a r t f r o mt h es t r e a mo fv e h i c l e sw h i c h c r e a t e sc r o w d e da n d t h ev e h i c l e sa r eh i g hs p e e d ，s e tah i g h e rr e q u e s tt ot h ev e h i c l e ss e c u r i t y p e r f o r m a n c e t h e r e f o r e ，i th a se x t r e m e l yi m p o r t a n t p r a c t i c a ls i g n i f i c a n c et o s t r e n g t h e nr e s e a r c h o nt h et e s tt h e o r ya n dt h et e s tt e c h n o l o g yo ft h e a u t o m o b i l ev a r i o u ss y s t e m sa n du n i t ，t ok e e pt h ea u t o m o b i l et e c h n o l o g y c o n d i t i o ni nag o o dc o n d i t i o na n dt oe n h a n c et h et r a n s p o r t a t i o ns e c u r i t y - o n t h eb a s i co fi n t r o d u c i n gt h ee l e m e n t a r yt h e o r yo fa u t o m o b i l ew h e e ls i d e s l i p t e s t ，t h i sp a p e ra n a l y z e se m p h a t i c a l l yt h em e c h a n i s m w h i c ht h ea u t o m o b i l e s t e e r i n gw h e e ls i d e s l i pp r o d u c e s ，t h e nd i s c o v e r st h er e l a t i o n sb e t w e e nt h e l o c a l i z a t i o np a r a m e t e ra n dt h e i rc o r r e s p o n d i n gs i d ef o r c e n e x t ，t h r o u g h a n a l y z i n gt h ec h a r a c t e r i s t i co fm o t i o no ft h es i n g l e 。p l a t e ds i d e 。s l i pt e s t e r a n dt h el i n k e dd o u b l e - p l a t e ds l i d e - s l i pt e s t e r , t h ep a p e rp r o v e st h a ta b o v e t w ok i n d so fs i d e s l i pt e s tr a c k sa r en o ts u i tf o rt e s t i n gs i d e s l i po ft h e i n d e p e n d e n ts u s p e n s i o nf o r kv e h i c l e ss t e e r i n gw h e e l f i n a l l y , a c c o r d i n gt o t h ep r o b l e m so fp r e s e n tu s i n gs i d e s l i pt e s tr a c k sw h i c hc a n n o tt e s tt h e s t e e r i n gw h e e ls i d e s l i po fi n d e p e n d e n ts u s p e n s i o nf o r kv e h i c l e s ，t h i sp a p e r d e s i g n sat e s tp l a t f o r ms u i t i n gf o rt e s t i n gs t e e r i n gw h e e ls i d e s l i po fv e h i c l e s w i t hi n d e p e n d e n ts u s p e n s i o n ，w h i c hi t st w ob o a r d sc a nm o v ei n d e p e n d e n t l y a sw e l la sa r ed i v i d e di n t ot h r e ep a r t s a n dt h e nt h es t e p p e dd e s i g np r i n c i p l e c a r r i e so nt h ee x p l a n a t i o n k e yw o r d s li n d e p e n d e n ts u s p e n s i o n a u t o m o b i l es t e e r i n gw h e e s i d e - s l i pt e s t s i d e 。s l i pt e s tr a c k 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 ， 1 、) 论文作者签名：纱? 钐弦琊i ；年衫月日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 1、 论文作者签名：f 易及乙彳年月日 导师签名： 褫托 i 砂乃年6 月7 日 1 1 问题提出的背景 第一章绪论 国际汽车制造商协会( o i c a ) 公布，2 0 0 4 年世界汽车产量为6 3 9 5 6 万辆，l e 2 0 0 3 年增 长5 6 。其中轿车产量4 4 1 0 万辆，增长5 1 ；商用车产量1 9 8 5 7 ；6 辆，增长6 6 ( 具体 为轻型商用车1 6 7 2 3 万辆，增长5 3 ，重型载货车产量2 8 9 2 7 辆，增长1 4 6 ，大型客 车产量2 4 2 万辆，增长7 3 ) 1 1 】。我国的汽车工业发展很快，汽车产量从1 9 8 0 年的2 2 万 辆快速增长到2 0 0 5 年的5 7 0 万辆，仅次于德国居世界第四位，己成为世界汽车生产大国。 其中，轿车产量2 7 7 万辆，比上年增长1 9 7 1 1 1 1 2 0 。随着汽车工业的快速发展，我国 的汽车需求量也在不断增长，据统计，到2 0 1 0 年我国潜在的汽车需求总量为1 0 0 0 万辆， 在2 0 0 5 年5 7 0 万辆基础上增长7 5 。轿车需求增速超过总体汽车需求7 5 的增长速度，需 求达至0 4 0 0 万辆以上，汽车千人保有量迅速增加，从1 9 9 1 年的5 2 辆发展n 2 0 0 5 年的2 4 辆 1 2 0 1 1 3 6 1 。随着全国千人汽车保有量的大幅上升，高速公路、高等级公路的不断建设，汽 车正逐渐进入家庭，成为人们生活中的一部分。而驾驶员非职业化、车流密集化和车辆 高速化，则对车辆的安全性能提出更高的要求，交通安全问题也随之日益突出。据统计， 2 0 0 5 年我国道路交通事故死亡人数己达到9 8 7 3 8 人，4 6 9 9 2 1 人受伤1 1 9 】。据统计，中国汽 车保有量占世界的1 t9 ，而交通事故死亡人数却占到1 7 以上；中国的机动车保有量 是美国的l 1 6 ，而交通事故死亡人数是美国的3 5 倍；和日本相比，我国的汽车保有量 是其1 9 ，而交通事故死亡人数是他们的2 2 倍【2 6 】，中国已经成为世界上交通事故最严重 的国家之一。所以对汽车各系统、各总成的检测理论与检测技术的研究及保证汽车技术 状况处于良好状态都具有十分重要的意义。 汽车技术状况是定量测得的表征某一时刻汽车外观和性能的参数值的总和，而评价 汽车使用性能的物理量和化学量统称为汽车技术状况参数。汽车检测技术就是基于研究 汽车技术状况变化规律，采用先进的仪器设备与技术，在汽车不解体的条件下，通过检 测有关技术状况参数，迅速准确地反映整车技术性能及各系统总成的技术状况，以便掌 握它们的变化规律，发现并及时排除故障，保持或恢复其良好的技术状况和使用性能。 汽车检测主要内容包括三个方面：一是汽车主要技术参数检测( 包括整车技术参数、主 要总成技术状况参数、照明与信号装置技术参数等) ：二是主要技术性能检测( 包括动 力性、燃油经济性、制动性、平顺性和操纵稳定性等) ；三是排放、噪声检测【3 】口 汽车本身是一个复杂的系统，在运行当中，各个总成之间都在运动，随着时间的推 1 移，各系统的技术状况都会发生变化，其技术状况将不断恶化，造成汽车的各种性能的 下降，从而使其发生故障的机会逐渐增加，造成交通安全隐患的大量聚合。随着道路质 量的提高和高等级公路及高速公路的飞速发展，汽车行驶速度愈来愈快，因此对汽车各 种性能及检测标准的要求愈来愈严格。 作为汽车底盘重要组成部分的转向系统的汽车转向轮侧滑量反映了转向系统转向 轮定位参数之间的匹配情况，若侧滑量超出规定范围( g b 7 2 5 8 2 0 0 4 机动车运行安全 技术条件规定不大于5 m k m ) 时，将影响汽车的操纵稳定性和转向轻便性，严重者将 导致交通事故。一般认为，汽车转向轮侧滑量的存在意味着转向轮所受的侧向力的存在， 侧滑量越大，侧向力越大，对车辆使用性能的影响越大。转向轮侧滑量对车辆使用性能 的影响主要反映在以下几方面1 4 1 ： 1 影响汽车直线行驶稳定性。汽车转向轮定位调整不当，会造成轮胎上存在侧向 力，减弱车轮的回正力矩，使汽车直线行驶稳定性变差即车辆易偏离原来的行驶方向。 试验表明：汽车转向轮侧滑量对汽车直线行驶稳定性影响很大，侧滑量越大，车辆跑偏 量越大，而且负侧滑量( o u t ) 比正侧滑量( i n ) 对车辆直线行驶稳定性的影响更大【加1 。 侧滑量增大，汽车直线行驶稳定性变差，这样就增加驾驶员维护车辆正常行驶的操作次 数，从而影响交通安全。 2 影响汽车的操纵轻便性。汽车转向轮侧滑量的存在会减弱转向轮回正力矩，这 样就强化了侧向力的作用效果。当车辆转弯需回正时，因回正力矩的减弱需在方向盘上 施加较大的操纵力矩，严重时甚至出现转向轮卡死而不能回正的现象，极大地影响了行 车安全。试验也证实了这一点：汽车的操纵轻便性是随着侧滑量的增加而逐渐恶化，当 侧滑量为负侧滑( o u t ) 时更加明显。当侧滑量由o 增加到一8 m k i n 时，方向盘最大转矩增加 5 5 ，平均转矩增2 f 1 4 0 4 叭。这样就极大地增加了驾驶员的劳动强度，影响行车安全。 3 对燃油消耗的影响。汽车转向轮侧滑量越大，车轮所受到的侧向力就越大。车 辆在运行时，不仅要克服一些必要的行驶阻力，而且还要克服地面给予轮胎的横向力， 这必然导致车辆滑行阻力的增加。汽车滑行阻力的直观反映是汽车的滑行距离。汽车滑 行阻力越大，滑行距离越短。汽车滑行阻力是评价汽车底盘技术状况的重要参数，它直 接影响到车辆动力性能的发挥及燃油消耗。试验表明：汽车转向轮侧滑量越大，滑行阻 力越大，滑行距离越短。如e o l 4 0 型汽车，转向轮侧滑量每增加l m k m ，其滑行阻力将增 加3 5 n ，滑行距离将减少l o 1 2 m ，油耗将增加约1 5 【“。 4 对轮胎磨损的影响。般认为，汽车转向轮定位不当是造成轮胎正常磨损的主 要原因。汽车转向轮侧滑量越大，车轮受到地面的横向力越大，轮胎在地面上的滑动量 7 越大，这必然加剧轮胎的磨损及导致轮胎的偏磨，从而缩短轮胎的使用寿命。参考文献 4 0 中试验表明，车轮胎磨损量随转向轮侧滑量的增加而增大，并且侧滑量越大，其轮 胎磨损量增加越明显，且负侧滑量( o u t ) 比正侧滑量对轮胎磨损影响更大。当侧滑量( o u t ) 由o m k m 增) j h 至l j 3 m k m 时，轮胎磨损增加4 8 ；当侧滑量由o m k m 增j j l 3 至1 s m k m 时，轮胎磨 损增j j h 9 8 。当侧滑量达至l j l o m k m 时，轮胎磨损大约增 j h 2 0 0 h o 。 为保证交通安全、减少事故，一方面要不断研制性能优良的汽车；另一方面要借助 检测和修理，恢复其技术状况。在近几年，由于各方面技术，尤其是电子技术的突飞猛 进，促进了检测技术、检测设备不断的发展和更新。因此，在汽车转向轮侧滑检测中， 按照国家标准进行检测，对提高汽车的安全性具有十分重要的意义。 1 2 汽车检测技术的发展状况及发展趋势 汽车检测技术是伴随着汽车技术的发展而发展的，在汽车发展的早期，人们主要通 过“眼看”、“耳听”、“手摸”的方法，凭借有丰富经验的维修人员发现汽车的故障并做 i 有针对性的修理。后来，人们开始利用简单的仪器仪表对汽车的某些技术参数进行测量， 例如各种压力表、量尺和量规等，通过这些简单的测量再加上多年的学习和研究，人们 积累了很多经验，许多汽车检测仪器的基本检测理论开始形成。伴随着现代电子技术、 ： 现代计算机及控制技术的飞速发展，汽车检测技术也得到了飞速发展。目前，人们已经 能依靠各种传感器和计算机等先进仪器、设备，可以对汽车进行不解体检测，达到安全、 快捷、准确地诊断和评价汽车性能的目的，使汽车检测设备和仪器成为汽车维护与修理 而保持汽车良好使用性能不可缺少的工具。 1 2 1 国外汽车检测技术的发展概况 从汽车检测、诊断技术与设备的发展过程来看，国外大致经历了以下4 个不同的发 展阶段【2 】【5 】： 在2 0 世纪5 0 年代以前，国外就开发了以故障诊断和性能调试为主的单项检测技术 和生产单项检测设备。2 0 世纪6 0 年代初期就有美国的发动机分析仪、英国的发动机点 火试验仪进入我国。这都是国外早期发展的汽车检测设备和仪器检查的第一个阶段，即 检测、诊断设备是以机械结构为主，单机人工操作。虽然检测、诊断设备和仪器结构较 简单，测试精度也不高，但已从过去的人工定性检查进化为设备、仪器的定量检测。从 现场或路试发展为相关性台架的试验，不仅省时、省钱而且在检测数据精度上，也是一 3 个质的飞跃。 随着科技进步，国外汽车检测设备在自动化、精确化和综合化等方面有了新的发展， 应用新技术，开拓新的检测领域，研制出许多新型检测设备和仪器，进入检测技术发展 的第二个阶段。上世纪6 0 年代，国外大量开发出应用电子、光学，理化与机械相结合 的光机电、理化机电一体化的检测、诊断设备，并与单片机或微型计算机相结合，使检 测、诊断设备首先走向单机自动化。例如非接触式速度计、前照灯检测仪、车轮定位仪 和尾气分析仪等。7 0 年代以来，随着计算机技术的发展，出现了汽车检测诊断控制自 动化，数据采集处理自动化，检测结果直接打印等功能的汽车性能检测仪和设备。 第三个阶段是汽车检测设备智能化，汽车检测线自动化、智能化和网络化阶段。随 着电子计算机应用技术的发展，汽车检测设备向智能化方面发展，出现了一些具有智能 化功能的检测设备，它们能对设备本身和汽车技术状况进行检测，并能判断出故障发生 的部位引导维修人员迅速排除故障。如四轮定位检测系统和电控发动机综合检测仪等。 2 0 世纪8 0 年代，出现了集检测工艺、操作、数据采集和打印、存储与显示等功能于 体的系统软件，使汽车检测实现了全自动化。这样不仅可以避免人为的判断错误，提高 检测的精确性和检测速度，而且可以把受检车辆的技术状况储存在计算机中，既可作为 车辆技术性能的档案资料备查，也可供处理交通事故时参考。 第四个阶段是车载自诊断系统及汽车故障诊断专家系统阶段。车载自诊断系统一般 是作为汽车结构的组成部分，利用安装在汽车内各个部位的传感器，将汽车的主要技术 状况经常地、自动地向驾驶员显示。显示方式有声光讯号，也有数字式图形讯号。美国 凯迪拉克轿车系列，日本丰田、本田轿车系列等均已先后采用了车载自诊断系统。车载 自诊断系统和汽车故障诊断专家系统的进一步发展，有更多的汽车性能参数在这些系统 中被检测出来，甚至可能影响到目前广泛实行的汽车定期检查、审验制度的改变。 1 2 2 国内汽车检测技术研究开发及发展 我国汽车检测技术的研究和开发起步较晚。2 0 世纪6 0 年代为了满足汽车维修的需 要，当时由交通部主持进行了发动机气缸漏气量检测仪、点火正时灯等检测仪器的研究。 2 0 世纪7 0 年代，汽车不解体检测技术及设备被列为开发的应用项目。由交通部主持研 制了汽车制动试验台、发动机综合检测仪和汽车性能综合检验台等。进入2 0 世纪8 0 年 代，随着我国汽车工业和交通运输业发展迅猛，对汽车检测、诊断技术和设备的需求也 与日俱增。我国汽车保有量迅速增加，汽车的运行安全性、经济性和排放污染己成为人 们越来越重视的社会问题，于是汽车的安全、节能和环保逐渐提到政府有关部门的议事 日程，因而促进了汽车检测与诊断技术的发展。与此同时，又相继研制了侧滑试验台、 轴( 轮) 重仪、车速表试验台、前照灯检测仪和底盘测功机等。从2 0 世纪8 0 年代中期开 始，我国也逐步开展了汽车安全性能计算机测控系统的研制开发。经过十几年的努力， 汽车性能检测线在智能化方面有了长足的进展，在检测线上不仅配备诸如全自动光轴跟 踪前照灯仪等智能化检测设备，而且液压举升技术、远红外遥控技术和超高亮度动态点 阵显示屏幕等得到了广泛应用。同时在数据通讯、讯号传输、抗干扰能力及主机对监视 器的控制显示方式、数据处理方式和车辆登录检索等方面都发展到了较高的水平。 汽车检测站是综合运用现代检测技术及设备对汽车进行不解体检测的场所。2 0 世 纪8 0 年代至9 0 年代初期，汽车检测站所安装的检测线经历了手动线、半自动线和全自 动微机控制系统3 个阶段。2 0 世纪9 0 年代中期以后，计算机网络技术被逐步运用到汽 车检测站中，各汽车检测站陆续安装了计算机测控和管理网络系统。该系统将检测登录 系统、测控子系统和监控子系统联成一个局域网，用于实现汽车检测站的全自动检测、 全自动管理和全自动财务结算等，这无疑可以大大提高汽车检测站的生产效率，降低劳 动成本【列。 i 汽车综合性能检测是综合利用各种现代的检测技术和检测设备，在汽车不解体或不 完全解体的前提下，通过对汽车各项性能或技术状况进行检侧，为判断、查明故障原因 提供公正、科学依据的一种技术手段。汽车综合性能检测是车辆技术管理现代化的一个 重要标志，在汽车二级维护竣工检测、车辆技术等级评定检测和汽车大修竣工质量( 品 质) 检测等方面发挥了积极作用。 “六五”期间，国家重点推广了汽车检测与诊断技术。“七五”期间，交通部又把 “汽车检测、诊断设备在汽车维修生产中的应用”课题列为重点新技术推广项目，组织 有关单位进行了研究和试点，经过2 年的推广试验，首批推荐了部分国产检测、诊断设 备及操作要点，车辆技术状况的诊断方法，汽油发动机故障诊断实例等。在单台检测设 备研制成功的基础上，交通部从1 9 8 0 年开始有计划地在全国公路运输和车辆管理部门 筹建汽车检测站，检测内容以汽车的安全性能检测为主。2 0 世纪8 0 年代初，交通部在 大连市建立了国内第一个汽车检测站。从工艺上提出了将各种单台检测设备安装联线， 构成功能齐全的汽车检测线，其检测纲领为万辆次年。与此同时，汽车的检测技术和 设备也得到了大力发展。7 0 年代国内仅能生产少量简单的检测、诊断设备。目前全国 生产汽车综合性能检测设备的厂家己达6 0 多个，除交通部f l ； l - ，机械、城建、高等院 校等部门也进入汽车检测设备研制、开发、生产、销售领域。我国己能自己生产全套汽 s 车检测设备，如大型的技术复杂的汽车底盘测功机、发动机综合分析仪、四轮定位仪、 悬挂检测台、制动检测台、排气分析仪、灯光检测仪等等。此后，交通部又先后要求 1 0 多个省市、自治区交通厅( 局) 筹建汽车检测站。1 9 9 0 年，交通部在汽车运输业车 辆技术管理规定( 1 3 号部令冲提出要对在用汽车实施“定期检测、强制维护、视情修 理”的新的汽车维修制度，明确交通行政主管部门要对汽车检测实施行业管理，其后， 交通部又出台了汽车维修行业发展规划、道路运输车辆维护管理规定、汽车综合 性能检测检测站通用技术条件、汽车维护、检侧、诊断技术规范等国家或行业标准 及文件，建立了车辆定期检测制度并监督实施，促进了汽车综合性能检测站的建设和使 用，规范了管理，促进了行业发展【5 1 0 我国汽车检测技术经历了从无到有，从- j n 大，从简到繁，从引进技术、设备到自 主研制开发推广应用，从单一性能检测到汽车安全性能检测再到汽车综合性能检测，取 得了很大的发展和进步。尤其是检测设备的研制开发和生产得到了快速发展，缩小了与 工业发达国家的差距。目前，汽车检测设备中通用的滚筒式制动试验台、侧滑试验台、 轴( 轮) 重仪、车速表试验台和普通底盘测功机等，国内已自用有余，结构形式多样，企 业竞争较为激烈。我国在汽车检测技术方面虽然己经取得了很大的进步，但与世界先进 水平相比，还有一定差距。 一 目前我国的汽车检测已基本形成了制度化，年检测站根据汽车运输管理部门制定的 管理制度对车辆进行车辆登录和性能检测。随着汽车检测技术和设备的发展，己实施了 有关汽车检测的国家标准、行业标准和计量检定规程等。国家强制性标准机动车运行 安全技术条件就是其中重要的标准之，它是我国车辆管理和机动车安全性能检测最 基本的标准。 1 2 3 汽车检测技术的研究与发展趋势 我国汽车性能检测经历了从无到有，从小到大：从引进技术、引进检测设备，到自 主研究开发推广应用：从单一性能检测到综合检测，取得了很大的进步。尤其是检测设 备的研制生产得到了快速发展，缩小了与先进国家的差距。如今汽车检测中通用的制动 试验台、侧滑试验台、底盘测功机等，国内己自给自余，而且结构形式多样。我们虽然 已经取得了很大的进步，但与世界先进水平相比，还有一定距离。我国汽车检测技术要 赶超世界先进水平，应该在以下几方面发展1 2 l i5 j ： 一、广泛应用高新技术，加速汽车检测技术进步与设备智能化，提高检测水平 1 光电技术和计算机图像处理技术的运用 在前照灯的检测设备方面，我们应尽快实现从我国目前t e 较普遍采用的光电池到使 用硅光二极管的转换，以此来提高光轴定位精度和照度测试精度。 随着我国汽车拥有量的快速增长，对汽车运行过程的登录必将更加频繁，而汽车登 录的关键就是如何快速而准确地识别牌照。目前国外普遍采用的汽车牌照自动检测装置 就可以对汽车牌照进行自动识别检索，可识读数字、英文、拼音文字、汉字等。这项科 技含量较高的检测技术，就是通过图像处理控制器、摄像机、回转台、投光器及车辆位 置测定等高新技术设施的运用而实现的。经过计算机处理后，通过输入、检索、存档等 一系列程序的运作，可以打印出登录所需要的数据。就我国当前汽车工业的总体水平而 言，引进、吸收乃至普及这项汽车工业新技术的条件是具备的。 2 高精度传感器的应用 当代汽车工业的传感器制造水平越来越高，品种规格也越来越多，测试精度和可靠 性的提高也推动着汽车检测、诊断技术的发展。目前，在全自动汽车检测线中的排放检 测，通常取样探头是通过人工插入排气管，丽日本在近期研制的一种取样探头的自动插 入装置，即利用微压( 0 1 8 k p a ) 传感器，通过排气管口与四周空间存在的微小压力差而 跟踪找正汽车排气管口的位置，从而进一步提高了全自动检测线的自动化程度。 在制动试验台的设计水平方面，高精度( 5 1 0 0 0 0 ) 的应变计( 压力传感器) 已经取 代了测力弹簧自整( 同步) 角机的测力显示方式。这种应变计的输出信号既可用液晶 ( l c d ) 、发光二极管( l e d ) 通过数字来显示，也可以通过相应的电路，对信号作零点、 温度、滞后及线性的误差修正后，通过伺服电动机和减速器推动大型仪表盘的指针来显 示，同时还可以对测试的数据加以记忆并进行重复显示和打印。显然，这种电动指针式 仪表使汽车的检测变得更加简便、高效和准确。 3 显示技术的应用 显示技术除了在电动指针仪表上得以应用外，发光二极管( l e d ) 的显示也由静态发 展为动态点阵，由单色发展为彩色。液晶( l c d ) 在高亮度下具有比发光二极管( l e d ) 更好 的对比度，因而在许多设备中得以广泛应用。通过c r t 彩色监视器，直接用图形、数据 来动态显示测量值的方式，并辅以菜单式的人机对话系统，在高档的诊断设备中广泛应 用。显示技术的发展将进一步计算机化，更好的符合人体工程学以及工程心理学的要求， 使汽车检测数据更直观、清晰、易于识读和理解。 二、汽车检测设备的综合化，检测线的浓缩化发展 为了节省汽车检测的费用、场地、人员和提高汽车的检测效率，当前汽车检测设备 7 的功能正从单机单功能向单机多功能的综合测试台方向发展。2 0 世纪9 0 年代推出的平板 式测试台就是集制动、侧滑、称重和悬架特性等检测功能于一体的检测设备，既降低了 检测费用、减少了检查设备所占用的场地，又提高了检测的效率。通过汽车传感器和计 算机控制系统的结合，就可以将汽车检测过程中所显示的制动、侧滑，轮载质量和悬架 效率等数据打印出来。日本近期推出的n i c e a i i 型综合检验台，就具有底盘输出功率、 传动系损耗和发动机功率、汽车行驶状态模拟、四轮定位值、汽车制动防抱死系统( a b s ) 检查等多项检测功能。 汽车检测设备的综合化为汽车检测线的浓缩化提供了重要的物质技术基础和前提 条件，因此汽车检测设备的综合化有利于汽车检测线的浓缩化。在日本弥荣株式会社的 8 2 0 型计算机控制的检测系统中，就把车速表、制动、排放、噪声、侧滑、称重和前照 灯7 个项日的检测浓缩于仅为2 0 m 内的检测线上，必要时还在车速表试验台上装配电涡流 测功机，可以在1 次检测中将四个车轮同时检测( 含驻车制动) 。主控计算机不仅能够控 制检测设备的自动程序，还可以完成检测数据的处理，车辆档案管理，为送修车开单、 派工、制作材料的需用卡、工时计算、维修费用结算和财务帐票管理等。 三、适应新标准新法规提出新的检测参数和检测方法，研制开发新的汽车检测诊断设备 随着世界经济的发展和社会的进步，人类对环境保护越来越重视，势必对汽车排放 污染物的控制j 检测参数及其相应的检测方法提出更高、更严的要求。 首先从对汽车排放污染物的检测方法、手段来分析，随着i m ( 检测维护) 制度的普 遍推行，对汽油发动机的汽车检测方法由怠速、双怠速向模拟车辆行驶的简易工况法即 加速模拟工况( a s m ) 法过度。就我国目前的实际状况而言，这种加速模拟工况试验技术 的推广是可行的，具有重要的现实意义。我国的国家标准g b l 8 2 5 8 2 0 0 5 点燃式发动机 汽车排气污染物排放限值及测量方法( 双怠速法及简易工况法就采取了加速模拟工况 ( a s m ) 的试验力法，并做出了相应的限值要求。可以肯定a s m 汽车底盘测功机在我国的推 广和运用的前景将是十分广阔的。 随着柴油机在各国汽车中的比例不断上升，波许式或与波许式相类似的滤纸式烟度 计存在着灵敏度不高，只能检测采样时间内排气烟度的平均值，烟度中的水分不能太大， 不能检测蓝烟、白烟及油雾等诸多的局限性就凸显出来。目前国外研制的新型透光式烟 度计可以长时间工作而不像滤纸式烟度计那样只能间断地取样测量，随时都可以测出排 气烟度，而不会造成由于取样烟气容积误差而形成的误差。另外它不需要滤纸，当然也 就避免了滤纸带来的误差。可见透光式烟度计的检测法同使用滤纸式烟度计相比要优越 得多。 r 目前，g b l 8 3 5 2 - 2 0 0 5 轻型汽车污染物排放限值及测量方法和g b l 8 2 5 8 - 2 0 0 5 点 燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法( 双怠速法及简易工况法等规则中均 采用了“光吸收因数”( m 1 ) 的限值要求，实际上就意味着要求我国的汽车领域应采用 透光式烟度计来测试汽车的排气污染物。 ? 四、汽车的检测、诊断技术向人工智能化方向发展 现代汽车检测技术的发展进程表明，强化和完善汽车监控的预测功能将成为汽车检 测技术发展的必然趋势。将汽车的检测扩大到系统状态的预测，进而发展到元件状态的 预测，从而提高汽车运行的可靠性。而实现这项预测技术，则取决于带有关键性技术项 目的解决，诸如，故障机理的解析技术、诊断参数信息的识别和传感技术、预测故障模 式的建立及故障模式的精确度和通用性的实用水平、新的检测手段的开发和运用、高速 微处理机大容量廉价记忆装置的普及等。 美国的福特、通用等大型汽车公司正在利用音频或其他高精度传感器进行故障诊断 的人工智能系统的研究和开发。电子计算机应用技术的发展，大大推动了汽车设备检测 智能化的进程，可以判断出故障发生的部位，从而引导维修人员正确而迅速地排除故障。 1 9 8 0 年以来，我国在汽车检测的智能化等方面的发展令人瞩目。在检测线上不仅配 r 备了诸如全自动光轴跟踪前照灯仪等智能化检测设备，而且液压举升技术、，红外遥控技 术和超高亮度l e d 动态点阵显示屏幕等均得到了广泛应用。同时在数据通讯、讯号传输、 抗干扰能力及主机对监视器的控制显示方式、数据处理方式和车辆登录检索等方面都达 到了较高的水平。随着我国引进国外技术、资金步伐的加快，必将大大缩短我国在汽车 检测智能化等方面同发达国家之间的差距。 五、汽车检测的制度化、标准化以及网络化 l 、汽车检测制度化 国外汽车排放的控制主要是通过在用车i m 制度来实现的。诸如车辆管理机构的例 行年检以及车辆使用者的定期检查和维护等。在美国，汽车检测一般为1 年或2 年检测1 次。i m $ 0 度仅适用于汽油轿车和轻型货车。1 9 8 1 年前，采用单怠速检测；1 9 8 1 年后， 对装有二元催化转化器的汽车实施双怠速检测。实施i m 维护制度的汽车，1 9 9 4 年的覆 盖面为3 0 ，1 9 9 6 年扩大到1 0 0 。从1 9 9 8 年起，对有关车辆的检查次数由1 年1 次放宽 到2 年1 次。 据不完全统计，目前我国已建成的汽车检测站( 包括综合性能检测站、单项性能检 测站) 3 0 0 0 多家，我国的汽车检测设备生产企业达1 0 0 0 多家，产品有1 1 0 0 多个品种，2 8 0 0 多个规格型号i ”l 。我国已经具备生产较高水平的全套汽车检测设备的能力。汽车的检测 已经纳入到制度化的轨道，由各级检测站根据汽车运输管理部门的管理制度对车辆进行 登录和性能检测。 2 汽车检测标准化 、 发达国家的汽车检测已经纳入到标准化的轨道，每一项检测的标准是用数字来显 示。有了严格的量化标准，就可以杜绝由于人的主观随意性而带来误差。 一般说来，国外的汽车检测对安全性能和汽车排放性能的指标是相当重视的。作为 美国机动车安全法规第5 7 0 部分的“在用车检查标准”，对在用车制动、转向、悬架、 轮胎和车轮总成等安全指标都做出严格的规定。 国外不仅对汽车的检测结果有严格的标准限值要求，而且对检测的设备也有限值要 求。如检测设备的结构、检测性能和检测精度等都有严格的标准化要求。同时还对检测 设备使用周期和技术更新做出了明确的规定，以此来确保对被检汽车的运行质量。国外 由于实现了检测工作的制度化、检测技术的标准化，所以不仅提高了检测效率，也保证 了检测质量。目前国外基本上都不再进行汽车的整车大修，只是按检测、诊断设备提供 的检测报告，对车辆进行有针对性的调整和维修作业，借以恢复汽车的技术性能、消除 隐患，保证汽车具有良好的使用性能。 随着我国汽车检测技术和设备的发展，我国已经发布和实施了有关汽车检测的国家 标准、行业标准和计量检测规程等1 0 0 多项，其中国家制定的强制性标准g b 7 2 5 8 2 0 0 4 机动车运行安全技术条件就是我国车辆管理和机动车安全性能检测最基本的标准。 2 0 0 5 年国家质量监督检验检疫总局颁布的g b t 1 7 9 9 3 - - 2 0 0 5 汽车综合性能检测站能力 的通用要求，2 0 0 1 年又颁布了g b l 8 5 6 5 2 0 0 1 营运车辆综合性能要求和检测方法。 可以说，我国已经实现了从汽车综合性能检测站的建立至汽车检测的具体项目的测定， 都达到了符合汽车产业现代化要求的汽车检测制度化、标准化的较高水准。我国的汽车 社会拥有量的快速增长，必将成为汽车检测技术快速进入国际先进行列的强大动力。 3 汽车检测管理网络化 目前我国部分汽车检测站已实现了计算机管理系统检测，采用了计算机测控，但各 个站的计算机测控方式千差万别，即使采用计算机网络系统技术的也仅仅是站内部实现 了网络化。随着技术管理的进步，今后汽车检测将实现真正的网络，从而做到信息资源 共享、硬件资源共享和软件资源共享。在此基础上，利用信息高速公路将全国的汽车检 测站连成一个广域网，使上级交通管理部门可以即时了解各地区的车辆状况。 六、实施i m 制度 通过对比国外i m 制度和国内汽车检测维修制度的异同，我们可以发现，我国车辆 1 0 的二级维护隶4 度与i m $ ! j 度在管理和技术上是基本相同的，二级维护制度比i 棚制度多了 基本维护项目，强调的是车辆的整车性能维护与维修，这种维护对排放不合格车辆，特 别是高排放车辆彻底消除排放故障，降低排放意义重大，对于我国目前在用车普遍缺乏 维护，只用不养的状况，将二级维护制度纳入到我国治理汽车污染物排放中，会取得良二 好效果。因此，我国的在用车i m $ 4 度应是环保、公安、交通三家相互配合，其他部门 提供技术保证，取各自在管理和技术方面的优势，充分利用现有的各种汽车检测、维修 网络，保证i m s u 度的实施效果。 国务院确定在用车实施 m 制度为降低谗放的主要措施后，应首先明确组织机构、 制定组织措施，保证i m $ ! | 度的实施效果。根据我国车辆管理的现状，i m 制度的组织措 施为以车辆年检为手段，使所有在用机动车进入到i 向制度中，对检测不合格车，检测 站不能做任何调整、修理，必须盖不合格章，令其到行业主管部门认证的维修厂维修， 然后由维修厂将修竣车送到检测站检测，检测合格得到合格证和维修厂签章后，由维修 厂交给用户。实施i m 制度是项复杂的系统工程，因此必须制定科学可行并适合我国 国情的i m 制度。我国实施i m 制度必须建立相应的管理制度，保证所有车辆纳入n i m 制度的管理体系。制定i m $ ! j 度管理规范，将i m 制度的适用地区范围性能标准、网络类 型、检测周期、覆盖车型、检测方法和标准、检测设备质量控制、质量保证体系、违规 者处罚办法、数据保存、传输和检测报告、维修技工培训、考核和消费者保护等内容纳 入规范管理，科学合理的做法使国家车辆检测维修管理统一到一个部门，以达到理想的 实施效果。 对于所有的在用车辆，利用现有的车辆年检管理体系和检测站管理资源，在用车年 检时检测排放，但要强化汽车排放项目，除检测汽车尾气污染物排放外，增加曲轴箱通 风和燃油蒸发的检查和排放控制系统目测检查。对营运车，利用现有的运输车辆技术管 理体系，执行二级维护制度，但要强化汽车排放检测、维护项目。对年检排放不合格车 辆，强制其经行业主管部门认证的维修厂进行二级维护，彻底消除排放超标故障。车辆 维护后由维修厂送到综合性能检测站复测，合格后方可得到年检合格证。i i 制度的技 术标准，包括排放检测方法标准和维修技术规范两部分，日前为配合i m 制度实施，交 通部已经组织专家制定了在用车排放标准、维护、诊断、检测技术规范等国家标准，完 成了i m 制度技术标准的基本框架。为加强在用车排放检测维护，我国执行的国家标准 g b l 8 2 5 8 2 0 0 5 点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法( 双怠速法及简易工 况法，在原标准的基础上，提出了排放污染物的排放限值，同时增加了装用点燃式发 动机的在用车排气污染物的检测方法( 双怠速法和加速模拟工况法) 和检测项目。对装 1 1 用压燃式发动机的在用车仍采用自由加速法，检测仪器采用不透光烟度计，可见污染物 测量指标为光吸收系数。 1 3 问题的提出 1 研究目的 目前我国交通行业正在贯彻国标g b 7 2 5 8 2 0 0 4 机动车运行安全技术条件和 g b l 8 5 6 5 2 0 0 1 营运车辆综合性能要求和检测方法，其中汽车转向轮侧滑量要求在汽 车侧滑试验台上进行。而对于不同悬架结构类型的汽车，其转向轮侧滑量的要求限值也 不同。对于非独立悬架车辆来说，其转向轮的侧滑量限值和检测方法国标中有规定；而 对于独立悬架车辆，国标中并没有给出其转向轮侧滑量的限值和检测方法。因此，为了 实现对独立悬架车辆转向轮侧滑量的检测，需要对原来的侧滑试验台进行改造或重新设 计。本论文的有关研究打算为上述目的提供一些有益的探索。 2 汽车侧滑检测中存在的问题 判断在用汽车的侧滑性能，要用汽车侧滑试验台对汽车转向轮进行侧滑量的检测。 而目前利用侧滑试验台检测转向轮侧滑量存在诸多问题。 1 ) 目前设置的大多数汽车检测站中，无论何种类型的车辆都用双板联动式侧滑试 验台或者单板式侧滑试验台来检测其侧滑量。双板联动式或单板式侧滑试验台都是为广 泛用于载货汽车的非独立悬架车辆检测侧滑量，而对于广泛用于轿车的独立悬架车辆来 讲，并无适应性。因此，忽略了这两种悬架类型汽车侧滑检测的差异性，从而造成汽车 侧滑性能判断的失误。 2 ) g b 7 2 5 8 2 0 0 4 机动车运行安全技术条件和g b l 8 5 6 5 2 0 0 1 营运车辆综合性能 要求和检测方法中都规定，转向桥采用非独立悬架的汽车，转向轮的横向侧滑量用侧 滑仪检测时，侧滑量值应不大于5 m k l n ：而对于前轴采用独立悬架的汽车，则仅仅说明 以前轮定位参数值符合原厂规定的技术条件为准，并没有给出具体的侧滑检测方法和检 测限值。 3 ) 目前汽车检测站由于条件的限制，还无法在检测线上对汽车转向轮定位参数进 行动态的准确测量。要想获得转向轮定位参数的准确数值，还只能静态下使用有关的仪 器进行测定。 1 4 本文的主要研究内容 基于以上研究目的和汽车转向轮侧滑检测当中存在的问题，本文用数学、物理的方 法从理论上分析汽车转向轮侧滑产生的机理，并对当前广泛使用的双滑板联动式和单板 式侧滑试验台的运动特性进行了详细分析，指出其不适应于转向桥为独立悬架车辆转向 轮侧滑量的检测的原因，为设计新的侧滑试验台设计提供理论依据，以实现对独立悬架 车辆转向轮侧滑量的检测。本文主要内容如下： 1 分析汽车转向轮侧滑产生的机理，找出车轮定位参数与引起侧滑的对应侧向力 之间的关系，为新型侧滑板的设计提供理论依据。 2 分析双滑板联动式和单板式侧滑试验台的运动特性，从结构原理及运动特性方 面说明其不适应独立悬架车辆转向轮侧滑量的检测。 3 通过分析独立悬架的结构特点和目前侧滑检测设备对独立悬架车辆转向轮侧滑 量检测的不适应性，设计出了双滑板分动分段侧滑试验台，并对其测量原理进行了理论 说明。 第二章汽车悬架及车轮侧滑 2 1 汽车悬架概述 2 1 1 汽车悬架装置的发展陆1 1 9 0 4 年夏天，一个名叫威廉布鲁什的年轻人，开着他兄弟阿伦森的克兰斯德汽 车，摇摇晃晃地以4 8 k m h 的时速飞驶。当他驶过一个弯道时，汽车的右前轮掠过水面 碰到了泥土路的边缘，压出了深深的压痕。此时，方向盘开始剧烈的振动，右前轮钢板 弹簧发出的振动波通过左边的刚性工字梁前轴，使汽车的整个前部振动的很厉害，布鲁 什并没有注意到这一情况。汽车失去了控制，冲进了一堵铁丝网，闯过沟洼，翻倒在牧 场上。布鲁什的这一莽撞行动，反倒促成了现代悬架装置的出现。威廉开始打算设计一 个更完善的汽车。于是1 9 0 6 年就出现了具有新悬架特点的二座轻便型小汽车。这辆汽 车悬架装置的特点是把前螺旋弹簧和车轮上的减振器结合一起使用，减振器安装在扭力 杆上，以便吸收