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汽车四轮定论文

摘要

随着我国经济主体的转型，中国的汽车工业步入了蓬勃发展的阶段。

从汽车产量上看，中国已经是世界上最主要的汽车制造基地之一。

经过多年的发展，中国汽车工业也逐步具备自主研发能力。

在不久的将来，也必将具备完全的自主研发能力，实现从合资引进到自主研发的跨越，我国的汽车工业在世界汽车工业体系中将占据越来越重要的地位。

随着中国社会的快速发展，国内高速公路网络不断完善，汽车各项技术不断发展，汽车行驶车速不断提高，突然加速、紧急制动、紧急转向等动作的出现，会使车轮在行驶过程中受到的较大变化的冲击载荷，这些将会影响到汽车车轮的运行轨迹，也会导致转向沉重、轮胎异常磨损、车辆跑偏、零件磨损加快、油耗增加等现象。

为了保证汽车的稳定性、操控性，减少轮胎和零件的磨损、增加汽车行驶的总体安全性，四轮定位技术在现代汽车行业成为不可或缺的技术，具有较高的社会经济价值。

本文首先介绍了国内外近年来对汽车四轮定位技术的研究，并结合汽车车轮定位参数的基本理论，分析了各定位角对汽车性能的影响及各参数间的关系。

然后进一步阐述了目前汽车四轮定位检测技术的发展状况。

最后结合本人在DPCA质量预分析工作实际，对DPCA部分车型行驶跑偏故障案例进行分析，提出解决问题的方法。

关键词：

四轮定位；检测技术；前轮定位；后轮定位；行驶跑偏

Abstract

WiththeimprovementofChina'sinternationalstatusandthetransformationoftheeconomicentity,autoindustryofChinashippedontotheboomingstage.Accordingtotheautoproduction,Chinahasbeenoneoftheworld'smainmanufacturingbaseofautoindustry.Inthelongrun,China'sautomotiveindustrywillachievecompletelyindependentdevelopmentability,andgraduallyraiseitsstatusintheworldautomobileindustrysystem.Withtherapiddevelopmentofautoindustry,carownershipinChinaisrisingeveryyearandincreasedquickly.Atpresent,withthehighwayconstantlyimproved,automotivetechnologydeveloped,carspeedincreasedandtheemergenceofsnap-acceleration,snap-deceleration,nasty-steering,urgent-brake,carwheelsundertheimpactloadhappenedintheprocessofdriving,willaffectthemovingtrajectoryofcarwheels.Meanwhile,itwillhappenthattireabnormalwearied,partsweariedspeedup,twistdirection,vehiclerunningdeviation,fuelconsumptionincreased,andthesefactorswillleadtovehicleperformancedegradation.Inordertomeetdrivingstabilityandridingcomfortrequirementsundertheconditionofhighspeed,andguaranteethestabilityofthecardrivingstraightlightweight,steeringcycleingoodperformance,andreducethepartsorthetyreabrasion,increasethesafetyofthecar,four-wheellocationtechnologyofautohashighsocialandeconomicvaluewhichbecomeindispensableinmodernautomobileindustry,alongwiththecontinuousimprovement,itmakesthedetectionsimple.

Thispaperfirstlyintroducestheresearchofautomobilefour-wheelpositioningtechnologyathomeandabroadinrecentyears,combinedwiththebasictheoryofautomobilewheelalignmentparameters,analyzestheinfluenceoftheangleofthepositioningofthevehicleperformanceandtherelationshipbetweentheparameters.Thenfurtherexpoundsthecurrentdevelopmentsituationofautomobilefour-wheelpositioningdetectiontechnology.Finallycombiningtherealityofauthor’sworkinDPCAqualitypreanalysis,analyzepartofDPCAvehicledrivingwanderingfaultcase,thenputforwardthemethodtosolvetheproblem.

Keywords:

Four-wheelpositioning,detectiontechnology,wheelalignment,rearwheelpositioning,drivingdeflection

第1章绪论

1.1研究背景和意义

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控的稳定性也越来越加重视和关注。

本文主要介绍了国内外现阶段对汽车四轮定位技术的研究、汽车四轮定位检测技术的发展状况以及汽车四轮定位技术在售后的相关应用，并结合本人在DPCA质量预分析工作的实际，重点对DPCA某车型轮胎异响和行驶跑偏两个故障案例进行分析，提出解决问题的方法。

汽车在下线商品化时，四轮定位参数是根据设计要求由零部件的参数及装配工艺来保证的。

这些在设计之初就确定完成的车轮定位参数能够保证汽车的行驶舒适性和操控安全性的。

但是，任何事物都是有一定的使用寿命的，汽车在经过一定时间的使用之后，各个定位参数会由于路况恶劣、零部件磨损或者交通事故等原因而产生一系列微小的变化。

这些看似微小的变化可能会导致一系列严重的后果，例如车辆发飘、轮胎非正常磨损、车辆跑偏、转向沉重等故障，给车辆安全造成隐患，一旦发生事故，影响极其恶劣。

因此，研究汽车四轮定位技术在在售后质量预分析工作中的应用，对快速准确解决客户车辆故障，提高汽车的安全性及经济性有重要意义。

1.2国内外研究现状

国外的汽车工业和汽车文化起步都比较早，四轮定位相关技术的研究具有相当雄厚的基础，相关的生产技术和相应的设施设备较为的齐全，加之国民对车辆的需求较大，这一系列的因素带动了以四轮定位为首的汽车检测行业的发展，各个公司根据市场的需求不断的更新自身的检测技术以及服务，发明了相配套高度自动化、高精度的检测诊断设备，使得国外的汽车四轮定位一直走在世界的最前列，其中有许多宝贵的经验值得国内广大厂家去积极的学习。

目前，四轮定位检测主要依靠3D定位仪，是将数字图像识别技术和物理透视学技术相结合而开发的一种新的四轮定位仪，具有测量精度高、操作简单等特点。

我国由于汽车工业起步较晚，四轮定位方面的技术发展与西方汽车工业发达国家相比存在一定的差距。

我国的汽车四轮定位行业发展经历了从引进设备到自主研发设备并推广应用，从单项性能检测到综合性能检测的发展。

60年代引进台架式四轮定位仪；80年代初，投产了GCD-Ι型光束水准式前轮定位仪；到90年代末，开始大量推广四轮定位仪，但至今能普及使用并且高精度的国产化设备较少，国内正在使用的四轮定位仪60%来自国外，以德国和美国的居多。

广东地区是国产四轮定位仪的主要生产地，国内生产的四轮定位仪在经过不断的技术革新之后，其自动化程度也越来越高，但是与发达国家相比，还是存在不小的差距。

硬件的滞后绝大部分的4S店还不能对汽车四轮定位进行精确测量，只有在极少部分的轮胎专营商才能进行相关检测。

这些情况，给主机厂的售后服务和故障处理带来了一定的难度。

1.3论文的主要研究内容

本文首先介绍了国内外近年来对汽车四轮定位技术的研究，并结合汽车车轮定位参数的基本理论，分析了各定位角对汽车性能的影响及各参数间的关系。

然后进一步阐述了目前汽车四轮定位检测技术的发展状况。

最后结合本人在DPCA质量预分析工作的实际，对DPCA某车型行驶跑偏故障案例进行分析，提出解决问题的方法。

第2章汽车四轮定位技术概况

2.1四轮定位发展史

四轮定位的相关技术伴随着汽车工业的发展而不断进步，虽然在测量方式、数据处理、数据传输方式方面不断变化，但是其基本原理一直没什么大的变化。

按时间次序分为：

①前束尺，②光学水准定位仪，③拉线定位仪，④拉线电脑四轮定位仪，⑤光学电脑四轮定位仪。

按测量数据传输技术的不同分为：

（1）有线定位仪：

定位仪检测传感器测量数据通过电缆传送到主机。

有线数据传输可采用的技术有很多种，采用何种技术主要取该项技术的性价比、实施难度等因素。

（2）红外无线定位仪：

红外线无线传输技术主要依靠红外线载体将调制后的数据传输至接收器，接收器将接收到的红外信号送至解调器处理，进行数据恢复。

因为红外线具有方向性，所以红外线的数据传输也具有方向性，同时红外线难以被遮挡、传输距离不远，这都是红外线的缺陷，但是其主要特点是技术简单、成本低。

（3）高频无线定位仪：

需要传输的数据经过调制处理后，以高频无线电波为载体向周围空间发送。

它所采用的无线电频段一般，相对于红外线传输技术，高频无线电具有传送距离远、方向性不强等优点，不过其主要缺点是成本较高。

最初的四轮定位测量工具比较简单，主要由前束尺、外倾角测量装置、后倾角测量装置等构成。

前束尺主要是测量在同一高度平面内的两前轮之间前后距离，然后计算差值，该差值即为前束。

前束尺存在相当大的局限性，只能测量总前束值，而不能对单轮前束、推进角等参数进行测量，并且测量精度也十分有限。

早期的装置往往只能测量数据，至于测量数据是否符合被测车辆的技术规格，还需要人工判断。

测量结果也不能自动记录、打印。

该装置的主要优点是操作简单。

光学水准定位仪。

随着激光技术的不断进步，出现了采用激光技术测量前束的光学水准定位仪。

该仪器的整体性能有了大幅提高，可以较为精确地进行数据测量。

其工作原理如下：

在车辆的两个前轮、两个后轮的特定位置安装激光发射器，激光发射器发射光束照在刻度尺上，通过人工读取刻度尺上的刻度来测量数据。

该测量装置具有操作简单，价格低廉等特点，但仍然需要人工读取测量数据。

拉线四轮定位仪。

随着单片机等微电脑技术的不断进步，出现了自动化程度更高的拉线四轮定位仪。

拉线四轮定位仪与光学水准定位仪最大的区别在于测量手段的不同，以拉线代替激光。

拉线四轮定位仪采用了单片机等微电脑进行控制，测量的自动化程度大幅提高。

该设备采用电脑控制显示，更为直观、方便。

另一个重要的进步之处在于，该设备在电脑中存储了各种车型的定位参数标准数据，实际测量结果可以直接与标准数据进行对比。

拉线定位仪在发展之初只有两个测量机头，对四轮定位进行测量需要进行两次操作。

随着技术的进步，出现了四机头的设备，一次操作就可以完成所有车轮定位参数的测量工作。

不过，该设备的主要缺陷在于操作复杂，测量精度不高。

光学电脑四轮定位仪。

激光四轮定位仪和红外线四轮定位仪的测量对象都是光线的偏转角度，差别仅在于测量传感器不同。

激光四轮定位仪最终输出的结果是激光的偏转角度，偏转角度是通过激光在传感器上的位置信息计算得出的，再经过进一步计算得出前束的测量数据。

红外线传感器的红外线的偏转角度则是通过计算测量红外发光源在视野中的水平坐标得到的。

两者在测量方式上略有不同。

随着电子技术的不断发展以及个人计算机成本不断下降，出现了电脑四轮定位仪。

其原理事将计算机技术与光学测量技术相结合。

电脑四轮定位仪的出现拓展了四轮定位仪的功能，并且使得四轮定位的操作更为简单和人性化，其特点如下：

一是操作界面友好；二是电脑中存储了各种车辆的标准定位数据，可以直接把测量数据与标准数据进行对比，为操作人员调整车辆提供指导。

2.2主要技术参数

在GB/3730.3-92《汽车和挂车的术语及其定义》中，明确定义了车轮定位有关参数，充分考虑了部分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。

汽车四轮定位的主要参数包括：

前束（Toe-in）、外倾（Camber）、主销后倾角（casterangle）、主销内倾角（steeringaxisinclinationangle）；其它定位参数包括：

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）。

恰当的车轮定位参数是整车行驶稳定性的基础，能够确保在各种恶劣工况下汽车的行驶稳定性。

因此，为了提高汽车的安全性、平顺性和舒适性，在整车的设计开发阶段必须恰当地规定车轮定位参数。

其重要作用如下：

一是可以减少轮胎的非正常磨损。

一组新的轮胎装配在车辆上，在使用过程中由于种种原因，并不是所有的轮胎都能够保持同样程度的磨损，有时候其中一个轮胎使用不久就发生异常磨损。

一般情况下，个别轮胎的异常磨损是车轮定位参数异常造成的。

二是车辆的稳定性。

不恰当的四轮定位可能加剧转向系的摆振，造成行驶跑偏、车轮不能自动回正、来自路面的振动无法被系统有效的吸收。

三是可以降低转向系统和悬架系统零件的非正常磨损。

不恰当的车轮定位参数也会造成悬架系统和转向系统传动部分的零件非正常磨损。

四是保证最佳的行驶平顺性。

正确的车轮定位可以帮助前、后悬架处于最佳工作状态，使所有系统零件处在正确关系中，保证车辆的行驶平顺性。

2.3前轮定位

2.3.1主销后倾角

主销是传统汽车上转向时转向轮的回转中心，许多独立前悬架的汽车已经不存在主销，转向轮在转向时，是围绕转向轮转向轴线左右转动的。

我们保留了主销这个定义，将其作转向轮转向轴线的代名词，实际上并不是真正的主销。

关于主销后倾角，定义如下：

在整车总布置的纵向垂直平面内，主销轴线与通过前轮中心垂线的夹角叫主销后倾角。

其中，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。

具体如图2-1所示。

（a）主销后倾角（b）正主销后倾角（c）负主销后倾角

图2-1主销后倾角

主销后倾角主要有两个作用：

保证汽车直线行驶的稳定性；转向轮自动回正。

主销后倾是指从汽车的侧面看时每个前轮转向轴的倾斜，倾斜程度是用后倾角来度量的。

如果转向轴向后倾斜，即上端的球形接头或支杆安装点在下端的球形接头后面，则后倾角就是正的；如果转向轴向前倾斜，则后倾角就是负的。

主销后倾角对整车性能的影响主要在行驶稳定性和转向轮的回正功能两个方面。

较大的正后倾角可以使前轮保持沿直线行驶的趋势。

如果正后倾角设置合理，汽车的行驶稳定性就可以得到保证，而且转向轮转向后能够自动回正。

但是，正后倾角也会增加转向阻力。

过小的主销后倾角会影响车辆稳定性，造成车辆的转向不稳定，转向时车轮会晃动。

在极限情况下，车轮的晃动会加剧前轮的异常磨损。

2.3.2主销内倾角

汽车转向节主销轴线与铅垂线在垂直于车辆纵向对称平面的平面上的投影锐角叫主销内倾角。

如图2-2所示。

图2-2销内倾角

a）销轴中心线b）主销内倾角

主销内倾角的主要作用是使汽车转向后自动回正，倾角越大，回正作用越强，反是转动转向盘越费力，且增加轮胎磨损。

当转向轮回转时，由于地面反作用力，转向车轮和车头会相应地抬起一定的高度。

这样，在车辆本身的重力作用下，产生了一个使转向车轮回复到原来位置的效应，使得方向盘更容易复位。

此外，主销内倾角还减小了主销轴线与路面的交点到车轮中心平面与地面交线的距离，减小了转向时驾驶员需要施加在方向盘上的力，使转向更为轻便。

另外，也可以减少从车轮反馈到方向盘上的冲击力。

2.3.3前轮前束

前轮前束，是指汽车左右前轮的前端距离小于后端距离，其差值叫做前束值。

从整车总布置的上面往下面看，两个前轮形成一个开口向后的“八”字形。

采用这种设计结构的目的是为了修正前轮外倾角引起的车轮向左右两边外侧偏转的倾向。

由于外倾角的存在，使得转向操作更为方便，同时，由于车轮倾斜，左右前轮分别向外侧转动，为了消除外侧转动的倾向，左右两轮带有向内的角度，则正负为零，左右两轮可保持直线行进，减少轮胎磨损。

如图2-3所示。

图2-3前轮前束

为了保证汽车直线行驶的稳定性，转向轮必须具有自动回正的能力，即当转向轮在偶然遇到外力（如碰到障碍物）作用发生偏转时，在外力消失后能立即自动回到直线行驶的位置。

这种自动回正的能力是由转向轮的定位参数来保证的。

前轮前束就是这些定位参数中的一种。

为了消除车轮外倾带来的不良后果，在安装车轮时，使汽车两前轮的中心面不平行，两轮前边缘距离小于后边缘距离，两者的距离之差即为前束。

综上，可以总结前束的作用如下：

消除前轮外倾带来的不利影响，使车辆保持直线行驶，减少轮胎磨损。

前束值一般不大于8mm，可以通过调节横拉杆的长度来保证。

2.3.4前轮外倾角

汽车前轮转动所在平面并不是与地面垂直的，而是与地面有一个向外的倾斜角。

从汽车的前方看，轮胎的几何中心线与地面的铅垂线有一个夹角，即前轮外倾角，如图2-4所示。

图2-4前轮外倾角

前轮外倾角的作用：

一是可以使车轮接近垂直路面滚动减小转向阻力，使汽车转向轻便。

二是减少轴承及相关零件的载荷，延长使用寿命，提高安全性。

另外设计这个倾斜角有着特殊的作用，当在平坦的路面上行进时，汽车方向会有一定误差的偏离，如果这个倾角不存在，就必须由驾驶员的操作来纠正偏差；如果有这个倾角，在一定等到误差范围内，前轮能够自动回到中间向前的方向的轨迹上来。

这样，可以保证汽车的行进方向基本不变。

2.3.5转向梯形

从理论上来讲，汽车在转向时，各个车轮的滚动轴线应当在同一平面内相交于一点，这样，才能保证每个车轮的纯滚动，否则，车轮将会打滑。

因此，要求汽车内转向轮的偏转角必须大于外转向轮的偏转角。

而转向梯形杆系的出现满足了内转向轮的偏转角大于外转向轮的偏转角的要求，通过由横拉杆和左右转向梯形臂组成的梯形杆系，可以非常近似地满足上述要求。

参见图2-5。

图2-5转向梯形

不过，转向梯形杆系只是近似地满足内转向轮的偏转角必须大于外转向轮的偏转角的要求。

现有的汽车转向梯形杆系，都不可能完全保证理论的要求。

2.4后轮定位

由于常规汽车只是前轮转向，后轮不转向，所以多数汽车不考虑后轮定位的问题。

少数高速汽车考虑到高速行驶时后桥会变形，导致后轮不能正对前方滚动，会考虑设置一个前束值来减小轮胎的高速磨损。

也有少数跑车会设置车轮内倾，来提高高速转向时轮胎和地面之间的接触性能。

发动机前置前驱的汽车通常设置很小的后轮反前束。

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。

因此，对于前驱车辆而言，后轮的反前束值大约比前轮大1倍。

后轮前束的主要作用是保证四个车轮平行，减少后轮侧向滑动，减少轮胎后轮轮胎的异常磨损，提升轮胎的使用寿命。

第3章汽车四轮定位检测技术的研究

3.1测量原理

常用的定位仪根据定位仪的测量方式、数据记录以及传输的方式不同，分为拉线式定位仪、光学式定位仪、电脑拉线式定位仪和电脑激光式定位仪四种，下面简单介绍一下定位仪测量原理。

3.1.1车轮前束和推力角的测量原理

在检测车轮前束之前，为了提高车轮前束值的测量精度，一般通过拉线或者光线照射和反射形成一个封闭的直角四边形（如图3-1）所示，然后将准备检测的车辆置于此四边形中，通过车轮上安装的光学镜面或传感器就可以检测前轮前束、后轮前束及推力角。

测量车轮前束时，要将车体摆正，方向盘位于中间位置。

图3-1束光线形成的四边形

3.1.2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定位参数的测量都是关于角度的测量，都可以用角度传感器直接或间接测量。

主销后倾角和主销内倾角不能直接测出，只能用建立在几何关系上的间接测量。

测量原理如图3-2、图3-3。

图3-2主销后倾角的测量原理计算图

图3-3主销内倾角的测量原理计算图

3.2汽车四轮定位仪使用注意事项

3.2.1车身注意事项

在进行四轮定位之前，要先检查车身高度，前轴附近的车身高度和后轴附近的车身高度一般是不一样的。

但无论是前轴附近还是后轴附近，车身高度左右的高度差都不应超过十几毫米，否则易使弹簧疲劳甚至断裂，并有跑偏现象。

测量左右高度差时，一般是测量沿通过车轮转动中心的铅垂线上从车轮转动中心到车眉边缘的距离，或前后门槛下面车身裙部到地面的距离，或下摆臂缓冲胶顶部到悬架止动点之间的距离等，可根据不同车型结构采用不同的方法。

若距离差别太大，能调整的则先进行调整，不能调整的则检查悬架系统弹性元件，必要时进行更换。

3.2.2发动机注意事项

发动机总成和车架一般是通过缓冲胶弹性连接的，这是为了消除汽车行驶过程中车身的变形对发动机的影响，减少传递给底盘和乘员的振动和噪声。

若缓冲胶开裂，则起步或换挡的过程中会感觉车身有振动感，应加以注意。

一般而言，根据受力情况的差异，横置发动机的前后减震垫易开裂，而纵置发动机的左右减震垫易开裂。

3.2.3底盘各系统注意事项

1）转向盘摆正与前轮摆正的区别。

转向盘摆正指转向盘横向与仪表盘下边缘保持平行的状态，前轮摆正是指前轮左右单独前束相等的状态。

一般而言，汽车在不跑偏的情况下，保持直线行驶时，左右前轮的单独前束总是处于相等的状态，此时转向盘也是摆正的。

若此时转向盘歪斜，则称为转向盘不正故障。

2）行驶跑偏故障。

汽车在平直良好的路面上，驾驶员松握转向盘以80~100km/h的车速直线行驶100m左右，直线行驶方向向左或向右偏离在2m内，则视为汽车直行性良好，否则视为汽车行驶跑偏故障。

3.2.4传动系注意事项

传动轴在高速旋转时，任何微小质量的偏移都会导致传动轴剧烈的振动。

传动系统组装后必须要进行动平衡。

传动轴或半轴因碰撞或其他原因导致变形或弯曲，则会造成汽车速度为100km/h左右时车身振抖。

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