汽车四轮定位原理与检测.doc

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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

2、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-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

3、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。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

4、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

5、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：机箱（大机箱带后视镜）；电脑主机（含显示器、打印机）；四个机头（定位传感器）；通讯系统；充电系统；总供电系统共六部分组成。必要的附件由：方向盘固定器；刹车固定器；转角盘及；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

6、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21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。 1-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

7、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

8、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。（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

9、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

10、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。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

11、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

12、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：（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

13、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

14、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。

15、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

16、转向角要比外侧车轮要大13，两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。 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13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，

17、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（转向前展）转向负前束是指转向时内侧车轮相对外侧车轮的角度差。转向系的结构使车轮角度随转向角度变化而变化，该角度的变化由转向梯形保证，如负前束不正确，将加剧轮胎磨损，并出现转向噪声

18、及转向跑偏。2.4 后轮定位2.4.1 与后轮定位相关的概念及作用后轮外倾角：前轮驱动的轿车后轮通常为负外倾角。即空载时后轮向内倾斜，承载后或举升运动时垂直于路面。前轮驱动轿车通常为很小的后轮反前束。前轮驱动汽车行驶中的驱动力使后轮心轴受向后的力，后轮的前端距离略大于后端距离。和后轮外倾角一样，前轮驱动汽车后轮的反前束值比前轮也大1倍左右。后轮前束主要为了使前后车轮以后轮推力为定位基准，使四个车轮保持平行，保证汽车直线行驶的稳定性。减少后轮在行驶中的侧滑，以最大限度地延长后轮轮胎的使用寿命。车辆的几何中心线：是恰好穿过前、后轮中央的假想线。推力线：是与后轮中心线成正90度角向前延伸的线。汽车受

19、到猛烈冲击，或悬架衬套磨损松旷都会使推力线发生偏移。推力线如和汽车前、后轮几何中心线平行，再配合适当的主销后倾角和主销内倾角，在笔直的公路上，即使双手离开转向盘，车辆仍可以保持直线行驶。后轮偏向：指向桥壳或后前移动，另一个后轮移动，后轮推力线不再和几何中心线平行。后轴偏向造成推力线偏离了几何中心线，见图2-7和图2-8。推力线偏离几何中心线，不仅造成行驶跑偏倾向，也加重了汽车转向轮胎的侧滑。图2-7后轴未发生偏向时中心线和推力线图2-8 后轴偏向造成推力线偏离了几何中心线第四章 汽车四轮定位的检测与维修4.1 四轮定位的故障诊断程序1. 四轮定位调整前应进行以下检查，（1） 车轮检查。包括轮胎

20、的磨损是否均匀.轮胎的尺寸或类型配合是否恰当。轮胎的气压是否符合要求。子午线轮胎，发动机前置前轮驱动轿车，在空载时四轮胎压较低，常低于2.5bar. 满载时前轮胎压一般在2.5bar，后轮的胎压稍高，一般在3.0bar左右。具体数值应按照具体车型上的标示为准。如果是行驶跑偏问题，可以先将前轮左右两车轮进行互换对调，然后试车。如果车轮左右对调后跑偏方向朝向对调前的相反方向，可以确定前轮是主要的影响因素。如果前轮左右两车轮对调后跑偏方向不变，可以确定跑偏不是由车轮引起的。必须进行四轮定位测量以进一步找出原因。（2）四轮悬架高度测量。每个车轮承担的重量不相同，一般发动机前置且横放轿车，前轮轴重要略高

21、于后轮，右侧车轮的重量略高于左侧车轮，所以会使四轮悬架的高度略有差别。常以每个车轮上部翼子板下边缘到车轮有中心点为测量对像。则前轮的悬架高度一般低于后轮，同一轴的左、右侧轮重应基本一致。（3）车上负荷的检查四轮定位参数的常以空载，满箱燃油以及备胎，随车工具均处于合适位置的状态给出。所以，做四轮定位时的车上负载应该按照出产要求准确摆放。（4）零部件状态的检查四轮定位参数的改变，往往是由于零部件失效所致。所以做四轮定位参数调整前，首先应该排除零部件失效的可能。2. 路试 路试的目的是为了确定故障现象。有时应当多向车主咨询一下，了解一下车子的使用情况，有助于尽快解决故障。驾驶时应当检查转向盘是否平顺

22、感觉转向盘、地板和座位的震动。注意方向是否跑偏或操纵中出现的不正常情况如转向困难转向时出现轮胎噪音，表3-1为一些常见的问题及和原因。表3-1 行驶故障可能原因行驶故障可能原因方向盘太重主销后倾角太大动力转向机构故障转向盘发抖车轮动态不平衡车轮中心点偏离，产生凸轮效应，发动机运转不顺畅，制动盘异常磨损，厚度不均匀行驶跑偏后倾角不正确外倾角不正确车身高度左右不相等左右车轮气压不相等轮胎变形或不良转向系统卡住，制动片卡住。方向盘漂浮不定主销后倾角太小零部件磨损严重，间隙太大方向盘不能良好回正主销后倾角太小零部件动动干涉，卡滞助力转向机构故障方向盘不正总前束正确，方向盘在中间位置时，单边前束不等轮胎羽毛状磨损前束不正确轮胎单边磨损外倾角不正确轮胎凹凸状磨损车轮动态不平衡