简析宝马5系轿车转向系统故障诊断论文.docx

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简析宝马5系轿车转向系统故障诊断论文

学号

1

交通职业技术学院汽车工程系

毕业设计（论文）

设计（论文）题目：

简析宝马5系轿车转向系统故障诊断

作者：

左孝友

专业：

汽车制造与装配技术

班级：

装配1102班

实习单位：

宝悦（宝马）汽车服务

校指导老师：

秋艳

校外指导老师：

武强

2014年4月15日

简析宝马5系轿车转向系统故障诊断

【摘要】本文阐述了宝马5系轿车转向系统各个部分的作用、结构、组成、主要部件、工作原理、及可能出现的故障，在实际工作的同时，又提出了对具体的故障进行维修的可行案；采用了理论与实际相结合的法，对每个问题都有良好的认识，对所学容进行了良好的总结和归纳，以此来进一步熟悉和掌握汽车转向系统的各面知识，深化巩固所学知识，做到理论与实际相结合，在理论学习的前提下，用实际操作来更好的理解所学容。

【关键词】：

汽车转向系统；宝马5系；工作原理；故障。

1．宝马5系轿车的转向系统概述

汽车在行驶的过程中,需按驾驶员的意志改变其行驶向。

就轮式汽车而言,实现汽车转向的法是,驾驶员通过一套专设的机构,使汽车转向桥（一般是前桥）上的车轮（转向轮）相对于汽车纵横线偏转一定角度。

这一套用来改变或恢复汽车行驶向的专设机构，即称为汽车转向系统。

宝马汽车底盘研发工程师通过数年的探究和研发努力，研制出了具有革命性的主动式转向系统，并首先在宝马新5系中亮相。

该系统可以确保，车辆在任速度下都能提供理想的转向操控，并同时兼顾最大的驾驶乐趣、灵活性及安全性，这在汽车史上还是首次，同时也翻开了汽车底盘发展的新的历史篇章。

　主动式转向系统令宝马新5系在高速公路上的行驶亦更加轻松。

这是因为该系统能够降低高速下的转向灵敏度，而由外在因素所造成的向盘震动，比如行驶在崎岖路面上，对向稳定性的影响也更轻微。

恩博士更指出：

"在高速转弯时，转向变得更简单、更平顺。

"即使面对突发的转向动作，例如躲避前突然出现的障碍物，系统动作依然很平顺自然。

此外，搭配原有的转向动力伺服系统，转向扭矩会配合车速提供更多的动力，以避免向盘失控。

2.宝马新5转向系统简介及工作原理

机械转向系主体动力是以驾驶员的体力作为转向能源，其中所有传力件都是机械的。

机械转向系由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成（如图1-1）。

图1-1机械转向系统主要机构

2.1汽车转向原理

汽车转向时，要使各车轮都只滚动不滑动，各车轮必须围绕一个中心点O转动，如图1-4显然这个中心要落在后轴中心线的延长线上，并且左、右前轮也必须以这个中心点O为圆心而转动。

为了满足上述要求，左、右前轮的偏转角应满足如下关系：

由转向中心O到外转向轮与地面接触点的距离，称为车转弯半径。

转弯半径越小，则汽车转向所需场地就越小。

当外转向轮偏转角达到最大值

时，转弯半径R最小。

在理想情况下，最小转弯半径

与

的关系为：

3宝马新5系汽车转向系统的故障诊断

3.1机械转向系故障诊断

机械转向系的常见故障部位主要有：

转向盘自由行程、转向传动机构连接处、转向器等。

机械转向系的常见故障主要包括：

转向沉重，转向盘自由行程过大和转向轮抖动。

1转向沉重

转向沉重的根本原因是转向轮气压不足或定位不准，转向系传动链中出现配合过紧或卡滞而引起摩擦阻力增大。

具体原因主要有：

①转向轮轮胎气压不足，应按规定充气。

②转向轮本身定位不准或车轴、车架变形造成转向轮定位失准，应校正车轴和车架，并重新调整转向轮定位。

③转向器主动部分轴承调整过紧或从动部分与衬套配合太紧，应予调整。

④转向器主、从动部分的啮合间隙调整过小，应予调整。

⑤转向器缺油或无油，应按规定添加润滑油。

⑥转向器壳体变形，应予校正。

⑦转向管柱转向轴弯曲或套管凹瘪造成互相碰擦，应予修理。

⑧转向纵、横拉杆球头连接处调整过紧或缺油，应予调整或添加润滑脂。

⑨转向节主销与转向节衬套配合过紧或缺油，或转向节止推轴承缺油，应予调整或添加润滑脂等。

转向沉重的故障诊断法

以宝马新5系F23乘用车为例，先检查轮胎气压，排除故障由轮胎气压过低引起。

接着按图2-1械转向系转向沉重常见故障原因的诊断流程找出故障位置。

图2-1机械转向系转向沉重常见故障原因的诊断流程

2转向盘自由行程过大

转向盘自由行程过大又可称为转向不灵敏。

故障现象

汽车保持直线行驶位置静止不动时，转向盘左右转动的游动角度太大。

具体表现为汽车转向时感觉转向盘松旷量很大，需用较大的幅度转动转向盘，能控制汽车的行驶向；而在汽车直线行驶时又感到行驶向不稳定。

故障主要原因及处理法

转向盘自由行程过大的根本原因是转向系传动链中—处或多处的配合因装配不当、磨损等原因造成松旷。

具体原因主要有：

①转向器主、从动啮合部位间隙过大或主、从动部位轴承松旷，应予调整或更换。

②转向盘与转向轴连接部位松旷，应予调整。

③转向垂臂与转向垂臂轴连接松旷，应予调整。

④纵、横拉杆球头连接部位松旷，应予调整或更换。

⑤纵、横拉杆臂与转向节连接松旷，应予调整或更换。

⑥转向节主销与衬套磨损后松旷，应予更换。

⑦车轮轮毂轴承间隙过大，应予更换等。

故障诊断法

造成转向盘自由行程过大的根本原因是转向系传动链中—处或多处连接的配合间隙过大，诊断时，可从转向盘开始检查转向系各部件的连接情况，看是否有磨损、松动、调整不当等情况，找出故障部位。

3转向轮抖动

故障现象

汽车在某低速围或某高速围行驶时，出现转向轮各自围绕自身主销进行角振动的现象。

尤其是高速时，转向轮摆振重，握转向盘的手有麻木感，甚至在驾驶室可看到汽车车头晃动。

故障主要原因及处理法

转向轮抖动的根本原因是转向轮定位不准，转向系连接部件之间出现松旷，旋转部件动不平衡。

具体原因主要有：

①转向轮旋转质量不平衡或转向轮轮毂轴承松旷，应予校正动平衡或更换轴承。

②转向轮使用翻新轮胎，应予更换。

③两转向轮的定位不正确，应予调整或更换部件。

④转向系与悬挂的运动发生干涉，应予更换部件。

⑤转向器主、从动部分啮合间隙或轴承间隙太大，应予调整或更换轴承。

⑥转向器垂臂与其轴配合松旷或纵、横拉杆球头连接松旷，应予调整或更换。

⑦转向器在车架上的连接松动，应予紧固。

⑧转向轮所在车轴的悬挂减振器失效或左右两边减振器效能不一，应予更换。

⑨转向轮所在车轴的钢板弹簧U形螺栓松动或钢板销与衬套配合松旷，应予紧固或调整。

⑩转向轮所在车轴的左右两悬挂的高度或刚度不一，应予更换等。

故障诊断法

以宝马新5系F25乘用车为例，根据转向轮抖动特征，按照图2-2械转向系转向轮抖动常见故障原因的诊断流程找出故障部位。

图2-2机械转向系转向轮抖动常见故障原因的诊断流程

3.2.动力转向系故障诊断

为了操纵轻便，转向灵敏和提高行车安全，目前高级乘用车、豪华客车和重型货车广泛采用了动力转向系。

动力转向系一般是在机械转向系的基础上加装转向助力装置；常用的助力装置是液压式，主要由转向泵、动力油缸、控制阀、转向油罐和油管等组成。

动力转向系的常见故障部位主要有：

转向盘自由行程、转向传动机构连接处、转向器、转向泵、控制阀、油管接头等。

动力转向系的常见故障主要是转向沉重和转向噪声。

1转向沉重

故障现象

同机械转向系。

故障主要原因及处理法

转向沉重故障一般由液压转向助力系统失效或助力不足，机械传动机构损坏或调整不当引起。

具体原因主要是：

①转向油罐油液油量不足或规格不对，应使用正确的油液并调整到规定高度。

②油路堵塞或不畅，应予检修。

③油路中有泄漏现象，应予检修排除。

④油路中有空气，应予排气。

⑤转向泵传动带损坏或打滑，应予调整或更换。

⑥调节阀失效，使输出压力过低，应予更换或调整。

⑦转向机构调整不当，应予调整等。

故障诊断法

检查转向油罐中油液是否不足，规格是否不对和有无气泡，检查管接头有无松动，转向泵传动带紧力是否正常。

将转向盘向左右极限位置来回转动，如果左右转向都沉重，故障在转向泵、液压缸或转向传动机构；如果左右转向助力不同，故障在控制阀。

详见图2-3所示动力转向系转向沉重助力部分常见故障原因的诊断流程。

图2-3动力转系转向沉重助力部分常见故障原因的诊断流程

2转向噪声

故障现象

汽车转向时，转向系出现过大的噪声。

故障主要原因及处理法

装有动力转向系的汽车，在发动机起动后，转向助力泵的溢流阀中出现液流噪声是正常的，但噪声过大甚至影响转向性能时，该噪声应视为故障。

因助力系统引起转向噪声的原因主要是：

①转向泵损坏或磨损重，应予修理或更换。

②转向泵传动带打滑，应予调整或更换。

③控制阀性能不良，应予检修。

④系统中渗入空气，应予排气。

⑤管道不畅，应予检修等。

故障诊断法

转向时发出“咔哒”声，在已排除转向泵叶片噪声的情况下，则由转向泵带轮出现松动引起。

转向时发出“嘎嘎”声，由转向泵传动带打滑引起。

转向时转向泵发出“咯咯”声，是由于系统中有空气；发出“嘶嘶”声，而且系统无泄漏，转向泵传动带紧度也合适，则由油路不畅或控制阀性能不良引起。

3动力转向系的其他故障

转向助力瞬间消失

故障原因主要是：

转向泵传动带打滑，控制阀密封圈泄漏，系统泄漏造成油面过低，发动机怠速过低，系统有空气等。

转向盘回位不良

故障原因主要是：

系统有空气、压力限制阀工作不良，控制阀弹簧失效等。

转向盘自由行程过大

故障原因主要是：

系统有空气或压力限制阀失效。

需针对故障原因，找出故障位置。

3.3转向系仪器检测

转向系的常用诊断参数有：

转向盘最大自由转动量（即转向盘自由行程，°）、转向盘外缘最大转向切向力（即转向盘最大转向力，N）、转向轮最大转向角（°）、汽车最小转弯半径（m）、转向轮定位参数等。

对于前轮转向的汽车，转向轮定位参数包括主销后倾角、主销倾角、前轮外倾角和前轮前束，即我们常说的前轮定位。

转向轮定位的检测在行驶系中介绍。

转向轮定位应该是行驶系的容，但由于该参数的改变，既可能造成行驶系故障（如轮胎异常磨损），也可能造成转向系故障（如转向沉重），因此转向轮定位参数通常也作为转向系的诊断参数。

依靠人工经验很难判断转向盘的转向力和自由转动量是否正确，可以使用专门仪器来检测，如：

宝马汽车诊断系统ISTA系统。

1转向盘转向力的检测

操纵稳定性良好的汽车，必须有适度的转向轻便性。

如果转向沉重，不仅增加驾驶员的劳动强度，而且可能会因不能及时正确转向而影响行车安全。

如果转向太轻，又可能导致驾驶员路感太弱或汽车“发飘”，同样不利于行车安全。

转向轻便性可用一定行驶条件下作用在转向盘上的转向力（即作用在转向盘外缘的最大切向力）来表示，采用转向参数测量仪可以测得转向盘转向力。

下面以国产Z。

—2型转向参数测量仪为例，介绍其检测转向盘转向力的法。

安装

将转向参数测量仪对准被测转向盘中心，调整好三只活动卡爪长度，与转向盘牢固连接。

检测

转动操纵盘，转向力通过底板、力矩传感器、连接叉传递到被测转向盘上，使转向盘转动。

此时，力矩传感器将转向力矩变成电信号，而定位杆端连接的光电装置则将转角的变化转变为电信号。

这两种电信号由微机自动完成数据的采集、转角的编码、运算、分析、存储、显示和打印，因而该仪器既可测得转向力，又可测得转向盘转角。

转向力的检测可按转向轻便性实验法进行，一般有原地转向力实验、低速大转角（“8”字行驶）转向力实验、弯道转向力实验等，可参照有关标准的规定进行检测。

结果分析

按GB/T18565中7.2.1条的规定，路试时检测转向盘最大转向力采用如下法：

汽车空载在平坦、干燥和清洁的硬路面上，以10km/h的速度在5s之沿螺旋线从直线行驶过渡到直径为24m的圆行驶，施加于转向盘外缘的最大切向力不得大于150N。

图2-4转向盘自由转动量的

检测

1—转向盘；2—指针；

3—刻度盘；4—转向管柱

2转向盘自由转动量的检测

转向盘自由转动量又可称为转向盘自由行程，是指汽车保持直线行驶位置不动时，左右晃动转向盘时的自由转动量（游动角度）。

GB/T18565中7.1.1和7.1.2条规定：

最大设计车速大于或等于100km/h的汽车，转向盘自由转动量最大为200；最大设计车速小于100km/h的汽车，转向盘自由转动量最大为300。

转向盘自由转动量是一个综合诊断参数，当其超过规定的值时，说明从转向盘至转向轮的传动链中有—处或几处的配合出现松旷。

转向盘自由转动量过大时，将造成驾驶员工作紧，并影响行车安全。

转向盘自由转动量可采用专用检测仪进行（转向参数测量仪也能检测）。

简易的转向盘自由转动量检测仪由刻度盘和指针两部分组成，如图2-4。

刻度盘通过磁力座吸附在驾驶室仪表盘或转向管柱上，指针则固定在转向盘的缘上；也可将指针通过磁力座固定在仪表板或转向管柱上，而刻度盘固定在转向盘缘上。

使用该种检测仪时，应使汽车保持直线行驶位置不动，转动转向盘至一侧极限位置，将刻度盘归零，再轻轻转动转向盘至行程另一侧极限位置，指针所示刻度即为转向盘自由转动量。

结论

汽车电子化已成为当前的热点，电子信息技术和汽车制造技术逐步走向融合，电子技术让汽车转向系统到达一个新的领域。

随着未来汽车市场的快速发展和汽车电子价值含量的迅速提高，我国汽车电动转向系统将形成巨大经济规模效应。

可以预料，随着我国汽车技术的进步，汽车电子新技术必将会得到越来越广泛的应用，国产汽车电动转向系统也必将走向成熟。

虽然要赶上国际汽车的最高水平还有一段路要走，但将来在世界汽车技术尤其是汽车电动转向系统这一领域，我国必定占有一席之地。

致

走的最快的总是时间，来不及感叹，大学生活已近尾声，三年多的努力与付出，随着本次论文的完成，将要划下完美的句号。

本论文初稿设计是在秋燕老师的耐心指导下完成的，从课题选择到具体的写作过程，论文初稿与定稿无不凝聚着秋燕老师的心血和汗水，在我的毕业设计期间，秋燕老师为我提供了种种专业知识上的指导和一些富于创造性的建议，老师一丝不苟的作风，谨的态度使我深受感动，没有这样的帮助和关怀和熏，我不会这么顺利的完成毕业设计。

在此向老师表示深深的感和崇高的敬意！

在临近毕业之际，我还要借此机会向在这三年中给予我诸多教诲和帮助的各位老师表示由衷的意，感他们三年来的辛勤栽培。

不积跬步以至千里，各位任课老师认真负责，在他们的悉心帮助和支持下，我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现，顺利完成毕业论文。

同时，在论文写作过程中，我还参考了有关的书籍和论文，在这里一并向有关的作者表示意。

我还要感同组的各位同学以及我的各位室友，在毕业设计的这段时间里，你们给了我很多的启发，提出了很多宝贵的意见，对于你们帮助和支持，在此我表示深深地感！

参考文献

[1]林逸，施国标．汽车电动助力转向技术的发展现状与趋势[J]．公路交通科技，2001．6.2．

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[4]谭本忠．看图学修汽车转向系统[J]．机械工业.2010.5.28.

[5]郭丽萍．电动式动力转向系统（EPS）原理浅析[J]．城市公共交通，2003．6．