毕业论文汽车四轮定位原理及测试系统研究

毕业论文汽车四轮定位原理及测试系统研究内容摘要：

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22 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，主销内倾角越兰州工业学院毕业设计说明书（论文） 13 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 22 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。 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兰州工业学院毕业设计说明书（论文） 14 间的夹角为前束角。 如图 23 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 23 前 束 角 图 24 外倾角 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 24 所示。 兰州工业学院毕业设计说明书（论文） 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。 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 25。 图 25 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，由于内兰州工业学院毕业设计说明书（论文） 16 侧轮形成比外侧较大 1~3186。 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。 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。 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。 后轮定位 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。 兰州工业学院毕业设计说明书（论文） 17 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 26 和图 27。 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 26 后轴未发生偏向时中心线和推力线 兰州工业学院毕业设计说明书（论文） 18 图 27 后轴偏向造成推力线偏离了几何中心线 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。 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。 做四轮定兰州工业学院毕业设计说明书（论文） 19 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。 兰州工业学院毕业设计说明书（论文） 20 第三章 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。 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 31 8 束光线形成封闭的四边形 兰州工业学院毕业设计说明书（论文） 21 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 32 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。 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。 图 3－ 2 光敏二极管的结构和外形 兰州工业学院毕业设计说明书（论文） 22 1 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 33 车轮前束角的测量原理 图 34 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。