研究四轮定位对汽车行驶性能的影响及检测与调整分析

摘要针对目前轿车为了适应高速行驶的稳定性要求，本文以发动机前置前轮驱动形式的轿车为研究对像，研究四轮定位对汽车行驶性能的影响。对常见问题进行了研究和分析，如：行驶跑偏，车轮侧滑，操纵稳定性，轮胎异常磨损等。文章最后介绍利用四轮定位仪排除故障的方法。关键词：四轮定位，行驶跑偏，操纵稳定性，检测与调整 2目录前言 .41 四轮定位概述.51.1 四轮定位参数定义.51.2 测量原理与测量要求 .61.3 四轮定位仪组成.112 对汽车行驶性能的影响.142.1 车身空气阻力对前轮定位参数的影响.142.2 四轮定位对车轮侧滑的影响.182.3 前轮定位及其动态变化对汽车操稳性能的影响.232.4 四轮定位对行驶跑偏的影响.262.5 四轮定位对轮胎寿命的影响.302.6 四轮定位的发展趋势.313 检测与调整.343.1 故障诊断程序.343.2 调整技术研究.374 结论.41致谢 .42参考文献 .433前言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。本文讨论轿车四轮定位对汽车行驶性能的影响。因为汽车在行驶一段时间后，四轮定位角度会由于交通事故、道路坑洼不平造成的剧烈的颠簸，特别是高速行驶时突然遇到不平路面，使底盘零件磨损；以及更换底盘悬架零件、轮胎等原因都会导致四轮定位参数发生变化。所以有必要进行四轮定位技术的研究。四轮定位技术的发展，主要是为了适应高速行驶下的操纵稳定性和舒适性要求，通过设计或调整四轮定位参数来实现较好的行驶稳定性，提高汽车稳定行驶能力。汽车性能的评价最终是以主观评价为最终的评价。仪器测量数据为主观评价作佐证。在汽车产品开发后期，设计验证期间，都会做一些驾评，一般会把自己设计和生产的车型与同挡次的其它公司车型相比较。然后按照一定的评价标准给出合适的评分，在这样的驾评中，底盘状态的评估是主要的工作。四轮定位直接影响最终的评价结果，也决定汽车行驶性能。正确的四轮定位可以有效地降低使有成本。定位参数失准会使车轮的滚动阻力增大，汽车动力性下降，运行油耗增多；另外，会引起轮胎异常磨损也降低了汽车的使用经济性。所以说四轮定位技术的推广对降低汽车的使用成本，提高行驶的稳定性和安全性具有极其重要的意思。41 四轮定位概述汽车四轮定位的要求定位更准确，这就对四轮定位的测量技术提出了更高的要求，以前束尺，米尺为主要设备的维修已跟不上要求。目前以无线激光测量，蓝牙传输的仪器已经普遍使用。本章介绍四轮定位仪以及它的测量原理。1.1 四轮定位参数定义1 主销内倾角如图 1-1 所示，转向主销（或者上球节与下球节的连线）相对铅垂线向内倾斜，称这个倾角为主销内倾角。 图 1-1 车轮外倾角和主销内倾角 图 1-2 主销后倾角示意图2 主销后倾角如图 1-2 所示，从前轮的侧面看转向销相对应铅垂线向前、后倾斜，称这个倾角为主销后倾角。3 前轮外倾角如图 1-1 所示，转向轮安装时并非垂直于路面，而是向外侧倾斜一个角度，车轮中心平面与铅垂线的夹角称为外倾角。4 前轮前束转向轴上两转向轮并非平行安装的。如图1-3所示，两前轮前面的间隔A比后面的间隔B小，称这种状态为总前束，通常用B-A来表示这个量即左、右单轮前束之和。前束值也可以用角度来表示。 每一车轮的旋转平面相对汽车纵向轴线（几何中5心线）的内夹角称为单轮前束角 ，车轮前端偏向纵向轴线方向为正，反之为负，单轮前束通过公式（1-1）计算。L= （1-1）sinD式中： L单轮前束值,单位:mm；D车轮前束测量点所处的直径，单位：mm；单轮前束角，单位：。图 1-3 前轮前束（俯视图） 图 1-4 推进角示意图5 推进角 如图1-4所示，推进角是指汽车的行进方向与汽车纵向几何中心线的角度由于车辆制造精度、长期使用或发生交通事故后，车本体或车桥发生变形，致使后轴中心对称线发生偏斜，产生了推进角。6 轴偏角 同一轴上两车轮中心连线与车辆纵向轴线的垂线之间的夹角。右轮相对于左轮在前为正，反之为负。轴偏角也称为退缩角。7包容角即是前轮外倾角和主销内倾角之和8 后轮前束和车轮外倾角后轮前束和外倾角的定义与前轮一样，只是在这些参数在后轮上。1.2 测量原理与测量要求目前常用的定位仪测量原理是一致的，只是测量方法（或使用的传感器的类型）6及数据记录与传输的方式不同，下面介绍四轮定位仪可测量的几个重要检测项目的测量原理。 1 车轮前束和推进角的测量方法 总前束测量范围：6；精度：在2 范围内精度为4，其余范围精度为10。单轮前束测量范围：3；精度：在2 范围内精度为2，其余范围精度为5。推进角测量范围：6；精度：在2 范围内精度为2，其余范围精度为10。在测量前束时，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，在检测车轮前束之前，常通过光线照射或反射的方式形成一封闭的直角四边形如图 15 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）及推进角。四轮定位仪采用的传感器不同，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。图 1-5 8 束光线形成封闭的四边形 图 1 6 光敏二极管结构和外形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1-6 所示。其工作状态为：不加电压，利用 PN 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 15 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7射时，该光敏管产生的电信号就代表了前束角或推力角的大小。下面进行具体说： 当前束为零时，在同一轴左右轮上的传感器发射（或反射）出的光束应重合。当检测出上述两条光束相平行但不重合，说明此时左右两车轮不同轴（即车发生了错位） ，可以依据此时光敏管输出偏离量的信息，测量出左右轮的轴距差。 当左右轮存在前束时，在左轮传感器上接收到的光束位置会相对于原来的零点位置有一偏差值（注意正负号） ，这一偏差值即表示右侧车轮的前束值（或前束角） ；同理，在右传感器上接收到的光束位置相对于原来零点位置的偏差值则表示左侧车轮前束值（或前束角） 。其测量原理的简单示意图如图 17 所示。1- 刻度盘 2-投射器支臂 3-光敏三极管 4-激光盘 5- 发射激光束 6-接收激光束 14-光线接收器 5-前轮 6-后轮 7-汽车纵向轴线 推力角图 1-7 车轮前束角的测量原理 图 1-8 推力角的测量原理 依据上述检测原理，同时可以检测出位于该四边形内的待检车辆前后轴的平行度（即推力角的大小和方向）,其检测原理的简单示意图如图 18 所示。同理，通过安装在后轮上的传感器，我们可以检测出后轮前束值（后轮前束角）的大小和方向。图 1-9 外倾角测量原理图2 车轮外倾角测量方法8测量范围：10；精度：在4 范围内精度为2，其余范围精度为10。如图 1-9 所示，安装在车轮上的传感器可直接测得车轮外倾角。在车轮传感器上有水平仪。当外倾角为 的车轮外于直线行驶位置时，通过支架垂直于转向轮旋转平现垂直。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 的大小。3 主销后倾角和主销内倾角的测量原理 主销后倾角测量范围：15；精度：在12 范围内精度为6，其余范围精度为10。主销内倾角测量范围：20；精度：在 0+18 范围内精度为6，其余范围精度为10。主销后倾角 和注销内倾角 不能直接测出，只能用建立在几何关系上的间接测量。 (1)主销后倾角 的测量原理通常先把转向轮向外转 20，回正后再向内转 20，由于主销后倾角的存在，转向节枢轴轴线与水平面的夹角发生变化，该变化值即可间接反映主销后倾角的大小。图 1-10 主销后倾角的测量原理 图 1-11 主销内倾角的测量原理如图 1-10 所示，在三维坐标系 OXYZ 中，OA 为主销中心线，位于 OYZ 平面内，OA 与 OZ 构成的夹角 为主销后倾角；OC 为转向节枢轴轴线，转向轮处于直线行驶状态时，OC 与 OX 轴重合。假定转向轮外倾角 和主销内倾角 均为零，则 OC 与 OA垂直。此时，若转向轮偏离直线行驶位置，转过某一角度 时，OC 移至 OC, OC 扫过的平面 OCC与水平面的夹角等于主销后倾角 。由于水准仪垂直于转向轮旋转平面安9装，其上的水泡管始终与转向节转动轴轴线重合或平行。当 OC 移至 OC时，水泡管由MN 移至 MN，OC 与水平面间形成的夹角为 ，水泡管中的气泡偏离水平时的位置而向 M 移动，位移量取决于 的大小。 角取决于前轮转向节 和主销后倾角，当 取定值时（通常取 20） ， 与 一一对应，而水泡管中气泡位移量与 一一对应，因而通过对气泡位移量的标定即可反映 的大小。（2）主销内倾角 的测量原理 主销内倾角是通过测量转向轮绕主销转动过程中转动平面的角位移 20而间接测量的。如图 1-11 所示，在 OXYZ 坐标系中，主销 OA 在 OYZ 平面内，OA 与 OZ 的夹角 为主销内倾角，直线行驶位置时，转向节枢轴线 OC 与主销 OA 的平角为 90+。转向轮在制动状态向右（或向左）偏转 时，OC 移至 (或 )。由于主销内倾角OC 的存在，C 点的轨迹 C (或 )圆弧，OCC (或 )为圆锥面。因此，若在 OC 前端放置一平行于水平线且垂直于转向节枢轴的 OC 的气泡管 EF，则在转向轮偏转过程中，气泡管 EF 将绕转向节枢轴轴线转动，OC 移至 OC后，EF 移至 ，EF 与FE间形成的平角为 ，角 取决于转向轮转角 和主销内倾角 。若使角为一FE定值时，则角和角成一一对应关系。由于角的出现导致了气泡管 EF 中气泡的位移，因此通过对气泡位移量的标定既可反映 角的大小。4 转向 20时前张角的测量原理 汽车使用时，由于前轮的碰撞冲击、长期在不平的路面上行驶和经常采用紧急刹车，对车辆的冲击作用都可能引起转向梯形的变形。因此会造成汽车在转向行驶中前轮异常磨损，操纵性变差并间接影响汽车的动力性和燃油经济性。此项目检测在测量主销内倾角和后倾角时一起测量。 为了检测汽车的转向梯形臂与各连杆是否发生变形，在四轮定位仪中均设置了转向 20时，前张角的检测项目。其测量方法为：让被检车辆前轮停在转盘中心出，右轮沿直线行驶方向向右转 20时进行测量；左轮沿直线行驶方向左转动 20时进行测量（该转向角可直接从转盘上的刻度读出） 。具体作法如下：右前轮向右转 20，读取左前轮下的转盘上的刻度 X，则 20-X 即为所要检测10的转向 20时的前张角。 一般汽车在出厂时都已给出 20-X 的合格范围，将测量值与出厂值进行比较即可检测出车辆的转向梯形臂与各连杆是否发生了变形，如果超出标准值或左右转向前张角部一致，则说明该车的转向梯形臂和各连杆已发生了变形，需要进行校正、调整或更换梯形臂和各连杆。1.3 四轮定位仪组成近几年来，四轮定位仪市场得到了前所未有的发展，无论从产品科技含量还是从市场竞争形式上都发生了质的飞跃，前几年水准仪、转角盘和前束尺三结合的简陋车轮定位装置，如今己经演变成为智能网络、数码摄像和蓝牙传输等多种高精尖技术的集体。本节介绍无线蓝牙式四轮定位仪。1 四轮定位仪主要组成电脑四轮定位常由电脑主机，四轮平