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汽车侧滑检测设备的结构及工作原理

为保证汽车转向车轮无横向滑移的直线滚动，要求车轮外倾角和车轮前束有适当配合，当车轮前束值与车轮外倾角匹配不当时，车轮就可能在直线行驶过程中不作纯滚动，产生侧向滑移现象。当这种滑移现象过于严重时，将破坏车轮的附着条件，丧失定向行驶能力，引发交通事故并导致轮胎的异常磨损。侧向滑移量的大小与方向可用汽车车轮侧滑检验台来检测。
侧滑是指由于前束与车轮外倾角配合不当，在汽车行驶过程中，车轮与地面之间产生一种相互作用力，这种作用力垂直于汽车行驶方向，使轮胎处于边滚边滑的状态，它使汽车的操纵稳定性变差，增加油耗和加速轮胎的磨损。 如果让汽车驶过可以在横向自由滑动的滑板，由于存在上述作用力，将使滑板产生侧向滑动。检验汽车的侧滑量，可以判断汽车前轮前束和外倾这两个参数配合是否恰当，而并不测量这两个参数的具体数值。 目前国内在用的大多数侧滑试验台均是滑板式，检测时使汽车前轮在滑板上通过，在左右方向位移量的方法来检验侧滑量。滑板式侧滑台按其结构形式可分为单滑板式和双滑板式两种，双滑板式侧滑试验台都是双板联动的。还有一种国外进口的检测前轮外倾角和前束配合情况的试验台是滚筒式的。检测时，前轮放在滚筒上，由模拟路面的滚筒来驱动。同时有三个小滚子紧贴轮胎，小滚子可以在互相垂直的两个方向上自由摆动，由小滚子的支座来测量侧向力。这种试验台可以边检测边调整，但结构复杂、造价高。国内也研制成一种QCT-1型从动滚筒检测式前轮侧滑调整台，检测时，也是将两前轮放在四个滚筒上，由电机带动的后滚筒驱动车轮转动，模拟汽车行驶状态。两前滚筒是从动的，而且在横向可以自由滑动，因为支撑两前滚筒的轴承座固定在两块可以左右自由滑动的滑板上，由此可以检测出前轮侧滑量。这里只重点介绍一下侧滑试验台。
双板联动式侧滑试验台的结构如图 1所示，由机械部分、侧滑量检测装置、侧滑量定量指示装置和 侧滑量定性显示装置等几部分组成。
机械部分包括：左右滑动板、双摇臂杠杆机构、回位装置、导向和限位装置等。由于侧滑试验台的规格不同，滑板的纵向长度有500mm、800mm和1000mm三种。 当仪表显示侧滑量为5 m/km时，对应于这三种滑板的位移量分别是2.5mm、4mm和5mm。双滑板联动式侧滑试验台左右两块滑板的移动量是相等的，同时向外或同时向内。在其中一块滑板上装有位移传感器，将位移量变成电信号送给侧滑量显示装置。位移传感器有电位计、差动变压器和自整角电机三种形式。
2、侧滑量检测装置。
侧滑由左右两块滑板、杠杆联动机构和位移传感器等组成。该装置把车轮的侧滑量检测出来，并传递给侧滑量指示装置。 侧滑板表面作成凸凹不平的花纹形状，以增大附着力，减少车轮与滑板之间可能产生的滑移。滑板下面有滚轮，滚轮在滑道中可以左右自由滑动。滚轮和滑道应定期进行润滑和保养，以减少滑板运动的阻力，提高检测精度。当车轮驶离滑板后，滑板在回位弹簧的作用下恢复到原来的位置。 电位计式的测量装置安装在图 2所示的位置上。将滑动板的移动量变为电位计触点的位移，从而引起电压量的变化，并传递给指示装置。
电位计式测量装置的电路原理如图 3所示，在电位计两端加上一定的电压，当电位计的滑动触点随滑动板移动时，触点的输出电压与移量成正比，通过指示计可指示出对应于滑动板的位移量。
差动变压器式测量装置的位移传感器安装在图 4所示的位置上，由滑动板带动位移传感器的拨杆位移，传感器输出与位移量成正比的电压量，并传递给指示装置。
差动变压式的位移传感器的结构及工作原理如图5所示。差动变压器是将被测信号的变化转换成线圈互感系数变化的传感器，它的结构如同一个变压器，由初级线圈、次级线圈、铁芯等几部分组成，如图 5所示。
在初级线圈接入电源U1后，次级线圈即感应输出电压U2，滑动板移动时引起铁芯的移动，从而引起线圈互感系数的变化，此时的输出电压随之作相应的变化。它的特点是结构简单、灵敏度高、测量范围大及使用寿命长。 以前生产的侧滑试验台的指示装置有指针式的。目前，国产的侧滑试验台全部用数码管显示或液晶显示，并有峰值保留功能。在仪表的线路板上安装有电位计，标定时用于调整。有些侧滑试验台还可以打印检测结果。
数字式侧滑仪用数字显示侧滑量值，用“+”、“-”号表示侧滑方向。数字式侧滑仪测量电路原理如图 6所示，由电位计式位移传感器W1输出滑动板位移的电压量，在由运算放大器OP将传感器输出的电压量放大到模数转换器A/D能够满量程转换的电压值。电位计W2上提供相对零点参考电压UR=2.5V，当滑板无位移时，放大器OP输出2.5V，当两滑板分离时，OP输出的电压小于2.5V，在滑板到达极限位置时，OP输出为OV；反之，当两滑板合拢时，OP输出大于2.5V，待滑板位于极限位置时，OP输出为5V。这样，确保A/D转换器的模拟量输入电压始终在0-5V内变化。A/D转换器将输入的侧滑模拟电压量转换成数字量，并送入单片机8031进行运算处理，单片机根据预先固化在用户程序存贮器内的测试程序、运算测量结果、判别侧滑方向、定性判断合格与否、输出测试结果和判定结果。
智能型侧滑检测仪的工作框图如图 7所示。数字图形显示方式的指示装置能够及时记录侧滑量数值的大小，并能将数据进行锁存，以保证车轮驶离侧滑台后，操作人员能读取侧滑量的显示值。当后轮通过或前轮后退通过滑极时，自动清零复位，准备下次侧量。从这一点来看，它要优越于指针式和常用??理框图来说明自动记录数据、锁存、自动清零和自动诊断车轮定位故障的工作原理。
现就该框图说明如下:位移传感器采用0.2级高精度FX-80型直流差动变压器式的位移传感器，该传感器把位移量转换成电压信号送入滤波放大器，在此滤掉信号在传输过程中受到的干扰杂波，并按A/D转换器输入电压量程的要求进行放大，放大后的信号电压分为两路，一路送入V/I转换器，将电压信号转换为电流信号，驱动双向摆动式指针仪表，指示侧滑量的大小及方向，以上是常见进口或部分国产侧滑仪的工作原理。另一路将电压信号送入3位半A/D转换器，A/D转换器将电压信号转换成3位半的8421码的数字量，并以逐位动态扫描方式输出。然后经过归零控制器送入译码、锁存驱动器，再由大型数码管显示侧滑量的数值。当汽车车轮前进时在离开滑动板的瞬间，红外线光电开关发出信号，汽车进退识别器接到此信号后，作出识别判断，送出指令停止A/D的转换，并锁存已转换的数据，保持该数据显示在屏幕上，以便操作人员读取数据。汽车在后退时也采集数据，以便与前进时侧滑量一起分析，车轮在台板上一进一退的过程中，仪表用图形和文字方式指示出车轮定位故障的主要原因的诊断结果，并延时后清零。
4、侧滑量的定性显示装置。
在检测侧滑量时，为了便于快速显示检测结果是否合格，当侧滑量超过规定值时，侧滑量定性显示装置用蜂鸣器或信号灯以声、光信号同时报警，以引起检测人员注意。
这里以右前轮为例，先讨论只存在车轮外倾角(前束为零)的情况。具有外倾角的车轮，其中心线的延长线必定与地面在一定距离处有一个交点O，此时的车轮相当于一圆锥体的一部分如图 9所示，在车轮向 前或向后运动时，其运动形式均类似于滚锥。
从图 9可以看出，具有外倾的车轮在滑动板上滚动时，车轮有向外侧滚动的趋势，由于受到车桥的约束，车轮不可能向外移动，从而通过车轮与滑动板间的附着作用带动滑动板向内运动，运动方向如图 9所示。此时滑动板向内移动的位移量记为Sa(即由外倾角所引起的侧滑分量)。按照约定，具有外倾的车轮，由于其类似于滚锥的运动情况，因而无论其前还是后退时所引起的侧滑分量均为正。反之，内倾车轮引起的侧滑分量为负。
这里仅讨论车轮只存在前束角，而外倾角为零时的情况，前束是为了消除具有外倾角的车轮类似于滚锥运动所带来的不良后果而设计的。
具有前束的车轮在前进时，由于车轮有向内滚动的趋势，但因受到车桥的约束作用，在实际前进驶过侧滑台时，车轮不可能向内侧滚动，从而会通过车轮与滑动板间的附着作用带动滑动板向外侧运动。??面有侧向移动，其运动方向如图 10所示，此时测得的滑动板的横向位移量记为St（即由前束所引起的侧滑分量)。遵照约定，前进时，由车轮前束引起的侧滑分量St小于或等于零。反之，汽车前进时，由车轮前张(负前束)引起的侧滑分量St大于或等于零。
当具有前束的车轮后退时，若在无任何约束的情况下，车轮必定向外侧滚动，但因受到车桥的约束作用，虽然其存在着向外滚动的趋势，但不可能向外侧滚动，从而会通过其与滑动板间的附着作用带动滑动板向内侧移动，其运动方向如图 9所示。 此时测得滑动板向内的位移量记为St，遵照约定，仅具有前束角的车轮在后退时，通过侧滑台所引起的侧滑分量St大于或等于零。反之，仅具有前张角的车轮在后退时，通过侧滑台所引起的侧滑分量St小子或等于零。
综上可知，仅具有前束的车轮，在前进时驶过侧滑台时所引起的侧滑分量为负值，在后退时驶过侧滑台所引起的侧滑分量为正值。反之，仅具有前张的车轮，在前进时驶过侧滑台时所引起的侧滑分量为正值，在后退时驶过侧滑台所引起的侧滑分量为负值。汽车转向轮同时具有外倾角和前束角，在前进时由外倾所引起的侧滑分量Sa与由前束所引起的侧滑分量St的方向相反，因而两者相互抵消。在后退时两者方向相同，两分量相互叠加。在外倾角及前束值不大的情况下，可以认为Sa和St在前进和后退的过程中，侧滑分量数值不变。设车轮在前进时通过侧滑台所产生的侧滑量为A，在后退时的侧滑量为B，则可得到下述结论(在遵循上述对侧滑量的符号约定的条件下)： B大于或等于零，且B大于或等于A的绝对值。 (1)若前进时的侧滑量A大于一定的正数，后退时的侧滑量B大于另一正数，则侧滑量主要是由外倾所引起的。 (2)前进时的侧滑量A小于一定的负数，后退时的侧滑量B大于某一正数，则侧滑量主要由前束所引起。 前束所引起的侧滑量St=(B-A)/2。 遵循上述分析与讨论的方法，我们可以得到其余三种配合情况下侧滑台板的运动规律，从车轮外倾、车轮内倾、车轮前束和前张四个因素中判断出是哪个因素主要引起车轮侧滑的故障。因此，可有效地指导维修人员调整车轮前束及车轮外倾角。