内容发布更新时间 : 2024/5/20 3:51:41星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

性、经济性、操控稳定性、舒适性等多方面的需求。因此对现代汽车四轮定位技术及其应用分析有重要意义。

1.2四轮定位技术的国内外发展概况 1.2.1四轮定位测量技术的发展历程

20世纪70年代以前，世界上绝大部分汽车是后轮驱动的。整体式的桥壳和车架是当时多数后轮驱动汽车的设计特点。这样的设计使人们无需过多的考虑使用中车辆的后轮定位问题。所以早期的车轮定位检测主要是指转向轮的定位(前轮定位)。然20世纪70年代后期，石油危机的爆发导致全球性的经济危机，美国提出并采用了联邦合作平均燃油经济性法案。因此，轻便、节能的前轮驱动轿车在国外许多大型汽车制造厂开始大量投入生产。这些轿车多采用承载式车身，四个车轮都分别具有独立的悬架系统。随着这些轿车大量应用，由后轮定位故障所引起的车辆转向、轮胎磨损、跑偏等问题日益增多并引起关注。仅是做前轮定位已无法维持汽车良好的技术状况，车辆的后轮定位参数也必须予以调整。前后轮同时定位的四轮定位技术便因此而生。 1.2.2车轮定位的技术发展经历的三个阶段:

第一阶段为几何中心线定位阶段:即以几何中心线为参考对前轮作定位。这是一种沿用多年的前轮定位方式。对于现代采用独立悬架的轿车，其缺点是忽略了后轮定位参数的变化。当后轮定位不准确时，车辆几何中心线与其推力线形成一定的夹角(图 1.1)，就会导致车辆跑偏、转向偏离、吃胎等多种问题。

图1.1推力线与几何中心线的夹角 图1.2后轴侧偏

当发生车轮偏迹现象时。如图1.2为后轴侧偏的情形，前后轮之间虽然相互平行，但明显后轴总成发生了侧向偏移，汽车的几何中心线位臵改变，不再处于车辆的几何中心。此时以几何中心线为参考来定位车轮，显然不合理。后轮侧偏使得行驶时前后轮不在沿着同一轨迹，从而导致转向拉力的产生，会给行车安全带来隐患。

第二阶段为推力线定位阶段:即通过测量后轮，找到推力线，以推力线为参考定位前轮的两轮定位方式。这种定位方式可以使转向盘在车辆行驶时能保持在中性位臵，设有考虑到力推线与车体中心偏离的问题。若两者不是平行关系(图1.1)仍以推力线为参考定位前轮,则车辆在直线行驶时,汽车的四个车轮滚动方向与汽车行驶方向不一致。不仅造成严重偏向,还会致使轮胎表面产生羽毛状磨损,加速前轮的外缘磨损。

第三阶段就是完全四轮定位阶段:即首先作单独后轮定位，检测出两个后轮的单独前束，如图1.3调节后轮前束，使推力角为0o(实际操作中在士0.25。范围内)，这样调节后的推力线应与几何中心线重合。前轮的定位用重合的推力线

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和几何中心线作为参考。两个后轮也要独立调整，新型轿车都设计成独立悬架的目的正是在此，从而实现了完全四轮定位。通过四轮定位后的汽车，前后轮都与汽车几何中心线平行并且行驶时后轮运动是沿着前轮轨迹的，转向盘也保持在中性位臵。使得汽车各悬架和车轮能在良好技术状况下运行。 1.3汽车四轮定位技术的应用现状及发展趋势

随着电子技术、计算机技术的发展，汽车检测技术已从依靠尺量、眼看、耳听、手摸的方式，改进成利用各种先进设备在不解体汽车的前提下全面、准确、迅速地对车辆进行检测。四轮定位仪作为众多先进检测设备的代表之一，它涉及了机械、数学模型、光学、电子、计算机软件等多个领域的知识。

图1.3推力线与几何中心线重合

目前市场上的四轮定位仪种类繁多，根据其测量传感器所采用的技术，可分为拉线式、PSD式、CCD及3D图像式等。而PSD式和CCD式在国内应用较广，其测试光源又分为两种—激光式光源和红外线式光源。以下将分别进行介绍:

l)拉线式:它采用角位移传感器测量车轮定位参数。角位移传感器实质上是一个带摆臂的滑线旋转电位计，摆臂旋转一定角度时，带动电位计的电刷转动，从而改变输出电阻，最终导致传感器的输出电压发生变化。拉线式四轮定位仪使车轮定位仪进入了电子时代的先驱。但其操作繁琐、测量精度不高、不便于进行全四轮测量。所以现在应用很少。

2)激光:激光是上世纪发现的新型光源。它具有单色性、高亮度、高方向性和高抗干扰性的特点。但用于测量的激光传感器寿命较短。测量时由于受人为误差影响，其精度也很难达到理论所述的低于0.1°。更重要的是激光达到一定强度后，对人眼伤害作用明显。很难将其控制在安全标准。因此在发达国家此类产品早已淘汰。国内目前还有少部分使用。

3)红外线:红外线作为测量光源，其使用寿命可高达10年，测量精度在理论上也可达到0.01°以下。但大家知道所有物体都会散发红外线，尤其是热源和光源处。所以红外线作测量光源的四轮定位仪的一项关键技术就是去防止外界红外线对测量光线的干扰。

4)PSD:PSD即模拟光电位臵传感器，是一种模拟器件。它会根据受光面所受光照位臵的不同，而使其输出电流产生相应的变化，再根据电流大小分析出准确的光照位臵。从原理上可以看出它只能测量单一光点，容易受到外界光线影响。再者PSD的温度稳定性差，温度的改变可影响其输出电流的大小，造成测量失准。因此国外四轮定位仪很少应用这项技术。但PSD的这两大缺点可以通过特殊的测量取样方式进行最大限度的弥补。所以在韩国和国内的部分四轮定位仪上还有使用，并且不乏有一些好的产品。

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5)een:eeD即电荷祸合器件。这种新型的半导体集成光电器件是上世纪70年代初才开始发展起来的。它是由数以千计的独立的光敏元集成到一块硅面上。当光照射到光敏面的感光单元上，相应的光敏元就会聚集光电子，经附加电路处理，产生光的强度及位臵信息。CCD光敏面上的光敏元的排列形式有排成一行的和排成二维矩阵形式的两种，分别叫做线阵型CCD和面阵型CCD。四轮定位仪中多采用2000线至3000线的CCD。所以其光学分辨率理论上是在0.015°、0.025°，精确度接近0.05°。CCD器件具有良好和环境适应性，不受光线、温度、磁场等的干扰。特别适合一般汽修车间的工作环境。欧美等发达国家生产的四轮定位仪广泛采用此技术，在我国目前CCD定位仪的使用比例也是最大的。

6)3D：不同于原始的二维空间四轮定位测量技术，3D图像式四轮定位技术应用高精度三维成像技术和数字图像处理技术实现非接触测量。该方法由反光板代替原来夹装在各车轮上的测量头，用安装在定位仪主机两侧的 CCD摄像机采集各反光版上的图像信息，再通过图像处理技术得到车轮的定位参数，并且精度高达0.01°。这是目前最先进的测量四轮定位参数的方式。因反光板上没有传感器和电路，所以使用时不易损坏更为耐久。3D图像式四轮定位仪在欧美己经大量应用。但其价格昂贵，对配套机械设备要求高，不适于现在国内大多数修理广使用。在我国的四轮定位仪市场只能算次主流。不过由于3D四轮定位仪技术上的优势和使用上的方便快捷，其很可能在未来几年内取代CCD四轮定位仪在国内的霸主地位，成为主流的四轮定位技术。

1.4本文研究的主要内容

l)对四轮定位参数的基本理论进行说明，对各车轮定位角的作用及影响进行分析。

2)针对现在主流的CCD式四轮定位仪和最新的3D图像式四轮定位仪的测量原理以及数学模型进行分析与研究。并对CCD四轮定位仪的测量精度进行了实验研究。

3)对现代四轮定位调整技术进行研究。介绍了专业四轮定位调整零件的调节原理及使用方法。通过分析麦弗逊式前悬架的结构与特点，归纳出麦弗逊式前悬架的车轮定位角的调整的可行方案。

4)为便于对采用麦弗逊式前悬架车辆的前轮定位参数的研究，基于AMADs/Car建立了该悬架的运动学模型。通过仿真试验及对试验数据的分析，总结出前轮定位参数与悬架结构的关系，并对建立模型的结构参数进行了优化。

1.5本章小结

说明了如今汽车四轮定位的必要性及重要意义;介绍了四轮定位技术的发展历程;阐述了目前国内外主流的四轮定位技术。对多种四轮定位仪的应用现状进行分析，说明其各自的特点及发展趋势，最后阐明本文研究主要内容。

第二章 四轮定位的基本参数及其对汽车性能的影响

转向轮定位参数

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转向桥在保证汽车转向功能的同时，应使转向轮有自动回正作用，以保证汽车稳定直线行驶。即当转向轮在偶遇外力作用发生偏转时，一旦作用的外力消失后，应能立即自动回到原来直线行驶的位臵。这种自动回正作用是由转向轮的定位参数来保证的，也就是转向轮、主销和前轴之间的安装应具有一定的相对位臵。转向轮的定位参数主要有主销后倾角、主销内倾角、前轮外倾角和前轮前速。

2.1主销后倾角

主销后倾角是指在汽车纵向平面内，上球头或支柱顶端与下球头的连线(假设的转向轴线，也可称主销轴线)与汽车前轮中心的垂线形成的夹角(图2.1a)。后倾角以角度为单位，主销轴线向前倾称为负主销后倾角(图2.1。)，主销轴线向后倾斜称为正主销后倾角(图2.1b)。

a) b) c)

a)主销后倾角原理图 b）正主销后倾角 c）负主销后倾角

图2、1主销后倾角

转向轮设臵正主销后倾角，一是为了在车轮转向时使车轮自动复位。二是为转向轮提供的回正力矩，可以在汽车行驶中偶遇外力作用方向产生偏移的情况下，使车轮自动回复到原来位臵，从而保证汽车稳定的直线行驶!川。正主销后倾角的存在，一方面提高汽车直线行驶的稳定性，并使转向轮在转向后能够自动回正。但另一方面却加大了转向时的阻力，使得方向盘变重。因此一般传统的手 动转向的汽车后倾角不易太大。而配臵了动力转向系统的车辆就可以采用较大的主销后倾角，即提高汽车直行的稳定性，也可使驾驶员转动方向盘时更有感觉。 负的主销后倾角会使转向时的力量变轻，但转向轮的稳定性降低，高速行驶时车轮会晃动使得汽车发飘，给行车安全带来隐患。另外，如果汽车左、右两轮之主销后倾角不相等(大概相差超过30°)时车辆会出现跑偏，汽车会被拉向后倾角较小的一侧。

主销后倾角所产生回正力矩的大小与汽车行驶速度成正比。现代汽车尤其是轿车对汽车高速行驶的性能要求较高，较大的主销后倾角会使汽车高速行驶时产生较大的回正力矩，使得转向变沉，甚至出现转向轮回正过猛引起前轮摆振。因此，现代轿车一般采用主销后倾角设计(2°—3°)。现代高速汽车由于轮胎气压降低、弹性增加，而引起稳定力矩增大。因此，主销后倾角可以减小到接近于零，甚至为负值。

2.2主销内倾角

汽主销内倾角是指在车横向平面内，转向轴线(减振器上支撑轴承与下悬臂球节之间的假想直线)与地面铅垂线所形成的角度(图2，2)

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包容角即主销内倾角与车轮外倾角之和(图2.2)。 摩擦半径指在地平面上，车轮中心线与地面的交点到主销内倾角延长线与地面的交点间的距离。当主销内倾角延长线与地面的交点在车轮中心线外侧时，摩擦半径为负(图2.2)。

图2.2 主销内倾角

主销内倾角与后倾角一样，具有帮助转向轮自动回正的作用。当车轮在外力作用下偏离中间位臵时，车轮最低点将陷入路面以下。但一般路面比轮胎坚硬，轮胎不会陷入地下，只会将汽车前部向上略微抬起，这样转向过后汽车本身的重力有使车轮回复到中间位臵的效应。内倾角还会影响汽车的转向操纵力和直线行驶的稳定性。由于主销内倾的趋势使车轮的摩擦半径变小，即转向力臂减小，进而使转向所需的操纵力减小。主销内倾角越大摩擦半径越小，转向也越轻便。但主销内倾角过大就会出现摩擦半径为零甚至负摩擦半径的情况。摩擦半径为零时，汽车转向达到最轻的效果。过大的负摩擦半径则会使轮胎向内侧滑动，加速了轮胎的磨损。

主销内倾角提供的转向轮回正作用与车速无关。它可在汽车处于急加速、急刹车、急转弯等工况下仍然保持可靠的前轮回正作用。面对复杂的交通环境，主销内倾角的存在，很大程度上提高了汽车行驶的安全性。所以现代汽车的主销内倾角不大于8°，距离摩擦半径一般为40-60。

2.3前轮外倾角

车轮外倾角 即车轮的中心平面与地面的铅垂线所形成的夹角。(如图2.3)

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