汽车四轮定位的分析与研究

1目 录摘要.31 绪论.41.1 四轮定位的概念41.2 汽车故障与四轮定位的关系41.2.1 汽车方向跑偏 41.2.2 汽车轮胎的磨损51.3 汽四轮定位的必要性 52 汽车四轮定位的相关参数62.1 转向轮定位 62.1.1 主销后倾角 62.1.2 主销内倾角 72.1.3 前轮外倾角 82.1.4 车轮前束92.2 后轮定位92.2.1 后轮外倾角 102.2.2 后轮前束 102.2.3 推力角 103 四轮定位的调整步骤和方法1123.1 定位前的检查 113.1.1 外观检查113.1.2 行车高度测量113.1.3 车下检查123.1.4 路试123.2 电脑检测123.3 车体调整123.3.1 前束的调整123.3.2 车轮外倾角的调整133.3.3 主销后倾角的调整143.3.4 主销内倾角的调整153.3.5 推力角的调整153.4 电脑复检153.5 试车153.6 修整163.7 打印结果164 结语17致谢18参考文献193摘 要近年来汽车数量不断增加,其中轿车均采用独立悬架。由于独立悬架结构紧凑，零件刚度低，抗变形能力较差，加上各摆臂的绞支点采用橡胶套结构，因而在使用中四轮定位很容易失准，继而造成轮胎的非正常磨损，降低了轮胎的使用寿命。所以经常检测车轮定位参数，并对它进行适时调整，使其处于合理的范围内，对提高汽车的动力性、操纵稳定性、安全性以及经济性有着重要的意义。本文结合前轮定位的定义提出了四轮定位的概念，分析了汽车四轮定位的相关角度和它们对汽车使用性能及轮胎的影响，并研究了四轮定位的调整步骤和各个角度的调整方法。关键词: 四轮定位 调整 方法 原因41 绪论1.1 四轮定位的概念我们知道，前轮定位有一定的描述性概念：“为了保证汽车直线行驶的稳定性和操纵的轻便性，减少轮胎和其他机件的磨损，转向车轮、转向节、前轴 3 者与车架的安装应保持一定的相对位置关系，这种安装位置称为前轮（转向轮）定位。了解前轮定位有助于更好地理解“四轮定位”这个概念。四轮定位前轴的定位角度包括后倾角、前倾角、前束角、内倾角等，后轴的定角度包括外倾角、前束角、推力角（线） 。另外，还有垂直且平分前后轴的纵向几何中心线、侧向偏角、轴偏角、轮迹宽差值。了解四轮定位的内容后，可以给其一个特性概念：“使汽车后轮推力线与几何中心线相重合且平分并垂直于前后轮轴，把四个车轮分别安装在前后轴相应位置的关系特点称“四轮定位” 。1.2 汽车故障与四轮定位的关系从实际测得的捷达轿车的部分的定位角度（左前轮部分定位角度和后轮左右外倾角、推力角，见表 1）可以看出汽车故障与四轮定位的关系。表 1 捷达轿车的左前轮部分定位角度及故障现象定位角度 实测角度值与标准值比较故障表现 零部件情况后倾角 +219 太大 转向沉重，不能自动回正，有向右跑偏现象副车架或下支臂有变形外倾角 +029 太大 轮胎外缘严重磨损，有向左跑偏现象下支臂变形内倾角 +941 太大 转向不稳定 转向节或半轴有轻度变形前束角 +023 太大 轮胎严重单边磨损 可调整转向拉杆51.2.1 汽车方向跑偏汽车不能持续直线行驶，不受外力的情况下自动偏离居中行驶方向的现象称为汽车的方向跑偏。它有 4 种形式：(1)直行时向左跑偏；(2)直行时向右跑偏；(3)直行时方向不稳定，向左稍打方向盘则向左跑偏，向右稍打方向盘则向右跑偏；(4)直行时向左或向右来回跑偏，漂浮不定。这些现象都能通过给汽车做四轮定位或四轮定位补偿来解决。在实际维修中，有些汽车做了四轮定位，而且定位角度调整得都在标准数据范围内，但汽车行驶中还是出现方向跑偏现象。这种跑偏和轮胎（包括气压、胎纹深度） 、路面、风阻等因素有很大关系。应该把四轮轮胎进行换位来确定轮胎是否有问题。由于汽车在实际行驶中影响定位的外界条件不是特别理想，所以在维修中应把四轮定位调整到合适于该车偏率的范围内，使汽车都能有效地直线行驶。1.2.2 汽车轮胎的磨损轮胎的磨损情况主要受前束和外倾角的影响，另外，轮胎的气压过高或过低都会影响轮胎的正常磨损。一般的轮胎磨损情况：(1)胎冠两肩磨损；(2)胎冠中部磨损；(3)胎冠外侧磨损；(4)胎冠内侧磨损；(5)胎冠由外侧向内侧或由内侧向外侧的锯齿形磨损；(6)胎侧的锯齿形磨损；(7)胎冠呈波浪形或碟边磨损；(8)胎冠呈棱形磨损；(9)肯胎。1.3 汽四轮定位的必要性为了保持汽车直线行驶的稳定性和操作轻便性，减轻轮胎及其他机件的磨损，汽车车轮需要保持合理的定位参数，如果不然，不仅会引起滚动阻力增加、动力性能下降，而且会使汽车不能保持直线行驶而发生侧滑，使轮胎磨损加剧及在路面上容易引发事故，汽车油耗也会增加，使经济性变差。62 汽车四轮定位的相关参数2.1 转向轮定位为了保证汽车直线行驶的稳定性和操纵的轻便性，减少轮胎和其他机件的磨损，转向车轮、转向节、前轴 3 者与车架的安装应保持一定的相对位关系，这种安装位置称为转向车轮定位。2.1.1 主销后倾角 主销后倾角是转向轴线向后倾斜的角度。主销后倾角是汽车纵向平面观察时，测量转向轴线至垂直线之间的角度而得，用 表示。如图 1 所示。从垂直线向后倾斜，称为正主销后倾角；向前倾斜则称为负主销后倾角。向轴线的中心线与地面有一个交点，轮胎与路面接触面有一个中心点，该点到转轴中心线之间的距离 L 称为主销后倾移距。主销后倾角 能形成回正的稳定力矩。如果车辆具有正主销后倾角，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(例如向右偏转，如图中箭头所示)，将使汽车行驶方向向右偏离。这时，由于汽车本身离心力的作用，侧向推力就会对车轮形成绕主销轴线作用的力矩 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的位置，从而保证了汽车稳定的直线行驶。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的力(即所谓转向盘沉重)。主销后倾角 愈大，车速愈高，力矩 YL 愈大，转向轮偏转后自动回正的能力也愈强。一般 角不超过 23。主销后倾角一般是将前轴连同悬架安装在车架上，使前轴向后倾斜形成的。7图 1 图 22.1.2 主销内倾角 在汽车的横向平面内(汽车的前后方向)，主销上部向内倾斜一个角度，这个主销轴线与垂线之间的夹角 称为主销内倾角，车辆向左或向右转向时，车轮会围绕主销轴线转动，该轴线称为转向轴线。在减振器上支撑轴承和下悬架臂球节之间，画一条假象直线，也是转向轴线，如图 2 a)。主销内倾角 有使车轮自动回正的作用，如图 2 b)所示。当转向车轮在外力作用下由中间位置偏离左右一个角度时，车轮的最低点将陷入路面以下 h 处，实际上车轮边缘不可能陷人路面以下，而是将转向轮连同整个汽车前部向上抬起一个相应的高度 h，这样汽车本身的重力有使转向轮回复到原来中间位置的效应，即能自动回正，主销内倾角愈大或转向轮偏转角愈大，汽车前部就被抬起得愈高，转向轮自动回正的作用就愈大。主销内倾角的另一个作用是使转向轻便，见图 2a)，由于主销的内倾使得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 c 减小，转向时路面作用在转向轮上的阻力矩减小(因力臂 c 减小)，从而可降低转向时驾驶员加在转向盘上的力使转向操作轻便，同时也可以减小因路面不平而从转向轮传到转向盘上的冲击力。但 c 值也不宜过小，即内倾角不宜过大，否则在转向时，车轮绕主销偏转的过程中，轮胎与路面间将产生较大的滑动，因而增加了轮胎与路面的摩擦阻力，这不仅使转向变得很沉重，而且加速了轮胎的磨损。故一般内倾角 不大于 8，距离 c 一般为 4060mm。但在一些发动机前置、前轮驱动的轿车上，为8了使汽车具有良好的行驶稳定性，其主销内倾角均较大，如奥迪 100 型轿车为142；天津夏利 TJ7100 型轿车为 1230。主销内倾角通过前梁的设计来保证，由机械加工来实现。加工时将前梁两端的主销轴线上端内倾斜就形成了内倾角。悬架类型不同，转向轴线结构有可能不同。对于非独立悬架，车桥每端都装有一个主销。转向主销轴线就相当于其他类型悬架中的转向轴线。在独立悬架中，上球节与下球节之间的连线便构成了主销轴线。2.1.3 前轮外倾角 向汽车前后方向看车轮，轮胎并非垂直安装，而是稍微倾斜。在汽车的横向平面内，前轮中心平面向外倾斜一个角度 ，如图 3 所示，称为前轮外倾角。轮胎呈现“八”字形张开时称为负外倾，而呈现“V”字形张开时称正外倾。前轮外倾角 具有提高转向操纵轻便性和车轮工作安全性的作用。如果空车时车轮的装正好垂直与路面，则满载时车桥将因承载变形而可能出现车轮内倾，这样将加速汽车轮胎的偏磨损。另外，路面对车轮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，降低它们的使用寿命，严重时会损坏外端的锁紧螺母而使车轮松脱，造成交通事故。因此，为了使轮胎磨损均匀和减轻轮毂外轴承的负荷，安装车轮时预先使其有一定的外倾角，以防止车轮内倾。外倾角也不宜过大，否则也会使轮胎产生偏磨损。前轮的外倾角是在转向节的设计中确定的。设计时使转向节轴颈的轴线与水平面成一角度，该角度即为前轮外倾角 。在使用不同斜交轮胎的时期，由于使轮胎倾斜触地便于转向盘的操作，所以外倾角设计得比较大。随着汽车装用的扁平子午线不断普及，并由于子午线轮胎的特性(轮胎花纹刚性胎体比较软，外胎面宽)，若设定较大外倾角，会使轮胎偏磨，缩短轮胎的使用寿命。现在的汽车一般都将外倾角设定为 1左右。为改善前桥的稳定性，早期汽车的车轮采用正外倾角，使轮胎与地面成直角，防止在中间高于两边的路面上行驶时，轮胎不均匀磨损。在现代汽车中，由于悬架和车桥比过去的坚固，加之路面平坦，所以，采用正外倾角的必要性少了。结果，在车轮调整上，倾向于采用近零度的外倾角。某些车辆甚至采用负外倾角，以改善转向性能。9图 3 图 42.1.4 车轮前束俯视车轮，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这种现象称为前轮前束。在通过两前轮中心的水平面内，两前轮的前边缘距离 B小于两前轮后边缘距离 A，A-B 之差称为前轮前束，如图 4 所示。像内八字一样前端小后端大的称为前束，而像外八字一样后端小前端大的称为后束或负前束。前轮前束的作用是为了消除由车轮外倾而引起的前轮“滚锥效应” 。即车轮有了外倾角后，在滚动时，就类似于圆锥滚动，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，车轮犒将在地面上出现边滚边向内滑移的现象，从而增加了轮胎的磨损。为了消除车轮外倾带来的这良后果，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 B 小于后边缘距离 A。这样可使车轮在每一瞬时滚动方向接近于向着正前方，从而在很大程度上减轻和消除了由于前轮外倾角产生的不良后果。一般前束值为 012mm，有时汽车为与负前轮外倾角相配合，其前束也取负值即负前束(如上海桑塔纳轿车前束-1 -3mm)。车辆安全检测时需要检查侧滑，这是查看直线行驶时轮胎的横向侧滑率，也就是车轮外倾角与前轮前束的配合情况。检查标准规定，采用前束或后束发生的侧滑率，在汽车直线行驶 1km 时，应在 5m 以内(实际用仪器测量，行驶 l m，应在 5mm 以内)。这样，汽车在直线行驶状态下，轮胎稍微发生横向侧滑是属于正10常的。2.2 后轮定位2.2.1 后轮外倾角像前轮外倾角一样，后轮外倾角也对轮胎磨损和操纵性有影响。理想状态是4 个车轮的运动外倾角均为零，这样轮胎和路面接触良好，从而得到最佳的牵引性能和操纵性能。后轮外倾角不是静态的，它随悬架的上下移动而变化。车辆加载后悬架下沉会引起车车轮外倾角改变。为了对载荷进行补偿，采用独立后悬架的大多数车辆常有一个较小的正后轮外倾角。滑柱筒破坏或错位、滑柱弯曲、上控制臂衬套破坏、上控制臂弯曲、弹簧压缩或悬架过载都会使后轮外倾角产生变成负外倾角的趋势。转向节弯曲、下控制臂弯曲会使后轮外倾角过大。后轮驱动车辆在转矩过大、严重超载或道路损坏的情况下，即使是刚性的后桥壳也会变弯。2.2.2 后轮前束如同前轮前束一样，后轮前束也是后轮定位的一个重要项目。如果前束不当，后轮轮胎也会被擦伤，另外也会引起转向不稳定及降低制动效能。像后轮外倾角一样后轮前束也不是一个静态量。悬架摇动和反弹时它就要起变化。滚动阻力和发动机转矩对它也有影响。对于前驱动车辆，前驱动轮宜前束，后从动轮宜负前束。后轮驱动车辆则反：前轮宜负前束，独立悬架的后驱动轮应尽可能为前束。如果后轮前束不符