浅谈转向轮定位的静态检测 汽车类专业论文

浅谈转向轮定位的静态检测摘要在汽车使用过程中，由于转向机构、车轴、车架的变形和磨损，转向轮定位会逐渐失准,使车轮滚动阻力增大，汽车动力性下降，运行油耗增多；另外，由此引起的轮胎异常磨损也降低了汽车的使用经济性。因此，要对使用中的汽车实时地进行转向轮定位的检测，并根据检测结果进行调整，以保证其使用性能。本文就以个人观点简单介绍了转向轮定位的静态检测的参数、作用以及相关检测原理。关键字转向轮定位调整测量正文转向轮定位的静态检测是指在汽车停驶情况下，用测量仪器对汽车的转向轮定位的几何参数进行测量，其检测的基本依据是转向旋转平面对各定位角间的直接关系。目前常用的定位仪有拉线式、光学式、电脑拉线式和电脑激光式四种，它们的测量原理是一致的，只是采用的测量方法（或使用的传感器的类型）及数据记录与传输的方式不同，这里仅介绍通过四轮定位仪测量的几个重要检测项目的测量原理。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后倾角如图1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。图1主销后倾角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3º。（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。主销内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所示。图2主销内倾角a)销轴中心线b)主销内倾角主销内倾角有以下两个作用：（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２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。（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。车轮外倾角、主销后倾角和主销内倾角这三个测量参数的测量都是关于角度的测量，除了光学式四轮定位仪测量车轮外倾角和车轮前束时，采用的不是测量角度的传感器，其余各种类型的四轮定位仪均是采用测量角度的传感器，包括车轮前束角都可以用角度传感器直接或间接测量。（一）主销后倾角的测量原理以左前轮为例，当车轮向左右各转动δ＝20°（如图3所示），图3主销后倾角测量原理计算图ZO为主销轴线，OB为转向节车轮轴线，四边形DEFG表示水平面，四边形HIJK相对于平面的夹角为主销后倾角。LMNP平面是与主销垂直相交的平面，该平面是HIJK平面以ST为轴转动β角（主销内倾角）形成的，OD为车轮向左转动20°时转向节轴平面的方向。线段LD、A’B’、AB、A”B”、MI、FN和KP均是水平面DEFG上的铅垂线。由图7主销后倾角的测量原理计算图得（推导过程略）：γ=△λ／2sinδ上式表明δ为一特定角度时，主销后倾角测量角△λ存在唯一确定关系。通３常规定δ转角为20°，2sin＝0.68404，故有：γ=△λ／0.68404=1.461△λ(1)即主销后倾角γ为实际测量角度△λ的1.461倍。这样，用1.461倍的关系标定仪器，就可直接读主销后倾角γ二）主销内倾角的测量原理。仍以左前轮为例，当车轮向左右转动δ时（如图4所示），图4主销内倾角测量原理计算图ZO为主销轴线，OC为转向节轴线方向，OE为与车轮平面平行且水平的线段。同（1）所述，四边形DEFG表示水平面，四边形HIJK相对于水平面的夹角γ为主销后倾角。四边形LMNP为与主销垂直相交的平面，该平面是HIJK平面以ST为轴转动β角（主销内倾角）形成的，OE是车轮向右转动δ=20度，垂直于转向节轴线且在水平面内的线段，OF是车轮向左转动δ=20°时，垂直于转向节轴线且在水平面的线段。由图4主销内倾角的测量计算图得（推导过程略）：β=△ω／2sinδ上式表明当δ为一特定角度时，主销内倾角β与测量角△ω存在唯一确定关系。通常规定δ转角为20°，2sinδ＝0.68404，故有：β=△ω／0.68404=1.461△ω(2)即主销内倾角β为实际测量角度△ω的1.461倍，这样，用1.461倍的关系标定仪器，就可以直接读主销内倾角β。经过上述两部分的分析推导，了解了主销后倾角、主销内倾角的测量原理。但必须指出，在上述两部分推导过程中提及的λ1、ω1为车轮向右转动20°时，传感器所测得的实际角度值；λ2、ω2为车轮左转动20°时传感器所测得的角４图5前束角度值。在实际测量中，只要按照公式（1）、（2）换算即可。现常见的四轮定位仪在出厂前就已用上述两式对仪表进行了标定，因此，可直接读主销倾角实际测量值。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5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。前轮前束的测量原理测量前束时，必须保证车体摆正且方向盘位于中间位置，为了提供车轮前束值（或前束角）的测量精度，无论是拉线式、光学式还是电脑式的四轮定位仪，在检测车轮前束之前，常通过拉线或光线照射或反射的方式形成一封闭的直角四边形如图6所示。将待检车辆置于此四边形中，通过安装在车轮上的光学镜面或传感器不仅可以检测前轮前束、后轮前束，还可以检测出左右车轮的同轴度（即同一车轴上的左右车轮的同轴度）及推力角。因为四轮定位仪系统采用的传５图7光敏二极管的结构和外形1-刻度盘2-投射器支臂3-光敏三极管4-激光盘5-投射激光束6-接收激光束图8车轮前束角的测量原理感器不同，测量方法亦有所不同，这里仅就光敏三极管式传感器来说明一下车轮前束的测量原理。光敏三极管为近红外线接收管，是一种光电变换器件，它的结构与外形如图7所示。其工作状态为：不加电压，利用P－N接在受光射时产生正向电压的原理，把它作为微笑光电池。在光敏三极管后面接一些用于接收信号的元件，以便及时对光敏三极管上所获得的信号进行分析处理。安装在两前轮和两后轮上的光敏三极管式传感器均有光线的接收和发射（或反射）功能，通过它们间的发射和接收刚好能形成类似于图7所示的四边形。在传感器的受光面上等距离地将光敏三极管排成一排，在不同位置光敏三极管接收到光线照射时，该光敏管产生的电信号就代表了前束角的大小。其测量原理的简单示意图如图8所示。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9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。转向轮外倾角的检测原理转向轮外倾角可被直接检测。当外倾角为α的转向轮处于直线行驶位置时，６图10外倾角的测量原理通过支架垂直于转向轮旋转平面安装的水准仪上的测外倾角气泡管，亦与该旋转平面垂直。此时，气泡管与水平面的夹角与外倾角相等，气泡管中的水泡偏移向车轮一侧。把气泡管调回水平位置，气泡位移量或角度调节量即反映了外倾角α的大小。其检测原理如图10所示测量时，将水准仪上的测“α、γ”插销插入支架座孔，并使水准仪在垂直于该插销的方向上近似水平，然后拧紧螺钉把水准仪固定于支架上。此时，水准仪气泡将偏离中间的位置。调节“α”调节盘，直到水准仪气泡处于中间位置，其“α”调节盘上红线指示角度即为该转向轮的外倾角。总结本文探讨了转向轮定位静态检测的相关因素：主销后倾角、主销内倾角、车轮外倾角、前束角。在认识理论的基础上总结了汽车转向轮定位静态检测的测试原理与转向轮定位各个参数的概念和作用。转向轮定位是为了使汽车行驶稳定、轻便、维持直线行驶，保证汽车操纵稳定性和轮胎的正常磨损，保障汽车行驶安全。汽车的操纵性与稳定性两者是密切相关的。操纵性的丧失往往导致整车侧滑、回转、甚至翻车；而稳定性的破坏往往使汽车失去操纵而处危险状态。由于上述两者性能之间有着密切关系，故一般统称为操纵稳定性。汽车操纵性与稳定性的好坏，直接影响到汽车行驶的安全，所以操纵稳定性受到广泛的重视。汽车转向轮定位在现代汽车检测与维修行业中得到广泛的运用，通过使用四轮定位仪等先进仪器，将复杂的转向轮检测调整变得更简单。提高了维修方法的技术含量,使维修水平上了一个新台阶。同时也为轿车的维修提供了便利,缩短了维修时间,减少了维修和使用费用,确保了现代轿车行驶的平稳、轻便和安全。７致谢在此，我要感谢老师们的指导和教诲，是你们的悉心教导让我了解了本专业的相关知识，这是论文得以完成的基础。感谢论文指导老师精心指点，感谢同学、朋友们的支持和宝贵建议，是你们为我的论文添砖加瓦，直至本文的顺利完成。最后，真诚感谢参加本次论文答辩对本文进行评审的各位老师。参考文献1)安相壁，马麟丽主编.《汽车检测诊断技术》.北京理工大学出版社，2008.2)张文美主编.《汽车车轮定位参数测量方法的研究》.哈尔滨工业大学硕士论文,2005.3)肖健主编.《汽车使用性能与检测》.机械工业出版社，2009.4)孔令来主编.《汽车底盘构造与维修》.机械工业出版社，2009.5)闵永军，万茂松，周良主编.《汽车故障诊断与维修技术》.高等教育出版社，2004.