汽车四轮定位理论及调整技术研究毕业论文Word下载.docx
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先从汽车的构造说起，拿当前路上行驶的多数四轮轿车为例，轿车的转向车轮、转向节和前轴三者之间的安装具有一定的相对位置，这种具有一定相对位置的安装叫做转向车轮定位，也称前轮定位。
前轮定位包括主销后倾（角）、主销倾（角）、前轮外倾（角）和前轮前束四个容。
这是对两个转向前轮而言，对两个后轮来说也同样存在与后轴之间安装的相对位置，称后轮定位。
后轮定位包括车轮外倾（角）和逐个后轮前束。
这样前轮定位和后轮定位总起来说叫四轮定位。
四轮定位的作用是使汽车保持稳定的直线行驶和转向轻便，并减少汽车在行驶中轮胎和转向机件的磨损。
由于各汽车生产厂家对四轮定位原设计的不同、制造的不同，使得各轮的各种倾角和束值就各有不同，并且有可调部分和不可调部分之分；
做四轮定位就是通过四轮定位仪，检测出被测车辆的各轮倾角和束值是否符合原厂标准，如不符合可做随机调整。
只有车辆的定位数据准确，它的操控性能、稳定性能才能达到最佳状态，轮胎的寿命也才能达到最长。
换句话说，当驾驶员感到方向转向沉重、发抖、跑偏、不正、不自动复位或者发现轮胎单边磨损、波状磨损、块状磨损、偏磨等不正常磨损以及驾驶时车感飘浮、颠颤、摇摆等不正常的驾驶感觉，行驶中转向盘不正或行车方向的跑偏现象出现时，就应考虑做四轮定位了[1]。
1.3本文主要研究容
本论文共分为六章。
分别介绍了国外四轮定位的研究方法及研究现状；
四轮定位的基本参数、构成原理及检测方法和举例说明四轮定位调整的一般工作程序，常用方法。
其中，用较大的篇幅详细、重点的论述了四轮定位的基本参数、构成原理及检测方法和四轮定位调整的一般工作程序，常用方法，其它几章主要本着介绍、概括的目的，让大家略有了解，开拓思路。
第二章国外四轮定位的研究方法及研究现状
2.1传统测量技术
早期定位技术测量工具由前束尺，外倾角，后倾角测量装置等构成。
前束尺是通过测量左右两轮之间距离的差值来测量前束角的。
它只能测量以长度为单位表示的总前束值，不能测量单轮前束角，退缩角，推进角等参数，而且测量精度有限。
这种测量方法现在已经基本淘汰。
2.1.1光学水准定位仪
在被测车辆的两前轮和后轮上分别装有激光发射器，通过读取激光束照射在刻度尺上的位置来测量前束角。
当前束角为0时，激光束照射在刻度尺的0位，当前束角不为0时，激光照射位置发生偏移。
该偏移代表了被测车轮的前束角值。
2.1.2拉线四轮定位仪
以拉线代替激光对前束角进行测量的装置，该设备的测量功能进一步增强，由于采用了单片机等微电脑进行控制，测量的自动化程度有所提搞。
显示采用LED，更为直观方便。
也采用电脑控制显示，并且在电脑中存有各种车型的定位数据，以便于实际测量结果比较。
拉线定位仪前束角测量原理的核心是测量旋转角的旋转电位器（有的采用霍尔传感器或光电编码器或旋转变压器测量旋转位置）用于测量拉线的偏转角度。
2.1.3激光式四轮定位仪
激光式车轮定位仪通过光线照射或反射的方式形成一封闭的直角四边形。
将待检测车辆置于此四边形中，通过安装在车轮上的卡具及测量头可以测量车轮的定位参数[2]。
2.2新型测量技术
车轮定位参数的检测对整车安全性与可靠性的影响举足轻重。
传统的四轮定位仪，如激光式，红外式，水准式，光学式和拉线式车轮定位仪，由于其检测原理的局限性，存在需要的传感器众多，标定复杂，操作繁琐以及检测速度慢，精度不高等问题，从无法实现快速检测，使之难以在汽车检测线中得到广泛应用。
计算机视觉技术已经在交通导航，现场勘测，自动化生产，虚拟现实等诸多领域经行了成功应用，使得其高精度的策测量成为一种新兴的，先进的测量技术。
所以，一些国外公司研制了基于计算机视觉技术的测量系统，基于视觉技术的测量系统具有非接触，测量速度快，操作简单维护方便等特点。
这种测量技术利用CCD（ChargeCoupleDevice，即点和耦合器件）摄像机采集特定图像，经过特定的图像处理算法和坐标转换关系，计算出定位参数。
2.2.1国外研究现状
国外从事汽车四轮定位系统的研究机构很多，如德国博世（BOSCH），德国百世霸（BEISSBARTH），美国战车（JOHNBEAN）,美国亨特（HENTER）,美国BEF公司，美国现代（ModemEngineering），英国机灵狗（SUPERTRACKER）等，基于计算机视觉技术的四轮定位系统已经占据了国外市场主流，主要的四轮定位厂家如美国战车（JOHNBEAN），美国亨特（HENTER）率先研制出了基于视觉技术的四轮定位系统。
国外利用轮胎花纹摄影测量图像倾角来计算车轮外倾角；
基于计算机视觉技术的四轮定位参数测量图像处理方式，即V3D三维成像车辆技术；
利用计算机视觉技术，建立起图像传感器位姿和测量装置之间的数学关系，从而计算四轮定位参数，即动态法测量技术（建立数学模型）。
从本质上来说，以上几种都是利用计算机视觉技术来测量四轮定位参数。
为此，我们可以看出，基于计算机视觉技术的四轮定位方法已经在国外获得广泛的研究和应用。
现在国生产厂家也正致力于研究基于计算机视觉技术的四轮定位检测设备，但很多厂家主要是购买国外整机自己贴牌，或者进口机芯（含软件），自己生产其他部件，而完全独立开发的基于此种技术的国车轮定位仪则寥寥无几。
但随着国技术发展，相信有一天中国在这一领域会取得较大突破[3]。
2.2.2V3D三维成像车辆技术
V3D（Visualinerwith3DImagingTechnology）意为三维成像技术课时定位，是一种采用计算机视觉技术进行四轮定位的全新测量方式。
V3D的技术是革命性的，完全是有别于传统定位仪。
V3D技术测量原理，由计算机+信息主板+高性能数码摄像机+4个反光板组成系统。
V3D四轮定位的测量部分使用高分辨率的面阵图像传感器（面阵CCD或数码相机），而原来机头由一反光板代替，目标盘上有你一定规律排列的反光斑，构成V3D系统的基本原件，围绕在数字摄像机周围的发光二极管不断发射固定频率的红外线，目标盘接受到光线后，将光线反射摄像机进行成像。
经过图像分析和处理后，根据透视学原理求取定位参数[4]。
2.2.3动态法测量技术（建立数学模型）
动态法主要是在车辆运行过程中，通过测量车轮外倾角和车轮前束角两者综合作用在车轮上，使车轮所承受的测向力和侧向滑移量（侧滑量），来判断车轮外倾角和车轮前束角二者的配合状况良好与否。
此方法提出了满意准则数学模型的车轮定位参数智能化测量方法，运用二次回归正交组合设计方法组织和安排实验，以车轮外倾角和前束角值作为实验因素，侧向力和侧滑量作为实验目标，通过对实验数据回归处理得到了试验车辆的侧滑量或侧滑量同车轮外倾角以及前束角值之间的映射关系。
运用遗传算法和满意准则数学模型的广义形式组成本测量方法的核心计算环节，并结合实验得到的映射关系，实现了车轮定位参数的动态测量[5]。
2.3国外发展沿革
国外针对车轮定位检测技术的研究较早，50年代就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。
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，测量过程复杂，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、主销倾及主销后倾。
到90年代末，国厂家开始大量生产四轮定位仪，如玄豹的SDH3000，大力的DL4800，海德的HC4800，车安的AS888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。
汽车车轮定位参数检测技术经历了早期手工的，复杂的操作过程，发展到以计算机视觉为基础的定位参数检测，增加了测量的精确性，提高了操作效率。
基于计算机视觉技术的车轮定位参数检测是今后这一领域发展主要方向，国一些定位仪生产厂家和科研单位正在研究这种基于计算机视觉的V3D技术。
该项目目前在我国正处于起步阶段，急需广大科技工作者的共同努力，不断提高国定位仪的性能和技术水平。
我们相信，随着大家的不懈努力和V3D技术的不断完善，中国的四轮定位仪测量技术和产品水平将会迅速地不断提高。
第三章汽车四轮定位认识
本文主要是对汽车四轮定位原理及测试系统的研究，所以在本章对汽车四轮定位基础常识和基本理论做简单介绍以便于理解本文的后续容。
3.1汽车四轮定位基础常识
3.1.1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
①增加行驶安全
②直行时方向盘正直
③转向后方向盘自动回正
④减少汽油消耗
⑤减少轮胎磨损
⑥维持直线行车
⑦增加驾驶控制感
⑧降低悬挂配件磨损
（3）什么情况下，需要进行四轮定位
①每行驶10000公里或六个月后
②直线行驶时车子往左或往右拉
③直行时需要紧握方向盘
④直行时方向盘不正
⑤感觉车身会漂浮或摇摆不定
⑥前轮或后轮单轮磨损
⑦安装新的轮胎后
⑧碰撞事故维修后
⑨换装新的悬挂或转向有关配件后
⑩新车每行驶3000公里后[6]
3.1.2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[7]。
3.2四轮定位的基本参数
●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[8]。
3.2.1主销后倾角
在汽车的纵向平面（汽车侧的面），主销上部有向后倾斜的现象叫主销后倾。
主销轴线和地面垂直线在汽车纵向平面的夹角γ叫主销后倾角。
图3-1所示。
图3-1主销后倾角
主销轴线与路面交点a将位于车轮与路面接触点b前面，当汽车直线行驶时若转向轮偶然受到外力作用而稍有偏转（例如右偏转，如图中箭头所示），将使汽车行驶方向向右偏离，这时由于车辆本身离心力作用，在车轮与路面接触点b处，路面对汽车作用着一个侧向反作用力Y。
反力Y对车轮形成绕主销轴线作用力矩YL，其方向正好与车轮偏转方向相反。
在此力矩作用下，将使车轮回复到原来中间位置，从而保证汽车能够稳定地直线行驶，故此力矩称为回正的稳定力矩。
但此力矩不宜过大，否则在转向时为了克服此稳定力矩，驾驶员须在转向盘上施加较大力（即转向沉重）。
因稳定力矩的大小取决于力臂L的数值，而力臂又取决于后倾角γ的大小，因此，为了不使转向沉重，主销后倾角γ不宜过大，现在，γ角一般不超过0°
～3°
。
主销后倾角的获得一般是前轴，钢板弹簧和车架三者装配在一起，由于钢板弹簧前高后低，使前轴向后倾斜而成。
由此可知，车架变形，钢板弹簧疲劳，转向节松旷，车桥扭转变形等均将使主销后倾角发生变化。
3.2.2主销倾角
在汽车横向平面主销上部向倾斜的现象叫主销倾。
主销轴线与地面垂直直线在汽车横向平面的夹角β称为主销倾角。
如图3-2。
图3-2主销倾角
主销倾角β有使车轮自动回正的作用，当转向轮在外力的作用下由中间位置偏转一个角度（如图中双点画线位置），理论上车轮的最低点将陷入路面一下h距离。
但实际上这是不可能的，而是将转向车轮连同整个汽车前部向上抬起一个相应的高度。
此时汽车本身的重力将使转向车轮回到原来的中间位置。
主销倾还是主销轴线与路面交点到车轮中心平面与地面交线的距离减小，这可减小转向时加在转向盘上的力，使转向操纵轻便，同时减小从转向轮传到转向盘上的冲击力。
但L1值不宜过小，即主销倾角不宜过大，否则在车轮绕主销偏转的转向过程中，轮胎与路面间将产生较大的滑动，轮胎与路面间的摩擦力将增大。
造成转向沉重，轮胎磨损加剧。
一般倾角β不大于8°
，距离L1一般为40～60cm。
3.2.3前轮外倾角
前轮安装在车桥上时，其旋转平面上方略向外倾斜的现象称为前轮外倾。
通过车轮中心的汽车横向平面与车轮的交线与地面垂直之间的夹角α称为前轮外倾角，α也具有定位作用，如图3-3。
图3-3前轮外倾角
如果空车时车轮的安装正好垂直于路面，则满载时车桥将因承载变形而可能出现车轮倾，这将加速汽车轮胎磨损。
另外，路面对车轮的垂直反作用力沿轮毂的轴向分力，将使轮毂压向轮毂外端的小轴承，加重了外端小轴承及轮毂紧固螺母的负荷，降低了他们的使用寿命。
因此，为了使轮胎磨损均匀和减轻轮毂外轴的负荷，安装车轮时应使车轮有一定的外倾角，以防止车轮倾。
同时，车轮有了外倾角也可以与拱形路面相适应。
但是，倾角也不宜过大，否则会使轮胎产生偏磨损。
前轮的外倾角是在设计转向节时确定的。
设计时使转向节轴颈的轴线与水平面成一角度而获得（一般α为1°
左右）。
3.2.4前轮前束
汽车两个前轮安装后，在通过车轮轴线而与地面平行的平面（俯视），两车轮前端略向束的现象称为前轮前束。
左右两轮前边缘距离B小于后边缘A，A-B之差称为前轮前束值，如图3-4。
车轮有了外倾角后，在滚动时九类似于圆锥滚动，从而导致两侧车轮向外滚开。
由于转向横拉杆和车桥的约束使车轮不可能向外滚开，车轮将在地面上出现边滚边向滑移的现象，从而增加了轮胎的磨损。
为消除车轮外倾后带来的不良后果，在安装车轮时使汽车两前轮的中心平面不平行，两轮前边缘距离小于后边缘距离，俯视车轮，汽车的两个前轮的旋转平面并不完全平行，而是稍微带一些角度，如此形成前轮前束。
图3-4前轮前束
前轮前束是为了消除车轮外倾带来的不良影响。
因前轮外倾，在滚动时将导致两侧车轮向外滚开。
由于转向横拉杆和车桥的约束使使车轮不可能向外滚开，车轮将在地面上出现边滚边滑动的现象，从而增加了轮胎磨损。
当两车轮具有前束时，两车轮向前滚动时会产生向侧的滑动。
这样前束引起的滑动可以抵消外倾引起的滑动，从而基本保证两前轮无滑动的向前运动。
前轮前束可通过改变横拉杆的长度来调整。
检查调整时可根据规定的测量位置和测量方法使两前轮的前后距离之差符合要求。
●后轮定位
3.2.5后轮定位参数
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[9]。
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
3.2.6与后轮定位相关的概念及作用
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。
3.3汽车四轮定位基本参数详解
在我们了解了四轮定位技术的相关参数后，现在就四轮定位仪做一下简单的介绍。
为什么有些汽车喜欢走偏？
为什么有些汽车转弯很费力？
为什么有些汽车的轮胎磨损得快？
这些问题大多涉及到一个轮胎安装角度问题－一个非常重要的转向轮位置角度，叫做“前轮定位”。
它的作用是保障汽车直线行驶的稳定性，转向轻便和减少轮胎的磨损。
前轮是转向轮，它的安装位置由主销倾、主销后倾、前轮外倾和前轮前束等4个项目决定，反映了转向轮、主销和前轴等三者在车架上的位置关系。
主销倾是指主销装在前轴略向倾斜的度，它的作用是使前轮自动回正。
角度越大前轮自动回正的作用就越强烈，但转向时也越费力，轮胎磨损增大；
反之，角度越小前轮自动回正的作用就越弱，因此这个主销倾角都有一个围，约5°
～8°
之间。
主销后倾是指主销装在前轴，上端略向后倾斜的角度。
这与摩托车的前叉向后倾的道理一样，它使车辆转弯时产生的离心力所形成的力矩方向与车轮偏转方向相反，迫使车轮偏转后自动恢复到原来的中间位置上。
由此，主销后倾角越大，车速越高，前轮稳定性也愈好。
但后倾角大也会令驾驶者转动方向盘费力，因此主销后倾角也有一个围，一般不大于3°
有些轿车的轮胎气压低弹性大，行驶时轮胎与地面接触面中心向后移动，也会产生一种力矩，故后倾角可以减少，甚至变为负值，即主销前倾。
主销倾和主销后倾都有使汽车转向自动回正，保持直线行驶的功能。
不同之处是主销倾的回正与车速无关，主销后倾的回正与车速有关，因此高速时后倾的回正作用大，低速时倾的回正作用大。
前轮外倾角对汽车的转弯性能有直接影响，它的作用是提高前轮的转向安全性和转向操纵的轻便性。
前轮外倾角俗称“外八字”，如果车轮垂直地面一旦满载就易产生变形，可能引起车轮上部向倾侧，导致车轮联接件损坏。
所以事先将车轮校偏一个外八字角度，这个角度约在1°
左右。
前束是汽车修理工非常熟悉的工作，汽车修理都要校对车轮前束。
所谓前束是指两轮之间的后距离数值与前距离数值之差，也指前轮中心线与纵向中心线的夹角。
前轮前束的作用是保证汽车的行驶性能，减少轮胎的磨损。
前轮在滚动时，其惯性力会自然将轮胎向偏斜，如果前束适当，轮胎滚动时的偏斜方向就会抵消，轮胎外侧磨损的现象会减少。
不同的汽车前束调校值是不一
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