（交通运输工程专业论文）在用汽车四轮定位参数变化对操纵稳定性影响研究.pdf

摘要 在用汽车在使用过程中随着技术状况的恶化，四轮定位参数值也会发生改变。 四轮的定位参数变化量过大对汽车的操纵稳定性的影响很大，甚至危及行车安全。 因此，汽车行驶一定的间隔里程后应及时对其四轮定位参数值进行检查和调整， 消除行车安全急患。本文通过对中级轿车、微型车、农用四轮车等车型的四轮定 位参数值与行车间隔里程问的关系进行跟踪调查，采集不同车型在不同行驶间隔 里程四轮定位参数值实测数据，采用数理统计方法分析，得出调查对象四轮定位 参数值变化与行驶间隔里程的一般式，绘制出四轮定位参数与行驶间隔里程间的 关系曲线。通过关系曲线对行驶间隔里程与定位参数变化进行预测与评估。得出 在用汽车四轮定位参数变化对行车安全的影响规律，提出了在确保行车安全避免 多次检测条件下汽车四轮定位参数检测与调整的最佳行驶间隔里程。 关键词：汽车；四轮定位；参数变化；操纵稳定性 a b s t r a c t w i t ht h ed e t e r i o m t i o no ft e c h n i c a ls i t u a t i o n ，f o u r - w h e e l p o s i t i o n i n gp a r a m e t e r s w i 儿 c h a l l g e ，i i lt h ec o u r s eo ft h eu s i n gv e h i c l e s t h eh e a v yc h a n g e so ft h e f o u r - w h e e l p o s i t i o n i n gp a 均m e t e r sw i l ll a r g e l yi m p a c t t h ev e h i c l eh a n d l i n gs t a b i l i t y , a n d e v e n e n d a n g e rt r a f f i cs a f e t y a sar e s u l t ，c e r t a i ni n t e r v a lc a rm i l e a g ei na t i m e l ym 锄e r a n e r m e i rf o w - w h e e l p o s i t i o n i n gp a r a m e t e r sc h e c k e da n da d j u s t e d t oe l i m i n a t es u t t e n n g 舶ma c u t e 觚f f i cs a f e t y t h r o u g hm i d - l e v e ls e d a n s ，m i n i c a r , f o u r - w h e e lf a r mv e m c l e m o d e l s s u c h 嬲f o u h h e e ld r i v i n ga n dp o s i t i o n i n gp a r a m e t e r s o ft h er e l a t i o n s h i p b e 似e e n 面l e a g ei n t e r v a lf o rf o l l o w - u ps u r v e ya n do t h e rl i g h tv e h i c l e so ff o 廿w h e e l 嘶v i n ga i l dp o s i t i o n i n gp a r a m e t e r so ft h er e l a t i o n s h i p b e t w e e nm i l e a g ei n t e a l st 0 饥比kt h ei n v e s t i g a t i o l l ，c o l l e c t i o no fd i f f e r e n tm o d e l sa td i f f e r e n ti n t e r v a l sr o a dm i l e a g e f o u r - w h e e lp o s i t i o n i n gp a r a m e t e r s m e a s u r e dd a t a , u s i n gm a t h e m a t i c a l s t a t l s t l c a l a n a l y s i sm e m o dc o m ei n v e s t i g a t i o nt a r g e t i n gf o u r - w h e e ld r i v i n g a n dc h a n g e smt h e v a l u eo ft h em i l e a g ei n t e r v a l g e n e r a l ，t om a p o u tt h ep a r a m e t e r sa n dd r i v i n g 士，0 昕w n e e j p o s i t i o l l i n gm i l e s t o mi i lt h ei n t e r v a lb e t w e e nt h ec u r v e s t h r o u g ht h e c u r v et op r e d l c t a i l de v a l u a t e 恤c h a n g e so ft h ed r i v i n gm i l e a g ei n t e r v a l sa n dt h ep o s i t i o n i n gp a r a m e t e 体 c o m ei nw t mf o u r - w 】h e e lv e h i c l ep o s i t i o nc h a n g e si nt h ep a r a m e t e r so f t h e1 m p a c to f 妇衔cs a f e t yl a w s ，p u tf o r w a r di ne n s u r i n gt r a f f i cs a f e t yo nm a n yo c c a s i o n s t oa v 0 1 d d e t e c t i o nu n d e rt l l ec o n d i t i o no ff o u r - w h e e l v e h i c l ep o s i t i o n i n ga n dd e t e c tp a r a m e t e r so t t h ea d j u s t m e n tt h eb e s tr o a dm i l e a g ei n t e r v a l s k e yw o r d s ：v e h i c l e ；f o u r w h e e l a l i g n m e n t ；c h a n g e so fp a r a m e t e r s ；h a n d l i n gs t a b i l i t y 重庆交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所 取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位敝储繇拗桥 日期：汐弼年a 月 1 7 日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权重 庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本人 学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行信息服务( 包括但不限于汇编、 复制、发行、信息网络传播等) ，同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 学位论文作者躲鳓水 日期：z 旃文月f 日 指导教师签名：科告夏以 日期：卅年，l 月t f 日 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社c n k i 系列数据 库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规定享受相关权 益。 学位论文作者签名：螟均笊 日期：翻嘭辉肛月，日 指导教师签名： 研孜乃 日期：如荫年月【，日 第一章绪论 第一章绪论 1 i 刖吾 汽车是现代道路交通中的主要元素之一，在用汽车技术状况的好坏直接影响道 路交通安全。众所周知汽车在使用过程中由于悬架及转向系元件的磨损、变形、 损坏等会使汽车车轮定位参数发生变化而失准，从而导致汽车操纵稳定性f 降危 及行车安全，加枷轮胎磨损降低轮胎使用寿命，对汽车的行车安全造成很大的安 全隐患。2 0 0 6 年作者对广西柳南高速公路发生的交通事故进行了统计分析，并得 出在该高速公路交通事故中，人、车辆、道路及环境所引起的事故次数占总事故 次数的比例如图卜1 所示。由图可见车辆因素占到了总事故量的2 8 5 而且多 数是因为车辆的操纵稳定性下降导致的。表1 故统计表，由袁中可知每年死于车祸的 平均人数达96 万人以上年平均直接 经济损失选2 5 亿多元人民币。因此研究 1 是我国2 0 0 0 年到2 0 0 7 年交通事 在用汽车四轮定位参数变化与汽车操纵 为日索 稳定性间的内在关系及其影响程度是必 6 3 疆 要的。 图卜1 交通事故咸园构成 我国2 0 0 0 年到2 0 0 7 年交通事故统计表表 年份事故次数( 扶)北r 人数f 人1受伤人数从)宜接经济损失f 万元1 7 5 4 9 1 95 4 “8 53 0 8 7 8 7 7 7 3 1 3 75 6 2 0 7 43 3 2 4 3 8 6 6 7 5 0 71 0 4 3 7 24 9 4 1 7 4 5 6 7 7 5 39 9 2 1 74 5 】8 l o 2 0 0 54 5 0 2 5 41 8 8 4 0 i 2 0 0 63 7 8 7 8 l1 4 8 9 5 6 2 0 0 73 2 7 2 0 91 2 0 0 0 0 1 2 国内外研究水平与发展趋势 1 21 国外研究现状 汽车四轮定位参数是汽车操纵稳定性的关键参数在发达汽车工业国家对汽车 四轮定位与汽车操纵稳定性的研究从2 0 世纪6 0 年代起就以基于“汽车驾驶员 一环境( 道路) 闭环系统”的汽车操纵稳定性研究为主，建立精确的多自由度汽车 动力学模型。通过对数学模型求解，得出数学模型的数字解，指导车辆的设计、 2 第一章绪论 性能分析和性能评价。数学力学模型是依靠不同的评价指标来支持的，不同的评 价指标在同一数学模型中所得出的结论并不一致，甚至互相抵触。同时数学模型， 是建立在汽车的理想化假设基础之上，理想的假设条件与实际汽车之间的情况是 存在着差异，有时这种差异还很显著。近年来，基于模糊神经理论的汽车操纵稳定 性的研究，主要在汽车操纵运动控制、车辆动力学、自动驾驶模型和驾驶员控制 模型方面的研究。目前在国外还采用虚拟试验技术建立汽车一驾驶员一环境的数 学模型和建立虚拟试验场的虚拟试验场景对汽车操纵稳定性虚拟试验。通过汽车 动态仿真器进行仿真试验，预测和评价汽车的动力学特性。 国外对在用汽车四轮定位调整问题已研究多年，许多早先出厂时还未能解决四 轮定位调整问题的车辆，采取了技术改造，解决了某些定位角度调整的困难。当 然这都是通过对各种车型进行四轮定位参数测量、计算得出的丰硕成果，如美国 的n i w o tc o r p o r a t i o n 就很有成就。汽车四轮定位检测仪就是国外研究汽车四轮 定位参数测量的代表性产品。 1 2 2 国内研究现状 在国内，这一领域的研究工作还处于起步阶段。对于汽车四轮定位参数与操纵 稳定性的研究也都是以基于“汽车一驾驶员一环境( 道路) 闭环系统”的汽车操纵 稳定性研究为主，以模糊神经网络实现控制的方法，或引入“人的思维模糊性 试验为主。同时，国家针对汽车的操纵稳定性制定了一套评价标准，即q c t 4 8 卜 1 9 9 9 汽车操纵稳定性指标限值与评价方法，依据标准可进行稳态回转、转向回 正性、转向轻便性、转向盘转角阶跃输入瞬态响应、转向盘转角脉冲输入瞬态响 应和蛇行等共6 项试验评价，这些项目的评价基本上包括了有关汽车操纵稳定性方 面的内容，其评价方法及评分方法科学合理，至于指标限值要求是否合理在此不作 评论。 我国近年来在汽车四轮定位参数测量方面的发展很快，从技术引进到消化吸 收，现已基本形成我国自主知识产权的四轮定位仪研发和生产的能力，技术水平 与国外差距不大。国产四轮定位仪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。然而国内对在用汽车四轮定位参数变化后如何进 行调整的技术改造还是仅仅停留在检测程面上，绝大多数的国产和合资车型在做 四轮定位检测时只对车轮外倾与前轮前束进行调整，多数情况下是无法真正解决 在用汽车四轮定位参数趋向不准确的问题。目前，在汽车检测、维修行业从事汽 车四轮定位参数检测与调整的专业技术工人多数对汽车四轮定位参变化与汽车操 纵稳定性的关系不是很了解，更不清通汽车四轮定位参数间的匹配技巧，不了解 汽车四轮定位参数匹配不当会对汽车操纵稳定性有何影响，对行车安全的影响有 多大。检测人员对不可调的定位参数无从下手，在用车辆往往做完四轮定位检测 第一章绪论 3 一 与调整后原来存在的操纵不稳定性还是无法解决馏1 。而国内的汽车性能研究机构都 热忠于对新车型操纵稳定性及汽车四轮定位设计匹配合理化方面的研究，对在用 汽车四轮定位参数变化后的处理方法与技巧方面的研究很少，目前也没有完整的 研究成果可以指导维修企业的专业维修人员处理好在用汽车四轮定位参数变化到 何程度或行驶多少里程后才需要调整曙1 。 可见目前的研究都是出于对新型汽车设计、性能分析和性能评价的研究，对在 用汽车的四轮定位参数变化后性能特性的研究很少。国内外对新开发的车型操纵 稳定性的研究己取得了丰硕的成果，但对在用汽车四轮定位参数变化对行车安全 的影响还没处于起步状态，特别是汽车四轮定位参数变化后对操纵稳定性和行车 安全的影响程度没有可靠的结论。 1 3 本研究的目的和意义 四轮定位参数对汽车的正常行驶起着十分重要的作用，汽车行驶一段时间后， 由于各种原因，会出现轮胎异常磨损、零件磨损加快、方向盘发沉、车辆跑偏、 在不平路面行驶时出现严重侧滑方向偏移等现象，而这些现象都是车辆四轮定位 不准确操纵稳定性下降的原因，要消除这些现象，确保车辆的稳定性能，最有效 的方法就是检查、调整四轮定位参数，确保汽车的正常行驶，避免事故的发生h 1 。 但是，何时进行在用汽车四轮定位的检测与调整才是最佳时刻目前还没有明确的 定论。因此，研究在用汽车四轮定位参数变化规律寻找在用汽车四轮定位参数检 测与调整的最佳行驶间隔里程具有重大意义。 本研究的目的是通过调查与试验的方法进行四轮定位参数变化对行车安全影 响的研究，找出规律，为汽车四轮定位参数的定期检测与调整提供必要的理论依 据。 1 4 研究的基本方法与内容 1 4 1 研究的方法 本研究的主要方法是通过对在用汽车进行广泛的调查取样收集大量的在用 汽车四轮定位参数变化的第一手资料，采用数理统计的方法进行数据分析与整理。 分析四轮定位参数变化甚至恶化后对汽车操纵稳定性的影响程度，找出在用汽车 四轮定位参数恶化前的检测与调整行驶间隔里程，指导维修专业技术人员及车主 对在用车辆进行及时的检测与调整，减少因不及时进行四轮定位的检测与调整而 引起的交通事故量。再次，通过取样调查分析、研究四轮定位参数误差进一步确 定解决现代汽车四轮定位参数变化规律。研究方法确定如下： ( 1 ) 检索文献资料寻找问题，并提出问题。 4 第一章绪论 ( 2 ) 对当地在用汽车使用条件及相关车型拥有比例，分析确定采样车型。 ( 3 ) 根据调查研究的需要设计调查表格。 ( 4 ) 分析确定调查对象，组织调查、进行数据采集与预处理工作。 ( 5 ) 结合在用汽车生产与维修实际情况找准问题的关键，通过数理统计方法 对调查数据进行分析。 ( 6 ) 选择必要的技术试验与验证。 ( 7 ) 结合生产实际需要找出在用汽车四轮定位参数变化检测与调整的最佳行 驶间隔里程。 1 4 2 研究的主要内容 ( 1 ) 通过对汽车四轮定位角度理论及四轮定位参数与汽车操纵稳定性间的关 系进行分析，找出当前在用汽车四轮定位参数在汽车使用过程中所存在的主要问 题，并提出研究方案。 ( 2 ) 结合在用汽车生产与维修实际进行广泛的调查与研究，找出参数变化的 一般规律。 ( 3 ) 确定在用汽车四轮定位参数变化到开始对操纵稳定性有影响时的行驶间 隔里程参考值。 1 4 3 研究的主要工作 本研究的主要工作是研究四轮定位参数变化对行车安全的影响，分析定位参 数对行车安全的影响程度，总结相关规律。 本研究的主要工作有以下几方面： ( 1 ) 通过对汽车四轮定位参数对汽车操纵稳定性的分析，找出影响汽车操纵 稳定性主要定位参数。 ( 2 ) 选择几种典型车型并对其四轮定位参数变化情况进行跟踪调查，采集相 应的数据，收集汽车四轮定位参数严重变化后汽车行驶性能的各种情况，并对采 集到的数据及信息利用数学方法进行处理，找出四轮定位参数与行车安全的相关 性。 ( 3 ) 通过对所选车型进行侧滑试验简单评估对所采集的数据进行对比验证。 ( 4 ) 根据采集及试验所得数据或信息进行分析，找出四轮定位参数的变化规 律；找出因定位参数超差而影响汽车操纵稳定性的临界参数或间隔里程。 ( 5 ) 根据临界参数或间隔里程制定出一般车辆在四轮定位参数恶化前定期进 行四轮定位检测的间隔里程。 第二章心轮定位参数对车辆操纵稳定性的影响 第二章四轮定位参数对车辆操纵稳定性的影响 汽车四轮定位是立体几何学在工程实践中成功应用的范例之一。它整合了转向 节、悬架、车桥和车轮系统的所有的几何参数，四轮定位的内容包括：主销后倾 角、主销内倾角、前轮外倾角、前轮前柬、前轮外展、后轮外倾角、后轮前束等， 除了四轮定位角外汽车四轮定位参数中还包含转弯， 倾角，后轮的延迟角和汽车 推力角，以便使汽车在各种复杂道路上行驶或转向时，车轮都能保持正确的角度 和垂直于路面“3 。正确的车轮定位角可以获得安全的操纵性，乘坐的舒适性和最长 的轮胎使用寿命。当汽车出现行驶跑偏，车轮偏磨，转向轮不能自动回正，高速 行驶时转向发飘，转向器摆振，转向略感发沉，支起转向轮左右转动，没有变沉 的感觉等情况时说明汽车的车轮定位己出现问鼠。 2 1 主销内倾角的影响 主销内倾角o 是指在汽车的横向平面内，主销上部向内倾斜的角度。如图2 - 1 所示，主销内倾角也就是转向节轴线在汽车横向平面内与一个车轮中心的铅垂线 的夹角，摩擦半径b 足指转向节轴线与路面的交点至车轮中心平面与路面之交线 的距离4 1 。 r 图2 - 1 主铺内倾角与摩擦半径 2 1 1 主销内倾角的作用 ( 1 ) 帮助转向轮自动回正。如图2 - 2 所示，在车轮接地点e 移至车轮轴线上， 并按转向节轴线方向和其垂直方向分解成只g o s t y 和只s i n o - ，转弯时垂直力分量 亘 第二章四轮定位参数对车辆操纵稳定性的影响 只s i n a 产生回正力矩r = e s i n c r s i n c r - ，其中= ( 咯+ r n t g c r ) c o s o ，其中：，d 为滚动半径，咯为摩擦半径，行驶方向偏向转角度盯订1 。 ( 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口1 。 抒麓方翔 。， 图2 - 2主销内倾角引起的车轮自动回正作用 2 1 2 主销内倾对操作稳定性的影响 ( 1 ) 如图2 - i 所示，若主销内倾角过大则摩擦半径珞减小，由式 t = e s i n c r s i n c r ( r s + ，d t g c r ) c o s o 可知回正力矩丁减小，车轮自动回正作用 小，主销轴线的延长线距车轮的中心线过近容易使转向发飘陋1 。 ( 2 ) 如图2 - 1 所示，若主销内倾角过小则摩擦半径珞增大，由式 t = e s i n c r s i n g ( r s + t g o - ) c o s o 可知回正力矩t 。增大，车轮自动回正作用 大，主销轴线的延长线距车轮的中心线过远使转向沉重，驾驶员不得不因此时刻 注意掌握好方向盘使精神过度紧张影响行车安全蹿1 。 ( 3 ) 左右两侧主销内倾角不等对汽车行驶跑偏的影响可用图2 3 所示的受力 分析来解释( 在此假设车轮的外倾角为零) 。图中作用在车轮上的垂直力f 。可沿主 销内倾角分解成es i n o - 和ec o s o 两个分力。由图中可见分力es i n o 向前束方向 挤压车轮( 因为主销后倾，故主销轴线与地面的交点在车轮接地点的前方) ，并使 转向横拉杆受力b 。当左右车轮的主销内后倾角不相等时，挤压车轮分力es i n o 的大小也不相等，从而使转向横拉杆两端的受力b 不相等，产生转向效应，导致 汽车行驶跑偏，而且总是向主销内倾角小的一边跑n 们。 第二章四轮定位参数对车辆操纵稳定性的影响 2 图2 - 3 主销内倾对行驶跑偏的影响 2 2 主销后倾角的影响 主销后倾角是指在汽车纵向平面内，主销上部向后倾斜的角度，如图2 - 4 中转 向轴e g 与车轮中心的铅垂线的夹角f 。转向节轴与水平地面交点至车轮接地点之间 的距离n 。称为主销后倾拖距。 图2 - 4 主销后倾角图2 - 5 行驶受力分析 2 2 1 主销后倾角的作用 主销后倾有利于汽车保持直线行驶的稳定性。由图2 5 的行驶状态受力分析 可知，如果由于路面不平或转向运动使车轮自直线行驶方向偏向转角度盯，那么 滚动阻力的分力斥s i i l 盯通过力臂刀，产生回正力矩使车轮回转到直线行驶位置。 2 2 2 主销后倾对操纵稳定性的影响 墨第二章四轮定位参数对车辆操纵稳定性的影响 ( 1 ) 主销后倾角过大，主销后倾拖距 1 。增大，稳定力矩增大，驾驶员必须用 较大的力转动方向盘才能克服车轮回转稳定力矩，这样使汽车转向显得沉重，汽 车的操纵方便性、灵活性、转向响应速度下降直接影响行车安全。 ( 2 ) 主销后倾角过小，主销后倾拖距玎。减小，稳定力矩减小，将使汽车行驶 不稳定，方向发飘，驾驶员对方向盘的力感明显下降甚至于无力感，在高速行驶 时车轮还出现明显的摆振现象，这种情况对行车安全最为不利。 ( 3 ) 两端主销后倾角不相等，汽车行驶时向小的一边跑偏，而这种跑偏的趋 势在没有排除两边主销后倾角差前不会消失，还会随着两边主销后倾角差值的增 大而加剧【1 1 1 ，其受力情况如图2 - 6 所示，垂直力的分力ec o s o 可以进一步沿主销 倾角分解为ec o s o c o s t 和ec o s c r s i n f 。图2 - 6 中可以看出分力ec o s o s i n r 通过 力臂r n 使得车轮前部受到相对挤压，并使转向横拉杆受力b 。如果左右车轮的主 销后倾角不相等，也会使转向横拉杆两端的受力不相等而产生转向效应，导致汽 车行驶跑偏例。 f sas 疆1 1t 图2 - 6 主销后倾对跑偏的影响 os l i lt as i nt 2 3 前轮外倾角的影响 汽车转向轮上端略微向外倾斜，车轮所处的平面和纵向垂直平面的夹角称为 前轮外倾角y ，如图2 7 所示。 2 3 1 前轮外倾角与外倾推力的关系 依据汽车动力学原理可知外倾侧向力e 与外倾角y 关系式为e = k y ，式中 k 为外倾刚度，单位为n r a d 或n ( 。) 。如图2 8 所示，汽车在做曲线行驶时，内 侧轴上的车轮与路面的外倾角减小，由于外侧所引起的附加侧向力使这根轴上的 侧向力提高，而在同样不变的横向加速度时，侧偏角减小n 帕。如果是在前轴侧偏 角减小将减小不足转向特性，使得整车操纵稳定性下降。 第二章网轮定位参数对车辆操纵稳定性的影响竺 图2 - 7 前轮外倾角 图2 - 8 外倾角的变化对转向特性的影响 - 5 0 7 4 0 2 三一3 0 裂 菩2 0 回1 0 0z4b苎1 u 外倾角t ( 。) 轮胎7 6 0 - 1 5 。胎f e l 9 6 k p a 图2 - 9 外倾回正力矩与外倾角的关系曲线 2 3 2 外倾回正力矩与外倾角的关系 轮胎的外倾角对回正力矩有一定的影响。如图2 9 所示，在汽车常用的外倾 角范围内，回正力矩与外倾角成线性关系。尽管回正力矩对整个汽车的横摆运动 影响较小，但其对转向系有很大的影响，正的回正力矩总是将轮胎向汽车直线行 塑第二章四轮定位参数对车辆操纵稳定性的影响 驶的方向转动，所以，它直接影响汽车的操纵稳定性。试验表明正的回正力矩对 应负的外倾角，负的回正力矩对应正的外倾角，如图2 - 1 0 所示3 。 r+ 怛= jl 鼋 蹩 厶 弋 外倾角 r 一 _ _ + r jl h 回 、 外倾角 r 图2 - 1 0 轮胎特性参数的正负 + 2 3 3 前轮外倾角的作用 前轮外倾角的作用是为了提高前轮工作的安全性和转向操纵的轻便性。当汽车 满载时，车桥因加裁而发生变形，这时车轮就可能产生内倾。随着汽车行驶里程 的增加，零件的磨损，内倾的趋势将会更加严重。为了防止这种倾向许多汽车的 前轮设有前轮外倾角。即空载时转向轮上端略微向外倾斜，满载时车轮垂直于路 面。这种结构可以消除转向节的向外分力，此分力使外轴承及锁紧螺母载荷增大， 加大了前轮工作中的不安全因素。 麦弗逊式和烛式独立悬架在伸张行程时车轮项部向外偏移，即伸张行程时前轮 外倾角加大，而压缩行程中前轮外倾角变化很小。所以麦弗逊式和烛式独立悬架 汽车有些设计为负前轮外倾角，或者设计为o 。3 0 。麦弗逊式和烛式独立悬架 的车轮外倾角无论是正还是负，一般角度都很小，通常都是在3 0 左右n 羽。 2 3 4 前轮外倾对操纵稳定性的影响 ( 1 ) 两侧外倾角不等会造成行驶跑偏。两侧车轮外倾角的误差必须小于3 0 。 如两侧车轮外倾角的误差大于3 0 ，特别是驾驶员一侧正外倾角较小时，汽车会 出现行驶跑偏1 。两侧车轮外倾角不等时，汽车向正外倾较大的一侧跑偏，严重 的汽车跑偏会直接影响到汽车的操纵稳定性，对行车安全很不利。 ( 2 ) 正外倾角过大会造成方向发飘及轮胎偏磨严重。车轮正外倾角过大时轮 胎的回正力矩为负而且其值与外倾角的大小成正比，因此，在大的正外倾角所产 生的负的回正力矩正好抵消由其他定位参数提供的正回正力矩，使汽车轮胎总的 回正力矩减小，促使汽车直行性能下降，方向发飘。车轮过于向外倾斜，车辆重 量集中在轮胎外缘。由于重心转移造成轮胎外缘直径比轮胎内缘直径小，因外缘、 第二章四轮定位参数对车辆操纵稳定性的影响 旦 内缘走同样距离时，前者需要转的更快。但由于它们是在同一条轮胎上，不可能 有转速差，这样转动时外缘就不可避免地要在路面上产生滑动和磨损n 引。 ( 3 ) 外倾角过小或负外倾过大时将使转向沉重，轮胎内缘偏磨n 射。车轮负外 倾角过大时轮胎的回正力矩为正而且其值与外倾角的大小成正比如图2 - 1 0 所示， 因此，在大的负外倾角所产生的正的回正力矩正好加大由其他定位参数提供的正 回正力矩，使汽车轮胎总的回正力矩增大，在同等大小的轮胎偏角下回正力矩增 大，促使汽车转向沉重，驾驶员在驾驶时不得不因此时刻注意掌握好方向盘使精 神过度紧张影响行车安全。 2 4 前轮前束的影响 前轮前束分为正前束和反前束两种。正前束指车轮后部距离大于前部的距离。 反前束指车轮后部距离小于前部的距离。 2 4 1 前轮前束的作用 车轮外倾角使车轮只有在汽车承载后才能垂直于路面，而在空载时车轮则向外 倾斜，在行驶中车轮就成了锥体，左右车轮有向两边滚开的趋势。但因前轴和横 拉杆又是和左右车轮相连，这就造成了车轮的滑移n 钉。为了抵消车轮向两边滚开 的趋势，并最大限度地消除车轮的滑移，于是设计了前轮前束，给车轮一个向内 滚动的趋势。与车轮外倾造成外滚开的趋势相抵消，达到直线行驶的目的。 2 4 2 前束值与前束角的关系 如图2 1 1 图所示，前轮前束值v = b a ，正前束值为v 大于0 ，负前束值为v 小于0 。 墨) 正前柬 图2 - 11前轮前束 b ) 负前束 目前多数合资厂生产及进口的汽车都采用前束角来标定前轮前束如图2 1 2 所 示。德国的标准是用两前轮中心平面间的夹角( 前束角) 来表示前束。由图2 1 2 可得出： s i n ? 2 = 纠d ( 2 一1 ) 因很小，故s i n ? 2 2 ，则( 2 - - 1 ) 式可化为 第二章四轮定位参数对车辆操纵稳定性的影响 那= 2 l ( 2 2 ) 前束角以弧度为单位，前束值以度( 或分) 为单位则： = 2 矽。( 3 6 0 x6 0 ) ( 2 3 ) 将( 2 2 ) 、( 2 3 ) 合并有： b a = 2 l = 2 n 筇( 3 6 0 6 0 ) ( 2 4 ) 式中d 为车轮外径，通过( 2 4 ) 式可以将前束角与前束值进行换算。 图2 - 1 2 前束值与前束角的关系 2 4 3 前轮前束对操纵稳定性的影响 ( 1 ) 加大了轮胎的侧滑量。侧滑量过大是由于前轮前束值和前轮外倾角不合 适造成的，而最常见的是前轮前束值不对口引。 ( 2 ) 转向器中速摆振。汽车在接近中速的1 个5l 锄速度范围内出现转向器摆 振，提速或减速离开这个速度区域后摆振故障自然消失，这通常是前轮前束值误 差在8 衄以上所致n 刀。调整前束后，故障即可消除。 ( 3 ) 造成轻微的转向偏重。前束值误差超过8 衄时，转向会略感发沉。 2 4 4 前轮前束角与外倾角间的匹配关系 前轮前束是为了抵消因车轮外倾面引起的车轮运动时向两边滚开的趋势，并最 大限度地消除车轮的滑移而设计的。这两个定位参数在汽车设计时就是车轮定位 参数设计的重点。两参数匹配不当也是最容易影响汽车操纵稳定性及汽车的行车 安全。由图2 - 1 3 可知当外倾角与前束角相等时，前束角引起的回正力矩m ，疗要大 于外倾角引起的回正力矩m 加。但在实际中前束角只有外倾角1 1 0 ，故两者作用 于轮胎上的回正力矩相差不大n 射。因此，由外倾角与前束角引起的回正力矩可叠 加成m z = m ：占+ m 可见m ：是使车轮前束减小和使车轮向外倾的方向滚动。 第二章四轮定位参数对车辆操纵稳定性的影响 旦 前束角与外倾角的匹配关系可由下式表示：= ( 0 0 8 0 1 4 4 ) y 。由此可见，当两 侧车轮外倾角与前束角的匹配不在上式的范围内时，即两者不对称平衡且不相等 时m z 左m z 右，此差别将导致汽车跑偏，跑偏的方向取决于回正力矩大的一边嘲。 1 2 0 日 邑8 0 t i l l 坩 - r h 回4 0 厂 、 m z b 7 、 ? ； m z i。 ， ， i i 。 81 01 2 外倾角7 ，前束角昏( 。) 图2 - 1 3 回正力矩与外倾角、前束角的关系 2 5 转向前展角的影响 车辆转弯时，内侧的车轮被迫沿着比外侧车轮要小的弧线前进。如果设计两侧 转向臂相互平行，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 前轴梯形臂与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1 度至3 度，两前轮沿着各自的弧线 滚动，从而消除了轮胎的滑动。如图2 1 4 所示，p 口。转向时所有车轮运动轨迹 的向心线都应相交于一点如图中0 点，此点称为转向中心。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的等腰梯形叫反梯形1 5 j 。二者在作用上 没有区别。梯形臂受强烈冲击发生变形后，在坏路上行驶中会出现跳动转向。转 向梯形又叫转向前展，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，由于内侧形成比外则较大l 度3 度的转角，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衡i i s l 。 2 6 后轮定位的影响 2 6 1 与后轮定位相关的角度及其作用 坠第二章四轮定位参数对车辆操纵稳定性的影响 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。 后轮前束：主要为了使前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。 0 图2 - 1 4 转向前展 车辆的几何中心线：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9 0 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。 推力角：指推力线与车辆几何中心线的夹角。后桥壳移动、其中一个后轮移动 或后轮定位参数变化后，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 1 5 和图2 1 6 。 2 6 2 后轮定位的作用及其影响 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 第二章四轮定位参数对车辆操纵稳定性的影响笪 倾角最主要的目的就是改善转向的稳定性。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。 图2 - 1 5 后轴未发生偏向 几何中心线与推力线重合 图2 - 1 6 后轴发生偏向 几何中心线与推力线不重合 2 6 3 四轮定位与前轮定位的区别 四轮定位和前轮定位的最大区别是在定位基准的选定上。四轮定位是以后轮推 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。前轮定位( 又, q - 轮定位) 其定位基准是以几何中心线，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，。 2 6 4 推力线对操纵稳定性的影响 若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，汽车的操纵稳定性能下降，同时对行车安全很不利口1 。 目前，在用汽车车速不断提高，车辆在行驶中的急加速、急减速、急转向、急 制动等动作使得减振器以及关节部件的磨损、各部分机件在剧烈颠波中疲劳、松 旷、变形或底盘在受到碰撞后变形，都会导致车辆在出厂时设定的四轮定位参数 发生变化，超出其车型的标准范围，会对车辆的操作稳定性产生影响。表2 - 1 列出 了汽车四轮定位参数恶化对车辆的影响情况( 假设轮胎气压正常、轮胎动平衡性 能良好、悬架高度基本一至) 。 堑第二章四轮定位参数对车辆操纵稳定性的影响 汽车四轮定位参数恶化对车辆的影响表2 - 1 故障现象原因分析对驾驶员的影响 转向沉重主销后倾角过大：外倾角过小或车辆操纵轻便性及灵活下降 负外倾过大；前束与外倾角匹配驾驶员容易劳累而过度紧张 不当；主销内倾角过大与疲劳 在某一中速下转向盘发抖前束太大容易引起驾驶员采取错误操 作动作 转向盘不正后轮前束不良，造成推进线转向 容易引起驾驶员采取错误操 系统不正 作动作 转向盘发抖、轮胎块状磨后轮前柬不正确驾驶员容易习惯性疲劳 损 直行时转向盘不定摇摆、正外倾角过大主销后倾角过小， 驾驶员路感下降对路况的判 转向盘发飘，转向后转向正外倾角过大会造成方向发飘 断能力下降 盘不能自动回正 车辆行驶时往一边拉左右车轮后倾角或外倾角不相驾驶员一不注意向左跑偏时 等；两端主销后倾角不相等；左容易与对面来车对撞，向右跑 右两侧主销内倾角不等；两侧车 偏容易驶离路面，驾驶员容易 轮外倾角与前束角的匹配不当 过度紧张引起疲劳 第三章汽车四轮定位参数变化调查研究 第三章汽车四轮定位参数变化调查研究 本研究选择上海一成四轮定位仪和元征k 3 0 1 型汽车侧滑试验台作为样本车 辆四轮定位参数检测及侧滑量检测的主要测量设备。选择几种有代表性的车型作 为研究对象，在不同行驶间隔里程条件下对样本车进行四轮定位参数检测及侧滑 量检测，记录下样本车型对应行驶间隔里程时的四轮定位参数值及侧滑量，并对 调查数据进行初级处理，为数理统计分析准备基础数据。 3 1 研究对象选择 本研究选择的研究对象是以下三类汽车：一是在广西南宁市拥有量比较多的 以营运出租汽车为主的中级轿车为第一类样本车型；二是以客、货运营为主的微 型汽车为第二类样本车型；三是在广西农村地区拥有量比较大的四轮农用车等轻 型载货车为第三类样本车型。 3 1 ，1 选择依据 ( 1 ) 样本车型必须具备保有量大，代表性强的特点 在市场经济高度发达的今天，我国的汽车拥有量正在快速增长，广西作为西 南各省的出海通道，作为沿边、沿海的重要省区，随着我国与东盟各国经济交往 的日益加强，昔日的广西已发生了翻天覆地的变化，全区经济得到了快速发展， 广西的交通运输行业也进入了前所未有的高速发展时期，目前广西各地营运的微 型面包车，出租汽车及轻型载货汽车数量激增，人员和货物的流动推动了交通运 输行业的发展，无论在城市、乡镇还是在农村，除了大型的、成批的人员、货物 运输需要大型运输车辆外，在广西各地大街小巷、乡村田野以上三类车型占有绝 对数量，它们具有轻巧、灵便、快捷、低油耗等低运营成本的显著特点，广为车 主和顾客所喜爱。选择以上三类车型作为研究的对象具有广泛的普通性。 ( 2 ) 样本车型的行驶里程数必须具备在短期快速增加的特点 营运车辆具有运输任务繁忙、使用频度大、工作负荷大等特点。出租汽车通 常是日夜兼程，换人不停车；微型面包车广泛使用于繁忙的批量较小的客、货短 程运输，农用车等轻型载货车活跃在城郊和乡镇使用条件较恶烈，这三类车型都 具备有短期快速增加行驶里程的潜质。 ( 3 ) 研究对象必须具有固定的或能灵活找到的停放点 以上三类车型有稳定的客源、货源，许多个人、家庭、商店等客户能比较容 易地找到它们，况且运输费用不高，可以满足各种需求，车主的服务态度较好， 与广大客户联系紧密，所以研究对象符合本研究的要求。 ( 4 ) 研究对象应是使用条件较差技术性能变化较快的车辆 以上三类车型的车主是运输业户，以追求利益最大化的目标，只顾及眼前利 旦第三章汽车四轮定位参数变化调查研究 益，为迎合客户的要求，加上交通管理部门检查及执法很难到位等，营运的车辆 往往是超载、超速运营。研究对象往往存在着底盘技术参数变化大、变化快的特 点，容易造成四轮定位失准，引起车辆故障增多，导致行驶平稳性、安全性下降 快的特点，有利于提高取样的速度，缩短研究周期。 ( 5 ) 调查对象车主维护保养意识不强，有利于调查数据的真实性 研究对象的车主受传统思想的影响，往往认为四轮定位那是高级轿车的事， 与自身车辆无关，有些车主因为每日工作繁忙，身体疲劳，而且考虑眼前的经济 利益，往往车辆出现了四轮定位引发的故障现象时仍然无动于衷，不进厂进行四 轮定位检调，有些车主认为自己凭经验搞好保养就行了，有些车主甚至在汽车发 生过碰撞等事故后仍然不愿掏钱检调四轮定位参数，有些车主认为四轮定位是检 调四个车轮都是独立悬架的车辆，自己的车有的车轮是非独立悬架就不检查调整 了，有的车主认为汽车制造厂的车辆使用说明书中也没有给出四轮定位的具体参 数，有些只给出调整前束的参数，所以就不需要进厂检调。以上种种模糊认识， 导致了车主不能按时对汽车进行四轮定位的检调，有利于调查数据的真实性。 ( 6 ) 农用车的选择依据 依据农用运输车安全技术要求( g b l 8 3 2 0 2 0 0 1 ) 标准中采用下列定义。农用 运输车( a g r i c u l t u r a l v e h i c l e ) 以柴油机为动力装置，中小吨位、中低速度，从事道路 运输的机动车辆。但是对农用车的最高设计车速、最大设计总质量、长度、宽度、 高度没有明确的规定。国外对四轮农用运输车( f o u r - w h e e l a g r i c u l t u r e v e h i c l e ) 有以下 规定。配套发动机功率为1 5 2 0 k w ；主变速箱档位数为4 8 档；行驶速度：最低 为0 6 6 9 k m h ，最高为1 5 9 0 k m h ，总质量为1 0 0 0 5 6 0 0 k g 。目前广西多数四轮农 用车的最高设计车速不大于9 0 k m h ，最大设计总质量不大于4 5 0 0 k g ，长小于6 m ， 宽不大于2 m 和高不大于2 5 m 。现在多数四轮农用车采用成熟的拖拉机和轻型汽 车总成，确保低价位目标的实现，四轮车售价一般为1 2 0 0 0 3 5 0 0 0 元辆，适应当 前农民购买力水平的需要。因此，2 0 年中产量平均年增长速度约4 0 ，目前全国 社会保有量达到1 9 0 0 万余辆。然而，原机械工业部( 8 5 ) 机农函字2 1 7 3 号文件明确 指出：“农用运输车不列入汽车行业规划 。国家统计局国统字( 1 9 9 0 ) 2 5 5 号文件中 正式明确：农用运输车列入农业机械统计指标范畴。因此农用运输车长期不受交 通运输管理部门的关注，交通安全急患很大，交通事故涉发。因此，将农用运输 车特别是四轮农用运输车纳入研究对象是十分必要的。 3 1 2 选择方法 ( 1 ) 调查地区选择。通过对广西各地的车辆类型、品牌、维修企业布局、交 通环境条件等因素进行了对比分析，南宁市及其附近郊县最具代表性。因为这些 地区的车辆类型、品牌、道路条件、交通条件与区内其它地区基本相似对调查数 第三章汽车四轮定位参数变化调查研究竺 据的可靠度有很大