作者：赵振宁
出版社：北京理工大学出版社
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汽车底盘构造、原理与检修(下册):汽车行驶与操纵系统试读：
前言
PREFACE汽车底盘行驶与操纵系统在人们眼中一直是一些诸如车轮、悬架、转向器等机械总成部件，偶尔也有一些电控技术介绍，但多为产品的功能介绍，总是不能真正一睹技术的细节，这不利于在实践中解决实际问题。
近几年，随着汽车底盘电控技术的迅速发展，电控技术在实车上的应用越来越普遍，因此急需技术细节完整的职业教育教材。为了使现代职业教育内容跟上汽车生产和售后服务的步伐，我们编写了这本书。本书为高职高专学校“新能源汽车技术”“汽车检测与维修”和“汽车电子”的专业教材，也可供从事相关专业工作的工程开发和售后维修技术人员参考。
本书共分六章，第一章轮胎与车轮，讲解了轮胎结构和应用以及扒胎、补胎和动平衡方法；第二章汽车悬架系统，讲解了悬架结构、故障检修、四轮定位技术，并详细介绍了奥迪电控悬架；第三章汽车转向系统，讲解了货车IPS转向原理与检修、轿车液压转向原理、电动转向原理与检修、带速比可变的电控转向技术；第四章传统汽车制动系统，讲解了传统制动系统元件结构和元件检修，放气方法和常见故障；第五章电子制动与安全系统，讲解了ABS、EBD和VSC实现方式；第六章混合动力汽车线控制动，讲解了线控传感器和执行器，ABS、EBD和VSC实现方式以及电控制动系统的自诊断。
本书特色：编者具有四年传统汽车维修经验、四年中职授课经验、三年高职授课经验、近两年新能源汽车企业开发和生产经验。本教材内容完整、内容时效性强，引入任务驱动结构；技师指导到位。本书由中国汽车技术视频网（chinaautotech.com）全力支持。
本书作者出版教材包括《电控发动机原理与检修》《自动变速器原理与检修》《现代汽车新技术》《新能源汽车技术》《混合动力汽车构造、原理与检修》《汽车底盘构造、原理与检修》，可参考中国汽车技术视频网（chinaautotech.com）作者的讲解，以增加对相关教材的理解。
由于时间仓促，加之编者水平及本书篇幅所限，书中难免会有错漏之处，希望读者不吝指正，以利于编者把最新、最准确的汽车技术展现在读者面前。未经作者同意，严禁复制和摘抄书中任何内容。
本书由长春汽车工业高等专科学校赵振宁主编，长春汽车工业高等专科学校李明清、吉林科技职业技术学院徐磊任副主编。长春汽车工业高等专科学校校长李春明担任本书主审，在此对他的工作深表感谢。编者第一章轮胎和车轮第一节轮胎基础知识一、轮胎功能和性能1．轮胎功能
轮胎的功能包括四个方面，分别为承载功能，牵引、制动功能，保持车辆行驶稳定性和保持乘坐舒适性，如图1-1所示。图1-1 轮胎的四大功能（a）承载功能；（b）牵引、制动功能；（c）保持车辆行驶稳定性；（d）保持乘坐舒适性2．轮胎的基本性能
轮胎应具备以下基本性能：（1）经济性：耐磨损性，减少滚动阻力；（2）安全耐久性：耐冲击性、耐疲劳性、耐热性；（3）舒适性：轮胎的噪声低、振动（NVH）小（NVH是指noise（噪声），vibration（振动）和harshness（声振粗糙度））；（4）环境性：通过节省能源，减少二氧化碳的排放。
［完成任务］ 请简述轮胎功能和性能的区别： 。二、轮胎的原材料和结构1．轮胎的原材料
原料橡胶有天然橡胶和合成橡胶两种，根据轮胎的特性可以单独或混合使用。橡胶的主要化合剂包括：炭黑，是橡胶的增强剂；硫黄，使橡胶具有弹性和耐久性；硫化促进剂，可促进橡胶分子和硫黄分子的结合；老化防止剂，可防止橡胶老化；龟裂防止剂，可防止橡胶龟裂。胎圈钢丝是根据轮胎的用途及尺寸而设计的将钢丝捆扎在一起的材料。
轮胎帘线采用增强纤维，如采用尼龙、聚酯作PCR的胎体材料，采用芳族聚酰胺纤维、钢丝作子午线轮胎带束层材料（芳族聚酰胺纤维可用于防弹背心）。2．轮胎结构
胎面是直接与路面接触的部分，它可以保护轮胎内侧帘布，延长轮胎寿命。为提高排水性能、驱动/制动性能，轮胎表面刻有花纹。带束层是位于胎面和胎体之间的补强层，可缓冲冲击，并防止胎面产生的外伤波及胎体，还可以防止胎面和胎体的剥离。胎圈是支撑帘线的末端内衬层，相当于内胎的橡胶层，使用透气性低的特殊橡胶制成。胎体是覆盖橡胶的用纤维或钢丝做成的帘线层，用于形成轮胎的骨架，呈反射状，作用是保持气压，耐承重、抗冲击。胎壁是保护轮胎侧面部分的帘线层，表面覆盖有橡胶。在胎壁上标有轮胎尺寸、制造商名和商标等。胎肩是轮胎的两肩部分，采用能够保护胎体和散发内部热量的设计。3．轮胎的分类
1）按胎体帘线层排列分类
如图1-2所示，轮胎根据胎体帘线层（位于带束层和胎体之间）排列的不同，分为子午线状构造和斜交状构造两种。轿车用轮胎几乎都是子午线轮胎。图1-2 子午线状构造和斜交状构造及帘布层排列（a）子午线构造；（b）斜交构造1—胎面；2—带束层；3—帘布层；4—缓冲层
同斜交轮胎相比，子午线轮胎的特点包括以下几个：
①操纵性和稳定性优越；
②耐磨损性能良好；
③发热较少；
④滚动阻力较小，能够节省燃料；
⑤滑动较少，牵引力较大；
⑥低速、路况较差时乘坐舒适度降低，但高速行驶时较舒适；
⑦低速时打方向盘稍显费力。
不同材料的子午线轮胎的种类如表1-1所示。表1-1 不同材料的子午线轮胎的种类材料种类通称胎体带束层轿车用钢丝子午线合成纤维钢丝小型货车用钢丝子午线合成纤维钢丝货车及公共汽车用金钢子午线钢丝钢丝
2）按有无内胎分类
如图1-3所示，无内胎轮胎是以在轮胎的内侧贴合透气性低的特殊橡胶（内衬）的一体化构造来代替使用内胎的轮胎。无内胎轮胎的优点包括：（1）因为没有内胎，所以不会发生由内胎引起的故障。（2）即使被钉子等刺穿也不容易造成快速漏气。（3）因为轮胎内部的空气直接与轮辋接触，所以散热性较好。（4）减少了零部件数量。图1-3 无内胎和有内胎的结构对比
［完成任务］ 请回答以下问题。（1）无内胎和有内胎轮胎气门嘴所在点的区别： 。（2）无内胎轮胎，如果气门嘴和轮辋的接合处在浸水检查后发现漏气，则需更换气门嘴。在扒胎机上，轮胎放气后1分钟快速更换气门嘴的方法是： 。
3）按气候条件分类
按气候条件的不同，轮胎分为雪地轮胎、夏季轮胎、全天候轮胎。
4）按车型分类
按车型不同，轮胎分为轿车PC、轻型车ULT、小型车LT、货车和公共汽车TB。三、车轮的概念
古代车轮和现代车轮，如图1-4所示。图1-4 古代车轮和现代车轮1—轴；2—毂；3—辋；4—辖；5—辐《现代汉语词典》中对轮毂的解释是：“轮毂是指车轮的中心装轴部分，俗称‘轴头’，通过轮毂轴承而安装在车桥套管外面的壳形回转件。”它是通过半轴螺栓（对于驱动桥而言）和车轮轮辋法兰螺母将半轴的转动力矩传给车轮的零件。现代意义的轮毂是指车轮除轮胎之外的部分，包括轮辋、轮辐及轮毂。轮辋俗称“轮圈”“胎铃”“轮胎锅子”等。
与钢轮毂相比，铝轮毂具有质轻、散热好、减振特性好、美观等优点。铝轮毂的第一个优势在于质量轻，燃料利用率提高，汽车加速、制动性能提高。高速行驶的汽车轮胎与地面摩擦、制动、加速等产生高温，如果散热不好而使热量累积，容易造成高温爆胎、制动不良甚至失灵等。铝合金轮毂由于传热系数高和结构特性好等缘故使得散热效率比钢圈高很多，从而降低了轮胎的老化速度以及刹车系统失效和高温爆胎的概率，大大提高了行车安全性。轻合金的减振性能比钢要优越很多，减振好则行驶平稳性、舒适性、安全性都有相应提高。值得一提的是，镁合金的减振效果较好，镁合金的阻尼系数是钢的60倍左右，甚至可以在无轮胎的情况下低速行驶。铝结构可以做得多样而简单，不容易隐藏污垢，清理方便。当然，钢轮毂也有优点，主要表现为金属硬度高，所以适用于崎岖颠簸的道路和重载车辆。
［完成任务］ 请写出以下词语。
lun fu：_____；lun wang：_____；lun gu：_____。四、轮胎的规格及技术参数1．轮胎的尺寸参数
如图1-5所示为轮胎的尺寸参数，主要包括以下几个。图1-5 轮胎的尺寸参数
①轮胎外径。轮胎外径是在相应的轮辋上安装轮胎并按规定气压充气后，在没有承重时的轮胎直径。
②轮胎总宽。轮胎总宽是指包括轮胎侧面的文字及花纹的轮胎最大宽度，单位为mm。
③适用轮辋宽。适用轮辋宽是指适合轮胎性能的轮辋宽度。
标准轮辋是指最适合的宽度和形状，用in（1in＝25.4 mm）表示；而适用轮辋是指能够使用的轮辋。
④轮辋直径。轮辋直径是指适合轮胎的车轮的轮辋直径，同轮胎内径相同，用in表示。
⑤轮胎断面宽。从轮胎的总宽中去除轮胎侧面的文字及花纹厚度的宽度为轮胎断面宽，用mm表示。
⑥轮胎高。轮胎高是用轮胎外径减去轮辋直径后的一半。
⑦胎面宽。胎面宽是轮胎胎面的宽度，指两面最突出部分的宽度。
⑧胎面半径。胎面半径是指胎面部分的曲率半径。
［完成任务］ 在图1-6中标出轮胎的尺寸参数。图1-6 任务：标出轮胎的尺寸参数2．轮胎侧面的标识
如图1-7所示为轮胎侧面标识，解释如下：图1-7 轮胎侧面标识
统一标记：车轮最重位置，用白色或红色圆圈表示，用于与车轮轻点位置进行比照，防止车轮的振动。
制造编号/制造记号：1999年以前（包括1999年）制造的轮胎，其制造编号的后3位数字表示制造年份和周数；2000年以后（包括2000年）制造的轮胎，其制造编号的后4位数字表示制造年份和周数。例如，“119”表示1999年的第11个星期制造的轮胎，“1003”表示2003年的第10个星期制造的轮胎。
轻点标记：表示轮胎的最轻点位置（一般用黄色圆圈表示）。通过将最重车轮的气门位置与轻点标记的位置进行比照，使重量达到平衡。最轻点要放在轮辋的气门嘴位置上。
如图1-8所示，轮胎的方向表示：用带有箭头的ROTATION表示或用IN/OUT表示内/外侧。图1-8 高性能轮胎的方向表示
［完成任务］ 轻点标记用什么颜色？______。旋转方向如何看？ 。3．轮胎的扁平率
如图1-9所示为计算轮胎扁平率的尺寸参数，其公式如下：图1-9 轮胎扁平率的尺寸参数4．轮胎的通称（轿车）
轮胎的通称（轿车）包括以下几个。
①195：断面宽的通称（mm）；
②60：扁平率的通称（％）；
③R：轮胎构造标记（子午线）；
④14：轮辋直径的通称（in）；
⑤86：负荷指数；
⑥H：速度记号（210 km/h）。
如图1-10所示为实物轮胎的标识，通过它加深对轮胎标识的理解。图1-10 轮胎标识（速度代号和负荷指数要查表）5．负荷指数（LI）与负荷能力
负荷指数用LI表示，是英文Load Index的缩写。一个轮胎所能承受重量的能力（最大）叫作负荷能力，用指数来表示这种负荷能力就叫作负荷指数。LI与负荷能力对应（平均每个轮胎）（主要摘录轿车用轮胎所表示的LI），表1-2所示为轮胎所表示的LI。表1-2 轮胎所表示的LILI负荷能力/kgLI负荷能力/kg76400865307741287545784258856079437895808045090600814629161582475926308348793650845009467085515956906．轮胎速度记号和速度
使用轮胎时能够达到的最高速度用速度记号（如表1-3所示）在该轮胎上表示。表1-3 轮胎速度记号
［完成任务］ （1）请说出185/60R14 82H的意义，并说出轮胎的高度是：______；轮辋名义直径是：______mm（1in＝25.4 mm）；最高允许速度是：______；荷重是：______。（2）图1-11中117/115的意义是：____________________；L的意义是：______；LT的意义是：______。图1-11 任务：单胎/双胎的荷重标法五、胎面花纹的作用和种类
胎面花纹的作用包括排水，提高操纵性和稳定性，增加轮胎的制动力、驱动力及牵引力，帮助轮胎散热。
胎面花纹种类如图1-12所示，包括纵沟型花纹、横沟型花纹、混合型花纹以及块状型花纹。图1-12 胎面花纹种类（a）纵沟型花纹；（b）横沟型花纹；（c）混合型花纹；（d）块状型花纹
各类型特点分述如下：（1）纵沟型花纹：操纵性和稳定性较出色，滚动阻力较小，轮胎噪声较小。（2）横沟型花纹：驱动力和制动力较出色，在非沥青路面上的牵引力较出色。（3）混合型花纹：通过纵沟型和横沟型的混用，把二者的特点结合在一起。（4）块状型花纹：多用于积雪及泥泞的路面，驱动力和制动力较出色。六、轮胎的维护1．轮胎气压
只有在适当的气压下轮胎才可能有最适当的形状，轮胎的各种性能才可以按照设计性能要求充分发挥出来。
气压不足导致轮胎变形增大，由此会产生异常发热而引起故障，且接地面异常磨耗加快，如图1-13（a）所示；适当的气压可使轮胎具备最佳形状，如图1-13（b）所示；气压过高时轮胎变形太小，缓冲冲击力降低，乘坐舒适感不好，轮胎容易受外伤，且接地面异常磨耗加快，如图1-13（c）所示。随着轮胎扁平化的发展，通过目视获得轮胎气压的方法越来越困难，正确的方法是使用空气压力计。图1-13 轮胎气压和接地面积（a）低气压（接触面积减少）；（b）正常气压（接触面积适当）；（c）高气压（接触面积减少）
气压不足是造成各个部件的剥离、胎侧上部帘线断裂、滚动阻力增大、异常磨耗、耐久性降低的主要原因。轮胎发热指数与气压的关系如图1-14所示。图1-14 轮胎发热指数与气压的关系①kgf为非法定计量单位，1 kgf＝9.80665 N。
各个规格的轮胎的负荷能力是一定的，即使将气压增大，轮胎的负荷承载能力也不会增加，且气压过高既不经济又危险。气压过高易引起冲击切割等外伤以及爆胎、异常磨耗、寿命缩短、耐久性降低等。
［完成任务］ 气压单位换算：1 bar＝_____kPa＝_____MPa＝2_____kgf/cm＝_____psi。5
提示：一个标准大气压（1 bar）＝1.01325×10 Pa，但为使用方5便，小数点后的01325去掉，可取1 bar＝10 Pa＝100 kPa＝1 kgf/226cm（公斤力/厘米）≈14.5 psi，而1 MPa＝10 Pa＝10 bar。目前市场上销售的胎压表大多是外圈为bar，内圈为psi单位。现将bar、psi单位换算关系说明一下。psi英文全称为pounds per square inch，译2为磅每平方英寸，即1英寸面积上放1磅重物，维修美国车型时可能会用到。
根据相关资料，普通汽车轮胎标准气压：冬季前轮为2.5 bar，后轮为2.7 bar；夏季前轮为2.3 bar，后轮为2.5 bar。这样既可保证安全地驾驶和舒适性，也能使油耗降到最小。
小型汽车的轮胎气压是有统一标准的，即不论是轿车还是越野2车，轮胎气压为1.9～3.5 kgf/cm，可根据具体的使用情况进行调2整。一般在城市路况正常使用时气压调整为2.2～2.7 kgf/cm，最好22是2.3 kgf/cm。新车出厂时轮胎压力多为3.5 kgf/cm，那是为了在长时间停车时不影响轮胎的变形而特别增加的压力，所以买回的新车要减压。2．轮胎磨损标记
如图1-15所示，轮胎不断磨损后，排水性和制动性降低，舒适感变差。应在轮胎残沟深度（例如轿车为1.6 mm）达到露出磨损标记之前更换轮胎，如表1-4所示为轮胎磨损标记的残沟深度。图1-15 轮胎磨损标记表1-4 轮胎磨损标记的残沟深度轮胎种类残沟深度/mm货车及公共汽车用轮3.2胎
小型货车用轮胎2.4轿车及轻型货车用轮1.6胎
［完成任务］ 轮胎残沟深度是0.8 mm的倍数，其中2倍用于______车？3倍用于______车？4倍用于______车？3．轮胎交换
轮胎安装位置不同，磨损的方式及速度也不同，因此必须定期（或每行驶约5000 km）交换轮胎的位置（轮胎交换），图1-16所示为轮胎换位方法。因为FF（前置前驱）车的前轮为驱动轮兼转向轮，所以比后轮磨损快2～3倍，必须及早进行轮胎交换。图1-16 轮胎换位方法（a）FF（前置前驱）车的场合；（b）FR（前置后驱）车的场合；（c）方向性模式的场合
当出现异常磨损时，必须从其状态判断是由于气压不当（过高或过低）还是定位不当造成的，并及早进行必要的调整。
［技师指导］ 轮胎交换方法多，很多人记不住换胎的方法，这里教你一个口诀：“驱动轮很累了，走近道；从动轮很轻闲，走远道；同样是从动，直接交换。”七、轮胎的特性（了解）
如图1-17所示，让充气的轮胎承重时，轮胎会发生“弯曲”。这种弯曲有纵向弯曲、边部弯曲和横向弯曲3种，是轮胎功能所必不可缺的要素。图1-17 轮胎的弯曲特性1．轮胎滚动阻力
轮胎产生滚动阻力的原因包括以下三个：
①由于轮胎组成部分的反复变形造成的能量损失；
②由于轮胎与路面摩擦产生的阻力；
③轮胎的空气阻力。
汽车的行驶阻力主要包括：空气阻力、轮胎滚动阻力、传动阻力、加速阻力、爬坡阻力。如图1-18所示为轮胎滚动阻力指数和车速的关系。图1-18 轮胎滚动阻力指数和车速的关系2．浮滑现象
在积水的路面高速行驶时，由于轮胎的沟槽不能将路面的积水排除干净，胎面与路面之间形成水膜，从而使轮胎在路面上浮起，其结果造成轮胎在路面上打滑，这种状况叫作浮滑现象。如图1-19所示为发生浮滑现象时车速与水深的关系。图1-19 发生浮滑现象时车速与水深的关系
［完成任务］ 一轿车轮胎行驶了8万公里（1公里＝1000 m），在雨季时水深20 mm时行驶，司机要把车速控制在哪个速度以下才能保证安全？__________。3．驻波现象
虽然轮胎是圆形的，但是与路面接触时不是用一条线而是用一个面接触。轮胎旋转时，反复进行抓地部分的变形和复原。高速行驶时，这种变形即使在完成抓地之后也不复原，在抓地部分的后部残留振动波，这种波动现象叫作“驻波现象”，如图1-20所示。图1-20 发生驻波时的轮胎
驻波现象的防止方法：（1）设定合理的气压。因为高速行驶时，气压会升高0.2～0.3 2kgf/cm，所以要设定合理的气压。（2）使用适合高速行驶的轮胎。4．轮胎的转弯特性
轮胎的转弯特性包括侧抗力（C.F.）、自动回正力矩（S.A.T.＝回正力矩）、侧抗刚度（C.P.）等参数。
转向轮胎与接触面（阴影区）的力学特性如图1-21所示。轮胎的刚性越高（气压上升、轮辋宽度加大、子午线构造、扁平率小），侧抗刚度就越高，但是，气压及轮辋宽如果不控制在允许范围内则很危险。载重增加，侧抗力也会加大，但超过轮胎的推荐载重后，侧抗力会逐渐降低。图1-21 转向轮胎与接触面（阴影区）的力学特性
在潮湿的路面上行驶时，摩擦力下降，因此侧抗力降低。5．轮胎的噪声特性
行驶中的轮胎噪声分为：由轮胎与路面之间摩擦以及轮胎自身发出的直接噪声和由轮胎振动间接产生的噪声。其中直接噪声还可以分为“胎面花纹噪声”“道路噪声”以及“啸叫噪声”。如表1-5所示为轮胎噪声分类及产生原因，图1-22所示为车速和轮胎噪声贡献率的关系。表1-5 轮胎噪声分类及产生原因分 噪 原 因类声胎比面较 由在行驶中被压缩的胎面花纹沟槽中的空气通过花高轮胎的旋转排出而产生，为了降低噪声（防止声音纹的的共鸣），应使胎面花纹的槽距呈不规则排列噪噪声声比道较路低 由轮胎通过坎坷或粗糙道路时振动而产生噪的声噪声尖啸锐叫 急起步、急制动、急转弯时，因轮胎的抓地部分的噪对路面出现局部滑动产生噪声声图1-22 车速和轮胎噪声贡献率的关系八、车轮和定位
为了维持车体对路面的抓地性及操纵稳定性，要设定称作车轮定位的4种不同类型的角度。1．车轮外倾角
如图1-23所示，为了避免车轮承重后发生内倾，而预先使车轮外倾。前轮正外倾角从前面看通常像倒八字；后轮经常采用负外倾，从后面看像八字，但这个八字不对称，通常左后轮内倾，右后轮基本上为既不内倾，也不外倾。图1-23 车轮外倾角2．车轮前束角
如图1-24所示，呈正外倾角的前轮在行驶中会出现向外张开的倾向（外倾横向推力），因此为了保持车轮直线行驶，预先调整为向内收束（前束）。设定角度过大时，轮胎会发生羽状磨损。图1-24 车轮前束值（也可用夹角表示）3．主销后倾角
如图1-25所示，主销后倾与自行车车把下的前叉作用相同，可使车轮行驶沿直线，因为主销后倾后会在方向盘转动时产生使车轮回到直线行驶方向的回正力矩。如果调整不当，轮胎存在发生羽状磨损的危险。图1-25 主销后倾角4．转向主销内倾角
如图1-26所示，转向主销内倾角是指为防止从路面传来的冲击力使方向盘无法把握，前轮轴和连接在前车轴上的主销（螺栓）之间形成的倾斜角。图1-26 转向主销内倾角
［完成任务］ 四轮定位中车轮参数有： ；主销参数有： 。九、转向特性
在转弯的过程中，使方向盘（转向装置）保持一定的角度慢慢加速时，决定车辆行驶轨迹的旋转特性叫作转向特性。1．不足转向
如图1-27所示，在车速提高到一定值时，前轮打滑，汽车向圆的外侧偏离，必须继续转动方向盘才能实现驾驶员的意图。后轮轮胎的回转能力比前轮轮胎大时，会出现不足转向。
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