(精品論文)汽車四輪定位原理及測試系統(tǒng)研究畢業(yè)論文

（ 二二 年年 月月 本本科科畢畢業(yè)業(yè)論論文文 學校代碼：學校代碼： 學學 號：號： 題題 目目： 汽車四輪定位原理及測試系統(tǒng)研究汽車四輪定位原理及測試系統(tǒng)研究 學學生生姓姓名名 ： 學學 院院 ： 系系 別別： 專專 業(yè)業(yè)： 班班 級級： 指指導導教教師師 ： 大學本科畢業(yè)論文 摘 要 隨著汽車工業(yè)的高速發(fā)展，我國汽車擁有量越來越多，而且每年都呈上升趨勢， 在這種新形勢下，汽車四輪定位在汽車檢測與維修行業(yè)逐漸凸顯出其重要性。伴隨 著汽車四輪定位設備的不斷改善，準確性不斷的提高，汽車四輪定位使汽車使用的 安全性得到足夠的保障。汽車四輪定位將在現代汽車行業(yè)成為不可或缺的技術，隨 著技術的不斷改進，使得檢測簡單易懂，具有較高的社會經濟價值。 本文在傳統(tǒng)的汽車轉向輪定位理論的基礎上，進一步闡述汽車四輪定位原理； 推導出汽車四輪定位參數的空間幾何關系；通過對汽車四輪定位理論及汽車四輪定 位儀對定位參數的檢測原理、系統(tǒng)構成等方面進行理論研究，提出正確使用四輪定 位儀的注意事項、基本步驟、方法。結合試驗分析汽車四輪定位測試系統(tǒng)在汽車檢 測中的運用以及總結出定位參數之間的聯系。 關鍵詞：四輪定位；檢測原理；測試系統(tǒng)；運用 大學本科畢業(yè)論文 Abstract Along with the rapid development of the vehicle industry,our country vehicle capacity is getting more and more, moreover every year assumes the trend of escalation, under this kind of new situation, the four-wheel alignment highlights its importance in the automobile testing and the service profession gradually. Following the uninterrupted improvement of the equipment of the four-wheel alignment, accurate unceasing enhancement, the four- wheel alignment make the security of the automobilism to obtain the enough safeguard. Four-wheel alignment would become the necessary technique in modern car profession, along with technique of continuously improvement, it make examination simple and easy understand, so it have higher of society economy value. This article is based on traditional automobile steering wheel positionings theory, to expatiate the principle of the four-wheel alignment further;and infers the four-wheel alignment the spatial geometry relations of the parameters;Through to research the fundamental of the four-wheel-positioning and positioning equipment , investigate testing principle of positioning parameter,system constitution and so on, bring forward matters needing attention,the basic step, the method correctly of make use of four-wheel alignment equipment.Integrate the experimentation to analyzing the testing system of the four-wheel alignments exertion in testing of vehicle and sum up the relation of location parameters Key words： four-wheel alignment；automobile structure； testing principle； exertion 大學本科畢業(yè)論文 目 錄 第一章 緒論1 1.1 研究本課題的意義1 1.2 國內外發(fā)展沿革1 1.3 本文主要研究內容2 第二章 汽車四輪定位的認識3 2.1 汽車四輪定位基礎常識3 2.1.1 基本常識.3 2.1.2 主要技術參數4 2.2 汽車四輪定位的重要性和必要性4 2.3 前輪定位5 2.3.1 主銷后傾角5 2.3.2 主銷內傾角6 2.3.3 前輪前束7 2.3.4 前輪外傾角8 2.3.5.轉向梯形.8 2.3.6 轉向不足9 2.3.7 轉向負前束(轉向前展)9 2.4 后輪定位10 2.4.1 與后輪定位相關的概念及作用10 2.4.2 后輪定位11 2.5 前輪定位與四輪定位的區(qū)別11 第三章 汽車四輪定位的測量原理13 3.1 車輪前束和推力角的測量原理13 3.2 主銷后傾角和主銷內傾角的測量原理15 3.2.1 主銷后傾角的測量原理.16 3.2.2 主銷內傾角的測量原理.17 大學本科畢業(yè)論文 3.3 轉向 20時前張角的測量原理.18 第四章 汽車四輪定位測試系統(tǒng)的認識20 4.1 汽車四輪定位測試系統(tǒng)的組成20 4.2 汽車四輪定位儀的技術指標21 4.3 常見四輪定位儀的檢測方式23 4.4 汽車四輪定位儀的主要功能24 4.5 汽車四輪定位儀類型與生產廠家24 第五章 汽車四輪定位測試系統(tǒng)的安裝與使用26 5.1 做汽車四輪定位時的注意事項26 5.2 汽車四輪定位的步驟27 5.3 汽車四輪定位儀的正確使用27 5.3.1 上車前準備工作27 5.3.2 進行車輪定位28 第六章 結合實驗臺架分析四輪定位測試系統(tǒng)在汽車檢測中的運用36 6.1 試驗設計及步驟36 6.2 試驗數據處理36 6.3 試驗結果的分析38 結 論40 參考文獻41 謝 辭43 大學本科畢業(yè)論文 1 第一章緒論 1.1 研究本課題的意義 在現代汽車中, 操縱穩(wěn)定性和行駛安全性被人們看得越來越重要了。雖然已經 有很多在這方面的研究，但是本文主要在分析汽車四輪定位原理和四輪定位測試系 統(tǒng)原理，結合實驗室臺架闡述四輪定位儀汽車檢測中的運用方面的研究，也是具有 十分重要的意義的。 車輛在出廠時，定位角度都是根據設計要求預先設定好的。這些定位角度用來 共同保證車輛駕駛的舒適性和安全性。但是，車輛在行駛一段時間后，這些定位角 度會由于交通事故、道路坑洼不平造成的劇烈顛簸、底盤零件磨損、更換底盤零件、 更換輪胎等原因而產生變化。一旦定位角度產生變化，就可能導致諸如輪胎異常磨 損、車輛跑偏、安全性下降、油耗增加、零件磨損加快、方向盤發(fā)沉等故障。因此， 進行四輪定位參數檢驗，使其處于合理范圍內，對提高汽車的安全性及經濟性有重 要意義。 1.2 國內外發(fā)展沿革 國外針對車輪定位檢測技術的研究較早，50 年代就研制了相應的檢測診斷設備， 如美國、法國、德國、荷蘭、日本以及意大利等，發(fā)展至今其自動化程度、精度都 有了很大的提高。 我國在這方面的研究起步較晚，從 60 年代開始引進臺架式四輪定位儀，80 年 代初，由武漢汽車研究所研制成功并投產了 GCD- 型光束水準式前輪定位儀，但 其自動化程度低，測量過程復雜，精度、效率較低，儀器功能不健全，只能測量傳 統(tǒng)的四個參數：前束、外傾、主銷內傾及主銷后傾。到 90 年代末，國內廠家開始 大量生產四輪定位儀，如營口玄豹的 SDH3000，營口大力的 DL-4800，煙臺海德的 HC4800，北京車安的 AS-888 等，但都處于探索階段，推出的產品大都不太成熟。 至今能普及使用的、精度較高的國產自動化設備比較少，許多廠家是通過購買國外 的傳感器及軟件的方式在國內進行組裝生產，沒有形成自己的知識產權，導致產品 質量參差不齊。 大學本科畢業(yè)論文 2 1.3 本文主要研究內容 本論文共分為六章。分別介紹了汽車四輪定位國內外的發(fā)展概況；汽車四輪定 位的認識；汽車四輪定位的測量原理；汽車四輪定位測試系統(tǒng)的認識；汽車四輪定 位測試系統(tǒng)的安裝與使用；結合實驗臺架分析四輪定位測試系統(tǒng)在汽車檢測中的運 用等內容。其中，用較大的篇幅詳細、重點的論述了汽車四輪定位的認識與汽車四 輪定位測試系統(tǒng)的安裝與使用這兩章，其它幾章主要本著介紹、概括的目的，讓大 家略有了解，開拓思路。 大學本科畢業(yè)論文 3 第二章汽車四輪定位的認識 本文主要是對汽車四輪定位原理及測試系統(tǒng)的研究，所以在本章對汽車四輪定 位基礎常識和基本理論做簡單介紹以便于理解本文的后續(xù)內容。 2.1 汽車四輪定位基礎常識 隨著汽車技術的高度發(fā)展，汽車車速不斷提高，急加速、急減速、急轉向、急 制動等動作的出現，汽車后輪在行駛過程中受到的沖擊和汽車的載荷，這些都將影 響到汽車后輪的運行軌跡。為了保證汽車直線行駛的穩(wěn)定性、轉向的輕便、轉向輪 回正性能良好，以及減少輪胎和機件的磨損、增加汽車行駛的安全性，汽車四輪定 位的技術參數逐步受到駕駛人員的重視，同時也為汽車自動駕駛技術的發(fā)展提供了 有利的條件。 2.1.1 基本常識 （1）什么是汽車的車輪定位 現代汽車的車輪定位是指車輪、懸架系統(tǒng)元件以及轉向系統(tǒng)元件，安裝到車架 （或車身）上的幾何角度與尺寸須符合一定的要求，保證汽車行駛的穩(wěn)定性和安全 性，減少汽車的磨損和油耗。 （2）四輪定位維修的好處 增加行駛安全 直行時方向盤正直 轉向后方向盤自動回正 減少汽油消耗 減少輪胎磨損 維持直線行車 增加駕駛控制感 降低懸掛配件磨損 （3）什么情況下，需要進行四輪定位 每行駛10000公里或六個月后 直線行駛時車子往左或往右拉 直行時需要緊握方向盤 直行時方向盤不正 大學本科畢業(yè)論文 4 感覺車身會漂浮或搖擺不定 前輪或后輪單輪磨損 安裝新的輪胎后 碰撞事故維修后 換裝新的懸掛或轉向有關配件后 新車每行駛3000公里后 2.1.2 主要技術參數 在GB/3730.3-92汽車和掛車的術語及其定義中，它規(guī)定了關于車輪定位有 關參數的定義，考慮了有些汽車車橋無主銷的結構；注意了有關零件和幾何要素 （面、線、點）相對位置的空間性；淡化了前束、外傾、后傾等參數的單一方向性； （1）主要定位參數：前束(Toe-in)，外傾（Camber），主銷后傾角（caster angle），主銷內傾角（steering axis inclination angle）。 （2）其它定位參數：推進線(Thrust line)，推進角（Thrust angle），右橫 向偏置角（Right Lateral offset），輪距差：（Track Width Difference），軸 偏置（Axle Offset），前退縮角（Front Set Back），前退縮角（Front Set Back），包容角（Included angle）。 2.2 汽車四輪定位的重要性和必要性 為了提高汽車行駛的安全性、平順性和乘坐的舒適性，汽車研發(fā)部門必須恰當 地設計車輪定位角。正確的車輪叫可以保證汽車轉向輕便，轉向后能自動回正，汽 車轉向時、急劇改變車速時和高速行駛時，以及在壞路行駛，或緊急制動時能保證 行駛方向的穩(wěn)定性。操作車輛時能穩(wěn)定準確，路面振動小，壞路上車身沒有明顯搖 擺，乘車舒適，輪胎壽命長。 正確的車輪定位可以幫助系統(tǒng)中所有不見都處于正常關系中，可以獲得以下好 處： （1）延長輪胎的使用壽命 一組新的輪胎，有時表現為某一個輪胎使用不久就會發(fā)生異常磨損，有時發(fā)生 在前輪，有時發(fā)生在后輪。在大多樹情況下輪胎的異常磨損，或跑長途時爆胎的原 因是車輪定位不準確。 （2）操縱的穩(wěn)定性 不正確的車輪定位可以加劇轉向輪，以至整個轉向系的擺振；還可以造成行駛 大學本科畢業(yè)論文 5 跑偏、高速時轉向發(fā)飄、左右牽引、車輪不能自動回正、路面的振動無法被有效的 吸收。正確的車輪定位則可以避免或排除上述故障。 （3）減少轉向機械和懸架的磨損 由于不同的車輪定位角可以使汽車處于不同的平穩(wěn)關系中，因此不正確的車輪 定位角不僅會加劇車輪的磨損，而且會造成懸架和轉向系統(tǒng)傳動部分的轉動部件， 如控制臂襯套、球頭銷、主銷襯套等的非正常磨損。 （4）提高燃油的經濟性 所有的車輪定位角，都是為了使車輪在行駛中盡可能地垂直于地面，最大限度 減少車輪滑移，使車輪滾動阻力減少，燃油經濟性提高。正確的車輪定位，還可以 保證四個車輪彼此平行，這樣保證了最小的滾動阻力，再加上正確的輪胎充氣，可 確保提高燃油經濟性。 （5）得到最佳的行駛平順性 正確的車輪定位幫助前、后懸架恰如其分地工作，使行駛系、轉向西所有部件 處在正確關系中，路面的振動被有效的吸收，車輛行駛更平穩(wěn)。 （6）確保安全駕駛 正確的車論定位最大的好處就是保證安全駕駛。它可以確保車輛的可操作性， 操作的穩(wěn)定性，在正常行駛中有正確、迅速的操縱響應。 正確的車輪定位校正是非常重要的。校正不適當，可能會造成轉向困難，轉向 后車輪不能自動回正，行駛跑偏，產生不正常的噪聲，輪胎異常磨損。 2.3 前輪定位 轉向輪、轉向節(jié)和前軸或下擺臂三者之間裝配要具有一定的相對位置，這種具 有一定相對位置的裝配關系叫做前輪定位。 前輪定位的作用有以下幾項： （1）保證汽車直線行駛的穩(wěn)定性。在水平面上駕駛員雙手離開轉向盤后，汽 車仍能直線向前行駛。遇到小坑，小包以及拱形路面時能保持直線行駛。在承載后 車輪能垂直于路面，能扼制轉向輪的擺振。在高速行駛中沒有轉向發(fā)飄現象。 （2）在外力使車輪偏轉或駕駛員轉向后，能保證轉向盤自動回正。 （3）使轉向輕便。 （4）減少轉向輪和轉向機構的磨損，最大限度地延長輪胎的使用壽命。 2.3.1 主銷后傾角 在汽車縱向垂直平面內主銷軸線與與通過前輪中心垂線的夾角叫主銷或傾角 大學本科畢業(yè)論文 6 如圖 2-1 所示。向垂線后面傾斜的角度稱為正后傾角，向前傾斜的角度稱為負后傾 角。 圖 2-1 主銷后傾角 a)主銷后傾角的原理圖 b)正主銷后傾角 c)負主銷后傾角 主銷后傾角的作用： （l）保證汽車直線行駛的穩(wěn)定性。按照國內傳統(tǒng)的汽車理論，主銷后傾角越 大，行駛中產生的離心力就大，防止車輪發(fā)生偏轉的反向推力就越大，所以主銷后 傾角越大，汽車直線行駛的穩(wěn)定性就越好。但是主銷后傾角越大，汽車轉向時所有 克服的反向推力就越大，轉向就越重，所以主銷后傾角不能超過 3。 （2）適當加大主銷后傾角是幫助車輪回正的有效方法。轉向輪發(fā)生偏轉時， 主銷后傾角幫助轉向輪自動回正到中間位置。 2.3.2 主銷內傾角 在汽車橫向平面內主銷軸線與鉛垂線的夾角即為主銷內傾角。如圖 2-2 所示。 主銷內傾角有以下兩個作用： （1）幫助轉向輪自動回正。前輪是圍繞著主銷旋轉的，而主銷是向內傾斜的。 主銷內傾使轉向節(jié)距地面高度降低，距地面更近，重力作用使車輛高度被降低， 轉向輪在轉向時沿著傾斜的主銷作弧線運動，就和門圍繞歪斜的門軸做弧線運動一 樣，隨著轉向角和主銷內側傾角加大，輪胎外側逐步加大對路面的壓力。汽車在松 軟的路面上轉向時，主銷內傾角越大，轉向角越大，轉向輪外側就壓入地下越多， 在松軟的路面上轉彎時前輪的外側部分陷入地下才可能實現轉向。汽車在柏油、水 泥路面上行駛時，地面比輪胎更為堅硬，輪胎不可能陷入地下。于是在地面反作用 大學本科畢業(yè)論文 7 力下，轉向輪連同它所承載的汽車前部都要抬起一個相應的高度，才能使它實現轉 向。 圖 2-2 主銷內傾角 a)銷軸中心線 b)主銷內傾角 （2）使轉向輕便。由于前軸重心在主銷的軸線上，主銷內傾角使主銷軸線延 長線與路面的交點，和車輪中心地面的交點距離減小，力臂的減小使轉向變輕了。 主銷軸線的延長線距車輪的中心線過近容易使轉向發(fā)飄。所以傳統(tǒng)的后輪驅動汽車 主銷軸線的延長線大都設計在距車輪中心線 40 至 60mm 處。而 20 世紀 70 年代以后 開發(fā)的前輪驅動汽車由于技術上改進，主銷內傾角越大，行駛穩(wěn)定性也很好。 2.3.3 前輪前束 前輪前束是從汽車正上方向下看，由輪胎的中心與汽車的縱向線之間的夾角為 前束角。如圖 2-3 所示。 前束的作用是消除由于外傾角所產生的輪胎側滑。 當正前束太大時，輪胎外側磨損會有正外傾角太大所形成的磨損狀態(tài)，胎紋磨 損形式為羽毛狀。當用手從內側向外側撫摸，胎紋外緣有銳利的刺手感覺。 當負前束太大時，輪胎內側會有負外傾角太大所形成的磨損形態(tài)，胎紋磨損形 式為羽毛狀。當用手從外側向內側撫摸，胎紋外緣有銳利的刺手感覺。 大學本科畢業(yè)論文 8 圖 2-3 前束角 圖 2-4 外傾角 2.3.4 前輪外傾角 從汽車的前方看輪胎的幾何中心線與地面的鉛垂線的夾角，稱為外傾角。輪胎 的上緣偏向內側（靠近發(fā)動機）或偏向外側（偏離發(fā)動機）。如圖 2-4 所示。 當輪胎中心線與鉛垂線重合時，稱為零外傾角，其作用是防止輪胎不均勻的磨 損。當輪胎中心線在鉛垂線外側時的夾角稱為正外傾角，其作用主要是減低作用于 轉向節(jié)上的負載、防止車輪滑落、防止由于載荷而產生不需要的外傾角及減小轉向 操縱力。當輪胎中心線在鉛垂線內側時的夾角稱為負外傾角，其作用是可使內外側 滾動半徑近似相等，使輪胎的內外側磨損均勻，還可以提高車身的橫向穩(wěn)定性。 2.3.5.轉向梯形 車輛轉彎時，內側的車輪被迫沿著比外側車輪要小的弧線進。如果設計兩側轉 向臂互平行，那么轉彎時兩前輪也將保持平行，那么轉彎時輪胎滑移。而設計成前 軸、梯形臂、橫拉桿構成的轉向梯形，可使汽車在轉向時兩前輪產生不同的轉向角， 通常內側車輪轉向角要比外側車輪要大 13，兩前輪沿著各自的弧線滾動，從而消 除了輪胎的滑動。參見圖 2-5。 大學本科畢業(yè)論文 9 圖 2-5 轉向梯形 轉向時所有車輪運動軌跡的向心線都應相交于一點，此點稱為轉向心。橫拉桿 位于前軸后端的等腰形叫正方梯形，橫拉桿位于前軸前端等腰梯形叫反梯形。二者 在作用上沒有區(qū)別。 轉向梯形又叫轉向外展，由于兩只梯形臂都設計成直線行駛時兩側車輪角度相 同，保持兩側車輪平行，因此無論是向左或右轉向，由于內側輪形成比外側較大 13 的轉角，使轉向中的前輪形成負前束，且轉向角越大，負前束值也越大，轉向 時的負前束比后橋中的差速器更有利于轉向平穩(wěn)。 2.3.6 轉向不足 在試轉半徑時，轉向盤轉到止端，并保持不動，節(jié)氣門開度穩(wěn)定，車輪的轉彎 半在一定的圓周上保持不動，似乎是理所當然的事，但實際上轉向不足的汽車(又 被稱為平穩(wěn)轉向，大部分汽車都是這種設計的)，轉彎隨著旋轉的圈數增加，會逐 漸加大。這種特性是因前后輪胎側偏角不同引起的。由于后輪側偏角小于前輪的側 偏角，在連續(xù)作轉彎半徑測試時，后輪達不到前輪行進方向而變慢，所以轉彎半徑 逐漸加大，出現轉向不足。轉向不足的好處是當駕駛員轉向時，即使實際轉向低于 自己的設想，也容易修正過來。 2.3.7 轉向負前束(轉向前展) 轉向負前束是指轉向時內側車輪相對外側車輪的角度差。轉向系的結構使車輪 角度隨轉向角度變化而變化，該角度的變化由轉向梯形保證，如負前束不正確，將 加劇輪胎磨損，并出現轉向噪聲及轉向跑偏。 大學本科畢業(yè)論文 10 2.4 后輪定位 2.4.1 與后輪定位相關的概念及作用 后輪外傾角：前輪驅動的轎車后輪通常為負外傾角。即空載時后輪向內傾斜， 承載后或舉升運動時垂直于路面。 前輪驅動轎車通常為很小的后輪反前束。前輪驅動汽車行駛中的驅動力使后輪 心軸受向后的力，后輪的前端距離略大于后端距離。 和后輪外傾角一樣，前輪驅動汽車后輪的反前束值比前輪也大 1 倍左右。后輪 前束主要為了使前后車輪以后輪推力為定位基準，使四個車輪保持平行，保證汽車 直線行駛的穩(wěn)定性。減少后輪在行駛中的側滑，以最大限度地延長后輪輪胎的使用 壽命。 車輛的幾何中心線：是恰好穿過前、后輪中央的假想線。 推力線：是與后輪中心線成正 90 度角向前延伸的線。汽車受到猛烈沖擊，或 懸架襯套磨損松曠都會使推力線發(fā)生偏移。推力線如和汽車前、后輪幾何中心線平 行，再配合適當的主銷后傾角和主銷內傾角，在筆直的公路上，即使雙手離開轉向 盤，車輛仍可以保持直線行駛。 后輪偏向：指向橋殼或后前移動，另一個后輪移動，后輪推力線不再和幾何中 心線平行。 后軸偏向造成推力線偏離了幾何中心線，見圖 2-6 和圖 2-7。推力線偏離幾何 中心線，不僅造成行駛跑偏傾向，也加重了汽車轉向輪胎的側滑。 圖 2-6 后軸未發(fā)生偏向時中心線和推力線 大學本科畢業(yè)論文 11 圖 2-7 后軸偏向造成推力線偏離了幾何中心線 2.4.2 后輪定位 設置后輪定位可削弱后軸偏向、偏跡的問題在正常行駛和轉向時的負面保持正 確的后輪外傾角和后輪前束是非常重要的。如出現輪胎畸形磨損，特別是再現后輪 胎冠偏磨損(后輪外傾角不對)，后輪胎肩處出現鋸齒形磨損(后輪前束嚴重超差)， 以及后輪懸架發(fā)生早期磨損時都應作四輪定位。 設置后輪前束最主要的目的是為了使后輪推力線和幾何中心重合，設置后輪外 傾角最主要的目的就是改善轉向的穩(wěn)定性。 2.5 前輪定位與四輪定位的區(qū)別 若汽車只做前輪定位(又叫二輪定位)，在定位基準上就可能發(fā)生偏差，因為前 輪定位是以幾何中心線，即表示兩前輪和兩后輪之間的中心線為定位基準，而不是 以后輪推力線為定位基準。一旦后輪定位角發(fā)生偏差，后輪推力線就會和幾何中心 線發(fā)生偏離，形成推力角，無法保證直線行駛時四個車輪處于平行狀態(tài)。在直線行 駛時前輪必然脫離定位基準難以保證行駛的直線性。 四輪定位和前輪定位的最大區(qū)別是在定位基準的選定上。做四輪定位時是以后 輪推力線做車輪定位基準線，后輪推力線是后輪總前束的中心線，該基準線由后輪 定位角決定。做四輪定位時先檢測和調整后輪定位。如果后輪定位角不對，而后輪 定位在設計上又是可以調整的，則需要換那些變形了的零部件，即負責車輪定位的 懸架上的部件，常見的是擺臂、減少器以及導向裝置。在后輪定位調整完后，后輪 大學本科畢業(yè)論文 12 推力線和幾何中心線重合，再以該參考線為基準，對每一個前輪進行測量調整，可 以保證四個車輪在直線上行駛位置時處于平行狀態(tài)，轉向系處于幾何中心，滿足車 輛在設計時的動力學條件，達到車輛在設計時的性能要求。 任何機械式的定位裝置都只能做前輪定位，而無法做后輪定位和四輪定位。 大學本科畢業(yè)論文 13 第三章汽車四輪定位的測量原理 四輪定位儀是專門用來測量車輪定位參數的設備。四輪定位儀可檢測的項目包 括：前輪前束值/角(前輪前束角/前張角)、前輪外傾角、主銷后傾角、主銷內傾、 后輪前束值/角(后輪前束角/前張角)、后輪外傾角、車輛輪距、車輛軸距、轉向 20 度時的前張角、推力角和左右軸距差等。目前常見的國產或進口的四輪定位儀可以 用來測量上述檢測項目中幾個中全部項目。 在檢測項目中，車輪前束值/角、車輪外傾角、主銷后傾角和主銷內傾角統(tǒng)稱 為前輪定位，又稱前輪定位四要素，各種前輪定位儀都能完成其檢測任務。但汽車 的操縱穩(wěn)定性不僅僅由前輪定位來保證，后輪定位也起著至關重要的作用，所以， 最好使用四輪定位儀檢測和調整。 目前常用的四輪定位儀有接線式、光學式、電腦拉線式和電腦激光式四種，它 們的測量原理是一致的，只是采用的測量方法(或使用的傳感器的類型)及數據記錄 與傳輸的方式不同，下面介紹四輪定位儀可測量的幾個重要檢測項目的測量原理。 3.1 車輪前束和推力角的測量原理 前束時，必須保證車體擺正且方向盤位于中間位置，為了提供車輪前束值（或 前束角）的測量精度，無論是拉線式、光學式還是電腦式的四輪定位儀，在檢測車 輪前束之前，常通過拉線或光線照射或反射的方式形成一封閉的直角四邊形如圖 31 所示。 圖 3-1 8 束光線形成封閉的四邊形 大學本科畢業(yè)論文 14 將待檢車輛置于此四邊形中，通過安裝在車輪上的光學鏡面或傳感器不僅可以 檢測前輪前束、后輪前束，還可以檢測出左右車輪的同軸度（即同一車軸上的左右 車輪的同軸度）及推力角。因為四輪定位儀系統(tǒng)采用的傳感器不同，測量方法亦有 所不同，這里僅就光敏三極管式傳感器來說明一下車輪前束的測量原理。 光敏三極管為近紅外線接收管，是一種光電變換器件，它的結構與外形如圖 3- 2 所示。其工作狀態(tài)為：不加電壓，利用 PN 接在受光射時產生正向電壓的原理， 把它作為微笑光電池。在光敏三極管后面接一些用于接收信號的元件，以便及時對 光敏三極管上所獲得的信號進行分析處理。 安裝在兩前輪和兩后輪上的光敏三極管式傳感器均有光線的接收和發(fā)射（或反 射）功能，通過它們間的發(fā)射和接收剛好能形成類似于圖 32 所示的四邊形。在 傳感器的受光面上等距離地將光敏三極管排成一排，在不同位置光敏三極管接收到 光線照射時，該光敏管產生的電信號就代表了前束角或推力角的大小。其測量原理 的簡單示意圖如圖 33 所示。 1- 刻度盤 2-投射器支臂 3-光敏三極管 4- 激光盤 5-投射激光束 6-接收激光束 14-光線接收器 5-前輪 6-后輪 7-汽車縱向軸線 推力角 圖 3-3 車輪前束角的測量原理 圖 3-4 推力角的測量原理 圖 32 光敏二極管的結構和外形 大學本科畢業(yè)論文 15 依據上述檢測原理，同時可以檢測出位于該四邊形內的待檢車輛前后軸的平行 度（即推力角的大小和方向）,其檢測原理的簡單示意圖如圖 34 所示。同理，通 過安裝在后輪上的傳感器，我們可以檢測出后輪前束值（后輪前束角）的大小和方 向。 3.2 主銷后傾角和主銷內傾角的測量原理 車輪外傾角、主銷后傾角和主銷內傾角這三個測量參數的測量都是關于角度的 測量，除了光學式四輪定位儀測量車輪外傾角和車輪前束時，采用的不是測量角度 的傳感器，其余各種類型的四輪定位儀均是采用測量角度的傳感器，包括車輪前束 角都可以用角度傳感器直接或間接測量。 以套筒扳手為例，先將扳手桿垂直立于桌面上，扳手接桿與視線垂直并使扳手 接桿保持水平，此桿即為轉向節(jié)軸（面向車頭看為左前輪軸） 。將扳手桿下端向自己 面前偏轉一個角度 ，即形成主銷后傾角，然后由此位置繞扳手手柄軸線分別向里、 向外各轉動 角，這時就會發(fā)現扳手接桿繞水平面分別向上、向下偏轉了 角 （如圖 3-5 所示） 。 a)直行時，扳手接桿水平 b)向里轉向時， c) 向外轉向時， 扳手接桿向上偏轉 扳手接桿向下偏轉 圖 3-5 主銷后傾角的測量原理 主銷內傾角的測量原理如圖 3-6 所示，在扳手接桿頭部系上一長接桿，長接桿 與扳手接桿垂直。將扳手直立于桌面，使長接桿保持水平位置并與視線垂直，再將 扳手柄下端向里偏轉一個角度 ，即形成注銷內傾角，然后由此位置繞扳手手柄軸 線分別向左、向右各轉角，這時又會發(fā)現接桿分別沿逆時針、順時針方向轉動了 角。 大學本科畢業(yè)論文 16 a)直行時，長接桿水平 b)向左轉時， c) 向外轉向時， 長接桿向逆時針偏轉 長接桿向順時針偏轉 圖 3-6 主銷內傾角的測量原理 3.2.1 主銷后傾角的測量原理 以左前輪為例，當車輪向左右各轉動 20（如圖 3-7 所示） ，ZO 為主銷軸 線，OB 為轉向節(jié)車輪軸線，四邊形 DEFG 表示水平面，四邊形 HIJK 相對于平面的夾 角為主銷后傾角。LMNP 平面是與主銷垂直相交的平面，該平面是 HIJK 平面以 ST 為 軸轉動 角（主銷內傾角）形成的，OD 為車輪向左轉動 20時轉向節(jié)軸平面的方 向。線段 LD、AB、AB、AB、MI、FN 和 KP 均是水平面 DEFG 上的鉛垂線。 圖 3-7 主銷后傾角的測量原理計算圖 大學本科畢業(yè)論文 17 由圖 3-7 主銷后傾角的測量原理計算圖得（推導工程略）： 上式表明 為一特定角度時，主銷后傾角測量角 存在唯一確定關系。通常 規(guī)定 轉角為 20，2sin0.68404，故有： （1） 即主銷后傾角 為實際測量角度 的 1.461 倍。這樣，用 1.461 倍的關系標 定儀器，就可直接讀主銷后傾角 。 3.2.2 主銷內傾角的測量原理 仍以左前輪為例，當車輪向左右轉動 時（如圖 3-8 所示） ，ZO 為主銷軸線， OC 為轉向節(jié)軸線方向，OE 為與車輪平面平行且水平的線段。同（1）所述，四邊形 DEFG 表示水平面，四邊形 HIJK 相對于水平面的夾角 為主銷后傾角。四邊形 LMNP 為與主銷垂直相交的平面，該平面是 HIJK 平面以 ST 為軸轉動 角（主銷內傾角） 形成的，OE 是車輪向右轉動 20，垂直于轉向節(jié)軸線且在水平面內的線段，OF 是車輪向左轉動 20時，垂直于轉向節(jié)軸線且在水平面的線段。由圖 3-8 主銷 內傾角的測量計算圖得（推導工程略）： 上式表明當 為一特定角度時，主銷內傾角 與測量角 存在唯一確定關 系。通常規(guī)定 轉角為 20，2sin 0.68404，故有： （2） 即主銷內傾角 為實際測量角度 的 1.461 倍，這樣，用 1.461 倍的關系 標定儀器，就可以直接讀主銷內傾角 。 、 大學本科畢業(yè)論文 18 圖 3-8 主銷內傾角的測量原理計算圖 經過上述兩部分的分析推導，了解了主銷后傾角、注銷內傾角的測量原理。但 必須指出，在上述兩部分推導工程中提及的 、 為車輪向右轉動 20時，傳感 器所測得的實際角度值； 、 為車輪左轉動 20時傳感器所測得的角度值。 在實際測量中，只要按照公式（1） 、 （2）換算即可?，F常見的四輪定位儀在出廠前 就已用上述兩式對儀表進行了標定，因此，可直接讀主銷傾角實際測量值。 雖然四輪定位儀的類型有所不同，但它們測量主銷傾角的原理是相同的，所不 同的僅僅是它們各自采用的測量角度的傳感器不同而已，為了便于理解四輪定位儀 的測試過程檢測方法，下面簡單介紹幾種常見的測量角度的傳感器： （1）光電編碼器，基本上可以分為兩大類：圓光柵編碼器和絕對式編碼器。它 們的特點是：結構緊湊、信號質量好、穩(wěn)定可靠和抗干擾能力強。 （2）光電電位器式角度傳感器，沒有金屬絲電刷造成的摩擦力矩，其優(yōu)點是： 分辨率高、壽命長、掃描速度快。缺點是：輸出電阻大、輸出信號要經過阻抗匹配 變換器。 另外用于測量角度的傳感器還有電感式傾斜傳感器、小型雙軸斜度傳感器和電 位式傳感器。 3.3 轉向 20時前張角的測量原理 汽車使用時，由于前輪的碰撞沖擊、長期在不平的路面上行駛和經常采用緊急 剎車，對車輛的沖擊作用都可能引起轉向梯形的變形。因此會造成汽車在轉向行駛 工程中前輪異常磨損，操縱性變差并間接影響汽車的動力性和燃油經濟性。 大學本科畢業(yè)論文 19 為了檢測汽車的轉向梯形臂與各連桿是否發(fā)生變形，在四輪定位儀中均設置了 轉向 20時，前張角的檢測項目。其測量方法為：讓被檢車輛前輪停在轉盤中心出， 右輪沿直線行駛方向向右轉 20時進行測量；左輪沿直線行駛方向左轉動 20時進 行測量（該轉向角可直接從轉盤上的刻度讀出） 。具體作法如下： 右前輪向右轉 20，讀取左前輪下的轉盤上的刻度 X，則 20-X 即為所要檢 測的轉向 20時的前張角。 一般汽車在出廠時都已給出 20-X 的合格范圍，將測量值與出廠值進行比較即 可檢測出車輛的轉向梯形臂與各連桿是否發(fā)生了變形，如果超出標準值或左右轉向 前張角部一致，則說明該車的轉向梯形臂和各連桿已發(fā)生了變形，需要進行校正、 調整或更換梯形臂和各連桿。 大學本科畢業(yè)論文 20 第四章汽車四輪定位測試系統(tǒng)的認識 由對四輪定位儀測量模型的研究可知，四輪定位儀對車輪前束和車輪外傾采用 直接測量，其精度可以通過對傳感器進行嚴格標定得到保證，而主銷內傾和主銷后 傾采用間接測量，使用了基于不同測量模型推導的計算公式，在主銷傾角測量角相 同的情況下會得到不同的主銷傾角，因此對于主銷傾角的測量來說，測量模型的理 論誤差大于傳感器的標定精度，需要對不同模型測量的結果進行評價。同時，主銷 軸線處于空間一般位置，主銷傾角為主銷在汽車縱橫平面內的投影與垂直與水平面 的軸線間的夾角，難以對四輪定位儀主銷傾角的測量結果進行檢定。 4.1 汽車四輪定位測試系統(tǒng)的組成 四輪定位系統(tǒng)的基本組成方式有 2 種：地溝式和舉升器式。以下將簡單介紹 2 種四輪定位系統(tǒng)的特點和組成方式。 一、地溝式四輪定位系統(tǒng) 特點：結構簡單，造價底，特別適用于高度較低、不能使用舉升器的車間；但 需掘地溝，準備時間長；由于經濟上的原因，用戶可能需選用不同品牌的轉盤、滑 板和二次舉升器；工作頻率低；工作空間較。組成方式如表 4-1 所示。 表 4-1 地溝式四輪定位系統(tǒng) 所需設備數量功能 四輪定位機1 臺 四輪定位機是四輪定位系統(tǒng)最重要的組成部分。只需簡單 的操作，四輪定位機就可以測量并顯示出汽車四個車輪定 位角度，幫助操作人員進行調整。 前輪轉盤1 套 前輪轉盤要求既可以自由轉動，也可以左右滑動。這樣就 保證了車輪后傾角轉側和定位角度調整過程中無地面阻力。 后輪滑板1 套 后輪滑板只要求可以左右滑動。如果長度太短，則要求其 可以前后移動。后輪滑板的作用是保證后輪可以自由左右 移動，無地面阻力。 二次舉升器1 個 二次舉升器是四輪定位系統(tǒng)不可缺少的工具。不管是進行 鋼圈補償，還是更換底盤部件、輪胎或添加墊片，都要使 大學本科畢業(yè)論文 21 用二次舉升器。 二、舉升器式四輪定位系統(tǒng) 特點：造價較高，要求車間高度比較高；但準備時間短，操作人員使用方便， 工作頻率高。 組成方式如表 4-2 所示。 表 4-2 舉升器式四輪定位系統(tǒng) 所需設備數量功能 四輪定位儀1 臺 四輪定位機是四輪定位系統(tǒng)最重要的組成部分。 只需簡單的操作，四輪定位機就可以測 t 并顯示 出汽車四個車輪定位角度，幫助操作人員進行調 整。 四四輪定位專用 舉升器 1 套 四輪定位專用舉升器要求配有轉盤、滑板和 1 至 2 個二次舉升器。 4.2 汽車四輪定位儀的技術指標 交通行業(yè)標準四輪定位儀中對四輪定位儀的測量參數、范圍、精度及示值 要求的規(guī)定如下： 總前束角 測量范圍：6； 精度：在2范圍內精度為4，其余范圍精度為10。 單一車輪前束角 測量范圍：3； 精度：在2范圍內精度為2，其余范圍精度為5。 車輪外傾角 測量范圍：10； 精度：在4范圍內精度為2，其余范圍精度為10。 主銷后傾角 測量范圍：15； 精度：在12范圍內精度為6，其余范圍精度為10。 主銷內傾角 大學本科畢業(yè)論文 22 測量范圍：20； 精度：在 0+18范圍內精度為6，其余范圍精度為10。 推力角 測量范圍：6； 精度：在2范圍內精度為2，其余范圍精度為10。 精度：在2范圍內精度為2，其余范圍精度為10。 車輪轉角主要通過車輪下方的轉盤計量，因此轉盤精度直接影響系統(tǒng)的測量精 度。行業(yè)標準中對轉盤的測量范圍、精度及零點誤差的規(guī)定如下： 轉盤的轉角測量范圍不小于-45+45 電子式轉盤測量精度為 0.1 機械式轉盤測量精度為 0.5 電子式轉盤轉角零點誤差不大于 0.1 機械式轉盤轉角零點誤差不大于 0.5 為了測得準，好一些的定位儀都有不同的消除誤差的方法。一般常用的有： （1）鋼圈補償功能（ROC） 所有的卡具，不論是三點快速卡具還是多功能卡具，與鋼圈卡緊后都不可能達 到車輪的要求的 0.05 度的裝卡精度，為此所有高精度的四輪定位儀都設有鋼圈補償 程序。典型的鋼圈補償有二點式補償、三點式補償、推車式補償方式，如圖一所示 為鋼圈與卡具有裝卡誤差時，在外傾角方向上存在偏差 a，輪胎旋轉 180 度存在偏 差 b，兩數相減除以 2 即可求出誤差值。精度較高的四輪定位儀在一次裝卡中的精 度為 0.1 至 0.3 之間,故需要做鋼圈補償，可將誤差減小到 0.01 度以內。 （2）跑臺校準功能； 當舉升機存在微小的誤差時，有些四輪定位儀有專門的校正程序以消除微小的誤 差。 （3）校準功能； （4）溫度補償； （5）其他功能； 經過補償和校準，定位儀應達到上述的測量精度。為了保持四輪定位儀長期準 確的可靠性，四輪定位儀需要定期（可分為 3 個月、6 個月和一年不等）校準，根 據產品的不同可分為定期回廠校準或自帶校準工具校準。 內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)論文 23 4.3 常見四輪定位儀的檢測方式 隨著四輪定位技術的不斷發(fā)展，各種各樣高科技的四輪定位儀接踵而出，許多 廠家為趕上市場的潮流，將許多低端產品說成是高科技產品，以此來哄騙客戶。目 前市場上常見的四輪定位儀的檢測方式主要有：激光、PSD、CCD 及 3D?，F將激光、 PSD 、CCD 及 3D 產品各有何優(yōu)勢，剖析如下： （1）激光 激光是一種新型光源，它是作為測量系統(tǒng)的光源應用于四輪定位儀，由于激光 都是以垂直的直線輸出的，因此決定了激光產品束度的測量范圍較窄，無補償且需 人工計算推力線，其測量精度低，檢測速度慢。因光點與刻度的關系，存在人為誤 差，而且激光很容易受外界干擾，因此用激光做光源應用于四輪定位儀并不理想。 眾所周知，激光對人眼視力有一定傷害，所以 UL、CE 等安全認證很難通過，歐 美日本早已淘汰，只是在中國和部分東南亞國家還局部存在。 （2）PSD PSD 又稱光電位置傳感器。我們知道，幾乎所有的外國四輪定位都不使用，只 有韓國的機器在大量使用，它的工作原理是：當 PSD 的受光面某一位置存在光照的 情況下，其輸出電流會有相應變化，從而可以得到光照位置，它是一種模擬（DC/AC 轉換，會有數據丟失）器件。雖然通過使用一些特殊的技術可以在一定程度上避免 這些問題，但從原理上限制它只能測量單一光點卻是改變不了的。PSD 只能使用在 工業(yè)環(huán)境里，就是說 PSD 的溫度漂移嚴重并且受環(huán)境光線的影響。溫度變化可以使 其輸出的零位變化幾十毫伏，光線的影響使系統(tǒng)取值不穩(wěn)定，這兩項疊加在一起， 便使 PSD 失去了測量精度和設備穩(wěn)定性，這點是 PSD 的殺手（測不準，重復性差）。 （3）CCD CCD 是一種半導體數字元器件（又稱光電藕合器件），它分為線陣 CCD 和面陣 CCD 兩種。它是 20 世紀 70 年代初發(fā)展起來的新型半導體集成光電器件，它是在一 塊硅面上集成了數千個各自獨立的光敏元，當光照射到光敏面上時，受光光敏元將 聚集光電子，通過移位的方式，將光量輸出，產生光位置和光強的信息，因此 CCD 具有測量精度高（0.05 度以內）、無溫度系數、使用壽命長等特點。 使用 CCD 有良好的環(huán)境適應能力。其他所有的技術都有各種各樣的使用上的限 制，比如不能在光線復雜的地方使用、不能有強電磁場、溫度不能有太大的變化等 等，而這些都是普通的修車車間的典型環(huán)境。那些不能開門，不能開窗，早晨涼快 內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)論文 24 測量的數據和中午天熱測量就不同，不能有大的電機在附近的要求，對于四輪定位 來說，實在是有點過分。因此歐美國家生產的四輪定位儀均采用 CCD 技術，如戰(zhàn)車、 百事霸、戰(zhàn)神等，這也足以說明 CCD 產品的優(yōu)勢。 （4）3D 3D 測量方式是采用圖像識別技術，用 CCD 數碼相機采集裝在車輪反光板上的圖 像信息，以測量出車輪的相對精度，人工推動車輪前后移動，由 CCD 攝像頭采集信 息，求出其坐標和角度。這是一種相當先進的測量方式，目前歐美常用。但他對舉 升機和轉角盤等有嚴格的機械精度要求，目前國內舉升機和轉角盤無法與之匹配， 影響檢測效果，況且標定方式繁瑣，價格昂貴，檢測速度不快，售后維修較慢，并 非國內主流 4.4 汽車四輪定位儀的主要功能 (1)測量的主要參數除傳統(tǒng)的前輪前束、外傾角、主銷后傾角和內傾角外還具 有測量后輪前束、外傾角、后軸推力角、退縮角等功能，增加了轉向轉動角差、最 大轉角等測量項目。 (2)輪輞補償功能。該功能可以對因輪輞變形、卡具位置不正而引起的前束、 外傾角測量誤差進行補償。 (3)本儀器采用 PC 微機做上位主控機，測量模塊為下位機。兩者之間以串行方 式通訊聯結。上下位機均采用模塊化結構編程。上位機具有彈出式菜單，顯示和打 印圖表全部采用中文，上、下位機雙向選擇，操作十分方便。 (4)儀器內存有 2000 多種車型的數據庫，測量結果隨時可以根據需要進行判斷 處理。數據庫還可以增添和刪除。 (5)參數測量一次自動完成。為了方便汽車檢測后進行維修作業(yè)，設置了對直 接測量參數的實時顯示。測量與調整同時進行。 4.5 汽車四輪定位儀類型與生產廠家 根據技術特點，常用的四輪定位儀可以細分為前束尺和光學水準定位儀、拉線 定位儀、CCD 定位儀、靜態(tài)激光定位儀、靜態(tài)激光大車定位儀、動態(tài)激光定位儀、 動態(tài)激光定位儀 3D 影像定位儀和 3D 激光定位儀等幾種。對應的生產廠家分別為： 拉線定位儀典型廠家有上海美洲豹、意大利科基等。 CCD 定位儀在目前定位儀中的比重最大，典型的國外廠家有：德國百世霸、美 國獵人（HUNTER）、美國戰(zhàn)車、美國大熊、美國戰(zhàn)神、美國太陽、美國漢尼詩、意 大利科基、韓國 Ospeed、韓國 Escort、韓國三弘等。典型的國內廠家有：北京民 內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)論文 25 族、北京英杰、北京車安、北京路樂、天津澳利、上海一成、廣州黑豹、營口玄豹、 營口大力、營口營黎、營口美達、營口先達、廈門奧普、青島金華、煙臺奔騰等。 靜態(tài)激光定位儀在目前定位儀中的比重不大，典型的廠家有英國機靈狗、北京 民族、煙臺三雄、美國比線等。 動態(tài)激光定位儀的廠家：北京萬里馬。 3D 影像定位儀有兩家：美國戰(zhàn)車、美國獵人（HUNTER）。 3D 激光定位儀的廠家有：北京萬里馬。 內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)論文 26 第五章汽車四輪定位測試系統(tǒng)的安裝與使用 本章與下一章是在內蒙古工程職業(yè)技術學校提供汽車四輪定位實驗室的前提下 完成的。 在對汽車進行四輪定位時，要先將汽車停在四柱舉升的定位臺上，拉緊駐車制 動，前輪停在轉角盤上，后輪停在定位臺的后滑板上。前輪毅中心應和轉角盤零刻 度線對正。鎖銷鎖住轉角盤，在每個輪輞上裝上輪輞夾，夾上調節(jié)鈕指向車輪頂端， 如果傳統(tǒng)的計算機車輪定位器沒有自動補償功能，就必須用手動補償，即將車輪單 元上的水泡調到中心位置。 5.1 做汽車四輪定位時的注意事項 因四輪定位儀是一種較精密的檢測設備，要求操作人員在使用前需經過專