基于matlab的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真及探索汽车四轮定位系统

基于MATLAB的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真班级：自动化-1班姓名：学号：指导老师：前言MATLAB是一种对技术计算高性能的语言，它集成了计算、可视化和编程于一个易用的环境中。在此环境下，问题和解答都表达为我们熟悉的数学符号。典型的应用有：1.数学和计算；2.算法开发；3.建模、模拟和原形化；4.数据分析、探索和可视化；5.科学与工程制图；6.应用开发，包括图形用户界面的建立。MATLAB在信号与系统中的应用主要包括符号运算和数值计算仿真分析。由于信号与系统课程的许多内容都是基于公式演算，而MATLAB借助符号数学工具箱提供的符号运算功能，能基本满足信号与系统课程的需求。例如解微分方程、傅里叶正反变换、拉普拉斯正反变换和z正反变换等。MATLAB在信号与系统中的另一主要应用是数值计算与仿真分析，主要包括函数波形绘制、函数运算、冲击响应与阶跃响应仿真分析、信号的时域分析、信号的频谱分析、系统的S域分析和零极点图绘制等内容。数值计算仿真分析可以帮助学生更深入地理解理论知识，并为将来使用MATLAB进行信号处理领域的各种分析和实际应用打下基础。此次课程设计主要是为了进一步熟悉对matlab软件的使用，以及学会利用matlab对直流电机双闭环调速系统这种实际问题进行处理，将理论应用于实际，加深对它的理解。目录前言第一章Matlab软件简介1.1Matlab的产生和历史背景……………………11.2Matlab的语言特点……………2第二章系统介绍2.1设计参数要求…………………42.2稳态参数计算…………………42.3电流环设计……………………52.4转速换设计……………………8第三章仿真调试3.1仿真结果分析………………113.2转速电流双闭环程序流程框图……………113.3Matlab源程序………………12第四章总结…………………14参考文献第一章Matlab软件简介1.1Matlab的产生和历史背景在20世纪70年代中期，CleveMoler博士和其同事在美国国家科学基金的资助下开发了调用EISPACK和LINPACK的FORTRAN子程序库。EISPACK是特征值求解的FORTRAN程序库，LINPACK是解线性方程的程序库。在当时，这两个程序库代表矩阵运算的最高水平。到20世纪70年代后期，身为美国NewMexico大学计算机系系主任的CleveMoler，在给学生讲授线性代数课程时，想教学生使用EISPACK和LINPACK程序库，但他发现学生用FORTRAN编写接口程序很费时间，于是他开始自己动手，利用业余时间为学生编写EISPACK和LINPACK的接口程序。CleveMoler给这个接口程序取名为MATLAB，该名为矩阵（matrix）和实验室（laboratory）两个英文单词的前三个字母的组合。在以后的数年里，MATLAB在多所大学里作为教学辅助软件使用，并作为面向大众的免费软件广为流传。在当今30多个数学类科技应用软件中，就软件数学处理的原始内核而言，可分为两大类。一类是数值计算型软件，如MATLAB、Xmath、Gauss等，这类软件长于数值计算，对处理大批数据效率高；另一类是数学分析型软件，如Mathematica、Maple等，这类软件以符号计算见长，能给出解析解和任意精度解，其缺点是处理大量数据时效率较低。MathWorks公司顺应多功能需求之潮流，在其卓越数值计算和图示能力的基础上，又率先在专业水平上开拓了其符号计算、文字处理、可视化建模和实时控制能力，开发了适合多学科、多部门要求的新一代科技应用软件MATLAB。经过多年的国际竞争，MATLAB已经占据了数值型软件市场的主导地位。在MATLAB进入市场前，国际上的许多应用软件包都是直接以FORTRAN和C语言等编程语言开发的。这种软件的缺点是使用面窄、接口简陋、程序结构不开放以及没有标准的基库，很难适应各学科的最新发展，因而很难推广。MATLAB的出现，为各国科学家开发学科软件提供了新的基础。在MATLAB问世不久的20世纪80年代中期，原先控制领域里的一些软件包纷纷被淘汰或在MATLAB上重建。时至今日，经过MathWorks公司的不断完善，MATLAB已经发展成为适合多学科、多种工作平台的功能强劲的大型软件。在国外，MATLAB已经经受了多年考验。在欧美等高校，MATLAB已经成为线性代数、自动控制理论、数理统计、数字信号处理、时间序列分析、动态系统仿真等高级课程的基本教学工具；成为攻读学位的大学生、硕士生、博士生必须掌握的基本技能。在设计研究单位和工业部门，MATLAB被广泛用于科学研究和解决各种具体问题。1.2Matlab的语言特点一种语言之所以能如此迅速地普及，显示出如此旺盛的生命力，是由于它有着不同于其他语言的特点。正如同FORTRAN和C等高级语言使人们摆脱了需要直接对计算机硬件资源进行操作一样，被称作为第四代计算机语言的MATLAB，利用其丰富的函数资源，使编程人员从繁琐的程序代码中解放出来。MATLAB的最突出的特点就是简洁。MATLAB用更直观的、符合人们思维习惯的代码，代替了C和FORTRAN语言的冗长代码。MATLAB给用户带来的是最直观、最简洁的程序开发环境。以下简单介绍一下MATLAB的主要特点。①语言简洁紧凑，使用方便灵活，库函数极其丰富。MATLAB程序书写形式自由，利用其丰富的库函数避开繁杂的子程序编程任务，压缩了一切不必要的编程工作。由于库函数都由本领域的专家编写，用户不必担心函数的可靠性。可以说，用MATLAB进行科技开发是站在专家的肩膀上。具有FORTRAN和C等高级计算机语言知识的读者可能已经注意到，如果用FORTRAN或C语言去编写程序，尤其当涉及矩阵运算和画图时，编程会很麻烦。例如，如果用户想求解一个线性代数方程，就得编写一个程序块读入数据，然后再使用一种求解线性方程的算法（例如追赶法）编写一个程序块来求解方程，最后再输出计算结果。在求解过程中，最麻烦的要算第二部分。解线性方程的麻烦在于要对矩阵的元素作循环，选择稳定的算法以及代码的调试都不容易。即使有部分源代码，用户也会感到麻烦，且不能保证运算的稳定性。解线性方程的程序用FORTRAN和C这样的高级语言编写至少需要好几十行。再如用双步QR方法求解矩阵特征值，如果用FORTRAN编写，至少需要四百多行，调试这种几百行的计算程序可以说很困难。以下为用MATLAB编写以上两个小程序的具体过程。用MATLAB求解下列方程，并求矩阵A的特征值。其中：解为：x=A\b；设A的特征值组成的向量为e，e=eig（A）。可见，MATLAB的程序极其简短。更为难能可贵的是，MATLAB甚至具有一定的智能水平，比如上面的解方程，MATLAB会根据矩阵的特性选择方程的求解方法，所以用户根本不用怀疑MATLAB的准确性。②运算符丰富。由于MATLAB是用C语言编写的，MATLAB提供了和C语言几乎一样多的运算符，灵活使用MATLAB的运算符将使程序变得极为简短。③MATLAB既具有结构化的控制语句（如for循环、while循环、break语句和if语句），又有面向对象编程的特性。④语法限制不严格，程序设计自由度大。例如，在MATLAB里，用户无需对矩阵预定义就可使用。⑤程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各种型号的计算机和操作系统上运行。⑥MATLAB的图形功能强大。在FORTRAN和C语言里，绘图都很不容易，但在MATLAB里，数据的可视化非常简单。MATLAB还具有较强的编辑图形界面的能力。⑦MATLAB的缺点是，它和其他高级程序相比，程序的执行速度较慢。由于MATLAB的程序不用编译等预处理，也不生成可执行文件，程序为解释执行，所以速度较慢。⑧功能强劲的工具箱是MATLAB的另一重大特色。MATLAB包含两个部分：核心部分和各种可选的工具箱。核心部分中有数百个核心内部函数。其工具箱又可分为两类：功能性工具箱和学科性工具箱。功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能、图示建模仿真功能、文字处理功能以及与硬件实时交互功能。功能性工具箱能用于多种学科。而学科性工具箱是专业性比较强的，如control、toolbox、signalprocessingtoolbox、communicationtoolbox等。这些工具箱都是由该领域内的学术水平很高的专家编写的，所以用户无需编写自己学科范围内的基础程序，而直接进行高、精、尖的研究。第二章系统介绍2.1设计参数要求转速、电流双闭环直流调速系统，采用双极式H桥PWM方式驱动。电机参数：额定功率200W；额定电压48V；额定电流4A；额定转速500r/min；电枢回路总电阻R=8Ω；允许电流过载倍数λ=2；电势系数Ce=0.04V·min/r；电磁时间常数TL=0.008s；机电时间常数Tm=0.5；电流反馈滤波时间常数Toi=0.2ms；转速反馈滤波时间常数Ton=1ms要求转速调节器和电流调节器的最大输入电压U*nm=U*im=10V；两调节器的输出限幅电压为10V；PWM功率变换器的的开关频率f=10kHz；放大倍数K=4.8；动态参数设计指标：稳态无静差；电流超调量5%；空载启动到额定转速时的转速超调量25%；过渡过程时间ts=0.5s。2.2稳态参数计算根据两调节器都选用PI调节器的结构，稳态时电流和转速偏差均应为零；两调节器的输出限幅值均选择为12V。电流反馈系数：转速反馈系数：2.3电流环设计（1）确定时间常数电流滤波时间常数T=0.2ms，按电流环小时间常数环节的近似处理方法，则（2）选择电流调节器结构电流环可按典型Ⅰ型系统进行设计。电流调节器选用PI调节器，其传递函数为（3）选择调节器参数超前时间常数：=T=0.008s电流环超调量为σ5%，电流环开环增益：应取，则===1666.67于是，电流调节器比例系数为（4）检验近似条件电流环截止频率==1666.671/s近似条件1：现在，==3333.33>，满足近似条件。近似条件2：现在，==47.43<，满足近似条件。近似条件3：现在，==2357.02>，满足近似条件。（5）MATLAB仿真电流环给定阶跃响应的MATLAB仿真未经过小参数环节合并的电流环单位阶跃响应经过小参数环节合并的电流环单位阶跃响应电流环频率分析的MATLAB仿真未经过小参数环节合并的电流环频率响应经过小参数环节合并的电流环频率响应2.4转速环设计（1）确定时间常数电流环的等效时间常数：2=0.0006s转速滤波时间常数：T=1ms=0.001，转速环小时间常数近似处理：=2+T=0.0006+0.001=0.0016s（2）选择转速调节器结构由转速稳态无静差要求，转速调节器中必须包含积分环节；又根据动态要求，应该按典型Ⅱ型系统校正转速环，因此转速调节器应该选择PI调节器，其传递函数为（3）选择调节器参数按跟随性和抗扰性能均比较好的原则，取h=5，则转速调节器的超前时间常数为=h·T=50.0016=0.008s转速环开环增益==468751/于是，转速调节器比例系数为==58.59（4）校验近似条件转速环的开环截止频率为==·=468750.008=3751/s近似条件1：现在，==666.67>，满足近似条件。近似条件2：现在，==430.33>，满足近似条件。（5）MATLAB仿真转速环阶跃信号响应分析的MATLAB仿真未经过小参数环节合并的转速环单位阶跃响应经过小参数环节合并的电流环单位阶跃响应转速环频率分析的MATLAB仿真未经过小参数环节合并的转速环频率响应经过小参数环节合并的转速环频率响应第三章仿真调试3.1仿真结果分析根据设计结果的模拟仿真，可以得到设计的调节系统稳态时转速无误差。可以看出：作为内环的调节器，在外环转速的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）变化。双闭环系统中，由于增设了电流内环，电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节，不必等它影响到转速以后才能反馈回来，抗扰性能大有改善。在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。在实际系统中，电网电压的波动和外负载的波动会对系统的超调与稳定有一定的影响，在仿真的时候可以加以考虑，最终可以看出系统对于外界干扰的协调能力很强。3.2转速电流双闭环程序流程框图3.3Matlab源程序>>s1=tf(1.25,[0.00021]);>>s2=tf(4.8,[0.00011]);>>s3=tf(0.125,[0.0081]);>>w=17.78*tf([0.0081],[0.0080]);>>figure(1);>>margin(s1*s2*s3*w);>>holdon>>gridon;>>figure(2)>>clos1=s1*s2*s3*w/(1+s1*s2*s3*w);>>t=0:0.0001:0.008;>>step(clos1,t)>>gridon;>>s1=tf(6,[0.00031]);>>s2=tf(0.125,[0.0081]);>>w=17.78*tf([0.0081],[0.0080]);>>figure(3);>>margin(s1*s2*w);>>holdon>>gridon;>>figure(4);>>clos1=s1*s2*w/(1+s1*s2*w);>>t=0:0.0001:0.008;>>step(clos1,t)>>gridon;>>s1=tf(1,[0.0011]);>>s2=tf(0.8,[0.00061]);>>s3=tf(8,[0.50]);>>n=1/0.04;>>s4=tf(0.02,[0.0011]);>>g=58.59*tf([0.0081],[0.0080]);>>figure(5);>>margin(s1*s2*s3*s4*n*g);>>holdon>>gridon;>>figure(6);>>clos1=s1*s2*s3*s4*n*g/(1+s1*s2*s3*s4*n*g);>>t=0:0.001:0.08;>>step(clos1,t)>>gridon;>>s1=tf(0.016,[0.00161]);>>s2=tf(8,[0.50]);>>n=1/0.04;>>g=58.59*tf([0.0081],[0.0080]);>>figure(5);>>margin(s1*s2*n*g);>>holdon>>gridon;>>figure(6);>>clos1=s1*s2*n*g/(1+s1*s2*n*g);>>t=0:0.001:0.08;>>step(clos1,t)>>gridon;第四章总结课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现、提出、分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。随着科学技术发展的日新日异，当今计算机应用在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握计算机Matlab语言开发技术是十分重要的。在这短短设计期间我获取了不少新知识也巩固了许多老知识。实训编程的同时暴露出了许多我自身存在的问题，同时也对自身有了很大的提高，我体会到了老师和同学们的热心帮助，无论面对学习中多大的困难，同学们都会帮助我，老师也会帮助我，大家就像兄弟姐妹一样。回顾起此次课程设计，至今我仍感慨颇多。的确，自从拿到题目到完成整个编程，从理论到实践，可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，这毕竟独立做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多编程问题，最后在老师的辛勤指导下，终于迎刃而解。同时，在老师的身上我学得到很多实用的知识，在次我表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！参考文献[1]刘慧颖.MATLABR2007基础教程【M】.北京：清华大学出版社，2008.[2]瞿亮主.基于MATLAB的控制系统计算机仿真【M】.北京：清华大学出版社，北京交通大学出版社，2006.[3]薛定宇.反馈控制系统设计与分析【M】.北京：清华大学出版社，2000.[4]楼天顺，于卫.基于MATLAB的系统分析与设计【M】.西安：西安电子科技大学出版社，1998.[5]张晋格.自动控制原理【M】.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003.[6]张晓华.控制系统数字仿真与CAD【M】.北京：机械工业出版社，1999.ll课程设计成绩评定专业班级姓名学号教研室主任指导教师指导教师评语：签字：年月日设计成绩：签字：年月日【探索汽车四轮定位系统】专业：[新能源汽车电子专业]班【探索汽车四轮定位系统】专业：[新能源汽车电子专业]班级：汽车电子班]学生姓名：[】指导教师：[】完成时间：Time\@"yyyy年M月d日"2022年5月28日探索汽车四轮定位系统目录第一章绪论.....................................................11.1研究本课题的实际意义......................................11.2中西方的发展与研...........................................11.3本文的主要研究类容.........................................2第二章汽车的发展史................................................32.1世界汽车的发展史...........................................32.1.1蒸汽机的发明者...........................................32.1.2蒸汽车的发明者...........................................32.1.3汽车发动机的奠基人.......................................42.2中国汽车生产史..............................................42.2.1中国汽车奠基人..........................................5第三章汽车的行驶系统................................................63.1概述汽车行驶系.............................................63.2汽车行驶系跑偏故障.........................................7第四章汽车四轮定位的认识............................................84.1四轮定位的基本常识.........................................84.1.1基本常识.................................................84.1.2主要技术参数.............................................94.2汽车四轮定位的重要性和必要性..............................104.3前轮定位..................................................114.3.1主销后倾角..............................................124.3.2主销内倾角..............................................134.3.3前轮前束................................................144.3.4前轮外倾角..............................................154.3.5转向梯形................................................154.3.6转向不足................................................164.3.7转向负前束（转向前展）..................................164.4后轮定位..................................................174.4.1后轮定位相关概念及作用..................................174.4.2后轮定位................................................184.5前轮定位与四轮定位的区别..................................19第五章汽车四轮定位的测量原理.......................................205.1车轮前束和推力角测量原理..................................205.2主销后倾角和主销内倾角的测量原理..........................225.2.1主销后倾角的测量原理....................................245.2.2主销内倾角的测量原理....................................255.3转向20°时前张角的测量原理..............................27第六章汽车四轮定位测试系统.........................................286.1汽车四轮定位测试系统组成..................................286.2汽车四轮定位仪的技术指标..................................306.3常见四轮定位仪的检测方法..................................326.4汽车四轮定位仪的主要功能..................................346.5汽车四轮定位仪与生产厂家..................................35第七章汽车四轮定位系统的安装使用...................................367.1做汽车四轮定位时的注意事项................................367.2汽车四轮定位的步骤........................................377.3汽车四轮定位仪的正确使用..................................387.3.1上车前准备工作..........................................387.3.2进行车轮定位............................................40结论................................................................49致谢................................................................50参考文献..........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摘要随着我国国际地位的提高，经济主体的转型中国的汽车工业开始步入蓬勃发展的阶段，但是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。随着汽车工业的高速发展，我国汽车拥有量越来越多，而且每年都呈上升趋势，在这种新形势下，汽车四轮定位在汽车检测与维修行业逐渐凸显出其重要性。伴随着汽车四轮定位设备的不断改善，准确性不断的提高，汽车四轮定位使汽车使用的安全性得到足够的保障。汽车四轮定位将在现代汽车行业成为不可或缺的技术，随着的不断改进，使得检测简单易懂，具有较高的社会经济价值。本文在传统的汽车转向轮定位理论的基础上，进一步阐述汽车四轮定位原理；推导出汽车四轮定位参数的空间几何关系；通过对汽车四轮定位理论及汽车四轮定位仪对定位参数的检测原理、系统构成等方面进行理论研究，提出正确使用四轮定位仪的注意事项、基本步骤、方法。结合试验分析汽车四轮定位测试系统在汽车检测中的运用以及总结出定位参数之间的联系。关键词：四轮定位；行驶跑偏；定位检测原理;定位系统安装运用；前轮定位ll第一章绪论1.1研究本课题的实际意义近年来随着我国汽车工业的迅速发展，人们对汽车行驶的安全性和操作的稳定性也越来越加重视和关注。虽然中西方已经有很多在这方面的报告研究，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中西方的发展与研究由于中西方历史文化的差异国外很早针对车轮定位检测技术开始研究并且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。进入21世纪以来四轮定位检测技术在经历了拉线式、激光式、CCD蓝牙时代后，终于迎来了3D定位时代。3D定位仪是采用数字图像识别技术与物理透视学原理相结合和测量技术而开发的一种全新的四轮定位仪。相对于四轮定位仪，三维重建技术已经非常成熟，在医疗、工业、公安、军事已经非常普及。其具有测量精度高、无误差、无需校正、操作简单等多种传统测量技术无法比拟的特点。而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。1.3本文的主要研究类容本文共分为八章。分别介绍了汽车的发展史；汽车行驶系统以及行驶系统跑偏故障；汽车四轮定位的认识；汽车四轮定位的测量原理；汽车四轮定位测试系统的认识；汽车四轮定位测试系统的安装与使用；结合实验台架分析四轮定位测试系统在汽车检测中的运用等内容。其中，用较大的篇幅详细、重点的论述了汽车四轮定位的认识与汽车四轮定位测试系统的安装与使用这两章，其它几章主要本着让大家了解为目的进行了简单的介绍和慨括。

第二章汽车的发展史2.1世界汽车生产史汽车是20世纪最具代表性的人文景观，也是21世纪最具影响力的社会事物。但是，世界第一辆汽车诞生何处，以及“世界汽车之父”是谁，至今仍然众说纷纭。不但德法两国各执一端，而且有确凿的证据表明，中国也是汽车的发源地之一。如果说德国人发明了汽车，美国人则发展了汽车。除此以外，法国、英国、日本、韩国、意大利等，也都以自己的方式，对世界汽车的发展做出了贡献。2.1.1蒸汽机的发明者汽车的发明者是谁，直到今天仍然是个众说纷纭的话题。其实，真正播种了汽车这颗种子的无论如何都是蒸汽机的发明者詹姆斯·瓦特(JamesWatt，1736—1819)。没有他因茶壶煮水而引起的联想火花，汽车的诞生或许还要推迟很多年。同时，对这位仪器修理工鼎力相助的两位企业家——罗巴克和博尔顿也应该载入史册。就此而言，我们有充分的理由认为，最早的汽车应该是由蒸汽驱动的蒸汽汽车。这种蒸汽汽车由比利时传教士南怀仁（1623—1688）首先制造，而那诞生地确凿无误是在中国。2.1.2蒸汽车的发明者清康熙十七至十八年（1678—1679），在钦天监供职的南怀仁，曾经在北京试验过布兰卡冲动式蒸汽机，并将它装在一辆小车和一只小船上。显然，这辆小车可以说是汽车的始祖；而那小船则可以说是汽船或者轮船的祖先。小车四轮，长二尺，用轻木精雕细刻而成。中部设有火炉、汽锅，并装有蒸汽机驱动小车的后轮。车速很高，且装有叉杆控制方向，而那汽锅内发出的蒸汽甚至可以驱动那小车行驶10个小时以上。就此而言，对于已经拥有“汽车之父”的国家来说，显然是一种冒犯。但是，据刘仙洲先生考证，南怀仁在中国发明汽车的证据却是千真万确的。1867年，南怀仁曾在德国出版的《欧洲天文》发表过一篇文章，专门记述了自己发明蒸汽汽车的经历，而其手稿则是于康熙二十年，即1861年在中国完成的。这篇文章虽然长期湮没无闻，但是，近五十年来却越来越为人们所注意并被众多的外国文献所引用。在南怀仁之后的1786年，法国人制造的蒸汽汽车，也曾嘟嘟嘟地奔跑在“汽车之父”们的土地上。所以，以汽油车的出现作为汽车生日，显然有故意隐瞒年龄的嫌疑。我们不能说“中国是世界汽车的发明者”，却不能不说“中国是世界汽车的诞生地”。这与“爱国情结”没有关系，而是“尊重事实”的缘故。2.1.3汽车发动机的奠基人发动机的诞生，才使人类研制汽车的梦想变成现实。1832年出生于德国霍兹豪森的尼古拉斯·奥古斯特·奥托是内燃机工业的先驱，四冲程发动机的发明人。最初他是一位商人，22岁退出商界，1861年，29岁的奥托从报纸上看到了有关法国人雷诺尔研制煤气发动机的消息后，大受启发，并着手研制。1862年，他的中压煤气发动机在考愣琴试验成功，他认识到内燃机压缩行程的重要性，经过进一步研究，他发明了分层充气。1864年他找到了一个合作伙伴，在德国的科伦建造了世界第一个内燃机工厂，最初包括奥找在内，这个工厂只有六个人。1876年，他终于制作出了由进气、压缩、膨胀、排气四个过程组成的四冲程发动机，后经过改进，于1877年8月4日申请专利，在1878年法国举办的国际博览会上展出了他制作的卧式气压煤气发动机，并时行了公开表演。之后这种发动机由于效益高而被大量采用，他那小小的工厂后来成为道依兹发动机公司，销售上的成功使他的公司名声大振。他的发明为后来的汽车发动机奠定了基础，其发动机的原理被称为“奥托循环”，在本世纪生产的汽车中，约有99%用的是以这种原理制成的四冲程发动机。德国曾于1952年和1964年两次发行有关奥托与奥托循环的邮票，以纪念这位伟大的发明者。（见图）。在美国人编着《人类百位名人排座次》一书中，他被排在第61位。2.2中国汽车生产史中国第一辆汽车延生何处，以及“中国汽车之父”是谁，虽有理解的偏差，却无事实的分歧。军阀张作霖和阎西山，以及张学良和杨虎城等，都是不可或缺的人物。但是，“中国汽车之父”，则非饶斌莫属。如果说一汽生产的“解放”牌汽车拉开了中国汽车现代化的序幕；那么，起源于“大跃进”的汽车热，至今仍然维持着较高的温度。诸如“三大三小”、“龙头洋头”之类的问题，是我们必须进行的思考。2.2.1中国汽车奠基人1953年初，当第一汽车制造厂还在孕育之时，毛泽东就曾经提出“要建设第二汽车制造厂”。由于财力不足、石油缺乏，二汽的建设只能是一个美丽的构想。20世纪60年代，当中国经济的严冬在调整中开始变暖的时候，毛泽东说“是建设第二汽车制造厂的时候了”。于是，饶斌又走马上任，到湖北十堰去创建中国第二个大型汽车企业——二汽，即后来的东风汽车公司。只是直到“文化革命”之后的1977年10月，饶斌才真正成为第二汽车制造厂的厂长。而在此之前的十年浩劫里，饶斌只能眼睁睁地看着“政治车”的出笼。1971年，二汽制造出了第一批“政治车”。这些车作为无产阶级文化大革命的丰硕成果，走走停停，走了一个星期才能走到了武汉。这些车需要走在“五一”游行的队伍里以壮声威，却又害怕它半路抛锚，只得用裹上红绸的绳子在前面拉着。当然，这些早产的东风车比起那些只能前进不能后退的“永向前”牌汽车来说，还没有政治到令人的啼笑皆非的程度。饶斌是我国一汽的奠基人，同时也是二汽的创始人。但是，他在建设二汽的时候却没有复制一汽，而是扬长避短，使二汽站到了新的高度。为此，他采取了老厂包建新厂，新技术、新工艺、新设备“聚宝”移植，汽车产品实现系列化等科学的建厂战略，从而使二汽达到了在当时条件下所能达到的最高水平。1971年7月1日，第一辆正品东风牌汽车——两吨半越野汽车呱呱堕地。它一亮相就引起了人们的青睐，并在对越自卫反击战中被誉为“英雄车”。从此以后，这个深藏在大山里的鄂西北小镇，不但变成了百里车城，而且因为东风汽车而闻名遐迩。80年代初，饶斌上调北京，担任了机械工业部部长。1982年5月8日，他又被任命为新组建的中国汽车工业公司的董事长。为了使中国的汽车工业跟上世界汽车发展的脚步，他的足迹踏遍了世界各主要汽车生产厂家，并指挥着全国的汽车行业跃上一个又一个台阶。其实，饶斌不仅制造了中国的汽车，而且造就了中国汽车工业的人才。有关的统计资料表明，在全国各地担任领导职务的许多总经理、董事长以及省长、部长和中央首长等，大都具有在一汽和二汽“淬火”的经历。就此而言，我们认为，饶斌是当之无愧的“中国汽车之父”。饶斌不但是一汽的奠基人，同时也是二汽的创始人；饶斌不但制造了中国汽车，而且造就了汽车人才。就此而言，我们认为，饶斌是当之无愧的“中国汽车之父”。同时，他反对克隆、“聚宝”移植的建设思想，不但使二汽达到了当时条件下所能达到的最高水平；而且警示后人，使重复建设者相形见绌。第三章汽车的行驶系统3.1概述汽车行驶系汽车行驶系的分类轮式半履式车轮履带式水路两用式（2）汽车行驶系的组成车架车桥车轮悬架3.2汽车行驶系跑偏故障什么是行驶跑偏行驶跑偏是指车辆在直线行驶时，不能保持行进的状态，运动轨迹向左或向右的任何一方发生偏离的现象：或者是指必须按照一定方向控制方向盘，才能保持直线行驶的现象。（2）行驶跑偏危害汽车行驶中方向跑偏比较常见，如果不及时消除故障，潜在危险很大，会造成不必要的事故。跑偏轻则造成啃胎、轮胎报废，重则引发爆胎、车辆失控等危险状况的发生。据调查，对于普通的家庭轿车而言，在150km/h下发生爆胎后生还的概率还不到20%；跑偏虽不是那种立马就能让车抛锚的毛病，当长期加速跑偏的车辆还是存在诸多隐患的，汽车的安全性主要体现在行驶时的安全性，转向时的安全性和制动时的安全性。而在这三种情况下都有可能出现跑偏，尤其是汽车行驶和转向时的跑偏对汽车的安全将造成更加严重的不良后果，重则危及生命。解决行驶跑偏故障的方法：四轮定位

第四章汽车四轮定位的认识4.1四轮定位的基本常识随着汽车技术的高度发展，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。4.1.1基本常识（1）什么是汽车的车轮定位

现代汽车的车轮定位是指车轮、悬架系统元件以及转向系统元件，安装到车架（或车身）上的几何角度与尺寸须符合一定的要求，保证汽车行驶的稳定性和安全性，减少汽车的磨损和油耗。

（2）四轮定位维修的好处增加行驶安全直行时方向盘正直转向后方向盘自动回正减少汽油消耗减少轮胎磨损维持直线行车增加驾驶控制感降低悬挂配件磨损（3）什么情况下，需要进行四轮定位每行驶10000公里或六个月后直线行驶时车子往左或往右拉直行时需要紧握方向盘直行时方向盘不正感觉车身会漂浮或摇摆不定前轮或后轮单轮磨损安装新的轮胎后碰撞事故维修后换装新的悬挂或转向有关配件后新车每行驶3000公里后4.1.2主要技术参数在GB/3730.3-92《汽车和挂车的术语及其定义》中，它规定了关于车轮定位有关参数的定义，考虑了有些汽车车桥无主销的结构；注意了有关零件和几何要素（面、线、点）相对位置的空间性；淡化了前束、外倾、后倾等参数的单一方向性；（1）主要定位参数：前束(Toe-in)，外倾（Camber），主销后倾角（casterangle），主销内倾角（steeringaxisinclinationangle）。（2）其它定位参数：推进线(Thrustline)，推进角（Thrustangle），右横向偏置角（RightLateraloffset），轮距差：（TrackWidthDifference），轴偏置（AxleOffset），前退缩角（FrontSetBack），前退缩角（FrontSetBack），包容角（Includedangle）。4.2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。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。（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。4.3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损，最大限度地延长轮胎的使用寿命。4.3.1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2-1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2-1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。4.3.2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2-2所示。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。图2-2主销内倾角a)销轴中心线b)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。4.3.3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2-3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2-3前束角图2-4外倾角4.3.4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2-4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。4.3.5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2-5。图2-5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。4.3.6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。4.3.7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，并出现转向噪声及转向跑偏。4.4后轮定位4.4.1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2-6和图2-7。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2-6后轴未发生偏向时中心线和推力线图2-7后轴偏向造成推力线偏离了几何中心线4.4.2后轮定位设置后轮定位可削弱后轴偏向、偏迹的问题在正常行驶和转向时的负面保持正确的后轮外倾角和后轮前束是非常重要的。如出现轮胎畸形磨损，特别是再现后轮胎冠偏磨损(后轮外倾角不对)，后轮胎肩处出现锯齿形磨损(后轮前束严重超差)，以及后轮悬架发生早期磨损时都应作四轮定位。设置后轮前束最主要的目的是为了使后轮推力线和几何中心重合，设置后轮外倾角最主要的目的就是改善转向的稳定性。4.5前轮定位与四轮定位的区别若汽车只做前轮定位(又叫二轮定位)，在定位基准上就可能发生偏差，因为前轮定位是以几何中心线，即表示两前轮和两后轮之间的中心线为定位基准，而不是以后轮推力线为定位基准。一旦后轮定位角发生偏差，后轮推力线就会和几何中心线发生偏离，形成推力角，无法保证直线行驶时四个车轮处于平行状态。在直线行驶时前轮必然脱离定位基准难以保证行驶的直线性。四轮定位和前轮定位的最大区别是在定位基准的选定上。做四轮定位时是以后轮推力线做车轮定位基准线，后轮推力线是后轮总前束的中心线，该基准线由后轮定位角决定。做四轮定位时先检测和调整后轮定位。如果后轮定位角不对，而后轮定位在设计上又是可以调整的，则需要换那些变形了的零部件，即负责车轮定位的悬架上的部件，常见的是摆臂、减少器以及导向装置。在后轮定位调整完后，后轮推力线和几何中心线重合，再以该参考线为基准，对每一个前轮进行测量调整，可以保证四个车轮在直线上行驶位置时处于平行状态，转向系处于几何中心，满足车辆在设计时的动力学条件，达到车辆在设计时的性能要求。任何机械式的定位装置都只能做前轮定位，而无法做后轮定位和四轮定位ll第五章汽车四轮定位的测量原理四轮定位仪是专门用来测量车轮定位参数的设备。四轮定位仪可检测的项目包括：前轮前束值/角(前轮前束角/前张角)、前轮外倾角、主销后倾角、主销内倾、后轮前束值/角(后轮前束角/前张角)、后轮外倾角、车辆轮距、车辆轴距、转向20度时的前张角、推力角和左右轴距差等。目前常见的国产或进口的四轮定位仪可以用来测量上述检测项目中几个中全部项目。在检测项目中，车轮前束值/角、车轮外倾角、主销后倾角和主销内倾角统称为前轮定位，又称前轮定位四要素，各种前轮定位仪都能完成其检测任务。但汽车的操纵稳定性不仅仅由前轮定位来保证，后轮定位也起着至关重要的作用，所以，最好使用四轮定位仪检测和调整。目前常用的四轮定位仪有接线式、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，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。5.1车轮前束和推力角的测量原理前束时，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3－1所示。图3-18束光线形成封闭的四边形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3-2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。图3－2光敏二极管的结构和外形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3－2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或推力角的大小。其测量原理的简单示意图如图3－3所示。

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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1～4-光线接收器5-前轮6-后轮7-汽车纵向轴线－推力角图3-3车轮前束角的测量原理图3-4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3－4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。5.2主销后倾角和主销内倾角的测量原理车轮外倾角、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。以套筒扳手为例，先将扳手杆垂直立于桌面上，扳手接杆与视线垂直并使扳手接杆保持水平，此杆即为转向节轴（面向车头看为左前轮轴）。将扳手杆下端向自己面前偏转一个角度，即形成主销后倾角，然后由此位置绕扳手手柄轴线分别向里、向外各转动角，这时就会发现扳手接杆绕水平面分别向上、向下偏转了角（如图3-5所示）。a)直行时，扳手接杆水平b)向里转向时，c)向外转向时，扳手接杆向上偏转扳手接杆向下偏转图3-5主销后倾角的测量原理主销内倾角的测量原理如图3-6所示，在扳手接杆头部系上一长接杆，长接杆与扳手接杆垂直。将扳手直立于桌面，使长接杆保持水平位置并与视线垂直，再将扳手柄下端向里偏转一个角度，即形成注销内倾角，然后由此位置绕扳手手柄轴线分别向左、向右各转角，这时又会发现接杆分别沿逆时针、顺时针方向转动了角。a)直行时，长接杆水平b)向左转时，c)向外转向时，长接杆向逆时针偏转长接杆向顺时针偏转图3-6主销内倾角的测量原理5.2.1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＝20°（如图3-7所示），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。图3-7主销后倾角的测量原理计算图由图3-7主销后倾角的测量原理计算图得（推导工程略）：上式表明为一特定角度时，主销后倾角测量角存在唯一确定关系。通常规定转角为20°，2sin＝0.68404，故有：（1）即主销后倾角为实际测量角度的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。5.2.2主销内倾角的测量原理仍以左前轮为例，当车轮向左右转动时（如图3-8所示），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为轴转动角（主销内倾角）形成的，OE是车轮向右转动20°，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20°时，垂直于转向节轴线且在水平面的线段。由图3-8主销内倾角的测量计算图得（推导工程略）：上式表明当为一特定角度时，主销内倾角与测量角存在唯一确定关系。通常规定转角为20°，2sin＝0.68404，故有：（2）即主销内倾角为实际测量角度的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。、图3-8主销内倾角的测量原理计算图经过上述两部分的分析推导，了解了主销后倾角、注销内倾角的测量原理。但必须指出，在上述两部分推导工程中提及的、为车轮向右转动20°时，传感器所测得的实际角度值；、为车轮左转动20°时传感器所测得的角度值。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。虽然四轮定位仪的类型有所不同，但它们测量主销倾角的原理是相同的，所不同的仅仅是它们各自采用的测量角度的传感器不同而已，为了便于理解四轮定位仪的测试过程检测方法，下面简单介绍几种常见的测量角度的传感器：（1）光电编码器，基本上可以分为两大类：圆光栅编码器和绝对式编码器。它们的特点是：结构紧凑、信号质量好、稳定可靠和抗干扰能力强。（2）光电电位器式角度传感器，没有金属丝电刷造成的摩擦力矩，其优点是：分辨率高、寿命长、扫描速度快。缺点是：输出电阻大、输出信号要经过阻抗匹配变换器。另外用于测量角度的传感器还有电感式倾斜传感器、小型双轴斜度传感器和电位式传感器。5.3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工程中前轮异常磨损，操纵性变差并间接影响汽车的动力性和燃油经济性。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。第六章汽车四轮定位测试系统由对四轮定位仪测量模型的研究可知，四轮定位仪对车轮前束和车轮外倾采用直接测量，其精度可以通过对传感器进行严格标定得到保证，而主销内倾和主销后倾采用间接测量，使用了基于不同测量模型推导的计算公式，在主销倾角测量角相同的情况下会得到不同的主销倾角，因此对于主销倾角的测量来说，测量模型的理论误差大于传感器的标定精度，需要对不同模型测量的结果进行评价。同时，主销轴线处于空间一般位置，主销倾角为主销在汽车纵横平面内的投影与垂直与水平面的轴线间的夹角，难以对四轮定位仪主销倾角的测量结果进行检定。6.1汽车四轮定位测试系统的组成四轮定位系统的基本组成方式有2种：地沟式和举升器式。以下将简单介绍2种四轮定位系统的特点和组成方式。一、地沟式四轮定位系统特点：结构简单，造价底，特别适用于高度较低、不能使用举升器的车间；但需掘地沟，准备时间长；由于经济上的原因，用户可能需选用不同品牌的转盘、滑板和二次举升器；工作频率低；工作空间较。组成方式如表4-1所示。表4-1地沟式四轮定位系统所需设备数量功能四轮定位机1台四轮定位机是四轮定位系统最重要的组成部分。只需简单的操作，四轮定位机就可以测量并显示出汽车四个车轮定位角度，帮助操作人员进行调整。前轮转盘1套前轮转盘要求既可以自由转动，也可以左右滑动。这样就保证了车轮后倾角转侧和定位角度调整过程中无地面阻力。后轮滑板1套后轮滑板只要求可以左右滑动。如果长度太短，则要求其可以前后移动。后轮滑板的作用是保证后轮可以自由左右移动，无地面阻力。二次举升器1个二次举升器是四轮定位系统不可缺少的工具。不管是进行钢圈补偿，还是更换底盘部件、轮胎或添加垫片，都要使用二次举升器。表4-1地沟式四轮定位系统二、举升器式四轮定位系统特点：造价较高，要求车间高度比较高；但准备时间短，操作人员使用方便，工作频率高。组成方式如表4-2所示。表4-2举升器式四轮定位系统所需设备数量功能四轮定位仪1台四轮定位机是四轮定位系统最重要的组成部分。只需简单的操作，四轮定位机就可以测t并显示出汽车四个车轮定位角度，帮助操作人员进行调整。四四轮定位专用举升器1套四轮定位专用举升器要求配有转盘、滑板和1至2个二次举升器。6.2汽车四轮定位仪的技术指标交通行业标准《四轮定位仪》中对四轮定位仪的测量参数、范围、精度及示值要求的规定如下：总前束角测量范围：±6°；精度：在±2°范围内精度为±4′，其余范围精度为±10′。单一车轮前束角测量范围：±3°；精度：在±2°范围内精度为±2′，其余范围精度为±5′。车轮外倾角测量范围：±10°；精度：在±4°范围内精度为±2′，其余范围精度为±10′。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′。推力角测量范围：±6°；精度：在±2°范围内精度为±2′，其余范围精度为±10′。精度：在±2°范围内精度为±2′，其余范围精度为±10′。车轮转角主要通过车轮下方的转盘计量，因此转盘精度直接影响系统的测量精度。行业标准中对转盘的测量范围、精度及零点误差的规定如下：转盘的转角测量范围不小于-45°～+45˚电子式转盘测量精度为0.1˚机械式转盘测量精度为0.5˚电子式转盘转角零点误差不大于0.1˚机械式转盘转角零点误差不大于0.5˚为了测得准，好一些的定位仪都有不同的消除误差的方法。一般常用的有：（1）钢圈补偿功能（ROC）所有的卡具，不论是三点快速卡具还是多功能卡具，与钢圈卡紧后都不可能达到车轮的要求的0.05度的装卡精度，为此所有高精度的四轮定位仪都设有钢圈补偿程序。典型的钢圈补偿有二点式补偿、三点式补偿、推车式补偿方式，如图一所示为钢圈与卡具有装卡误差时，在外倾角方向上存在偏差a，轮胎旋转180度存在偏差b，两数相减除以2即可求出误差值。精度较高的四轮定位仪在一次装卡中的精度为0.1至0.3之间,故需要做钢圈补偿，可将误差减小到0.01度以内。（2）跑台校准功能；当举升机存在微小的误差时，有些四轮定位仪有专门的校正程序以消除微小的误差。（3）校准功能；（4）温度补偿；（5）其他功能；经过补偿和校准，定位仪应达到上述的测量精度。为了保持四轮定位仪长期准确的可靠性，四轮定位仪需要定期（可分为3个月、6个月和一年不等）校准，