（交通运输工程专业论文）现代汽车四轮定位技术的研究与探讨.pdf

摘要 近几年，随着我国经济建设的飞速发展，我国机动车保有量每年以超过1 0 的 速度递增，尤其是中、高档轿车的增长速度更是惊人。现代所有的汽车制造厂家，都 已经意识到车辆经过行驶一段时间后，汽车的行驶系与转向系中各个活动零件，都将 因为磨损而造成汽车的行驶稳定性、转向轻便性和乘坐舒适性等性能明显的下降。例 如：减震弹簧弹性疲乏，车身底盘距地高度的降低。汽车的悬架及转向系统中各个活 动零件的磨损。将会引起零件松动、大粱弯曲或车身倾斜的现象。上述所有情形，都 会造成车辆驾驶性能上的瑕疵，以及燃油消耗过多，零件加速地磨损、轮胎磨损过剧 等现象。为了降低零件的磨损，汽车制造厂特意将汽车底盘悬架及转向系统予以改良， 使其能在一定范围内进行调整，来满足因零件磨损而予以补偿的作用。 国外对汽车四轮定位调整技术的研究已有多年，而我国成批量生产轿车只有一二 十年，我国的轿车生产基本上是引进外国的技术和生产线，像桑塔纳、捷达、高尔夫、 富康等车，都属于家庭用车，在外国已生产了许多年。因此这些车型的四轮定位及调 整，还是引进前的技术状况。目前这些车在国外已基本淘汰，在我国还在生产。所以 对这些车型的四轮定位调整技术改进，可以在汽车制造厂和社会上一起，对新旧车都 予以实施。 本文研究的工作主要分为三部分：第一，通过剖析以前在对汽车进行四轮定位检 测过程中所使用的仪器设备和检测方法，找出其存在的主要问题：第二，就目前国内 四轮定位技术的现状，针对一些常见车型( 常见悬架结构) 的某些四轮定位参数不能 进行调整的现状提出解决的方案，并验证方案的可行性：第三，为了提高汽车的操 纵及稳定性能，对汽车常用的麦弗逊悬架和上下控制臂悬架重新进行优化。应 用多体动力学分析方法，建立了麦弗逊悬架系统和上下控制臂悬架系统的多体 动力学分析模型，利用该模型对汽车前轮定位参数进行优化，并根据优化后的 参数对悬架系统进行了改进。 关键词：四轮定位，麦弗逊悬架系统，上下控制臂悬架系统 a b s t r a c t i nt h el a s tf e w y e a r s ，f l yt od e v e l o ps o o l 3a l o n gw i t he c o n o m i cd e v e l o p m e n t s i n o u rc o u n t r y , t h em o b i l eo a ri no u rc o u n t r yr e t e n t i o nm e a s u r e st ot o op a s st o i n c r e a s eo v e r10 s p e e da n n u a l l y , i sa ni n s i d e p a r t i c u l a r l y , t h eu p s c a l ec a r i n c r e a s e ss p e e da l s oa s t o n i s h i n g m o d e ma l lo fc a rm a n u f a c t o r yh o u s e a l lh a v e b e e na w a r eo ft h ev e h i c l ep a s s e sb yt od n v eap e n o do ft i m ee m p r e s s ，d r i v i n gt h e d e p a r t m e n ta u t o m o t i v ew i t hc h a n g ed i r e c t i o nt h ed e p a r t m e n tt h ei n s i d et h ee a c h m o v a b l es p a r ep a d s ，w i l l i n gr e s u l ti nt od r i v et h es t a b i l i t ya u t o m o t i v eb e c a u s ew e a r a w a y , c h a n g ed i r e c t i o nt h ee a s ya n dc o n v e n i e n tw i t he m b a r kt h ec o m f o r t a b l ee t c f u n c t i o na l ld e s c e n th a v i n go b v i o u s l y f o re x a m p l e ：r e d u c et os h a k et h es p d n gc e i l f l e x i b i l i t yt i r e d t h ec h a s s i si sa p a r tf r o mt h eg r o u n dl o w e r sh i g h l y a u t o m o t i v ea w e a ra n dt e a rf o ra n dc h a n g i n gd i r e c t i o ns y s t e mam o v a b l es p a r ep a r t s ，w i l lc a u s e t h es p a r ep a r t sl o o s e nt om o v e ，t h ep h e n o m e n o nt h a tc r o s s b e a mf l e e t i o n so r c a r r i a g e st i l tt oo n es i d e a b o v ea l ls i t u a t i o n s ，a l lw i l lr e s u l ti nt h ev e h i c l et h ed r i v e r t h em i n o rf a u l t so r lt h ef u n o t i o n ，a n dt h ef u e lc o n s u m e se x c e s s i v e ，t h es p a r ep a r t s a c c e l e r a t e sg r o u n dw e a ra w a y , t h et i r ew e a r sa w a yp l a ye t cp h e n o m e n o n f o rt h e s a k eo fw e a ra n dt e a rt h a tl o w e rt h es p a r ep ar c s ，c a rm a n u f a c t o r yw i t hi d e ac a r b e d r o c ks t r u ta n dc h a n g ed i r e c t i o nt h es y s t e mg i v et h eb e t t e r m e n t ，m a k i n gi t sc a n p r o c e e dt h ea d j u s t m e n tw i t h i nt h es c o p eo fc e r t a i n ，s a t i s f yt og i v et h ei ne x p i a t i o n o ff u n c t i o nb e c a u s eo ft h es p a r ep a r t sw e a r sa w a y t h ea b r o a da d j u s t st ot h ec a rf o u r - w h e e l e rf i x e dp o s i t i o nt h et e c h n i c a l r e s e a r c ht h e r eh a sb e e nm a n yy e a r , b u to u rc o u n t r yb a t c hq u a n t i t yp r o d u c ec a r o n l yc o n t a i n1 2 0y e a r s o u rc o u n t r yo fc a rp r o d u c eb a s i cu pi st ou s h e ri nt h e f o r e i g nt e c h n i q u ew i t hp r o d u c t i o nl i n e ，f o re x a m p l et h ev o l k s w a g e ns a n t a n a ，j a v a ， g o l fe t c a l lb e l o n gt of a m i l yu s et h ec a r ，a tf o r e i g nc o u n t 厂ya l r e a d ym a n yy e a r si n g a v eb i r t ht o t h ef o u r - w h e e l e ro ff o rt h i sr e a s o nt h e s ec a r e s st y p ep o s i t i o n sa n d a d j u s t s ，o ru s h e ri nt h ee x - t e c h n i q u ec o n d i t i o n c u r r e n tt h e s ec a r e s s e sa r ea l r e a d y b a s i ct oe l i m i n a t ea b r o a d ，r e t u r n i n gi nt h ec o u n b ya tp r o d u c e s oi m p r o v et ot h e f o u r - w h e e l e rf i x e dp o s i t i o na d j u s t m e n tt e c h n i q u eo ft h e s ec a r e s st y p e ，c a ni nt h e c a rm a n u f a c t o r ya n ds o d e t yt o g e t h e r , a l lg i v e st op u ti n t op r a c d c et ot h en e wo l d l t h ei n v e s t i g a t i v ew o r ki nt h i st e x ti sd i v i d e di n t op r i m a r i l yt h r e ep a r t ：t h ef i r s t ， p a s st h ea n a l y s i sb e f o r ei nt o t h ec a rp r o c e e df o u r - w h e e l e rf i x e dp o s i t i o n e x a m i n a t i o np r o c e s sa ni n s t r u m e n tf o ru s i n ge q u i p m e n t sw i t he x a m i n et h em e t h o d ， f i n do u ti t se x i s t e n tk e yp r o b l e m ；t h es e c o n d ，t h el o c a lf o u r - w h e e l e rp o s i t i o n st h e t e c h n i c a lp r e s e n tc o n d i t i o nn o w , a i m i n ga ts o m ef o u r - w h e e l e r sf i x e dp o s i t i o n p a r a m e t e r o ft h es o m ef a m i l i a rc a rt y p e ( f a m i l i a rs t r u tac o n s t r u c t i o n l n tp r o c e e d t h ep r o j e c tt h a tr e g u l a t o r yp r e s e n tc o n d i t i o np u tf o r w a r ds o l u t i o n ，a n dv e 嘶t h e p o s s i b i l i t yo ft h ep r o j e c t ；t h et h i r d ，f o ri n c r e a s e st om a n i p u l a t ea n ds t a b i l i z et h e f u n c t i o na u t o m o t i v e t oi nc o m m o nu s em c p h e r s o ns t r u tj nc a rw i t hc o n t r o iu pa n d d o w nt h ea m 3s t r u tt h ee x c e l l e n tt u r n i n ga f r e s h s h o u l dm a n yd y n a m i c sa n a l y z et h e m e t h o d ，e s t a b l i s h i n gt h em c p h e r s o ns t r u tw i t h c o n t r o lu pa n dd o w nm a n y d y n a m i c so ft h ea r n ls t r u tas y s t e ma n a l y s i sm o d e l 。m a k eu s eo ft h a tm o d e lt o p r o c e e dt ot h ee x - af i x e dp o s i t i o np a r a m e t e ri nc a rt h ei m p r e v e m e n td e s i g n s ，a n d p r o c e e d e dt h ei m p r o v e m e n tt h ed e s i g nt ot h em c p h e r s o ns t r u ta c c o r d i n gt ot h e e x c e l l e n tp a r a m e t e rt u r n i n gb e h i n d k e y w o r d s ：f o u r - w h e e l e r f i x e dp o s i t i o n ，t h em c p h e r s o ns t r u t ，c o n t r o lt h ea r ms t r u t as y s t e mu da n dd o w n 论文独创性声明 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论 文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他机构已经发表或撰 写过的研究成果。其他同志对本研究的启发所做的贡献均以在论文中做 了明确的声明并表示谢意。 论文使用授权声明 本人同意上海海运学院有关保留、使用学位论文的规定，即：学院有 权保留送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以上网公布论 文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文。 保密的论文在解密后遵守此规定。 作者签名：盈导师签名：毕 e t 期： d - 6 交通运输工程硕士论文 前言 汽车四轮定位技术是近十几年来才飞速发展起来的- i 1 新学科，从前人们对汽车 车轮定位的认识，往往停留在测量前束的阶段。因为过去生产的汽车，前轮主销内倾 角和车轮外倾角都是在设计与制造汽车时就设定在转向节上了，既难测量，又没有什 么办法调整。主销后倾角则是靠前桥装在钢板弹簧上时保证的。而后轮是通过轴承垂 直安装在后桥上，根本没有什么前束和外倾可言。而现代汽车大量采用了四轮独立悬 架，为了保证汽车直线行驶方向的稳定性和转向后转向盘的自动回正，避免前轮或后 轮因为前束失准而造成跑偏，轮胎异常磨损“。为了提高安全性能和经济效益，各国 汽车厂都在悬架系统设计时采取了一些技术措施，使得主要定位角度变得可以调整， 以便使它们能控制在厂家规定的范围内。以凌志，奔驰为代表的先进车型，前轮下悬 臂上装有两个偏心凸轮，前边的可以调整车轮外倾角，后边的可以调整主销后倾角。 凌志和马自达，宝马，夏利等许多汽车，后轮采用偏心凸轮调整前束“。还有的汽车 后轮外倾角也用偏心凸轮进行调整。国外汽车四轮定位调整的办法很多，总的趋势是 越来越完美。从前轮定位角度的调整到后轮定位角度的调整，从以前只能调前轮前束 到前轮调车轮外倾角、后倾角和前束角，不同车型不同悬架系统的定位参数的调整方 法各不相同，采用的调整方法也五花a i - j ，充分显示了国外几代汽车技术人员在汽车 四轮定位调整问题上倾注的心血 本文通过分析研究独立悬架的运动特性以及各组成部件的特性，可提出一套实用 的汽车前独立悬架设计分析方法，进行独立悬架的优化，为汽车四轮定位技术的改进 与方案的确定提供可靠的理论依据，为独立悬架车型四轮定位技术的进一步开发研究 提供一个有效的工具。其次，分析了四轮定位参数与汽车技术状况之间的关系，并在 传统四轮定位参数掌握的基础加深了对现代汽车四轮定位技术的认识。再次，经过四 轮定位误差的分析与研究，进一步确定了解决现代汽车四轮定位疑难问题的出发点和 基本方法，提出了可行的理论依据。 交通运输工程硕士论文 第一章概述 1 1 项目的立题背景及研究意义 1 1 1 项目的立题背景 英国交通研究实验室和国际红十字会的联合研究报告预测，未来的交通事故将与 严重疾病一样成为全球主要的死亡原因。目前，中国是世界上交通事故最严重的国家 之一，交通事故每天都大量发生，给国家和人们造成的损失触目惊心，如2 0 0 2 年全 国达4 6 5 万起， 2 ，7 万人死于车祸；直接经济损失3 4 亿元。据报道，我国2 0 0 4 年 机动车交通事故率较2 0 0 3 年有所下降，但由机动车机械性能导致的事故率却有所上 升，因此，除了交通管理的因素外，机动车辆的车况是导致事故的首要因素，车况 的好坏、车辆的性能直接影响着交通的安全。近年来，国家出台了一些相应法律法规 对机动车安全性进行规范，随之而来的是机动车检测设备雨后春笋般地冒了出来。这 些检测设备种类繁多，琳琅满目、技术水平各异，其中不乏鱼目混珠者，即是说有相 当部分检测设备留于形式，无法给出准确的检测结果，但国家又没有相应的社会公用 计量标准、检测设备和技术手段去对它进行评价和约束。 现代所有的汽车制造厂家，都已经意识到车辆经过行驶一段时间后，汽车的行驶 系与转向系中各个活动零件，都将因为磨损而造成汽车的行驶稳定性、转向轻便性和 乘坐舒适性等性能都有明显的下降“。例如：减震弹簧弹性疲乏，车身底盘距地高度 的降低。汽车的悬架及转向系统中各个活动零件的磨损，将会引起零件松动、大梁弯 曲或车身倾斜的现象。上述所有情形，皆会造成车辆驾驶性能上的瑕疵，以及燃油消 耗过多，零件加速地磨损、轮胎磨损过剧等现象。 为了降低零件的磨损，汽车制造厂特意将汽车底盘悬架及转向系统予以改良，使 其能在一定范围内进行调整，来满足因零件磨损而予以补偿的作用。 为保证汽车在行驶中，保持平稳性、舒适性及安全性，车辆制造家也提供了底盘 相关零件的标准尺寸及车轮定位的标准参数，使车辆维修人员，在进行车轮定位角度 检测时，作为标准参考依据，这就如同是测量刹车片的厚薄或者是测量火花塞间隙一 样，都有允许范围内的标准值。由于现代汽车的设计无论是从精确度还是整车的性能 方面，要求都愈趋严格，因此，用于检测汽车的技术性能和各零部件的技术状况的仪 2 交通运输工程硕士论文 器和量具也愈来愈精密。这就是为什么大部分轮胎专业修理店为了加强服务品质，而 采用电脑检测设备去进行四轮定位或车轮动平衡检测的真正原故。同时电脑四轮定位 仪，本身就包容了世界各汽车厂家的不同年份、不同型号的车型的标准车轮定位角度 规格，可提供给汽车维修人员，在进行四轮定位角度调整时，作为参考数据。因此四 论定位议就得到了越来越广泛的使用。 但是，由于我国的轿车生产基本上是引进外国的技术和生产线，比如桑塔纳、捷 达、高尔夫、富康等车，都属于家庭用车，在外国己生产了许多年”1 因此这些车型 的四轮定位及调整，还是引进前的技术状况。目前这些车在国外已基本淘汰，而在我 国还在生产。所以对这些车型四轮定位调整的技术改造，可以在汽车制造厂和社会上 一起，对新旧车都予以实施。另外，在我国，许多在用的进口轿车，也不同程度地存 在四轮定位调整方面的缺憾。虽然，使用四论定位议，可以对汽车的可调整定位参数 进行调整，但是部分车型的一些定位角度是不可调整的。比如桑塔纳轿车和捷达轿车 的后倾角不可调，而富康轿车的后倾角和外倾角都不可调。因此，我们经常会发现， 驾驶员将爱车送到修理厂进行反复的四轮定位校正问题都得不到解决而产生强烈的 抱怨。 1 1 2 项目的研究意义 近几年，随着我国经济建设的飞速发展，我国机动车保有量每年以超过l o 的 速度递增，尤其是中、高档轿车的增长速度更是惊人。随之而来的汽车行业的第三产 业，在面对着突如其来的、如此巨大的服务需求问题并未做好充分的准备，以至于我 们经常听到驾驶员因为汽车修理不好而产生的种种抱怨。由于现代汽车技术大量地融 进了电子技术、计算机技术、现代通讯与控制技术等，使缛汽车的维修理念、维修内 容、维修方法，都发生了根本性的变化，汽车维修越来越具有一定的难度。因此，汽 车修理市场对汽车维修人员的技能及素质要求越来越高，汽车维修业的从业人员需在 相对短的时间内掌握关于新车型的维修技术和方法。 汽车四轮定位失准会造成轮胎异常磨损，甚至提前报废。它还会使油耗增加，动 力下降。更危险的是，它会造成转向发飘、发抖、汽车跑偏，给行车安全造成隐患。 我们常常看到轮胎单边磨损，这主要是轮胎外倾角和前束角失准造成的。正外倾 角过大时，会偏磨轮胎外缘，即外侧胎肩。负外倾角过大时，会偏磨轮胎里缘，即内 3 交通运输工程硕士论文 侧胎肩。正前束过大时，也会偏轮胎外缘，负前束过大时，会偏磨里缘，并成羽毛状。 我们经常能看到轮胎成片状磨损，胎面成波浪状，局部一块块剥落那主要是后轮 前束失准造成的。还有的时候，轮毂或车轴交形，弯曲、偏心、轴承松动，使车轮转 动时出现周期性的振动，会使轮胎磨损成多边形。 研究证明，在相同的时间里，前束失准状态下轮胎磨损曲线比外倾角失准轮胎磨 损曲线上升的要快。而且外倾角不当磨损的是轮胎胎冠的一侧，而前束不当造成的磨 损是遍布整个轮胎胎面成锯齿状的损坏。这证明前束失准造成轮胎滚动时的摩擦比地 面相对滑动更严重。 日本东洋株式会社的工程师在我国从南向北对1 2 2 条报废轮胎进行了一次系统 调查，发现真正因年久损坏的轮胎只占2 5 9 9 6 ，其余7 4 1 的轮胎，除去部分气压过 高或过低，意外损伤导致报废，非正常使用也是重要原因“” 截至到2 0 0 4 年末，我国汽车保有量为2 3 5 0 万辆，如果每辆车每年跑3 万公里， 轮胎寿命按6 万公里计算，一辆车一年要换2 条胎，全国要换4 7 0 0 万条胎如果只 有2 5 9 的轮胎正常报废，则是1 2 1 6 万条，其余3 4 8 4 万条轮胎因为达不到里程而提 前报废，假如平均只跑了4 8 万公里，则实际至少更换4 3 5 5 万条，即浪费8 7 1 万条 轮胎。 1 2 国内外对汽车四轮定位技术的研究水平及发展趋势 1 2 1目前国内外发展的现状 国外对在用汽车四轮定位调整的问题已研究多年，许多早先出厂时还未能解决四 轮定位调整的车辆，采取了技术改造，解决了某些定位角度调整的困难。当然，这是 在对世界各国以前生产的许多型号的汽车进行了大量测量、计算的基础上德出的丰硕 成果。 在国外许多从事四轮定位调整研究的汽车服务公司，汽车修理厂和汽车改装厂中 美国的n i w o tc o r p o r a t i o n 很有成就。他们为各国许多车型设计生产了一系列偏心和 偏心脚套，带斜轴的后轮调整垫片，甚至有偏心球关节。汽车安装了使用的专用零件 后便使一些原来不能调整的四轮定位角度变为可调。车主不用更换车桥或者控制臂等 昂贵的部件，便解决了因车轮失准而带来的轮胎异常磨损或方向发飘、发摆、跑偏顽 症，许多设计颇具匠心。采用麦克弗逊式悬架的汽车，如凯迪拉克，别克林荫大道， 4 交通运输工程硕士论文 松开前减振器项部定位盘的螺栓。前后移动前减振器来调整主销后倾角，而奥迪v 6 和红旗轿车，则是松开前减振器定位盘的3 个螺栓，横向移动前减振器来调整前轮外 倾角。各种车辆调整四轮定位的招数五花a f ，十分有趣。 美国有个专门生产汽车四轮定位调整专用零件的公司。名叫s p e c i a l t yp r o d u c t s n i - w o tc o r p o r a t i o n ，该公司潜心研究了世界各国历年生产的汽车，设计和制造了很 多种偏心凸轮和专用螺栓，偏心胶套，以及从减振器上调整办轮外倾和主销后倾角的 专用零件，客户选择了合适的零件，安装到自己的车上以后，原来不能调整的一些定 位角就变得可调，使七八十年代生产的轿车在四轮定位调整技术方面，赶上以奔驰、 凌志为代表的9 0 年代汽车技术水平。 美国和港台许多汽车服务公司，汽车修理厂，改装厂，也在四轮定位方面下了很 大功夫，积累了许多宝贵经验。 1 2 2 国内发展趋势 四轮定位仪在汽车车轮定位性能的试验与检测校准中发挥着重要作用，在国外已 经普遍使用，我国近几年来该技术发展较快，从技术引进到消化吸收，现已基本形成 我国具有自主知识产权的四轮定位仪研发和生产能力，技术水平与国外差距不大。日 前我国所使用的四轮定位仪的6 0 来自国外，德国、美国、日本的居多，而辽宁及 广东是国产四轮定位仪的主要生产地。工作原理也从原来的拉线接触式发展为光电非 接触式，自动化程度越来越高。在北京国际汽车展览会上，美国战车( b c ) 、太阳( s u n ) 、 亨特( 删n t e r ) ，太熊( b e a r ) 、汉尼诗( i e n i s r ) ；德国百世霸( b e i s s 队r t h ) ；意大 利科基( c o r c h i ) 、天马( s p a c e ) 等许多厂商纷纷带着他们的四轮定位机前来参展， 令人目不暇接。 国外对汽车四轮定位调整技术的研究已有多年，而我国成批量生产的汽车只有一 二十年，我国的轿车生产基本上是引进外国的技术和生产线，比如桑塔纳、捷达、高 尔夫、富康等车，都属于家庭用车，在外国已生产了许多年。因此这些车型的四轮定 位及调整，还是引进前的技术状况。目前这些车在国外已基本淘汰，而在我国还在生 产。所以对这些车型四轮定位调整的技术改造，可以在汽车制造厂和社会上一起，对 新旧车都予以实施。 另外，在我国，许多在用的进口轿车，也不同程度地存在四轮定位调整方面的缺 憾。因此，发展我国汽车四轮定位调整技术的研究实在是刚刚起步，任重而道远。我 5 交通运输工程硕士论文 一国的汽车工业还很年轻，汽车技术还比较落后，因此，解决新车和在用汽车的四轮定 位调整方面，都有很繁重的工作，正可谓任重道远。让我们发挥我们的聪明才智和艰 苦奋斗的精神，为赶上世界汽车工业先进水平而努力。 随着四轮定位仪在我国的推广，四轮定位调整的重要性和巨大作用越来越受到汽 车制造行业、汽车运输行业、汽车维修行业和广大驾驶员的重视。暗示监测和调整四 轮定位角度，使车辆保持优良的技术性能和正常的磨损状态，成了保证行车安全，减 低轮胎和燃料消耗的重要条件。 1 3 研究的基本方法和内容 1 、研究方法 本项目研究的主要目的就是通过分析研究独立悬架的运动特性以及各组成部件 的特性，提出一套实用的轻型汽车前独立悬架设计分析方法，进行独立悬架的优化设 计，为汽车四轮定位技术的改进与方案的确定提供可靠的理论依据，为独立悬架车型 四轮定位技术的进一步开发研究提供一个有效的工具。其次，分析了四轮定位参数与 汽车技术状况之间的关系，并在传统四轮定位参数掌握的基础加深了对现代汽车四轮 定位技术的认识。再次，经过四轮定位误差的分析与研究，进一步确定了解决现代汽 车四轮定位疑难问题的出发点和基本方法，并提出了可行的理论依据。因此，主要的 研究方法为： ( 1 ) 从所有文献资料中提出问题。 ( 2 ) 结合汽车维修生产实际找准问题。 ( 3 ) 提出解决问题的方案。 ( 4 ) 建立数学模型，分析解决方案的可行性。 ( 5 ) 结合生产实际，确定问题解决方案。 2 、研究的主要内容 ( 1 ) 通过对定位过程的误差分析，找出了当前汽车四轮定位过程中所存在的主 要问题，并提出了改进方案。 ( 2 ) 为了提高汽车的操级及稳定性能，对汽车常见的麦弗逊悬架和上下控 制臂悬架提出了优化设计方案。 ( 3 ) 应多体动力学分析方法，建立了前麦弗逊悬架系统和上下控制臂悬 6 交通运输工程硕士论文 架系统的多体动力学分析模型，利用该模型可以对汽车前轮定位参数进行改进 设计。 ( 4 ) 以轮胎磨损量最小为目标，对麦弗逊悬架系统和上下控制臂悬架系统进 行了结构参数和初始状态参数的优化，提出通过优化初始状态位置来减小对轮胎磨损 的影响。 3 ，研究的主要工作 本文研究的工作主要分为三部分：第一，通过剖析以前在对汽车进行四轮定位检 测过程中所使用的仪器设备和检测方法，找出其存在的主要问题；第二，就目前国内 四轮定位技术的现状，针对一些常见车型( 常见悬架结构) 的某些四轮定位参数不能 进行调整的现状提出解决的方案，并验证方案的可行性；第三，为了提高汽车的操纵 及稳定性能，对汽车常用的麦弗逊悬架和上下控制臂悬架重新进行优化，优化结果可 为四轮定位过程中定位难题的解决提供明确的思路。应多体动力学分析方法，建立了 麦弗逊悬架系统和上下控制臂悬架系统的多体动力学分析模型，利用该模型对汽车前 轮定位参数进行改进设计，主要的优化设计包括：结构参数和安装参数的优化设计， 转向横拉杆断开点位置的优化。并根据优化后的参数对前悬架系统进行了改进设计 1 ) 前轮定位参数与轮胎磨损的关系 ( 1 ) 对轮胎磨损的仿真计算得出侧偏磨损的耗损功远小于整个纵滑侧偏时的耗损 功，说明在车辆行驶过程中，轮胎级向滑移磨损的耗损功是轮胎磨损的主要鄢分，侧 向滑移磨损所占比例较小。定位参数轮胎外倾角对轮胎磨损耗损功的影响小于前束角 所引起的轮胎耗损，说明轮胎定位参数中前束对轮胎的磨损影响较大。 ( 2 ) 轮胎前柬角和外倾角之间存在着一定的匹配对应关系，其数值匹配的好坏直 接影响轮胎的磨损和车辆的正常行驶。 2 ) 通过分析研究和实际改进样车的道路实验可知： ( 1 ) 采用了一种前轮定位参数优化日标函数形式，统一表达了特定工况下的前 轮定位角度值与理想值的偏差和车轮跳动过程中各定位参数的波动量，对前轮各定位 参数进行优化设计，使得典型工况下的汽车前轮定位参数比较合理，且车轮在整个跳 动范围内，各定位参数的变化量都控制在理想的范围，大大地提高了汽车的使用性能。 ( 2 ) 装配了麦弗逊悬架改进系统的汽车在实际道路实验中具有良好的操纵性能， 达到了预期的效果。 交通运输工程硕士论文 ( 3 ) 研究进一步还表明，对具有麦弗逊独立悬架的微型汽车而言常用的前轮定位 参数取值范围是比较合理的。 3 ) 双横臂独立悬架的优化 ( 1 ) 结构参数和安装参数的优化 对上、下横臂长度进行优化时使轮胎的侧滑量有所减小，会减小对轮胎的磨损， 但是同时优化却使轮胎的定位参数前柬值有较大的增大；对上、下横臂安装角进行优 化时，虽然定位参数的变化不大，但对于轮胎的侧滑量并没有太大的改善。而只有当 同时考虑这两个方面进行优化计算，才能获得较好的优化效果。 ( 2 ) 对于初始位置的优化 在双横臂独立悬架结构参数确定的情况下，通过优化初始平衡状态参数可大大 减少车轮的侧滑量，从而减小轮胎的磨损，同时也使得车轮外倾角有较大减小，但是 却使车轮的前束有所增加。 ( 3 ) 对于转向横拉杆断开点的优化 优化后虽然对轮胎外倾角的变化并无太大的影响，但是却使前束值大大减小，这 对于提高操纵稳定性和减少轮胎的磨损很有益处。 交通运输工程硕士论文 第2 章四轮定位的方法、仪器和误差分析 2 1 四轮定位方法 ( 1 ) 几何中心线定位。车辆的几何中心线定位是将前轮( 或后轮) 中心线与车辆 几何中心线之间的夹角作为车轮的前束角。当车轮前束调整到规定值，且后轮位置准 确、推力线与几何中心线重合时，车轮定位正确；当后轮位置不准确或推力线与几何 中心线不重合时，就会发生转向沉重等故障现象。 ( 2 ) 摊力线定位。车辆的推力线定位是由后轮确定的推力线作为前轮前束调整 的基准线。当推力线不与几何中心线重合时，前轮和后轮都不与几何中心线平行。此 时，车辆直线行驶时四只车轮都偏离正前方，导致轮胎表面产生羽毛状磨损等异常磨 损现象。 ( 3 ) 标准四轮定位。车辆的标准四轮定位是将推力线的位置相对于几何中心线 的检测，调节后的推力线应与几何中心线重合。通过检测推力角，使前轮前柬的调整 以重合的推力线和几何中心线作为基准线。当车轮定位调整结束时，四只车轮都应与 几何中心线平行，汽车直行时，转向盘应处于中心位置。现代电脑车轮定位检测系统 能满足检测要求。 2 2 常用四轮定位检测仪器 常见的四轮定位仪主要有拉线式、无线测量有线传输式、全无线式3 种类型。拉 线式四轮定位仪是采用弹性线与电位计式传感器相连接，根据给出的相互位置数据而 导出前束等角度，由于测量误差大面逐步被淘汰。无线测量有线传输式采用光学非接 触式测量，提高了测量准确度，但主机与传感器之间是通过信号线来传递信息。全无 线式也是光学非接触式测量，它不但性能稳定、测量准确度高，而且操作方便。 通常将进行四轮定位检测的仪器称为“四轮定位仪。四轮定位仪主要由一台电 子计算机和四个光学机头组成。四轮定位仪通过装夹在汽车四个轮胎上的传感器，感 知出车轮状态参数后，由电脑自动与相应车型的存储值对比，并计算出汽车四轮定位 的偏差值，维修人员只需按照仪器的提示进行修正，即可将四轮定位参数调整到出厂 值。现代高档四轮定位仪由软件和硬件系统两部分组成。软件系统主要包括：客户信 9 交通运输工程硕士论文 息管理数据库；各类汽车的生产厂商、年代、型号等原始数据：车辆预检查及其定位 故障诊断；校准调整程序等。其程序的运算、执行、数据存储和输出都通过计算机系 统自动完成。硬件系统除了计算机外，主要还包括：车轮倾角检测用的传感器和配套 安装夹具，调整标定设备、光学传感器、遥控操作器等。 计算机把光学机头检测来的信息进行计算、处理，用数字显示出来，并把存储的 原厂技术标准同测量值进行比较，判断出故障原因。计算机还能用动画显示调整办法， 并可存储检测调整后的数据，打印输出检测结果，进行故障分析。现有的四轮定位仪 虽然型号多样，但其检测原理与检测方法大致相同。现在主要以美国强兵公司生产的 j b c “战车”牌西轮定位仪进行研究与探讨。 一、美国。战车”四轮定位机 美国战车牌电脑c d 光碟四轮定位系统是世界唯一的全功能定位系统，同时能够 具有诊断，测量，调整修改、顾客资料管理及中文化电脑等五大功能鲫 采用了j o h nb e a n 美国战车牌四轮定位系统，一般维修人员只要经过短期培训就 可以成为使用定位诊断软件的专家，不但解决了定位师傅难求的问题，而且大大提高 了汽车维修厂的维修质量。 j o h nb e a n 美国战车牌四轮定位系统可针对行驶跑偏、方向盘不正、方向盘或车 身抖动及轮胎磨损等汽车故障做出准确的判断，同时可以会谈的方式引导定位的师傅 寻找出真正的故障原因。另外j 0 哪b e a n 美国战车牌四轮定位系统还具有定位自诊断 功能，美国战车牌四轮定位系统可根据所测量的定位角度与标准参数比较来自动判断 最可能的症状并指出出现故障悬架系统部件。定位测量维持过去一贯产品的传统，战 车牌定位系统有快速方便、测量准确及容易操作等特性。 1 快速方便， ( 1 ) 采用最新个人电脑，百万动态晶体记忆体； ( 2 ) 镭射记忆系统； ( 3 ) 专利独立快速单轮钢圈不圆补偿； ( 4 ) 电脑辅助调整特殊功能，同时测量后倾角及主销内倾角。 2 测量准确 ( 1 ) 红外线光电前束角测量系统： 交通运输工程硕士论文 ( 2 ) 电子倾斜仪外倾角测量系统； ( 3 ) 电脑自动校正补偿小量跑台不平； ( 4 ) 在前束角零度时测量外倾角后倾角。 3 容易操作 ( 1 ) 全部中文字幕； ( 2 ) 随时电脑提供定位调整修改解说； ( 3 ) 随时电脑提供定位操作说明； ( 4 ) 线条图解说明定位角度调整方法； ( 5 ) 动态卡遁活动图片解说定位角度调整方法。 二、二十一世纪的v 3 d 四轮定位机 近年来，美国强兵( j b c ) 公司又推出了具有。四轮定位测量技术革命性突破”的 应用高精密度三维成像技术的v 3 d 四轮定位机( 如图2 - 1 所示) ，经过严密考核，美国 通用汽车，日本丰田汽车等大公司向所 属汽车维修厂推荐采用新型v 3d 四轮 定位机。 它比通常的四轮定位机工作起来 要快得多。它根据三维空间原理，配备 两个高清晰度的照相机，能分辨微小的 变动；五个高速微电脑，配上经密软件， 进行高速计算。它的机头上没有电路， 没有任何传感器，没有电源，不会发生 、 图2 - 1 美国强兵( j b c ) 公司v 3 d 四轮定位 电路故障，无需维护，无需修理，也无需调整，不怕掉。不容易坏，因此大大降低了 维护费用。而且不同于传统式四轮定位机，以二度空间的技术分别测量前束及外倾角， v 3 d 以三度空间的技术同时测量前束和外倾角，测量快速又准确，三度空间技术不靠 重力测量外倾角，定位平台不平不会影响测量精度，v 3 d 测量四轮定位角度时操作员 不需要碰机头，剥量重复率可靠率最高o 】。 在定位时，只需把汽车开上跑台，前轮停在转盘上。安放好机头，高清晰度照像 机能分辨出每个机头的位置。计算机敏捷地进行工作。你不用升起车轮进行钢圈补偿， 交通运输工程硕士论文 也不用降下车轮弹压汽车等。你只要把汽车向后推动大约8 英寸( 2 0 c m ) ，屏幕上显示 s t o p ( 停止) ，你再把汽车向前推回原来的位置就行了。计算机将会根据信号计算出各 轮的定位角度，并在显示器上显示出来。整个定位过程仅需三分半钟即可测出所有角 度。 现在，我们介绍美国强兵公司2 0 0 2 年最新推出的、采用三维空间定位技术的定 位系统，我们称之为“3 d 定位系统”正像光盘技术改变信息记录方式，计算机和文 字处理机完全替代传统打字机一样，重大的技术革命彻底地改变了轮胎行业。现在定 位技术的重大突破将永远地改变定位操作方式。 首先，将汽车开上举升器，前轮停在转盘上。y 3 d 定位机的主要特征包括：设置 时间短，工作效率高，因为没有电子机头，所以不会因精密电子元件损坏而重新校准， 并且机头、举升器和主机之间无电缆连接。因为采用3 维空间定位技术，所以不需要 倾角传感器，举升器也不需要调整水平。同样，也不需二次举升、车身弹跳和钢圈补 偿。只需简单地输入车牌号码，系统就能自动调出上次记录的数据；只需键入车名的 第一个字母，就能调出以这个字母打头的所有车名，这样你就可以方便地找到所需车 型。在这以后的操作中，技师就不需要再碰任何键了。 然后，技师将机头安装在车轮上。机头是用有机玻璃制成，是被动式的，没有任 何传感器，因此，机头不需要调整水平。定位机利用三维空间坐标确定四个车轮的空 间位置，举升器不需调平。显示器显示出每个机头的状态，并指导技师何时进入下一 步操作位置。 首先，技师将汽车向后推8 英寸，摄像头跟踪机头，直到车轮停止、悬架稳定为 止。然后，将汽车推回到转盘上。通过这样简单的位置移动，定位机自动地测量四个 车轮的前束、外倾角和推进角。之后，定位机指示技师安装制动踏板固定器。位移的 同时完成了钢圈补偿，所以不需要举起汽车进行钢圈补偿，因此也就不需要举升车 辆和进行压力弹跳。 2 0 0 2 年新推出的v 3 d 2 豪华型四轮定位机不但具有主要定位命令的语言输入及删 除功能，还可以检测出汽车悬架高度，将检测数据与数据库中正确的数值对比后，提 出调整办法，以便正确地进行四轮定位调整。 转动转向盘使定位机自动的进入后倾角转测功能，得到后倾角读数。不需要其他 辅助设备，如电动转盘等。定位机直接计算主销内倾角和后倾角，而不需要像传统定 t 2 交通运输工程硕士论文 位机那样由外倾角和前束角计算得到，所以不需要使用固定机头的橡胶带，机头也不 需要安装得非常正。 这样，我们就在5 m i n 内得到了前束、外倾角、推进线、后倾角和主销内倾角的 数据。让我们回过头来看看定位机是怎样简便、迅速的工作的。 只需简单地输入车牌号码，系统就能自动调出上次纪录的数据，这样当客户再次 光临时可以节省时间。技师可以看到上次的定位结果，并且添加客户信息。你可以方 便地找到所需车型。 选定车型后，系统将提示进行车高测量，并将测量结果输入电脑。系统将根据输 入的车高给出相应的车规。这样就不需要查阅维修手册了两个专门设计的高分辨率 摄像头安装在定位机两侧，对准车身两侧的机头，确定机头的三维空间位置。如果摄 、 像机没看到机头，屏幕显示机头为红色，并且远离车轮。当摄像机找到机头时，显示 机头变蓝，并且安装在车轮上当四个机头都被找到后，系统自动进入“车辆移动” 程序。定位机指导技师进行“车辆移动”操作时，机头随着车轮转动。系统比较机头 的起始位置和终点位置，计算出每个车轮的转动轴线。这就是定位机的测量原理。 由于测量的是车轮的转动轴线，所以钢圈的好坏和机头安装是否准确都不影响测 量精度。 由于系统直接测量前束角和外倾角，建立了汽车的数学模型，所以不需要进行钢 圈补偿和举升器调平。简单地转动转向盘，告诉定位机进行后倾角转测。在后倾角转 测过程中，系统比较两个不同的位置，测量车轮转动轴线，直接测量后倾角和主销内 倾角，而不需要由前束角和外倾角计算得到，所以不需要调整机头水平。你也可简单 地通过转动转向盘得到汽车的转向前展角和最大转向角。 进行以上测量后，所有主要定位角度都显示在屏幕上。技师可根据定位角度确定 每个车轮的定位状态。主屏幕显示了整个汽车的定位状态，箭头背景颜色代表了实际 结果