第6章汽车车轮定位检测_汽车检测诊断技术_凌永成_电子课件

汽车检测诊断技术沈阳大学 凌永成 配 套 教 材 信 息教材名称：汽车检测诊断技术教材主编：凌永成教材定价： 34RMB出版社：清华大学出版社出版时间 /版次： 2009年 8月第 1版国际标准书号（ ISBN ）：978-7-302-20268-4 教材所属系列：普通高等院校汽车工程类规划教材第 6章 汽车车轮定位检测6.1 车轮定位参数为使转向车轮操纵轻便、行驶稳定可靠和减少轮胎的偏磨损，在转向车轮上设计有主销后倾角 、主销内倾角 、车轮外倾角 和前轮前束等参数，称为 “转向桥车轮定位 ”。由于汽车转向轮一般是前轮，故习惯上称为 “前轮定位 ”。后轮外倾角和后轮前束称为 “后轮定位 ”。其作用是使前后轮胎的行驶轨迹重合，以减少高速行车时前后车轮轮胎的横向侧滑量和轮胎的偏磨损。前轮定位和后轮定位合称为四轮定位。6.1.1前轮定位1.主销后倾角 和主销内倾角主销后倾角（ caster angle）是在汽车纵向平面内，主销上部向后倾斜而与车轮中心的垂线形成的角度 ，如图 6-1所示。 图 6-1 主销后倾角 主销后倾角不宜过大，否则转向时，须在转向盘上施加较大的力，导致转向盘沉重。一般角不超过 2 3。目前，乘用车广泛采用低压胎，轮胎与地面接触面增大，从而引起回正力矩增加，因此 角可减小到接近于零，甚至为负值，但不超过 1。主销内倾角（ SAI， steering axis inclination）是在汽车横向平面内，主销上部向内倾斜而与垂线形成的角度 ，如图 6-2a所示。主销内倾角有以下两个作用：（ 1）具有自动回正的能力。 （ 2）转向轻便。 图 6-2 主销内倾角 主销内倾角不宜过大。否则在转向时，在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，从而增加轮胎与路面的摩擦阻力，这样不仅使转向变得很沉重，而且会加速轮胎的磨损。故主销内倾角一般不大于 8。 2.车轮外倾角 和前轮前束 A B除主销后倾和内倾两个角度用于保证汽车稳定直线行驶外，车轮中心平面也不是垂直于地面的，而是向外倾斜一个角度 ，称为车轮外倾角（ camber angle），如图 6-3所示。外倾为正，内倾为负。图6-3 车轮外倾角车轮外倾角有以下四个作用：（ 1）转向轻便。 （ 2）减小轮胎偏磨。 （ 3）保护轴头螺母。 （ 4）保持轮胎与拱形路面垂直，减少轮胎偏磨损。 车轮有了外倾角可与拱形路面相适应。车轮外倾角一般为 30 1。 由于车轮外倾角的存在，会使车轮在滚动时类似滚锥而向外滚开，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滑的现象，从而加重轮胎的磨损。为了消除车轮外倾角所带来的副作用，保持汽车正直行驶，车轮应设置前束。前桥左、右车轮的旋转平面不平行，车轮前端胎面中心线间的距离 B小于车轮后端胎面中心线间的距离 A，称为前轮前束 A B（ wheel toe），如图 6-4所示。图 6-4 前轮前束 A B对于每个车轮来说，前端偏向汽车中心纵轴线为正前束，前端偏离汽车中心纵轴线为负前束（又称前张）。总前束（ total toe）是左轮前束和右轮前束之和。 前轮前束可通过改变横拉杆的长度来调整。一般前束值都小于 8 12 mm。3.包容角包容角（ included angle，图 6-5）是主销内倾角与车前轮外倾角之和。图 6-5 包容角（ Included Angle）因为包容角是由刚性零件（转向铰节组件或麦逊式减震柱）确定的，所以它一般是不可调的。当这些零件变形时主销内倾角将发生变化。因此，包容角是一个用来诊断车轴磨损及减震器变形的有力工具。各种车型的转向轮定位值，各汽车制造厂均有规定。表 6-1列出几种常见汽车的转向轮定位值。6.1.2后轮定位1.推力角后轮定位是通过推力线体现的。推力线是经过后桥中心且和后桥中心线垂直相交的一条假想线，指向汽车前进方向。汽车的纵向几何中心线也是一条假想线，它是通过汽车前桥和后桥中心线的直线。a）后桥安装正确（推力线和汽车几何中心线重合） b）后桥安装偏斜（推力线和汽车几何中心线不重合） 图 6-6 推力线与汽车纵向几何中心线推力角（ thrust angle，也叫推进角或驱动偏向角）是指推力线和汽车的纵向几何中心线不重合时，推力线与纵向几何中心线形成的夹角。推力线朝左，推力角为正，推力线朝右，推力角为负。后轮推力角是两后轮前束角差值的一半。推力角并非设计参数，而是一种故障状态参数，如左后轮和右后轮的前束不等、后轴安装偏斜、车轴偏角等，会产生推力角。推力角的存在会使汽车的行驶轨迹偏斜，当推力线向汽车几何中心线的左侧偏斜时，后轮将使汽车顺时针转向。如果驾驶员松脱转向盘，汽车向右转。若使汽车保持直线行驶，需使汽车前轮不断向左偏转进行补偿，这将造成轮胎的羽片状磨损。2.后轮外倾角和前束角后轮外倾角其概念同前轮外倾角。许多前驱动汽车的后轮具有轻微的负车轮外倾角，以便改进转向稳定性。推力角为零时，后轮单独前束角是指车轮中心线与汽车几何中心线的夹角，左后轮和右后轮的单独前束角应相等。两后轮的前束不一致会形成推力角而引起跑偏。3.车轴偏角对于车轮安装角度正常的汽车，其左侧前后两个车轮中心线之间的距离应该与右侧前后两个车轮中心线之间的距离相等，即左右轴距相等。若车轮前束值失准或车辆发生了严重的碰撞事故，则会导致同一车轴上的两个车轮的位置发生变化，使右前轮相对于左前轮向前（图 6-7）或向后偏移。车轴偏角（ wheel set-back）是指同一车轴左右两个车轮的位置发生变化后，其实际轴线与理论轴线之间的夹角，如图 6-7所示。此时，一个车轮较另一个车轮后退些。右侧车轮如果向前偏移，则车轴偏角为正；右侧车轮如果向后偏移，则车轴偏角为负。图 6-7 车轴偏角车轴偏角不是设计角度，而是车辆由于碰撞事故或调整不当而产生的。车轴偏角的出现将导致左右轴距的差异，这时汽车会出现跑偏及操纵不稳现象，行驶方向将偏向轴距较小的一侧。车轴偏角只有高档的四轮定位仪（需有 8个传感器）才能测量出来，测量车轴偏角时，要先确定前束正确，因为不正确的前束，测量时会产生不正常的车轴偏角数值。6.1.3车轮定位检测汽车车轮定位（ wheel alignment）的检测有动态和静态两种方法。1.动态测量法动态检测法是汽车在低速直向行驶的状态下，通过测量车轮作用在测试设备上的侧向力或由侧向力产生的侧滑量来检测车轮定位角。 动态检测法的检测设备有两种形式：汽车车轮侧滑检验台和滚筒式车轮定位检验台。 2.静态测量法静态测量法是根据轮胎旋转平面与车轮各定位角间存在的直接或间接关系，在汽车车轮静止不动的状态下对车轮定位值进行几何检测。静态测量法的检测设备称为车轮定位仪。6.1.4车轮定位调整1.几何中心线定位调整法几何中心线定位调整法是以汽车的几何中心线为参考直线，将两个前轮的前束调整到规定值。长期以来都是用这种方式进行车轮定位调整。如果后轮安装正确，即推力线与几何中心线重合，则这种方法定位调整效果很好。而当后轮位置不正确时，这种定位调整方法会造成前轮前束调整不当。2.推力线定位调整法推力线定位调整法是将后轮的推力线作为参考直线来进行前轮前束的调整。当推力线和几何中心线不重合时，前轮、后轮与汽车几何中心线不平行。当汽车直线行驶时，四个车轮并不指向正前方，会导致轮胎表面羽片状磨损。3.完全四轮定位调整法完全四轮定位调整法是首先测量推力线和汽车的几何中心线的相对位置（即测量推力角），然后测量每个后轮的前束角并调整至技术参数要求，亦即使推力线与几何中心线重合。调整的结果是使四个车轮都平行于几何中心线，而且在直线行驶时，转向盘处于中心位置。现代的计算机车轮定位系统能使四轮定位正确。最后，前轮前束的调整用重合的推力线和几何中心线作为参考基准。6.1.5何时进行车轮定位检测汽车发生碰撞事故维修后、换装新的悬架或转向及有关配件后、新车行驶 3 000 km后，以及每行驶 10 000 km或 6个月后，出现下列问题时需要进行车轮定位检测：（ 1）直线行驶时，感觉需要紧握转向盘，往左边或右边拉，才能确保汽车直线行驶。（ 2）感觉车身发飘或摇摆不定，方向很难操纵。（ 3）前轮或后轮单边磨损或快速吃胎。（ 4）安装新轮胎后，发现跑偏或吃胎。6.2 汽车车轮侧滑检测6.2.1车轮侧滑的产生原因当转向轮外倾角和前束在使用过程中发生变化，两参数的平衡被破坏，使轮胎处于边滚边滑的状态时，将产生侧向滑移现象，称为车轮侧滑。图 6-8 车轮外倾角和前束综合作用结果1-转向车轮； 2-车轮前束； 3-车轮外倾6.2.2汽车前轮侧滑量对汽车使用性能的影响1.对汽车动力性、燃料经济性及制动性的影响2.对操纵稳定性的影响3.对轮胎磨损的影响6.2.3汽车车轮侧滑试验台的检测原理检测前轮侧滑量的主要目的是为了判断汽车前轮前束和外倾这两个参数配合是否恰当，而非测量这两个参数的具体数值。可用汽车车轮侧滑试验台（ side slip tester）检测侧向滑移量的大小与方向，其实质是让汽车驶过可横向自由滑动的滑动板，由于前轮前束和外倾角匹配不当而产生侧向作用力，滑动板将产生侧向滑动，测量滑动板移动的大小和方向以表示汽车前轮侧滑量。1.侧滑试验台的分类1）滑板式侧滑试验台滑板式侧滑试验台是通过测量滑板的滑动量来检测车轮侧滑量的。按滑动板数不同，分为单板式滑板式侧滑试验台（图 6-9）和双板式滑板式侧滑试验台（图 6-10）两种。图 6-9 单板式滑板式侧滑试验台 图 6-10 双板式滑板式侧滑试验台 2）滚筒式侧滑试验台 滚筒式侧滑试验台（图 6-11）是通过测量车轮的侧向力来检测车轮侧滑量的。图 6-11 滚筒式侧滑试验台2.双滑板式侧滑试验台的工作原理图 6-12 仅车轮前束（滑动板向外测滑动） 图 6-13 仅车轮外倾角（滑动板向内测滑动） 3.单滑板式侧滑试验台的工作原理图 6-14 单滑板侧滑台的测量原理分析图 6.2.4侧滑的检测标准侧滑试验台就是用上述原理来测量车轮侧滑量的，其实际显示的侧滑值是左、右车轮侧滑量的平均值。侧滑量的单位用m km表示，即汽车每行驶 1 km产生侧滑的米数。 机动车运行安全技术条件 （ GB 7258 2004）规定：用双滑板式和单滑板式侧滑试验台检测汽车转向轮的横向滑移量时，侧滑量应在 5m km之间。6.2.5双滑板式汽车车轮侧滑试验台的结构双板式侧滑试验台在国内应用广泛，主要由测量装置、指示装置和报警装置等组成，典型的电气式双板侧滑试验台结构如图 6-15所示。图 6-15 电气式双板侧滑试验台1-左滑动板； 2-导向滚轮； 3-回位弹簧； 4-摆臂； 5-回位装置； 6-框架； 7-产生电信号的自整角电机； 8-指示装置； 9-接受电信号的自整角电机； 10-齿条； 11-小齿轮；12-连杆； 13-限位开关； 14-右滑动板； 15-双销叉式曲柄； 16-轨道； 17-滚轮1.测量装置 该装置由框架、左右两块滑动板、杠杆机构、回位装置、滚轮装置、导向装置、锁止装置、位移传感器及信号传递装置等组成。它能测出车轮侧滑量并传递给指示装置。图 6-16双滑板式侧滑台1-滚轮； 2-左滑板； 3-连杆机构； 4-复位弹簧； 5-右滑板； 6-位移传感器2.指示装置 指示装置可分为机械式和电气式两种，电气式的又可分为数字式和指针式两种。指针式如图 6-17所示，它能把测量装置传递过来的滑板侧滑量，按汽车每行驶1km侧滑 1m定为一格刻度，车轮向外侧滑动和向内侧滑动分别有 7格以上的刻度指示。检测人员从指示仪表上就可获得车轮侧滑量的定量数值，并根据指针偏向 “IN”或 “OUT”的方向确定出侧滑方向。图 6-17 指针式指示装置1-指示仪表； 2-报警用蜂鸣器或信号灯；3-电源指示灯； 4-导线； 5-电源开关3.报警装置 在检测车轮侧滑量时，若侧滑量超过规定值，报警装置能够根据测量装置的限位开关等发出的信号，用蜂鸣器或信号灯报警。以便快速判定检测结果是否合格，为检测工作节约了时间。6.2.6侧滑试验台的使用和维护1.侧滑试验台的使用2.侧滑试验台的维护3.侧滑试验台的检定和调整6.3 汽车四轮定位检测6.3.1车轮定位仪发展概况车轮定位仪按出现的先后顺序分为气泡水准式、光学投影式和拉线式、 CCD式、 3D影像式等形式。早期的车轮定位仪为前轮定位仪，即只对转向轮车轮定位参数进行测量，如气泡水准式和光学投影式等。现代的车轮定位仪均为四轮定位仪，可同时测量前轮和后轮定位参数，为汽车的四轮定位参数调整提供依据，如拉线式、 CCD式、 3D影像式等。从使用情况看，前轮定位仪和拉线式四轮定位仪已趋淘汰，而 CCD式四轮定位仪目前使用较多。6.3.2前轮定位仪1.气泡水准式前轮定位仪气泡水准式前轮定位仪由三只带刻度的气泡式水准器组成，其端部的永久磁铁在测量时吸附在被测车轮的轮毂端面，可测量车轮外倾角、主销内倾角和主销后倾角。配备前束尺或标杆、标尺和聚光器，可测量车轮前束。气泡水准式车轮定位仪的价格低廉、携带方便，但由于是通过水准仪上的水