汽車四輪定位論文

1、昆明理工大學(xué)畢業(yè)論文汽車四輪定位檢 專 業(yè) 氣車維修工程教育 年 級 2010 學(xué) 號 10429323022 指導(dǎo)老師日 期目 錄摘要1第一章 緒論.21.1本文研究意義.21.2四輪定位技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展概況.21.3汽車四輪技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢.41.4本文研究的主要內(nèi)容.51.5本章小結(jié).5第二章 四輪定位的基本參數(shù)及其對汽車性能的影響62.1主銷后傾角.62.2主銷內(nèi)傾角.112.3前輪外傾角112.4前輪前束112.5其他四輪定位相關(guān)角度122.6四輪定位參數(shù)間的關(guān)系122.7本章小結(jié)13第三章 四輪定位儀測量原理及測量精度研究143.1 CCD式四輪定位儀組成.143.2 CC

2、D式四輪定位儀的測量原理及數(shù)學(xué)模型.153.3 3D圖像式四輪定位儀結(jié)構(gòu)及測量原理.183.4 本章小結(jié).21第四章 四輪定位參數(shù)調(diào)整技術(shù)的研究.224.1現(xiàn)代車輪定位參數(shù)調(diào)整概述.224.2后輪定位參數(shù)的調(diào)整.264.3麥弗遜式前獨(dú)立懸架定位角的調(diào)整研究.284.4本章小結(jié).33第五章麥弗遜前懸架結(jié)構(gòu)與車輪定位參數(shù)關(guān)系分析及優(yōu)化.345.1麥弗遜懸架仿真模型的建立.345.2仿真試驗(yàn)及結(jié)果分析365.3懸架的優(yōu)化及結(jié)果分析.405.4本章小結(jié).43結(jié)論與展望.參考文獻(xiàn).致謝摘 要近年來我國汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為世界第一的汽車生產(chǎn)與消費(fèi)大國。隨著汽車保有量的增加與汽車本身技術(shù)含量的提

3、升，給汽車檢測、診斷及維修行業(yè)帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為了使汽車的檢測更為準(zhǔn)確、高效，我們需要不斷的去學(xué)習(xí)、探討、研究各種高新的檢測技術(shù)，并以理論聯(lián)系實(shí)際的方法將這些技術(shù)得以應(yīng)用。四輪定位就是各種新技術(shù)之一，其通過專用四輪定位儀對車輛進(jìn)行精確測量后，技術(shù)人員根據(jù)測量數(shù)據(jù)及綜合原廠設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對車輛的各定位參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使車輛的技術(shù)指標(biāo)達(dá)到原廠設(shè)計(jì)要求。保證了汽車行駛的安全性、舒適性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。本文對當(dāng)前四輪定位檢測與調(diào)整技術(shù)進(jìn)行研究。首先介紹汽車車輪定位參數(shù)的基本理論知識，分析了各定位角對汽車性能的影響及各參數(shù)之間關(guān)系。接著針對CCD式和3D圖像式兩大主流的四輪定位儀產(chǎn)品進(jìn)行研究。通過分析它們的結(jié)

4、構(gòu)，深入研究了各自的檢測原理。提供了一套對四輪定位儀測量精度的評定辦法，并通過實(shí)驗(yàn)檢測了CCD式四輪定位儀的測量精度。然后，對車定位參數(shù)的調(diào)整技術(shù)進(jìn)行研究。介紹了常用的四輪定位調(diào)整零件。通過對麥弗遜式前懸架結(jié)構(gòu)的分析，對該種懸架中一些難以調(diào)整的定位角度提出了調(diào)整辦法。最后采用ADAMS/Car建立了麥弗遜式前懸架的仿真模型，經(jīng)仿真試驗(yàn)進(jìn)一步分析了麥弗遜懸架結(jié)構(gòu)與車輪定位參數(shù)的關(guān)系。通過處理分析結(jié)果，對該麥弗遜懸架進(jìn)行了優(yōu)化。汽車的四輪定位在我國起步較晚，通過近十幾年的快速發(fā)展，越來越多的人認(rèn)識到汽車四輪定位的重要性。在汽車維修行業(yè)認(rèn)為:學(xué)好了四輪定位就等于學(xué)好了對底盤的維修?？梢妼τ谒妮喍ㄎ粰z

5、測技術(shù)的研究，不僅意義重大，并且具有很大的市場應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞:四輪定位、車輪定位參數(shù)、定位儀、麥弗遜懸架第一章 緒 論1.1本文研究的意義2011年中國汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)汽車產(chǎn)銷超過1850萬輛，繼續(xù)成為了世界第一汽車生產(chǎn)和消費(fèi)大國。目前我國民用汽車保有量達(dá)到10578萬輛，其中三輪汽車和低速貨車1228萬輛，比上一年末增長16，4%，私人汽車保有量7872萬輛，增長20,4%，私人轎車保有量4322萬輛，增長25，5%?？梢娢覈钠?，尤其是私人轎車的保有量增加迅速。再隨著我國高速公路不斷建設(shè)，國道及城鄉(xiāng)道路的不斷改善，汽車的行駛速度也不斷提高。相對于以前，人們開始更為關(guān)注汽車的行駛

6、穩(wěn)定性、安全性及乘坐的舒適性、操控性。特別是高速行駛時(shí)汽車的穩(wěn)定性和安全性是人們購車所關(guān)注的焦點(diǎn)。汽車懸架機(jī)構(gòu)的技術(shù)狀況正是和這些人們關(guān)注的這些問題息息相關(guān)。車輛在出廠時(shí)，其懸掛系統(tǒng)的定位角度都是根據(jù)設(shè)計(jì)要求預(yù)先設(shè)定好的。這些定位角度共同用來保證車輛駕駛的舒適性和安全性。目前轎車前后懸架幾乎都采用了獨(dú)立懸架，來滿足車輛行駛時(shí)操縱穩(wěn)定性和平順性的要求。然而獨(dú)立懸架相對來說結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件剛度低，抗變形能力差。在汽車行駛一定里程后，由于在不同的路況條件下長時(shí)間工作，汽車受到地面和零件間的摩擦，或受到外力的撞擊，都很容易造成懸架機(jī)構(gòu)零部件的磨損變形。會出現(xiàn)輪胎異常磨損、零件磨損加快、方向盤發(fā)沉、車輛跑

7、偏、油耗增加等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象都是車輛性能下降的表現(xiàn)。要消除這些現(xiàn)象，確保車輛性能的穩(wěn)定，就要對汽車進(jìn)行四輪定位檢測，并調(diào)整車輪的定位參數(shù)使之達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的范圍，恢復(fù)汽車的技術(shù)狀況，確保汽車的正常行駛。根據(jù)資料統(tǒng)計(jì)表明，由車輪定位參數(shù)不準(zhǔn)確引起的故障占整車故障的30%左右。因此檢測和調(diào)整車輪定位參數(shù)是一個(gè)重要項(xiàng)目。做四輪定位檢測和調(diào)整不僅僅是為了故障的排除，更為解除汽車的安全隱患，使懸架和車輪運(yùn)行時(shí)達(dá)到最好的技術(shù)狀況。正確的車輪定位有利于汽車操縱的穩(wěn)定性;減少轉(zhuǎn)向機(jī)械和懸架的磨損;使汽車行駛更加平穩(wěn);保證車輪在行駛時(shí)盡可能的垂直于路面，減小車輪滾動(dòng)阻力，提高燃油經(jīng)濟(jì)性并最大限度減少車輪的滑移，減少輪

8、胎的磨損延長輪胎壽命。有了這些保證，就大大提升了行車的安全性。目前國外許多發(fā)達(dá)國家己將車輪定位檢測定為汽車年檢三大參數(shù)(車輪定位、制動(dòng)、排放)之一。汽車出廠前所做的質(zhì)量檢測也包括車輪定位檢測這一項(xiàng)。一般轎車為了保證能正常行駛，一年需做2次四輪定位檢測。若使用頻繁，則每三個(gè)月就要進(jìn)行一次檢測?？梢姡妮喍ㄎ辉诒ＷC汽車使用性能上不可缺少。做好四輪定位會給我們帶來經(jīng)濟(jì)、效率、安全等多方面的豐收。隨著中高級轎車的不斷增多，人們對汽車的要求越來越高。車輪的定位也需要越來越精準(zhǔn)。才能更好的滿足人們對汽車安全性、動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、操控穩(wěn)定性、舒適性等多方面的需求。因此對現(xiàn)代汽車四輪定位技術(shù)及其應(yīng)用分析有重要意

9、義。1.2四輪定位技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展概況1.2.1四輪定位測量技術(shù)的發(fā)展歷程20世紀(jì)70年代以前，世界上絕大部分汽車是后輪驅(qū)動(dòng)的。整體式的橋殼和車架是當(dāng)時(shí)多數(shù)后輪驅(qū)動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。這樣的設(shè)計(jì)使人們無需過多的考慮使用中車輛的后輪定位問題。所以早期的車輪定位檢測主要是指轉(zhuǎn)向輪的定位(前輪定位)。然20世紀(jì)70年代后期，石油危機(jī)的爆發(fā)導(dǎo)致全球性的經(jīng)濟(jì)危機(jī)，美國提出并采用了聯(lián)邦合作平均燃油經(jīng)濟(jì)性法案。因此，輕便、節(jié)能的前輪驅(qū)動(dòng)轎車在國外許多大型汽車制造廠開始大量投入生產(chǎn)。這些轎車多采用承載式車身，四個(gè)車輪都分別具有獨(dú)立的懸架系統(tǒng)。隨著這些轎車大量應(yīng)用，由后輪定位故障所引起的車輛轉(zhuǎn)向、輪胎磨損、跑偏等問

10、題日益增多并引起關(guān)注。僅是做前輪定位已無法維持汽車良好的技術(shù)狀況，車輛的后輪定位參數(shù)也必須予以調(diào)整。前后輪同時(shí)定位的四輪定位技術(shù)便因此而生。1.2.2車輪定位的技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷的三個(gè)階段:第一階段為幾何中心線定位階段:即以幾何中心線為參考對前輪作定位。這是一種沿用多年的前輪定位方式。對于現(xiàn)代采用獨(dú)立懸架的轎車，其缺點(diǎn)是忽略了后輪定位參數(shù)的變化。當(dāng)后輪定位不準(zhǔn)確時(shí)，車輛幾何中心線與其推力線形成一定的夾角(圖 1.1)，就會導(dǎo)致車輛跑偏、轉(zhuǎn)向偏離、吃胎等多種問題。圖1.1推力線與幾何中心線的夾角 圖1.2后軸側(cè)偏當(dāng)發(fā)生車輪偏跡現(xiàn)象時(shí)。如圖1.2為后軸側(cè)偏的情形，前后輪之間雖然相互平行，但明顯后軸總成發(fā)

11、生了側(cè)向偏移，汽車的幾何中心線位置改變，不再處于車輛的幾何中心。此時(shí)以幾何中心線為參考來定位車輪，顯然不合理。后輪側(cè)偏使得行駛時(shí)前后輪不在沿著同一軌跡，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)向拉力的產(chǎn)生，會給行車安全帶來隱患。第二階段為推力線定位階段:即通過測量后輪，找到推力線，以推力線為參考定位前輪的兩輪定位方式。這種定位方式可以使轉(zhuǎn)向盤在車輛行駛時(shí)能保持在中性位置，設(shè)有考慮到力推線與車體中心偏離的問題。若兩者不是平行關(guān)系(圖1.1)仍以推力線為參考定位前輪,則車輛在直線行駛時(shí),汽車的四個(gè)車輪滾動(dòng)方向與汽車行駛方向不一致。不僅造成嚴(yán)重偏向,還會致使輪胎表面產(chǎn)生羽毛狀磨損,加速前輪的外緣磨損。第三階段就是完全四輪定位階段

12、:即首先作單獨(dú)后輪定位，檢測出兩個(gè)后輪的單獨(dú)前束，如圖1.3調(diào)節(jié)后輪前束，使推力角為0o(實(shí)際操作中在士0.25。范圍內(nèi))，這樣調(diào)節(jié)后的推力線應(yīng)與幾何中心線重合。前輪的定位用重合的推力線和幾何中心線作為參考。兩個(gè)后輪也要獨(dú)立調(diào)整，新型轎車都設(shè)計(jì)成獨(dú)立懸架的目的正是在此，從而實(shí)現(xiàn)了完全四輪定位。通過四輪定位后的汽車，前后輪都與汽車幾何中心線平行并且行駛時(shí)后輪運(yùn)動(dòng)是沿著前輪軌跡的，轉(zhuǎn)向盤也保持在中性位置。使得汽車各懸架和車輪能在良好技術(shù)狀況下運(yùn)行。1.3汽車四輪定位技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，汽車檢測技術(shù)已從依靠尺量、眼看、耳聽、手摸的方式，改進(jìn)成利用各種先進(jìn)設(shè)備在不解

13、體汽車的前提下全面、準(zhǔn)確、迅速地對車輛進(jìn)行檢測。四輪定位儀作為眾多先進(jìn)檢測設(shè)備的代表之一，它涉及了機(jī)械、數(shù)學(xué)模型、光學(xué)、電子、計(jì)算機(jī)軟件等多個(gè)領(lǐng)域的知識。圖1.3推力線與幾何中心線重合 目前市場上的四輪定位儀種類繁多，根據(jù)其測量傳感器所采用的技術(shù)，可分為拉線式、PSD式、CCD及3D圖像式等。而PSD式和CCD式在國內(nèi)應(yīng)用較廣，其測試光源又分為兩種激光式光源和紅外線式光源。以下將分別進(jìn)行介紹:l)拉線式:它采用角位移傳感器測量車輪定位參數(shù)。角位移傳感器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)帶擺臂的滑線旋轉(zhuǎn)電位計(jì)，擺臂旋轉(zhuǎn)一定角度時(shí)，帶動(dòng)電位計(jì)的電刷轉(zhuǎn)動(dòng)，從而改變輸出電阻，最終導(dǎo)致傳感器的輸出電壓發(fā)生變化。拉線式四輪定位

14、儀使車輪定位儀進(jìn)入了電子時(shí)代的先驅(qū)。但其操作繁瑣、測量精度不高、不便于進(jìn)行全四輪測量。所以現(xiàn)在應(yīng)用很少。2)激光:激光是上世紀(jì)發(fā)現(xiàn)的新型光源。它具有單色性、高亮度、高方向性和高抗干擾性的特點(diǎn)。但用于測量的激光傳感器壽命較短。測量時(shí)由于受人為誤差影響，其精度也很難達(dá)到理論所述的低于0.1°。更重要的是激光達(dá)到一定強(qiáng)度后，對人眼傷害作用明顯。很難將其控制在安全標(biāo)準(zhǔn)。因此在發(fā)達(dá)國家此類產(chǎn)品早已淘汰。國內(nèi)目前還有少部分使用。3)紅外線:紅外線作為測量光源，其使用壽命可高達(dá)10年，測量精度在理論上也可達(dá)到0.01°以下。但大家知道所有物體都會散發(fā)紅外線，尤其是熱源和光源處。所以紅外線

15、作測量光源的四輪定位儀的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)就是去防止外界紅外線對測量光線的干擾。4)PSD:PSD即模擬光電位置傳感器，是一種模擬器件。它會根據(jù)受光面所受光照位置的不同，而使其輸出電流產(chǎn)生相應(yīng)的變化，再根據(jù)電流大小分析出準(zhǔn)確的光照位置。從原理上可以看出它只能測量單一光點(diǎn)，容易受到外界光線影響。再者PSD的溫度穩(wěn)定性差，溫度的改變可影響其輸出電流的大小，造成測量失準(zhǔn)。因此國外四輪定位儀很少應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)。但PSD的這兩大缺點(diǎn)可以通過特殊的測量取樣方式進(jìn)行最大限度的彌補(bǔ)。所以在韓國和國內(nèi)的部分四輪定位儀上還有使用，并且不乏有一些好的產(chǎn)品。5)een:eeD即電荷禍合器件。這種新型的半導(dǎo)體集成光電器件是上世

16、紀(jì)70年代初才開始發(fā)展起來的。它是由數(shù)以千計(jì)的獨(dú)立的光敏元集成到一塊硅面上。當(dāng)光照射到光敏面的感光單元上，相應(yīng)的光敏元就會聚集光電子，經(jīng)附加電路處理，產(chǎn)生光的強(qiáng)度及位置信息。CCD光敏面上的光敏元的排列形式有排成一行的和排成二維矩陣形式的兩種，分別叫做線陣型CCD和面陣型CCD。四輪定位儀中多采用2000線至3000線的CCD。所以其光學(xué)分辨率理論上是在0.015°、0.025°，精確度接近0.05°。CCD器件具有良好和環(huán)境適應(yīng)性，不受光線、溫度、磁場等的干擾。特別適合一般汽修車間的工作環(huán)境。歐美等發(fā)達(dá)國家生產(chǎn)的四輪定位儀廣泛采用此技術(shù)，在我國目前CCD定位儀的

17、使用比例也是最大的。6)3D：不同于原始的二維空間四輪定位測量技術(shù)，3D圖像式四輪定位技術(shù)應(yīng)用高精度三維成像技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)非接觸測量。該方法由反光板代替原來夾裝在各車輪上的測量頭，用安裝在定位儀主機(jī)兩側(cè)的 CCD攝像機(jī)采集各反光版上的圖像信息，再通過圖像處理技術(shù)得到車輪的定位參數(shù)，并且精度高達(dá)0.01°。這是目前最先進(jìn)的測量四輪定位參數(shù)的方式。因反光板上沒有傳感器和電路，所以使用時(shí)不易損壞更為耐久。3D圖像式四輪定位儀在歐美己經(jīng)大量應(yīng)用。但其價(jià)格昂貴，對配套機(jī)械設(shè)備要求高，不適于現(xiàn)在國內(nèi)大多數(shù)修理廣使用。在我國的四輪定位儀市場只能算次主流。不過由于3D四輪定位儀技術(shù)上的優(yōu)

18、勢和使用上的方便快捷，其很可能在未來幾年內(nèi)取代CCD四輪定位儀在國內(nèi)的霸主地位，成為主流的四輪定位技術(shù)。1.4本文研究的主要內(nèi)容l)對四輪定位參數(shù)的基本理論進(jìn)行說明，對各車輪定位角的作用及影響進(jìn)行分析。2)針對現(xiàn)在主流的CCD式四輪定位儀和最新的3D圖像式四輪定位儀的測量原理以及數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析與研究。并對CCD四輪定位儀的測量精度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。3)對現(xiàn)代四輪定位調(diào)整技術(shù)進(jìn)行研究。介紹了專業(yè)四輪定位調(diào)整零件的調(diào)節(jié)原理及使用方法。通過分析麥弗遜式前懸架的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)，歸納出麥弗遜式前懸架的車輪定位角的調(diào)整的可行方案。4)為便于對采用麥弗遜式前懸架車輛的前輪定位參數(shù)的研究，基于AMADs/Car建

19、立了該懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。通過仿真試驗(yàn)及對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，總結(jié)出前輪定位參數(shù)與懸架結(jié)構(gòu)的關(guān)系，并對建立模型的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。1.5本章小結(jié)說明了如今汽車四輪定位的必要性及重要意義;介紹了四輪定位技術(shù)的發(fā)展歷程;闡述了目前國內(nèi)外主流的四輪定位技術(shù)。對多種四輪定位儀的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，說明其各自的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢，最后闡明本文研究主要內(nèi)容。第二章 四輪定位的基本參數(shù)及其對汽車性能的影響轉(zhuǎn)向輪定位參數(shù)轉(zhuǎn)向橋在保證汽車轉(zhuǎn)向功能的同時(shí)，應(yīng)使轉(zhuǎn)向輪有自動(dòng)回正作用，以保證汽車穩(wěn)定直線行駛。即當(dāng)轉(zhuǎn)向輪在偶遇外力作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，一旦作用的外力消失后，應(yīng)能立即自動(dòng)回到原來直線行駛的位置。這種自動(dòng)回正作用是由轉(zhuǎn)向輪

20、的定位參數(shù)來保證的，也就是轉(zhuǎn)向輪、主銷和前軸之間的安裝應(yīng)具有一定的相對位置。轉(zhuǎn)向輪的定位參數(shù)主要有主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角、前輪外傾角和前輪前速。2.1主銷后傾角主銷后傾角是指在汽車縱向平面內(nèi)，上球頭或支柱頂端與下球頭的連線(假設(shè)的轉(zhuǎn)向軸線，也可稱主銷軸線)與汽車前輪中心的垂線形成的夾角(圖2.1a)。后傾角以角度為單位，主銷軸線向前傾稱為負(fù)主銷后傾角(圖2.1。)，主銷軸線向后傾斜稱為正主銷后傾角(圖2.1b)。 a) b) c) a)主銷后傾角原理圖 b）正主銷后傾角 c）負(fù)主銷后傾角圖2、1主銷后傾角轉(zhuǎn)向輪設(shè)置正主銷后傾角，一是為了在車輪轉(zhuǎn)向時(shí)使車輪自動(dòng)復(fù)位。二是為轉(zhuǎn)向輪提供的回正力矩，可

21、以在汽車行駛中偶遇外力作用方向產(chǎn)生偏移的情況下，使車輪自動(dòng)回復(fù)到原來位置，從而保證汽車穩(wěn)定的直線行駛!川。正主銷后傾角的存在，一方面提高汽車直線行駛的穩(wěn)定性，并使轉(zhuǎn)向輪在轉(zhuǎn)向后能夠自動(dòng)回正。但另一方面卻加大了轉(zhuǎn)向時(shí)的阻力，使得方向盤變重。因此一般傳統(tǒng)的手動(dòng)轉(zhuǎn)向的汽車后傾角不易太大。而配置了動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車輛就可以采用較大的主銷后傾角，即提高汽車直行的穩(wěn)定性，也可使駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)更有感覺。負(fù)的主銷后傾角會使轉(zhuǎn)向時(shí)的力量變輕，但轉(zhuǎn)向輪的穩(wěn)定性降低，高速行駛時(shí)車輪會晃動(dòng)使得汽車發(fā)飄，給行車安全帶來隱患。另外，如果汽車左、右兩輪之主銷后傾角不相等(大概相差超過30°)時(shí)車輛會出現(xiàn)跑偏，汽

22、車會被拉向后傾角較小的一側(cè)。主銷后傾角所產(chǎn)生回正力矩的大小與汽車行駛速度成正比。現(xiàn)代汽車尤其是轎車對汽車高速行駛的性能要求較高，較大的主銷后傾角會使汽車高速行駛時(shí)產(chǎn)生較大的回正力矩，使得轉(zhuǎn)向變沉，甚至出現(xiàn)轉(zhuǎn)向輪回正過猛引起前輪擺振。因此，現(xiàn)代轎車一般采用主銷后傾角設(shè)計(jì)(2°3°)?，F(xiàn)代高速汽車由于輪胎氣壓降低、彈性增加，而引起穩(wěn)定力矩增大。因此，主銷后傾角可以減小到接近于零，甚至為負(fù)值。2.2主銷內(nèi)傾角汽主銷內(nèi)傾角是指在車橫向平面內(nèi)，轉(zhuǎn)向軸線(減振器上支撐軸承與下懸臂球節(jié)之間的假想直線)與地面鉛垂線所形成的角度(圖2，2)包容角即主銷內(nèi)傾角與車輪外傾角之和(圖2.2)。摩擦

23、半徑指在地平面上，車輪中心線與地面的交點(diǎn)到主銷內(nèi)傾角延長線與地面的交點(diǎn)間的距離。當(dāng)主銷內(nèi)傾角延長線與地面的交點(diǎn)在車輪中心線外側(cè)時(shí)，摩擦半徑為負(fù)(圖2.2)。圖2.2 主銷內(nèi)傾角主銷內(nèi)傾角與后傾角一樣，具有幫助轉(zhuǎn)向輪自動(dòng)回正的作用。當(dāng)車輪在外力作用下偏離中間位置時(shí)，車輪最低點(diǎn)將陷入路面以下。但一般路面比輪胎堅(jiān)硬，輪胎不會陷入地下，只會將汽車前部向上略微抬起，這樣轉(zhuǎn)向過后汽車本身的重力有使車輪回復(fù)到中間位置的效應(yīng)。內(nèi)傾角還會影響汽車的轉(zhuǎn)向操縱力和直線行駛的穩(wěn)定性。由于主銷內(nèi)傾的趨勢使車輪的摩擦半徑變小，即轉(zhuǎn)向力臂減小，進(jìn)而使轉(zhuǎn)向所需的操縱力減小。主銷內(nèi)傾角越大摩擦半徑越小，轉(zhuǎn)向也越輕便。但主銷內(nèi)傾

24、角過大就會出現(xiàn)摩擦半徑為零甚至負(fù)摩擦半徑的情況。摩擦半徑為零時(shí)，汽車轉(zhuǎn)向達(dá)到最輕的效果。過大的負(fù)摩擦半徑則會使輪胎向內(nèi)側(cè)滑動(dòng)，加速了輪胎的磨損。主銷內(nèi)傾角提供的轉(zhuǎn)向輪回正作用與車速無關(guān)。它可在汽車處于急加速、急剎車、急轉(zhuǎn)彎等工況下仍然保持可靠的前輪回正作用。面對復(fù)雜的交通環(huán)境，主銷內(nèi)傾角的存在，很大程度上提高了汽車行駛的安全性。所以現(xiàn)代汽車的主銷內(nèi)傾角不大于8°，距離摩擦半徑一般為40-60。2.3前輪外傾角車輪外傾角 即車輪的中心平面與地面的鉛垂線所形成的夾角。(如圖2.3)圖2.3輪胎頂部向外傾斜時(shí)，車輪中心線在鉛垂線外側(cè)，此時(shí)外傾角為正外傾角 (圖2.4側(cè)中)。輪胎頂部向內(nèi)傾斜

25、時(shí)，車輪中心線在鉛垂線內(nèi)側(cè)，此時(shí)頃角為負(fù)外傾角 (圖2.4右)。輪胎完全與地面垂直時(shí)，車輪中心線與鉛垂線重合。此時(shí)外傾角為零外傾角(圖2.4左)。 圖2.4正、負(fù)外傾角與零外傾角1)在汽車重載時(shí)，防止由于載荷而產(chǎn)生的不需要的外傾角，以減小輪胎的磨損。當(dāng)大量載荷作用在車輛時(shí)，會導(dǎo)致懸架的一些部件和相關(guān)襯套變形。致使車輪頂部有向內(nèi)傾斜的傾向。正外傾角使得載重后的車輪不至于產(chǎn)生過大負(fù)外傾角，這樣輪胎面能更好的與地面接觸，減少不必要的磨損。2)減小轉(zhuǎn)向操縱力，使轉(zhuǎn)向更為輕便。汽車轉(zhuǎn)向時(shí)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)是以轉(zhuǎn)向軸線為中心，以車輪偏距為半徑的。即車輪偏距越小，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向力矩就越小，所需的轉(zhuǎn)向操縱力也越小。車輪的

26、正外傾角讓輪胎接地點(diǎn)向內(nèi)縮，從而減小偏距，轉(zhuǎn)向也因此變得輕便。3)減輕輪毅外軸承負(fù)荷，防止車輪脫滑。正外傾角的存在，使得路面垂直作用在車輪上的反作用力產(chǎn)生一個(gè)迫使車輪沿軸線向內(nèi)的分力，有助于防止車輪脫滑。而負(fù)外傾角會使得這個(gè)分力方向沿車輪軸線向外，進(jìn)而增大輪毅外軸承負(fù)荷，減少軸頭螺母的壽命。一定的正外傾角可以有效防止車輛滿載后的車輪內(nèi)傾，減輕輪毅外軸承負(fù)荷。4)正外傾角還可以減小轉(zhuǎn)向節(jié)上的負(fù)荷，防止轉(zhuǎn)向節(jié)彎曲。由于正外傾角的這些作用，現(xiàn)在大多數(shù)的客車和輕型卡車都采用正外傾角的設(shè)計(jì)。然而隨著道路條件的改善，轎車的普及，人們對汽車高速行駛時(shí)的性能更加注重，再者是轎車的負(fù)載不高。所以如今大量高性能的

27、轎車都采用了負(fù)外傾角的設(shè)計(jì)。負(fù)外傾角可以使高速行駛的車輛具有更好平順性，并改善轉(zhuǎn)彎時(shí)的車輛穩(wěn)定性。轎車高速轉(zhuǎn)向時(shí)，由于離心力的作用，車身會向外傾斜。此時(shí)若為正外傾角設(shè)計(jì)的汽車，則其正外傾的角度會增大，加大外側(cè)懸架的負(fù)荷和外側(cè)車輪的變形與磨損，降低車輛轉(zhuǎn)向性能。而負(fù)外傾角設(shè)計(jì)的汽車，轉(zhuǎn)向時(shí)車身向外傾斜，使車輪外傾角減少，成為零外傾角或較小的正外傾角，從而降低了車輛的傾斜度，減小外側(cè)車輪的磨損，更是提高了轉(zhuǎn)向時(shí)的穩(wěn)定性。另外，零外傾角的設(shè)計(jì)，可以保證汽車直線行駛時(shí)車輪內(nèi)外受力均勻且具有相同的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑，使得磨損均勻，增加輪胎壽命。所以，現(xiàn)代不少汽車也采用了零外傾角的設(shè)計(jì)。2.4前輪前束車輪正外傾角的

28、存在，使車輛向前行駛時(shí)，車輪有向外滾動(dòng)的趨勢，再由于車橋的約束，車輪不可能滾向外側(cè)，這勢必導(dǎo)致車輪在地面上打滑，造成輪胎的磨損。前束的設(shè)置正是為了消除由車輪外傾角帶來的輪胎側(cè)滑現(xiàn)象。車輪前束即左右車輪(前輪或者后輪)中心線其后端與前端距離之差，也叫總前束。前束可用毫米、英寸、角度等單位表示?？偳笆鴶?shù)值上等于左輪前束和右輪前束之和。總前束=Ltoc十Rtoe圖2.5車輪前束如圖2.5前束也分為零前束、正前束、負(fù)前束(后束)。零前束左右車輪相互平行，其輪胎中心線前端與后端距離相等。正前束左右車輪前端指向內(nèi)側(cè)，其輪胎中心線前端距離小于后端距離。負(fù)前束左右車輪前端指向外側(cè)，其輪胎心線前端中距離大于后端

29、距離。前束的作用主要是消除外傾角帶來的副作用。但在車輛行駛時(shí)，剛性的懸架不斷受到來自不同方向的作用力，后輪驅(qū)動(dòng)車輛的前輪有后束的趨勢。所以一些車輪采用零外傾角設(shè)計(jì)的車型，其前輪也具有較小的正前束。同理，前輪驅(qū)動(dòng)的車輛，其前輪通常設(shè)有較小的負(fù)前束。這也是為了補(bǔ)償轉(zhuǎn)向桿系和轉(zhuǎn)向輪在汽車行駛過程中產(chǎn)生的變化。圖2.6前束的變化圖2.6所示為轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的桿件對車輪前束的影響。汽車行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的桿件末端會隨著懸掛系統(tǒng)的壓縮和拉伸，進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)。若桿件的長度或安裝角度不符合標(biāo)準(zhǔn)，汽車在不平整的路面行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向臂就會受到桿件的推拉作用，將車輪轉(zhuǎn)向一邊，致使車輪前束變化，轉(zhuǎn)向發(fā)生抖動(dòng)。使用不同類型的輪胎對車

30、輪前束的設(shè)計(jì)也有影響。比如斜線輪胎采用的車輪前束要比子午線輪胎采用的車輪前束大。因?yàn)樾本€輪胎的胎面和胎肩容易產(chǎn)生較大的變形，這樣就產(chǎn)生了較大的外傾推進(jìn)。同零外傾角一樣，零前束的車輪，輪胎指向正前方，這時(shí)輪胎向前滾動(dòng)的磨損最小。無論是正前束還是負(fù)前束的設(shè)計(jì)的汽車，都是使車輛在行駛時(shí)的車輪前束能趨近于零前束，從而提高汽車性能，減少輪胎的磨損。正前束或負(fù)前束過大都將引起輪胎胎紋的羽毛狀磨損。正前束過大輪胎胎面外側(cè)花紋被磨損，內(nèi)側(cè)邊緣花紋被羽狀化。負(fù)前束過大時(shí)造成的磨損正好相反。汽車前輪外傾角與前束之間相互制約，其目的就是使汽車行駛時(shí)車輪的側(cè)向滑移和輪胎的磨損減到最小。不同類型、不同用途的車型的前輪外

31、傾角與前束都擁有各自的匹配關(guān)系。車輪外傾角與前束同時(shí)也是四輪定位中后輪的定位參數(shù)。后輪外傾角與前輪外傾角作用類似，都使得轉(zhuǎn)向輕便，提高汽車轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，減少輪胎磨損。也正為此，通常前輪驅(qū)動(dòng)的轎車后輪都采用較小的負(fù)外傾角，但一般較前輪外傾角大1倍左右。后輪前束的除了抵消后輪外傾角的副作用，重要的是確保后輪推力線與汽車幾何中心線重合，并以此為基準(zhǔn)對四個(gè)車輪進(jìn)行定位。左右后輪前束定位不一致，也就無法正確的定位其他的車輪定位參數(shù)，形成的推力角還會導(dǎo)致車輛的跑偏。2.5其他四輪定位相關(guān)角度2.5.1推力角后輪總前束的平分線稱為推力線。推力線指向汽車前進(jìn)方向。推力角就是推力線與汽車幾何中心線的夾角(圖2.7

32、)。汽車直線行駛時(shí)，汽車真正的行駛方向是與推力線方向一致的。如果推力線不與汽車幾何中心線重合，即推力角不等于零時(shí)，車子的行進(jìn)方向無法與其幾何中心平行，行駛軌跡偏斜。這時(shí)駕駛員必須調(diào)整轉(zhuǎn)向盤，使其處于偏斜的狀態(tài)才能保證車輛的直線行駛。因此，推力角的理想值是零。推力角可通過調(diào)整后輪前束來進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整推力角為零，再以推力線為基準(zhǔn)對汽車進(jìn)行車輪定位，是現(xiàn)代汽車四輪定位的首要步驟。 圖2.7推力角 圖2.8車軸偏角2.5.2車軸偏角車軸偏角 表示同一車軸左右兩車輪的平行度(圖2.8)，即一側(cè)車輪相對于另一側(cè)車輪延遲。車軸偏角會造成方向跑偏，使操縱不穩(wěn)。因主銷后傾角的不當(dāng)調(diào)整會導(dǎo)致前輪車軸偏角的產(chǎn)生。碰

33、撞事故的發(fā)生也是車軸偏角產(chǎn)生的主要原因。測量車軸偏角時(shí)，應(yīng)先校正車輪前束，以確保前束正確。否則會產(chǎn)生錯(cuò)誤的車軸偏角讀數(shù)車軸偏角的大小應(yīng)不超過1°2.5.3轉(zhuǎn)向前展轉(zhuǎn)向前展即轉(zhuǎn)向角，也稱為愛克曼角表示在車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)兩前輪的相對位置(圖2.9)。汽車直線行駛時(shí)，兩前輪要保持平行，這樣可減小阻力和輪胎的磨損。而當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，則一定的轉(zhuǎn)向前展是必須的。否則轉(zhuǎn)向角度相同的兩前輪的轉(zhuǎn)動(dòng)中心不在同一點(diǎn)上，外側(cè)車輪會產(chǎn)生拖滑，造成輪胎磨損，轉(zhuǎn)向也失去穩(wěn)定性。通過轉(zhuǎn)向梯形可使汽車在轉(zhuǎn)向時(shí)，外側(cè)車輪的轉(zhuǎn)向角略小于內(nèi)側(cè)車輪。兩輪轉(zhuǎn)向臂中心線的延長線與后輪輪軸中心線的延長線交與一點(diǎn)。 這時(shí)兩前輪以共同的轉(zhuǎn)動(dòng)中

34、心，分別以不同的轉(zhuǎn)彎半徑，沿各自的軌跡滾動(dòng)著轉(zhuǎn)彎。消除了車輪的側(cè)滑現(xiàn)象，使轉(zhuǎn)向平穩(wěn)。圖2.9轉(zhuǎn)向前展 2.5.4行駛高度行駛高度雖然不是一個(gè)定位參數(shù)，但是它會影響到其它的定位參數(shù)，主要是車輪外傾角和主銷后傾角。因此許多汽車制造廠規(guī)定了行駛高度的測量位置及標(biāo)準(zhǔn)。在對車輛進(jìn)行四輪定位前，需檢測并調(diào)整車高至廠家規(guī)定的范圍內(nèi)2.6四輪定位參數(shù)間的關(guān)系汽車的車輪是通過底盤復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)相連接的。當(dāng)調(diào)整車輪其中一個(gè)定位參數(shù)時(shí)，由于各個(gè)機(jī)構(gòu)的相互聯(lián)動(dòng)，就很可能會同時(shí)改變另一個(gè)或幾個(gè)定位參數(shù)。各參數(shù)間大致關(guān)系有以下幾點(diǎn):1)調(diào)整前束會引起外傾角的改變。因?yàn)樵谡{(diào)整前束時(shí)，車輪會圍繞轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)向軸有后傾角的存

35、在使得車輪轉(zhuǎn)動(dòng)后外傾角隨著改變。而且主銷后傾角越大，改變前束后，外傾角的改變越大。2)改變主銷后傾角可能會影響到車輪偏角。當(dāng)調(diào)整主銷后傾角大小時(shí)，轉(zhuǎn)向軸上支點(diǎn)和下支點(diǎn)都是可以向前或向后移動(dòng)。加大或減小主銷后傾角會使前輪向前或向后滑動(dòng)，這樣即使后傾角校正正確，也會使車軸偏角改變。所以為了使調(diào)整時(shí)前輪自由的前后滑動(dòng)，使用的轉(zhuǎn)盤也必須具有可前后滑動(dòng)的功能。3)調(diào)整車輪外傾角會同時(shí)引起主銷內(nèi)傾角的變動(dòng)，同理調(diào)整主銷內(nèi)傾角時(shí)車輪外傾角也隨之變動(dòng)。車輪外傾角的調(diào)整根據(jù)懸架結(jié)構(gòu)的不同方法也不一樣。如果是通過左右移動(dòng)轉(zhuǎn)向軸上支架點(diǎn)和下支架點(diǎn)，就會同時(shí)改變外傾角、主銷內(nèi)傾角。這時(shí)即使外傾角調(diào)整正確，但可能由于內(nèi)

36、傾角的改變，引起車輛操縱不順。在解決故障同時(shí)可能也在制造另一個(gè)故障。4)后輪前束角的調(diào)整關(guān)系到前輪單輪前束角的大小。因?yàn)楹筝喦笆鴽Q定著后輪推力線的方向，前輪前束的測量是以推力線為基準(zhǔn)的，改變了后輪前束會引起推力線的變化。此時(shí)雖然前輪的總前束不受影響，但由于前輪單輪前束角的基準(zhǔn)線發(fā)生了位移，從而前輪單輪前束角也就隨之改變。2.7本章小結(jié)對汽車的四輪定位參數(shù)外傾角、前束、主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角、包容角、摩擦半徑、推力角、轉(zhuǎn)向前展、車軸偏角等，進(jìn)行介紹。對各種定位參數(shù)與車輪、車軸的關(guān)系進(jìn)行說明。通過分析四輪定位參數(shù)的作用及其對汽車性能的影響，指出了現(xiàn)代汽車各定位角的變化趨勢。簡要說明了各種定位參數(shù)的

37、關(guān)系，為解決在應(yīng)用中遇到的一些車輪定位問題，提供了理論依據(jù)。第三章 四輪定位儀測量原理及測量精度研究汽車車輪定位參數(shù)的檢測有兩種方式，即動(dòng)態(tài)檢測和靜態(tài)檢測。動(dòng)態(tài)檢測是在汽車低速行駛經(jīng)過檢測設(shè)備時(shí)，測量車輪作用在測量設(shè)備上的側(cè)向力和此時(shí)車輪的側(cè)滑量，并以此來確定車輪定位參數(shù)?，F(xiàn)在的車輪動(dòng)態(tài)檢測設(shè)備有汽車側(cè)滑檢驗(yàn)臺和滾筒式車輪定位檢測臺。前者結(jié)構(gòu)簡單，但只能通過檢測汽車轉(zhuǎn)向輪側(cè)滑量，來確定前輪定位參數(shù)的匹配關(guān)系是否影響汽車的行駛性能。而不是精確測得前輪各定位參數(shù)。后者可以快速準(zhǔn)確的檢測出汽車前輪側(cè)滑量、前束和外傾角。但其價(jià)格昂貴，測試用的旋轉(zhuǎn)滾筒安裝復(fù)雜。動(dòng)態(tài)檢測方法無論是應(yīng)用哪種設(shè)備都只能測量轉(zhuǎn)

38、向輪的定位參數(shù)。因此動(dòng)態(tài)測量只是二輪定位，無法滿足現(xiàn)代高性能轎車完全四輪定位的需求。靜態(tài)檢測就是在汽車靜止不動(dòng)狀態(tài)下，根據(jù)各車輪定位參數(shù)的定義及其相互關(guān)系，用幾何的方法精確檢測出各車輪定位參數(shù)。靜態(tài)檢測的設(shè)備稱為車輪定位儀?，F(xiàn)代的車輪定位儀能同時(shí)測量汽車前輪與后輪的定位參數(shù)，對汽車進(jìn)行完全四輪定位，因此叫做四輪定位儀。前面己經(jīng)介紹過，現(xiàn)在我國主流的四輪定位儀有CCD式和3D圖像式兩種。下面將分別對它們的構(gòu)成和測量原理進(jìn)行研究。 3.1 CCD式四輪定位儀組成CCD式四輪定位儀由上位機(jī)、下位機(jī)和定位平臺組成。其中上位機(jī)又是由箱體、電腦主機(jī)、顯示器、打印機(jī)、主程序軟件、通訊系統(tǒng)組成。下位機(jī)則指測量

39、頭、夾具、轉(zhuǎn)角盤和其他附件。汽車四輪定位檢測及調(diào)整都是在定位平臺上進(jìn)行的。定位平臺分為地溝式和舉升平臺兩種。地溝式顧名思義就是需要在地上挖坑，操作人員作車輪定位調(diào)整時(shí)要在地坑中進(jìn)行。而舉升平臺就較為方便人員操作，但舉升平臺的跑臺長期使用后，可能會出現(xiàn)變形，使平臺不再水平。所以一般每使用半年就需要進(jìn)行校準(zhǔn)，避免其影響測量結(jié)果。上位機(jī)部分可以說是四輪定位儀的大腦。主程序軟件可提供給操縱人員各種車型的四輪定位參數(shù)及相關(guān)的操作提示，引導(dǎo)用戶進(jìn)行四輪定位的檢測操作。再由通訊系統(tǒng)接受由測量頭和轉(zhuǎn)角盤測得的信息。計(jì)算機(jī)對其進(jìn)行分析處理，通過事先標(biāo)定好的數(shù)學(xué)公式進(jìn)行計(jì)算直接得出最終測量結(jié)果，并在顯示器上顯示或

40、由打印機(jī)輸出。四輪定位儀通訊方式歷經(jīng)幾個(gè)發(fā)展歷程。從八十年代用電纜，到九十年代用紅外、高頻無線電，現(xiàn)在二十一世紀(jì)又出現(xiàn)了藍(lán)牙。技術(shù)的不斷的升級和創(chuàng)新，帶來的是更多的方便和快捷。下位機(jī)部分如四輪定位儀的四肢，去接觸并感應(yīng)汽車各車輪的定位角度信息。夾具是車輪的直接接觸者。測量頭安裝在夾具的軸銷上。因此夾具安裝的正確與否直接影響測量結(jié)果。轉(zhuǎn)角盤是測量汽車主銷傾角和轉(zhuǎn)向角的必要工具。轉(zhuǎn)角盤結(jié)構(gòu)如圖3.1所示，由固定盤、活動(dòng)盤、游標(biāo)指針、刻度尺、滾珠和鎖止銷等構(gòu)成。轉(zhuǎn)角盤可以使靜止的汽車轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向更為方便，并可通過指針讀出車輪轉(zhuǎn)過的角度。轉(zhuǎn)角盤不僅能保證轉(zhuǎn)向輪在其上轉(zhuǎn)向時(shí)的靈活輕便，更能保證轉(zhuǎn)向輪的橫向

41、和縱向位移。所以在調(diào)整主銷傾角時(shí)要用鎖止銷將活動(dòng)盤鎖死，防止調(diào)整時(shí)前輪發(fā)生位移使車輪偏角增大。1.固定盤； 2.活動(dòng)盤； 3.滾珠； 4.指針； 5.刻度尺；圖3.1轉(zhuǎn)角盤的結(jié)構(gòu)有些舉升平臺的跑臺上還裝有長后滑板。其作用是在調(diào)整獨(dú)立懸架的后輪定位參數(shù)時(shí)，可以使后輪自由轉(zhuǎn)動(dòng)。測量頭內(nèi)集成了兩個(gè)CCD光學(xué)測量裝置、兩個(gè)傾角傳感器及單片機(jī)處理系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖3.2。兩個(gè)傾角傳感器即外傾角傳感器和內(nèi)傾角傳感器，用于測量外傾角和主銷傾角。他們互成90°排列在測量頭大箱體內(nèi)。CCD光學(xué)裝置中安裝有光源和CCD器件，分別用來發(fā)射和接受光信號。CCD裝置在大、小箱體中各安置了一個(gè)，用于測量前束角、橫

42、角和推進(jìn)角。圖3.2 CCD式四輪定位儀測量頭的組成3.2 CCD式四輪定位儀的測量原理及數(shù)學(xué)模型3.2.1輪輛補(bǔ)償輪輛補(bǔ)償 是在測量汽車四輪定位參數(shù)前，必須進(jìn)行的一項(xiàng)操作。汽車經(jīng)過長時(shí)間使用后，輪惘鋼圈可能發(fā)生變形。在輪輛轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其端面左右偏擺，從而引起擺差。這時(shí)夾在車輪上的夾具，其軸銷不是垂直于車輪旋轉(zhuǎn)平面，而是形成了一定夾角。這個(gè)角度對測量結(jié)果的影響不能小視，因?yàn)檐囕喭鈨A角(1°至2°)和前束角(5至 40)本身是很微小的值。小小的角度誤差就會導(dǎo)致錯(cuò)誤測量結(jié)果的產(chǎn)生。由于這個(gè)夾角是根據(jù)夾具安裝在輪惘上位置的不同而隨機(jī)變化，所以這個(gè)角度的大小并不能預(yù)測或憑經(jīng)驗(yàn)推斷。因此

43、只能通過對輪輛補(bǔ)償來測出這個(gè)補(bǔ)償值。輪輛補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ窃谲囕喩习惭b好夾具與測量頭后，固定好轉(zhuǎn)向盤，再用舉升機(jī)將汽車升起一定高度使車輪懸空。然后分別測量車輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)0°、90°、180°、270°時(shí)的車輪外傾角值，然后通過計(jì)算得到偏擺補(bǔ)償量。圖3，3a為一汽車右前輪外傾角的偏擺補(bǔ)償原理圖。圖中0為該車輪本來具有的外傾角。0°實(shí)為外傾角傳感器在車輪轉(zhuǎn)動(dòng)0°時(shí)，實(shí)際測得的外傾角的值?？梢娪捎诖藭r(shí)測量頭的側(cè)平面AB與車輪中性面CD不是平行的。其向外傾斜了一個(gè)角度，造成了測量的誤差。令這個(gè)角度為ck1，則:=0°實(shí)一ck1， (3.1

44、) 式 (3.1)中0是一個(gè)未知的固定值，而ck1，是一個(gè)未知的隨機(jī)值，它的大小根據(jù)夾具在輪惘上的安裝位置的不同而改變。因此，要測得ck1，的值，就不能改變夾具與輪惘的相對位置。具體方法是(圖3.3b):將車輪連同夾具一起繞車輪軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)180°，然后再裝上測量頭測得此時(shí)車輪的外傾角，記為180°實(shí)。則由圖3.3b可得如下式子:0 =180°實(shí) +ckl (3.2)再由(3.1)式和(3.2)式相減得:ck1= (180°實(shí)一0°實(shí))/2 (3.3)式 (3.3)即為車輪外傾角的補(bǔ)償公式。圖3.3 輪惘補(bǔ)償原理圖前束的補(bǔ)償原理與外傾角一樣，區(qū)

45、別在于前束的補(bǔ)償值是通過分別測量車輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°和270°時(shí)的外傾角來求得。設(shè)ck2為其補(bǔ)償角度，則補(bǔ)償公式如下:ck2=（270°實(shí)一90°實(shí)）/2 (3.4)由于CCD式四輪定位儀為提高測量準(zhǔn)確度，必須要做輪惘補(bǔ)償。這使得檢測過程延長，車輪定位總時(shí)間大大增加。因此，CCD式定位儀很少應(yīng)用在汽車檢測線上，而在汽車維修業(yè)的應(yīng)用卻非常廣泛。3.2.2車輪外傾角、前束、推力角和車軸偏角的測量原理車輪的外傾角可通過測量頭里的外傾角傳感器直接測得。該傳感器可測量夾具軸銷與水平面的夾角。根據(jù)幾何知識該角度剛好等于車輪中心平面與地面鉛垂線的夾角，即車輪外傾角。前

46、束的測量原理，以8光束的CCD式四輪定位儀為例。如圖3.4所示，通過夾具固定在車輪上的4個(gè)測量頭共發(fā)出8條光束。這8條光束將被測車輛圍在一個(gè)矩形的測量場中。前束測量CCD和橫角測量CCD互相向?qū)γ娴腃CD測量裝置發(fā)出光束，同時(shí)測量來自對面CCD裝置的光束位置。以此來確定車輪的前束及車軸偏角。 圖3.4CCD式四輪定位儀的測量場圖3.5車輪前束角的測量當(dāng)車輪不存在前束時(shí)，其測量頭內(nèi)的前束測量CCD所發(fā)出的光束，應(yīng)該照射在其接受裝置的零點(diǎn)位置。當(dāng)車輪有一定的前束角時(shí)，（如圖3.5）為汽車前輪前束的測量原理圖?？梢娗拜喌腃CD測量裝置發(fā)出的光束沒有照在其接受裝置的零點(diǎn)位置，而是發(fā)生了一定的偏移。前束

47、角的大小和方向就可以通過這個(gè)偏移的距離和位置來表示。CCD傳感器會記下這個(gè)偏移的位置，經(jīng)處理將信息傳給主機(jī)，計(jì)算機(jī)通過該位置距零點(diǎn)位置的距離來計(jì)算出車輪的前束角。后輪前束的測量原理與前輪一樣。前面已經(jīng)介紹過:通過后輪前束可以確定汽車推力線的方向。推力角的測量問題自然就迎刃而解。同理，車軸偏角的測量就是看由左、右車輪橫角測量CCD發(fā)出的兩條橫向光束位置。如果車軸偏角很小(小于1°)，則這兩條光束近似重合。若存在較大的車軸偏角，就會出現(xiàn)兩條光束明顯錯(cuò)開的現(xiàn)象。此時(shí)可通過兩光束在左、右CCD傳感器上的偏移量，計(jì)算出車軸偏角的大小。3.2.3 轉(zhuǎn)向前展的測量轉(zhuǎn)向前展的測量是為了確定汽車轉(zhuǎn)向梯

48、形和各連桿是否完好。其主要是測量汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，內(nèi)側(cè)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)20°時(shí)，外側(cè)車輪此時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)的角度X。這時(shí)汽車的轉(zhuǎn)向前展為20°一X。分別測量汽車左前輪左轉(zhuǎn)20°和右前輪右轉(zhuǎn)20°時(shí)的轉(zhuǎn)向前展，然后與汽車廠家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比，就可檢驗(yàn)出汽車轉(zhuǎn)向梯形及各連桿是否有損壞。3.3 3D圖像式四輪定位儀結(jié)構(gòu)及測量原理3.3.1 3D圖像式四輪定位儀的構(gòu)成圖3.7為3D圖像式四輪定位儀構(gòu)成可見3D圖像式四輪定位儀與CCD四輪定位儀是有相同點(diǎn)的，它也具有轉(zhuǎn)角盤、舉升機(jī)、夾具及其它輔助附件等。且這些設(shè)備的結(jié)構(gòu)也大體相同，但與3D圖像式四輪定位儀匹配的舉升機(jī)和轉(zhuǎn)角盤必須具有較高

49、的機(jī)械精度。這也是3D圖像式四輪定位儀無法在我國汽車修理廠廣泛應(yīng)用的原因之一。3D圖像式四輪定位儀不同于傳統(tǒng)定位儀的特點(diǎn)是在于:它沒有測量頭，即不是通過那些精密的電子傳感器來測量車輪傾角和前束。于之替代的是四個(gè)分別固定在各車輪上的反光板。還有四臺CCD攝像機(jī)，它們分別安裝在主機(jī)兩側(cè)的一對立柱上。反光板的制作材料是有機(jī)玻璃。由于里面沒有精密的電子設(shè)備，所以在存放、搬運(yùn)和使用時(shí)也不易損壞。這是3D四輪定位儀相對于傳統(tǒng)四輪定位儀的優(yōu)勢之一。反光板上有許多大小不一的圓形反光斑。這些反光斑都是按規(guī)定大小和位置排列在反光板上。當(dāng)車輪運(yùn)動(dòng)時(shí)反光板也隨著運(yùn)動(dòng)。CCD攝像機(jī)就會拍攝到運(yùn)動(dòng)中各圓形反光斑的位置和角

50、度變化情況，通過電腦主機(jī)采集有用的信息，直接檢測出車輪轉(zhuǎn)向軸的狀態(tài)。CCD攝像機(jī)主要由CCD面陣圖像傳感器和發(fā)光二極管組成。CCD面陣圖像傳感器的分辨率的大小直接影響到測量的精度。所以必須使用高性能、高分辨率的CCD攝像機(jī)。這也就是3D圖像式四輪定位儀價(jià)格較為昂貴的原因之一。四臺CCD攝像機(jī)內(nèi)的發(fā)光二級管分別向四個(gè)車輪上的反光板發(fā)射固定頻率的紅外線。由于柱面鏡的拉伸效果，射出的紅外線形成一個(gè)光平面照在反光板上。光線經(jīng)反光板反射回CCD攝像機(jī)，然后被CCD攝像機(jī)拍攝成像。因此在測量時(shí)應(yīng)注意防止外界紅外線光源對反光板和CCD攝像機(jī)的干擾。3.3.2 3D圖像式四輪定位儀的測量原理（1）、透視與透視

51、縮短原理透視學(xué)研究的是物體的形狀、圖形，在一定的視覺空間范圍內(nèi)的產(chǎn)生機(jī)理及變化規(guī)律等問題。3D圖像式定位儀正是運(yùn)用了透視和透視縮短的原理。如圖3.8a所示，為一個(gè)圓從正面逐漸靠近時(shí)，視覺效果的變化規(guī)律。由透視原理可知，物體由遠(yuǎn)及近時(shí)，其視覺尺寸會有變大的趨勢。就是說物體的成像規(guī)律是近大遠(yuǎn)小。如果己知物體的原始尺寸和其成所像的大小，通過合理計(jì)算即可知道此物理距成像點(diǎn)的準(zhǔn)確距離。同樣，如果物體在一定的視覺空間范圍內(nèi)做有規(guī)則的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其圖形變化也是有規(guī)律的。圖3.8b所示為圓分別沿橫軸和縱軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，其圖形的變化。圖3.8透視和透視縮短原理圖可見圓沿后軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，其縱向的外觀尺寸會變得越來越小，直到最

52、后圖形完全變成一條橫向的線段。且線段長度等于圓的直徑。當(dāng)圓繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，其縱向外觀尺寸又會從零慢慢恢復(fù)到原來的大小(即圓的直徑)。因此可知，圓在沿橫軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，其沿旋轉(zhuǎn)軸方向的外觀尺寸保持不變，而縱向的外觀尺寸會隨著圓轉(zhuǎn)動(dòng)角度的不同有規(guī)律的變化。所以，若己知圓縱向外觀尺寸的大小，就可計(jì)算出圓此時(shí)沿橫軸轉(zhuǎn)過的角度。圓沿縱軸方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，也是同樣可通過其橫向的外觀尺寸來求出其沿縱軸旋轉(zhuǎn)的角度。如果將圓沿橫軸和沿縱軸的旋轉(zhuǎn)效果進(jìn)行合成，那么圓在空間任意方向旋轉(zhuǎn)的角度都可以通過以上原理計(jì)算，并且圓的旋轉(zhuǎn)軸的空間位置也可以確定。（2）、3D圖像式四輪定位儀定位參數(shù)的測量由上文可知，3D技術(shù)是運(yùn)用了透視學(xué)的原理

53、來測量車輪定位參數(shù)。這就可以解釋:為什么反光板上的反光斑的形狀都是圓形的。因?yàn)閳A既是軸對稱，又是中心對稱的特殊圖形。通過圓的空間位置變化來計(jì)算相關(guān)的幾何參數(shù)是最適合不過的了。3D圖像式四輪定位儀測量時(shí)，是以3個(gè)互相垂直的平面為定位基準(zhǔn)的。這3個(gè)平面分別是:主銷后傾角的基準(zhǔn)面輪軸平面;前束、車輪外傾角及主銷內(nèi)傾角的基準(zhǔn)面車輪平面;整車的基準(zhǔn)平面車身平面9。定位基準(zhǔn)面由每個(gè)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線來確定的。在進(jìn)行前束角及車輪外傾角測量時(shí)，要前后移動(dòng)汽車。車輪上的反光板隨車輪一起前后轉(zhuǎn)動(dòng)。通過CCD攝像機(jī)拍攝的反光板上圓形反光斑變化情況，來計(jì)算車輪前束角及外傾角。前束角的大小是通過分析和計(jì)算圓形反光斑沿縱軸旋

54、轉(zhuǎn)的變化情況得出的。因?yàn)橥鈨A角的存在，所以在車輪前后轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，反光板的對稱線會形成一組矢量曲面。轉(zhuǎn)動(dòng)前反光板的對稱線與轉(zhuǎn)動(dòng)后反光板的對稱線也會形成一個(gè)夾角，稱之為矢量角。外傾角的大小既可以通過對矢量角的檢測來得到(圖3.9)。圖3.9車輪定位參數(shù)的測量示意圖主銷傾角的測量時(shí)的操作方法與CCD式四輪定位儀類似。都是在汽車靜止時(shí)，將車輪向左和向右轉(zhuǎn)動(dòng)相同角度，然后測量出主銷傾角的大小。但兩者運(yùn)用的原理是不同的。3D圖像式四輪定位儀是通過測量車輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的位置，直接算出主銷傾角的大小。其中通過分析車輪左、右轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，圓形反光斑沿縱軸旋轉(zhuǎn)的情況可測得主銷內(nèi)傾角的大小。而分析圓形反光斑沿橫軸旋轉(zhuǎn)的情況，就可得出主銷后傾角的相關(guān)狀況?？偟膩碚f，3D圖像式四輪定位儀有如下特點(diǎn):l)運(yùn)用透視學(xué)的原理，原理上相對簡單，計(jì)算過程簡捷方便，提高了計(jì)算的準(zhǔn)確度。但對反光板圖案形狀及CCD攝像機(jī)的分辨率有嚴(yán)格的要求。2)檢測快速，準(zhǔn)確、有很高的工作效率。3)真正的無線。反光板制作材料為有機(jī)玻璃，上面沒有精密的電子元件，不易損壞，使用前也不用做水平校準(zhǔn)。對反光板的安裝準(zhǔn)確度也沒有很高的要求，其不會影響測量的精度。4)采用三維空間定位技術(shù)，四車輪可單獨(dú)進(jìn)行定位。舉升機(jī)不水平對測量結(jié)果也不會有影響。即無需定期標(biāo)定定位平臺。5)直接測量車輪的轉(zhuǎn)向軸在空間位置，并以此確定車輪定位參數(shù)。因此無需做鋼圈補(bǔ)償。6)