汽车四轮定位原理与检测

1第一章绪论1.1研究本课题的意义在现代汽车中,操纵稳定性和行驶安全性被人们看得越来越重要了。虽然已经有很多在这方面的研究，但是本文主要在分析汽车四轮定位原理和四轮定位测试系统原理，结合实验室台架阐述四轮定位仪汽车检测中的运用方面的研究，也是具有十分重要的意义的。车辆在出厂时，定位角度都是根据设计要求预先设定好的。这些定位角度用来共同保证车辆驾驶的舒适性和安全性。但是，车辆在行驶一段时间后，这些定位角度会由于交通事故、道路坑洼不平造成的剧烈颠簸、底盘零件磨损、更换底盘零件、更换轮胎等原因而产生变化。一旦定位角度产生变化，就可能导致诸如轮胎异常磨损、车辆跑偏、安全性下降、油耗增加、零件磨损加快、方向盘发沉等故障。因此，进行四轮定位参数检验，使其处于合理范围内，对提高汽车的安全性及经济性有重要意义。1.2国内外的发展状况国外针对车轮定位检测技术的研究较早，50年代就研制了相应的检测诊断设备，如美国、法国、德国、荷兰、日本以及意大利等，发展至今其自动化程度、精度都有了很大的提高。我国在这方面的研究起步较晚，从60年代开始引进台架式四轮定位仪，80年代初，由武汉汽车研究所研制成功并投产了GCD-Ι型光束水准式前轮定位仪，但其自动化程度低，测量过程复杂，精度、效率较低，仪器功能不健全，只能测量传统的四个参数：前束、外倾、主销内倾及主销后倾。到90年代末，国内厂家开始大量生产四轮定位仪，如营口玄豹的SDH3000，营口大力的DL-4800，烟台海德的HC4800，北京车安的AS-888等，但都处于探索阶段，推出的产品大都不太成熟。至今能普及使用的、精度较高的国产自动化设备比较少，许多厂家是通过购买国外的传感器及软件的方式在国内进行组装生产，没有形成自己的知识产权，导致产品质量参差不齐。目前中国的汽车工业发展迅速。从整体上看中国汽车工业，仍然是一个国际竞争力较弱的产业。从汽车产量上看，中国已成为世界汽车工业的主要制造基地之一。就长远来看，中国汽车工业也必将具备完全的自主开发的能力，并且逐步提高其在世界汽车工业体系中的地位。2第二章汽车四轮定位的认识2.1汽车四轮定位的基础知识发展，汽车车速不断提高，急加速、急减速、急转向、急制动等动作的出现，汽车后轮在行驶过程中受到的冲击和汽车的载荷，这些都将影响到汽车后轮的运行轨迹。为了保证汽车直线行驶的稳定性、转向的轻便、转向轮回正性能良好，以及减少轮胎和机件的磨损、增加汽车行驶的安全性，汽车四轮定位的技术参数逐步受到驾驶人员的重视，同时也为汽车自动驾驶技术的发展提供了有利的条件。2.11汽车四轮定位的概念汽车四轮定位汽车的转向车轮、转向节和前轴三者之间的安装具有一定的相对位置，这种具有一定相对位置的安装叫做转向车轮定位，也称前轮定位。前轮定位包括主销后倾(角)、主销内倾(角)、前轮外倾(角)和前轮前束四个内容。这是对两个转向前轮而言，对两个后轮来说也同样存在与后轴之间安装的相对位置，称后轮定位。后轮定位包括车轮外倾(角)和逐个后轮前束。这样前轮定位和后轮定位总起来说叫四轮定位。2.12汽车四轮定位的组成结构1、四轮定位仪主要由：定位仪主机及必要附件组成。定位仪主机由：①机箱（大机箱带后视镜）；②电脑主机（含显示器、打印机）；③四个机头（定位传感器）；④通讯系统；⑤充电系统；⑥总供电系统共六部分组成。必要的附件由：①方向盘固定器；②刹车固定器；③转角盘及；④夹具共四部分组成。要很好的完成定位调车工作用户还应自行配备必要的工具如：各种型号的开口扳手、梅花扳手、套筒、接杆、快速扳手、扭力杆、钳子、螺丝刀、气动扳手（小风炮）、拉杆球头拆装器、外倾角校正器以及各种型号的调整垫片和调整螺栓等。2、四轮定位仪的结构四轮定位仪分拉线式、光学式、电脑拉线式和电脑几个式，现以光学式四轮定位仪说明四轮定位仪的结构与测量原理。电脑拉线式四轮定位仪如图2－1所示，其主要结构右带微处理器的主机柜及彩色监视器、键盘、80系列A4打印机、红外电子测量尺（用来检测轮距）、红外遥控器、标准转盘或电子转盘、自定心卡盘、传感器、接线盒、电缆、传感器拉线、方向盘锁定杆和刹车制动杆等组成。31-彩色监视器2-键盘3-打印机4-自定心卡盘5-转盘6-主机柜图2-1电脑拉线式四轮定位仪2.2汽车四轮定位的重要性和必要性为了提高汽车行驶的安全性、平顺性和乘坐的舒适性，汽车研发部门必须恰当地设计车轮定位角。正确的车轮叫可以保证汽车转向轻便，转向后能自动回正，汽车转向时、急剧改变车速时和高速行驶时，以及在坏路行驶，或紧急制动时能保证行驶方向的稳定性。操作车辆时能稳定准确，路面振动小，坏路上车身没有明显摇摆，乘车舒适，轮胎寿命长。1.正确的车轮定位可以帮助系统中所有不见都处于正常关系中，可以获得以下好处：（1）延长轮胎的使用寿命一组新的轮胎，有时表现为某一个轮胎使用不久就会发生异常磨损，有时发生在前轮，有时发生在后轮。在大多树情况下轮胎的异常磨损，或跑长途时爆胎的原因是车轮定位不准确。（2）操纵的稳定性不正确的车轮定位可以加剧转向轮，以至整个转向系的摆振；还可以造成行驶跑偏、高速时转向发飘、左右牵引、车轮不能自动回正、路面的振动无法被有效的吸收。正确的车轮定位则可以避免或排除上述故障。4（3）减少转向机械和悬架的磨损由于不同的车轮定位角可以使汽车处于不同的平稳关系中，因此不正确的车轮定位角不仅会加剧车轮的磨损，而且会造成悬架和转向系统传动部分的转动部件，如控制臂衬套、球头销、主销衬套等的非正常磨损。（4）提高燃油的经济性所有的车轮定位角，都是为了使车轮在行驶中尽可能地垂直于地面，最大限度减少车轮滑移，使车轮滚动阻力减少，燃油经济性提高。正确的车轮定位，还可以保证四个车轮彼此平行，这样保证了最小的滚动阻力，再加上正确的轮胎充气，可确保提高燃油经济性。（5）得到最佳的行驶平顺性正确的车轮定位帮助前、后悬架恰如其分地工作，使行驶系、转向西所有部件处在正确关系中，路面的振动被有效的吸收，车辆行驶更平稳。（6）确保安全驾驶正确的车论定位最大的好处就是保证安全驾驶。它可以确保车辆的可操作性，操作的稳定性，在正常行驶中有正确、迅速的操纵响应。正确的车轮定位校正是非常重要的。校正不适当，可能会造成转向困难，转向后车轮不能自动回正，行驶跑偏，产生不正常的噪声，轮胎异常磨损。2.什么情况下，需要进行四轮定位（1）每行驶10000公里或六个月后（2）直线行驶时车子往左或往右拉（3）直行时需要紧握方向盘（4）直行时方向盘不正（5）感觉车身会漂浮或摇摆不定（6）前轮或后轮单轮磨损（7）安装新的轮胎后（8）碰撞事故维修后（9）换装新的悬挂或转向有关配件后（10）新车每行驶3000公里后2.3前轮定位转向轮、转向节和前轴或下摆臂三者之间装配要具有一定的相对位置，这种具有一定相对位置的装配关系叫做前轮定位。5前轮定位的作用有以下几项：（1）保证汽车直线行驶的稳定性。在水平面上驾驶员双手离开转向盘后，汽车仍能直线向前行驶。遇到小坑，小包以及拱形路面时能保持直线行驶。在承载后车轮能垂直于路面，能扼制转向轮的摆振。在高速行驶中没有转向发飘现象。（2）在外力使车轮偏转或驾驶员转向后，能保证转向盘自动回正。（3）使转向轻便。（4）减少转向轮和转向机构的磨损，最大限度地延长轮胎的使用寿命。2.3.1主销后倾角在汽车纵向垂直平面内主销轴线与与通过前轮中心垂线的夹角叫主销或倾角如图2-2所示。向垂线后面倾斜的角度称为正后倾角，向前倾斜的角度称为负后倾角。a)主销后倾角的原理图b)正主销后倾角c)负主销后倾角图2-2主销后倾角1、主销后倾角的作用：（l）保证汽车直线行驶的稳定性。按照国内传统的汽车理论，主销后倾角越大，行驶中产生的离心力就大，防止车轮发生偏转的反向推力就越大，所以主销后倾角越大，汽车直线行驶的稳定性就越好。但是主销后倾角越大，汽车转向时所有克服的反向推力就越大，转向就越重，所以主销后倾角不能超过3˚。（2）适当加大主销后倾角是帮助车轮回正的有效方法。转向轮发生偏转时，主销后倾角帮助转向轮自动回正到中间位置。2.3.2主销后倾角在汽车横向平面内主销轴线与铅垂线的夹角即为主销内倾角。如图2-3所示。1、主销内倾角有以下两个作用：6（1）帮助转向轮自动回正。前轮是围绕着主销旋转的，而主销是向内倾斜的。主销内倾使转向节距地面高度降低，距地面更近，重力作用使车辆高度被降低，转向轮在转向时沿着倾斜的主销作弧线运动，就和门围绕歪斜的门轴做弧线运动一样，随着转向角和主销内侧倾角加大，轮胎外侧逐步加大对路面的压力。汽车在松软的路面上转向时，主销内倾角越大，转向角越大，转向轮外侧就压入地下越多，在松软的路面上转弯时前轮的外侧部分陷入地下才可能实现转向。汽车在柏油、水泥路面上行驶时，地面比轮胎更为坚硬，轮胎不可能陷入地下。于是在地面反作用力下，转向轮连同它所承载的汽车前部都要抬起一个相应的高度，才能使它实现转向。a)销轴中心线b)主销内倾角图2-3主销内倾角（2）使转向轻便。由于前轴重心在主销的轴线上，主销内倾角使主销轴线延长线与路面的交点，和车轮中心地面的交点距离减小，力臂的减小使转向变轻了。主销轴线的延长线距车轮的中心线过近容易使转向发飘。所以传统的后轮驱动汽车主销轴线的延长线大都设计在距车轮中心线40至60mm处。而20世纪70年代以后开发的前轮驱动汽车由于技术上改进，主销内倾角越大，行驶稳定性也很好。2.3.3前轮前束前轮前束是从汽车正上方向下看，由轮胎的中心与汽车的纵向线之间的夹角为前束角。如图2-4所示。前束的作用是消除由于外倾角所产生的轮胎侧滑。当正前束太大时，轮胎外侧磨损会有正外倾角太大所形成的磨损状态，胎纹磨7损形式为羽毛状。当用手从内侧向外侧抚摸，胎纹外缘有锐利的刺手感觉。当负前束太大时，轮胎内侧会有负外倾角太大所形成的磨损形态，胎纹磨损形式为羽毛状。当用手从外侧向内侧抚摸，胎纹外缘有锐利的刺手感觉。图2-4前束角图2-5外倾角2.3.4前轮外倾角从汽车的前方看轮胎的几何中心线与地面的铅垂线的夹角，称为外倾角。轮胎的上缘偏向内侧（靠近发动机）或偏向外侧（偏离发动机）。如图2-5所示。当轮胎中心线与铅垂线重合时，称为零外倾角，其作用是防止轮胎不均匀的磨损。当轮胎中心线在铅垂线外侧时的夹角称为正外倾角，其作用主要是减低作用于转向节上的负载、防止车轮滑落、防止由于载荷而产生不需要的外倾角及减小转向操纵力。当轮胎中心线在铅垂线内侧时的夹角称为负外倾角，其作用是可使内外侧滚动半径近似相等，使轮胎的内外侧磨损均匀，还可以提高车身的横向稳定性。2.3.5转向梯形车辆转弯时，内侧的车轮被迫沿着比外侧车轮要小的弧线进。如果设计两侧转向臂互平行，那么转弯时两前轮也将保持平行，那么转弯时轮胎滑移。而设计成前轴、梯形臂、横拉杆构成的转向梯形，可使汽车在转向时两前轮产生不同的转向角，通常内侧车轮转向角要比外侧车轮要大1~3˚，两前轮沿着各自的弧线滚动，从而消除了轮胎的滑动。参见图2-6。8图2-6转向梯形转向时所有车轮运动轨迹的向心线都应相交于一点，此点称为转向心。横拉杆位于前轴后端的等腰形叫正方梯形，横拉杆位于前轴前端等腰梯形叫反梯形。二者在作用上没有区别。转向梯形又叫转向外展，由于两只梯形臂都设计成直线行驶时两侧车轮角度相同，保持两侧车轮平行，因此无论是向左或右转向，由于内侧轮形成比外侧较大1~3º的转角，使转向中的前轮形成负前束，且转向角越大，负前束值也越大，转向时的负前束比后桥中的差速器更有利于转向平稳。2.3.6转向不足在试转半径时，转向盘转到止端，并保持不动，节气门开度稳定，车轮的转弯半在一定的圆周上保持不动，似乎是理所当然的事，但实际上转向不足的汽车(又被称为平稳转向，大部分汽车都是这种设计的)，转弯随着旋转的圈数增加，会逐渐加大。这种特性是因前后轮胎侧偏角不同引起的。由于后轮侧偏角小于前轮的侧偏角，在连续作转弯半径测试时，后轮达不到前轮行进方向而变慢，所以转弯半径逐渐加大，出现转向不足。转向不足的好处是当驾驶员转向时，即使实际转向低于自己的设想，也容易修正过来。2.3.7转向负前束（