(精品论文)汽车四轮定位原理及测试系统研究毕业论文

（ 二二 年年 月月 本本科科毕毕业业论论文文 学校代码：学校代码： 学学 号：号： 题题 目目： 汽车四轮定位原理及测试系统研究汽车四轮定位原理及测试系统研究 学学生生姓姓名名 ： 学学 院院 ： 系系 别别： 专专 业业： 班班 级级： 指指导导教教师师 ： 大学本科毕业论文 摘 要 随着汽车工业的高速发展，我国汽车拥有量越来越多，而且每年都呈上升趋势， 在这种新形势下，汽车四轮定位在汽车检测与维修行业逐渐凸显出其重要性。伴随 着汽车四轮定位设备的不断改善，准确性不断的提高，汽车四轮定位使汽车使用的 安全性得到足够的保障。汽车四轮定位将在现代汽车行业成为不可或缺的技术，随 着技术的不断改进，使得检测简单易懂，具有较高的社会经济价值。 本文在传统的汽车转向轮定位理论的基础上，进一步阐述汽车四轮定位原理； 推导出汽车四轮定位参数的空间几何关系；通过对汽车四轮定位理论及汽车四轮定 位仪对定位参数的检测原理、系统构成等方面进行理论研究，提出正确使用四轮定 位仪的注意事项、基本步骤、方法。结合试验分析汽车四轮定位测试系统在汽车检 测中的运用以及总结出定位参数之间的联系。 关键词：四轮定位；检测原理；测试系统；运用 大学本科毕业论文 Abstract Along with the rapid development of the vehicle industry,our country vehicle capacity is getting more and more, moreover every year assumes the trend of escalation, under this kind of new situation, the four-wheel alignment highlights its importance in the automobile testing and the service profession gradually. Following the uninterrupted improvement of the equipment of the four-wheel alignment, accurate unceasing enhancement, the four- wheel alignment make the security of the automobilism to obtain the enough safeguard. Four-wheel alignment would become the necessary technique in modern car profession, along with technique of continuously improvement, it make examination simple and easy understand, so it have higher of society economy value. This article is based on traditional automobile steering wheel positionings theory, to expatiate the principle of the four-wheel alignment further;and infers the four-wheel alignment the spatial geometry relations of the parameters;Through to research the fundamental of the four-wheel-positioning and positioning equipment , investigate testing principle of positioning parameter,system constitution and so on, bring forward matters needing attention,the basic step, the method correctly of make use of four-wheel alignment equipment.Integrate the experimentation to analyzing the testing system of the four-wheel alignments exertion in testing of vehicle and sum up the relation of location parameters Key words： four-wheel alignment；automobile structure； testing principle； exertion 大学本科毕业论文 目 录 第一章 绪论1 1.1 研究本课题的意义1 1.2 国内外发展沿革1 1.3 本文主要研究内容2 第二章 汽车四轮定位的认识3 2.1 汽车四轮定位基础常识3 2.1.1 基本常识.3 2.1.2 主要技术参数4 2.2 汽车四轮定位的重要性和必要性4 2.3 前轮定位5 2.3.1 主销后倾角5 2.3.2 主销内倾角6 2.3.3 前轮前束7 2.3.4 前轮外倾角8 2.3.5.转向梯形.8 2.3.6 转向不足9 2.3.7 转向负前束(转向前展)9 2.4 后轮定位10 2.4.1 与后轮定位相关的概念及作用10 2.4.2 后轮定位11 2.5 前轮定位与四轮定位的区别11 第三章 汽车四轮定位的测量原理13 3.1 车轮前束和推力角的测量原理13 3.2 主销后倾角和主销内倾角的测量原理15 3.2.1 主销后倾角的测量原理.16 3.2.2 主销内倾角的测量原理.17 大学本科毕业论文 3.3 转向 20时前张角的测量原理.18 第四章 汽车四轮定位测试系统的认识20 4.1 汽车四轮定位测试系统的组成20 4.2 汽车四轮定位仪的技术指标21 4.3 常见四轮定位仪的检测方式23 4.4 汽车四轮定位仪的主要功能24 4.5 汽车四轮定位仪类型与生产厂家24 第五章 汽车四轮定位测试系统的安装与使用26 5.1 做汽车四轮定位时的注意事项26 5.2 汽车四轮定位的步骤27 5.3 汽车四轮定位仪的正确使用27 5.3.1 上车前准备工作27 5.3.2 进行车轮定位28 第六章 结合实验台架分析四轮定位测试系统在汽车检测中的运用36 6.1 试验设计及步骤36 6.2 试验数据处理36 6.3 试验结果的分析38 结 论40 参考文献41 谢 辞43 大学本科毕业论文 1 第一章绪论 1.1 研究本课题的意义 在现代汽车中, 操纵稳定性和行驶安全性被人们看得越来越重要了。虽然已经 有很多在这方面的研究，但是本文主要在分析汽车四轮定位原理和四轮定位测试系 统原理，结合实验室台架阐述四轮定位仪汽车检测中的运用方面的研究，也是具有 十分重要的意义的。 车辆在出厂时，定位角度都是根据设计要求预先设定好的。这些定位角度用来 共同保证车辆驾驶的舒适性和安全性。但是，车辆在行驶一段时间后，这些定位角 度会由于交通事故、道路坑洼不平造成的剧烈颠簸、底盘零件磨损、更换底盘零件、 更换轮胎等原因而产生变化。一旦定位角度产生变化，就可能导致诸如轮胎异常磨 损、车辆跑偏、安全性下降、油耗增加、零件磨损加快、方向盘发沉等故障。因此， 进行四轮定位参数检验，使其处于合理范围内，对提高汽车的安全性及经济性有重 要意义。 1.2 国内外发展沿革 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，由武汉汽车研究所研制成功并投产了 GCD- 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、主销内倾及主销后倾。到 90 年代末，国内厂家开始 大量生产四轮定位仪，如营口玄豹的 SDH3000，营口大力的 DL-4800，烟台海德的 HC4800，北京车安的 AS-888 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内进行组装生产，没有形成自己的知识产权，导致产品 质量参差不齐。 大学本科毕业论文 2 1.3 本文主要研究内容 本论文共分为六章。分别介绍了汽车四轮定位国内外的发展概况；汽车四轮定 位的认识；汽车四轮定位的测量原理；汽车四轮定位测试系统的认识；汽车四轮定 位测试系统的安装与使用；结合实验台架分析四轮定位测试系统在汽车检测中的运 用等内容。其中，用较大的篇幅详细、重点的论述了汽车四轮定位的认识与汽车四 轮定位测试系统的安装与使用这两章，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。 大学本科毕业论文 3 第二章汽车四轮定位的认识 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内容。 2.1 汽车四轮定位基础常识 随着汽车技术的高度发展，汽车车速不断提高，急加速、急减速、急转向、急 制动等动作的出现，汽车后轮在行驶过程中受到的冲击和汽车的载荷，这些都将影 响到汽车后轮的运行轨迹。为了保证汽车直线行驶的稳定性、转向的轻便、转向轮 回正性能良好，以及减少轮胎和机件的磨损、增加汽车行驶的安全性，汽车四轮定 位的技术参数逐步受到驾驶人员的重视，同时也为汽车自动驾驶技术的发展提供了 有利的条件。 2.1.1 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 增加行驶安全 直行时方向盘正直 转向后方向盘自动回正 减少汽油消耗 减少轮胎磨损 维持直线行车 增加驾驶控制感 降低悬挂配件磨损 （3）什么情况下，需要进行四轮定位 每行驶10000公里或六个月后 直线行驶时车子往左或往右拉 直行时需要紧握方向盘 直行时方向盘不正 大学本科毕业论文 4 感觉车身会漂浮或摇摆不定 前轮或后轮单轮磨损 安装新的轮胎后 碰撞事故维修后 换装新的悬挂或转向有关配件后 新车每行驶3000公里后 2.1.2 主要技术参数 在GB/3730.3-92汽车和挂车的术语及其定义中，它规定了关于车轮定位有 关参数的定义，考虑了有些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； （1）主要定位参数：前束(Toe-in)，外倾（Camber），主销后倾角（caster angle），主销内倾角（steering axis inclination angle）。 （2）其它定位参数：推进线(Thrust line)，推进角（Thrust angle），右横 向偏置角（Right Lateral offset），轮距差：（Track Width Difference），轴 偏置（Axle Offset），前退缩角（Front Set Back），前退缩角（Front Set Back），包容角（Included angle）。 2.2 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 大学本科毕业论文 5 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。 2.3 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。 2.3.1 主销后倾角 在汽车纵向垂直平面内主销轴线与与通过前轮中心垂线的夹角叫主销或倾角 大学本科毕业论文 6 如图 2-1 所示。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。 图 2-1 主销后倾角 a)主销后倾角的原理图 b)正主销后倾角 c)负主销后倾角 主销后倾角的作用： （l）保证汽车直线行驶的稳定性。按照国内传统的汽车理论，主销后倾角越 大，行驶中产生的离心力就大，防止车轮发生偏转的反向推力就越大，所以主销后 倾角越大，汽车直线行驶的稳定性就越好。但是主销后倾角越大，汽车转向时所有 克服的反向推力就越大，转向就越重，所以主销后倾角不能超过 3。 （2）适当加大主销后倾角是帮助车轮回正的有效方法。转向轮发生偏转时， 主销后倾角帮助转向轮自动回正到中间位置。 2.3.2 主销内倾角 在汽车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 2-2 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 大学本科毕业论文 7 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 2-2 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。 2.3.3 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间的夹角为 前束角。如图 2-3 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。 大学本科毕业论文 8 图 2-3 前束角 图 2-4 外倾角 2.3.4 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 2-4 所示。 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。 2.3.5.转向梯形 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 13，两前轮沿着各自的弧线滚动，从而消 除了轮胎的滑动。参见图 2-5。 大学本科毕业论文 9 图 2-5 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，由于内侧轮形成比外侧较大 13 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。 2.3.6 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。 2.3.7 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。 大学本科毕业论文 10 2.4 后轮定位 2.4.1 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。 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 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。 图 2-6 后轴未发生偏向时中心线和推力线 大学本科毕业论文 11 图 2-7 后轴偏向造成推力线偏离了几何中心线 2.4.2 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。 2.5 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 大学本科毕业论文 12 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。 大学本科毕业论文 13 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。 目前常用的四轮定位仪有接线式、光学式、电脑拉线式和电脑激光式四种，它 们的测量原理是一致的，只是采用的测量方法(或使用的传感器的类型)及数据记录 与传输的方式不同，下面介绍四轮定位仪可测量的几个重要检测项目的测量原理。 3.1 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 31 所示。 图 3-1 8 束光线形成封闭的四边形 大学本科毕业论文 14 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 3- 2 所示。其工作状态为：不加电压，利用 PN 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 32 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 33 所示。 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 14-光线接收器 5-前轮 6-后轮 7-汽车纵向轴线 推力角 图 3-3 车轮前束角的测量原理 图 3-4 推力角的测量原理 图 32 光敏二极管的结构和外形 大学本科毕业论文 15 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 34 所示。同理，通 过安装在后轮上的传感器，我们可以检测出后轮前束值（后轮前束角）的大小和方 向。 3.2 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测量参数的测量都是关于角度的 测量，除了光学式四轮定位仪测量车轮外倾角和车轮前束时，采用的不是测量角度 的传感器，其余各种类型的四轮定位仪均是采用测量角度的传感器，包括车轮前束 角都可以用角度传感器直接或间接测量。 以套筒扳手为例，先将扳手杆垂直立于桌面上，扳手接杆与视线垂直并使扳手 接杆保持水平，此杆即为转向节轴（面向车头看为左前轮轴） 。将扳手杆下端向自己 面前偏转一个角度 ，即形成主销后倾角，然后由此位置绕扳手手柄轴线分别向里、 向外各转动 角，这时就会发现扳手接杆绕水平面分别向上、向下偏转了 角 （如图 3-5 所示） 。 a)直行时，扳手接杆水平 b)向里转向时， c) 向外转向时， 扳手接杆向上偏转 扳手接杆向下偏转 图 3-5 主销后倾角的测量原理 主销内倾角的测量原理如图 3-6 所示，在扳手接杆头部系上一长接杆，长接杆 与扳手接杆垂直。将扳手直立于桌面，使长接杆保持水平位置并与视线垂直，再将 扳手柄下端向里偏转一个角度 ，即形成注销内倾角，然后由此位置绕扳手手柄轴 线分别向左、向右各转角，这时又会发现接杆分别沿逆时针、顺时针方向转动了 角。 大学本科毕业论文 16 a)直行时，长接杆水平 b)向左转时， c) 向外转向时， 长接杆向逆时针偏转 长接杆向顺时针偏转 图 3-6 主销内倾角的测量原理 3.2.1 主销后倾角的测量原理 以左前轮为例，当车轮向左右各转动 20（如图 3-7 所示） ，ZO 为主销轴 线，OB 为转向节车轮轴线，四边形 DEFG 表示水平面，四边形 HIJK 相对于平面的夹 角为主销后倾角。LMNP 平面是与主销垂直相交的平面，该平面是 HIJK 平面以 ST 为 轴转动 角（主销内倾角）形成的，OD 为车轮向左转动 20时转向节轴平面的方 向。线段 LD、AB、AB、AB、MI、FN 和 KP 均是水平面 DEFG 上的铅垂线。 图 3-7 主销后倾角的测量原理计算图 大学本科毕业论文 17 由图 3-7 主销后倾角的测量原理计算图得（推导工程略）： 上式表明 为一特定角度时，主销后倾角测量角 存在唯一确定关系。通常 规定 转角为 20，2sin0.68404，故有： （1） 即主销后倾角 为实际测量角度 的 1.461 倍。这样，用 1.461 倍的关系标 定仪器，就可直接读主销后倾角 。 3.2.2 主销内倾角的测量原理 仍以左前轮为例，当车轮向左右转动 时（如图 3-8 所示） ，ZO 为主销轴线， OC 为转向节轴线方向，OE 为与车轮平面平行且水平的线段。同（1）所述，四边形 DEFG 表示水平面，四边形 HIJK 相对于水平面的夹角 为主销后倾角。四边形 LMNP 为与主销垂直相交的平面，该平面是 HIJK 平面以 ST 为轴转动 角（主销内倾角） 形成的，OE 是车轮向右转动 20，垂直于转向节轴线且在水平面内的线段，OF 是车轮向左转动 20时，垂直于转向节轴线且在水平面的线段。由图 3-8 主销 内倾角的测量计算图得（推导工程略）： 上式表明当 为一特定角度时，主销内倾角 与测量角 存在唯一确定关 系。通常规定 转角为 20，2sin 0.68404，故有： （2） 即主销内倾角 为实际测量角度 的 1.461 倍，这样，用 1.461 倍的关系 标定仪器，就可以直接读主销内倾角 。 、 大学本科毕业论文 18 图 3-8 主销内倾角的测量原理计算图 经过上述两部分的分析推导，了解了主销后倾角、注销内倾角的测量原理。但 必须指出，在上述两部分推导工程中提及的 、 为车轮向右转动 20时，传感 器所测得的实际角度值； 、 为车轮左转动 20时传感器所测得的角度值。 在实际测量中，只要按照公式（1） 、 （2）换算即可。现常见的四轮定位仪在出厂前 就已用上述两式对仪表进行了标定，因此，可直接读主销倾角实际测量值。 虽然四轮定位仪的类型有所不同，但它们测量主销倾角的原理是相同的，所不 同的仅仅是它们各自采用的测量角度的传感器不同而已，为了便于理解四轮定位仪 的测试过程检测方法，下面简单介绍几种常见的测量角度的传感器： （1）光电编码器，基本上可以分为两大类：圆光栅编码器和绝对式编码器。它 们的特点是：结构紧凑、信号质量好、稳定可靠和抗干扰能力强。 （2）光电电位器式角度传感器，没有金属丝电刷造成的摩擦力矩，其优点是： 分辨率高、寿命长、扫描速度快。缺点是：输出电阻大、输出信号要经过阻抗匹配 变换器。 另外用于测量角度的传感器还有电感式倾斜传感器、小型双轴斜度传感器和电 位式传感器。 3.3 转向 20时前张角的测量原理 汽车使用时，由于前轮的碰撞冲击、长期在不平的路面上行驶和经常采用紧急 刹车，对车辆的冲击作用都可能引起转向梯形的变形。因此会造成汽车在转向行驶 工程中前轮异常磨损，操纵性变差并间接影响汽车的动力性和燃油经济性。 大学本科毕业论文 19 为了检测汽车的转向梯形臂与各连杆是否发生变形，在四轮定位仪中均设置了 转向 20时，前张角的检测项目。其测量方法为：让被检车辆前轮停在转盘中心出， 右轮沿直线行驶方向向右转 20时进行测量；左轮沿直线行驶方向左转动 20时进 行测量（该转向角可直接从转盘上的刻度读出） 。具体作法如下： 右前轮向右转 20，读取左前轮下的转盘上的刻度 X，则 20-X 即为所要检 测的转向 20时的前张角。 一般汽车在出厂时都已给出 20-X 的合格范围，将测量值与出厂值进行比较即 可检测出车辆的转向梯形臂与各连杆是否发生了变形，如果超出标准值或左右转向 前张角部一致，则说明该车的转向梯形臂和各连杆已发生了变形，需要进行校正、 调整或更换梯形臂和各连杆。 大学本科毕业论文 20 第四章汽车四轮定位测试系统的认识 由对四轮定位仪测量模型的研究可知，四轮定位仪对车轮前束和车轮外倾采用 直接测量，其精度可以通过对传感器进行严格标定得到保证，而主销内倾和主销后 倾采用间接测量，使用了基于不同测量模型推导的计算公式，在主销倾角测量角相 同的情况下会得到不同的主销倾角，因此对于主销倾角的测量来说，测量模型的理 论误差大于传感器的标定精度，需要对不同模型测量的结果进行评价。同时，主销 轴线处于空间一般位置，主销倾角为主销在汽车纵横平面内的投影与垂直与水平面 的轴线间的夹角，难以对四轮定位仪主销倾角的测量结果进行检定。 4.1 汽车四轮定位测试系统的组成 四轮定位系统的基本组成方式有 2 种：地沟式和举升器式。以下将简单介绍 2 种四轮定位系统的特点和组成方式。 一、地沟式四轮定位系统 特点：结构简单，造价底，特别适用于高度较低、不能使用举升器的车间；但 需掘地沟，准备时间长；由于经济上的原因，用户可能需选用不同品牌的转盘、滑 板和二次举升器；工作频率低；工作空间较。组成方式如表 4-1 所示。 表 4-1 地沟式四轮定位系统 所需设备数量功能 四轮定位机1 台 四轮定位机是四轮定位系统最重要的组成部分。只需简单 的操作，四轮定位机就可以测量并显示出汽车四个车轮定 位角度，帮助操作人员进行调整。 前轮转盘1 套 前轮转盘要求既可以自由转动，也可以左右滑动。这样就 保证了车轮后倾角转侧和定位角度调整过程中无地面阻力。 后轮滑板1 套 后轮滑板只要求可以左右滑动。如果长度太短，则要求其 可以前后移动。后轮滑板的作用是保证后轮可以自由左右 移动，无地面阻力。 二次举升器1 个 二次举升器是四轮定位系统不可缺少的工具。不管是进行 钢圈补偿，还是更换底盘部件、轮胎或添加垫片，都要使 大学本科毕业论文 21 用二次举升器。 二、举升器式四轮定位系统 特点：造价较高，要求车间高度比较高；但准备时间短，操作人员使用方便， 工作频率高。 组成方式如表 4-2 所示。 表 4-2 举升器式四轮定位系统 所需设备数量功能 四轮定位仪1 台 四轮定位机是四轮定位系统最重要的组成部分。 只需简单的操作，四轮定位机就可以测 t 并显示 出汽车四个车轮定位角度，帮助操作人员进行调 整。 四四轮定位专用 举升器 1 套 四轮定位专用举升器要求配有转盘、滑板和 1 至 2 个二次举升器。 4.2 汽车四轮定位仪的技术指标 交通行业标准四轮定位仪中对四轮定位仪的测量参数、范围、精度及示值 要求的规定如下： 总前束角 测量范围：6； 精度：在2范围内精度为4，其余范围精度为10。 单一车轮前束角 测量范围：3； 精度：在2范围内精度为2，其余范围精度为5。 车轮外倾角 测量范围：10； 精度：在4范围内精度为2，其余范围精度为10。 主销后倾角 测量范围：15； 精度：在12范围内精度为6，其余范围精度为10。 主销内倾角 大学本科毕业论文 22 测量范围：20； 精度：在 0+18范围内精度为6，其余范围精度为10。 推力角 测量范围：6； 精度：在2范围内精度为2，其余范围精度为10。 精度：在2范围内精度为2，其余范围精度为10。 车轮转角主要通过车轮下方的转盘计量，因此转盘精度直接影响系统的测量精 度。行业标准中对转盘的测量范围、精度及零点误差的规定如下： 转盘的转角测量范围不小于-45+45 电子式转盘测量精度为 0.1 机械式转盘测量精度为 0.5 电子式转盘转角零点误差不大于 0.1 机械式转盘转角零点误差不大于 0.5 为了测得准，好一些的定位仪都有不同的消除误差的方法。一般常用的有： （1）钢圈补偿功能（ROC） 所有的卡具，不论是三点快速卡具还是多功能卡具，与钢圈卡紧后都不可能达 到车轮的要求的 0.05 度的装卡精度，为此所有高精度的四轮定位仪都设有钢圈补偿 程序。典型的钢圈补偿有二点式补偿、三点式补偿、推车式补偿方式，如图一所示 为钢圈与卡具有装卡误差时，在外倾角方向上存在偏差 a，轮胎旋转 180 度存在偏 差 b，两数相减除以 2 即可求出误差值。精度较高的四轮定位仪在一次装卡中的精 度为 0.1 至 0.3 之间,故需要做钢圈补偿，可将误差减小到 0.01 度以内。 （2）跑台校准功能； 当举升机存在微小的误差时，有些四轮定位仪有专门的校正程序以消除微小的误 差。 （3）校准功能； （4）温度补偿； （5）其他功能； 经过补偿和校准，定位仪应达到上述的测量精度。为了保持四轮定位仪长期准 确的可靠性，四轮定位仪需要定期（可分为 3 个月、6 个月和一年不等）校准，根 据产品的不同可分为定期回厂校准或自带校准工具校准。 内蒙古工业大学本科毕业论文 23 4.3 常见四轮定位仪的检测方式 随着四轮定位技术的不断发展，各种各样高科技的四轮定位仪接踵而出，许多 厂家为赶上市场的潮流，将许多低端产品说成是高科技产品，以此来哄骗客户。目 前市场上常见的四轮定位仪的检测方式主要有：激光、PSD、CCD 及 3D。现将激光、 PSD 、CCD 及 3D 产品各有何优势，剖析如下： （1）激光 激光是一种新型光源，它是作为测量系统的光源应用于四轮定位仪，由于激光 都是以垂直的直线输出的，因此决定了激光产品束度的测量范围较窄，无补偿且需 人工计算推力线，其测量精度低，检测速度慢。因光点与刻度的关系，存在人为误 差，而且激光很容易受外界干扰，因此用激光做光源应用于四轮定位仪并不理想。 众所周知，激光对人眼视力有一定伤害，所以 UL、CE 等安全认证很难通过，欧 美日本早已淘汰，只是在中国和部分东南亚国家还局部存在。 （2）PSD PSD 又称光电位置传感器。我们知道，几乎所有的外国四轮定位都不使用，只 有韩国的机器在大量使用，它的工作原理是：当 PSD 的受光面某一位置存在光照的 情况下，其输出电流会有相应变化，从而可以得到光照位置，它是一种模拟（DC/AC 转换，会有数据丢失）器件。虽然通过使用一些特殊的技术可以在一定程度上避免 这些问题，但从原理上限制它只能测量单一光点却是改变不了的。PSD 只能使用在 工业环境里，就是说 PSD 的温度漂移严重并且受环境光线的影响。温度变化可以使 其输出的零位变化几十毫伏，光线的影响使系统取值不稳定，这两项叠加在一起， 便使 PSD 失去了测量精度和设备稳定性，这点是 PSD 的杀手（测不准，重复性差）。 （3）CCD CCD 是一种半导体数字元器件（又称光电藕合器件），它分为线阵 CCD 和面阵 CCD 两种。它是 20 世纪 70 年代初发展起来的新型半导体集成光电器件，它是在一 块硅面上集成了数千个各自独立的光敏元，当光照射到光敏面上时，受光光敏元将 聚集光电子，通过移位的方式，将光量输出，产生光位置和光强的信息，因此 CCD 具有测量精度高（0.05 度以内）、无温度系数、使用寿命长等特点。 使用 CCD 有良好的环境适应能力。其他所有的技术都有各种各样的使用上的限 制，比如不能在光线复杂的地方使用、不能有强电磁场、温度不能有太大的变化等 等，而这些都是普通的修车车间的典型环境。那些不能开门，不能开窗，早晨凉快 内蒙古工业大学本科毕业论文 24 测量的数据和中午天热测量就不同，不能有大的电机在附近的要求，对于四轮定位 来说，实在是有点过分。因此欧美国家生产的四轮定位仪均采用 CCD 技术，如战车、 百事霸、战神等，这也足以说明 CCD 产品的优势。 （4）3D 3D 测量方式是采用图像识别技术，用 CCD 数码相机采集装在车轮反光板上的图 像信息，以测量出车轮的相对精度，人工推动车轮前后移动，由 CCD 摄像头采集信 息，求出其坐标和角度。这是一种相当先进的测量方式，目前欧美常用。但他对举 升机和转角盘等有严格的机械精度要求，目前国内举升机和转角盘无法与之匹配， 影响检测效果，况且标定方式繁琐，价格昂贵，检测速度不快，售后维修较慢，并 非国内主流 4.4 汽车四轮定位仪的主要功能 (1)测量的主要参数除传统的前轮前束、外倾角、主销后倾角和内倾角外还具 有测量后轮前束、外倾角、后轴推力角、退缩角等功能，增加了转向转动角差、最 大转角等测量项目。 (2)轮辋补偿功能。该功能可以对因轮辋变形、卡具位置不正而引起的前束、 外倾角测量误差进行补偿。 (3)本仪器采用 PC 微机做上位主控机，测量模块为下位机。两者之间以串行方 式通讯联结。上下位机均采用模块化结构编程。上位机具有弹出式菜单，显示和打 印图表全部采用中文，上、下位机双向选择，操作十分方便。 (4)仪器内存有 2000 多种车型的数据库，测量结果随时可以根据需要进行判断 处理。数据库还可以增添和删除。 (5)参数测量一次自动完成。为了方便汽车检测后进行维修作业，设置了对直 接测量参数的实时显示。测量与调整同时进行。 4.5 汽车四轮定位仪类型与生产厂家 根据技术特点，常用的四轮定位仪可以细分为前束尺和光学水准定位仪、拉线 定位仪、CCD 定位仪、静态激光定位仪、静态激光大车定位仪、动态激光定位仪、 动态激光定位仪 3D 影像定位仪和 3D 激光定位仪等几种。对应的生产厂家分别为： 拉线定位仪典型厂家有上海美洲豹、意大利科基等。 CCD 定位仪在目前定位仪中的比重最大，典型的国外厂家有：德国百世霸、美 国猎人（HUNTER）、美国战车、美国大熊、美国战神、美国太阳、美国汉尼诗、意 大利科基、韩国 Ospeed、韩国 Escort、韩国三弘等。典型的国内厂家有：北京民 内蒙古工业大学本科毕业论文 25 族、北京英杰、北京车安、北京路乐、天津澳利、上海一成、广州黑豹、营口玄豹、 营口大力、营口营黎、营口美达、营口先达、厦门奥普、青岛金华、烟台奔腾等。 静态激光定位仪在目前定位仪中的比重不大，典型的厂家有英国机灵狗、北京 民族、烟台三雄、美国比线等。 动态激光定位仪的厂家：北京万里马。 3D 影像定位仪有两家：美国战车、美国猎人（HUNTER）。 3D 激光定位仪的厂家有：北京万里马。 内蒙古工业大学本科毕业论文 26 第五章汽车四轮定位测试系统的安装与使用 本章与下一章是在内蒙古工程职业技术学校提供汽车四轮定位实验室的前提下 完成的。 在对汽车进行四轮定位时，要先将汽车停在四柱举升的定位台上，拉紧驻车制 动，前轮停在转角盘上，后轮停在定位台的后滑板上。前轮毅中心应和转角盘零刻 度线对正。锁销锁住转角盘，在每个轮辋上装上轮辋夹，夹上调节钮指向车轮顶端， 如果传统的计算机车轮定位器没有自动补偿功能，就必须用手动补偿，即将车轮单 元上的水泡调到中心位置。 5.1 做汽车四轮定位时的注意事项 因四轮定位仪是一种较精密的检测设备，要求操作人员在使用前需经过专