（载运工具运用工程专业论文）车轮定位参数间接测量误差分析及多媒体课件开发研究.pdf

摘要车轮定位是影响汽车行驶安全性和经济性的重要因素。在汽车使用过程中，应适时进行车轮定位检测，并根据检测结果进行调整，以保证其使用性能。车轮定位参数通常指主销后倾角、主销内倾角、车轮外倾角和车轮前束。由于汽车悬架结构限制，车轮前束和车轮外倾角可以直接测量，其测量原理直观、易懂；而主销后倾角和主销内倾角只能间接测量，其测量原理难以理解，测量误差亦难以控制。本文通过对车轮定位参数间接测量误差的分析和车轮定位参数间接测量多媒体课件的开发，旨在探讨减小车轮定位参数间接测量误差，提高测量精度的方法，并改善车轮定位参数间接测量的教学效果。论文通过对测量点三维运动轨迹的研究，分析了车轮定位参数间接测量原理。同时结合测量原理和测量仪器特性，分析了车轮定位参数间接测量误差，并构建了车轮定位参数间接测量修正模型。以车轮定位参数间接测量原理和误差分析为主要内容，m a c r o m e d i aa u t h o r w a r e 7 0 1中文版为开发平台，充分利用3 d s m a x 9 0 、f l a s hm x2 0 0 4 、a d o b ep h o t o s h o p7 0 1 、a u t o c a d2 0 0 4 、a u d i oe d i t o rg o l d 等多媒体素材制作软件，开发出车轮定位参数间接测量多媒体教学课件。本多媒体课件集文字、图形、图像、动画、音频为一体，为学习者提供了一个生动、形象的学习环境，为提高车轮定位参数间接测量的教学效率和改善教学效果提供了一个良好的手段。关键词：车轮定位、间接测量、误差分析、多媒体课件a b s 仃a c tw h e e la l i g n m e n ti sa ni m p o r t a n tf a c t o rw h i c hc a ng r e a t l yi n f l u e n c ev e h i c l es a f e t ya n de c o n o m y i n - u s ev e h i c l e ss h o u l db ec a r r i e do u tt i m e l yd e t e c t i o no fw h e e la l i g n m e n ta n da d j u s tt e s tr e s u l t st og u a r a n t e et h e i rp e r f o r m a n c e s w h e e la l i g n m e n tp a r a m e t e r sg e n e r a l l yr e f e r st ok i n g p i nc a s t e ra n g l e ，k i n g p i ni n c l i n a t i o na n g l e ，w h e e lc a m b e ra n g l ea n dw h e e lt o e i n b e c a u s eo ft h ec o n s t r a i n t so fv e h i c l es u s p e n s i o ns t r u c t u r e ，w h e e lt o e i na n dw h e e lc a m b e ra n g l ec a nb ed i r e c t l ym e a s u r e d ，a n dt h e i rm e a s u r i n gp r i n c i p l ei si n t u i t i o n i s t i c ，e a s yt ob eu n d e r s t o o d o nt h ec o n t r a r y ，k i n g p i nc a s t e ra n g l ea n dk i n g p i ni n c l i n a t i o na n g l ec a no n l yb em e a s u r e di n d i r e c t l y t h ep r i n c i p l eo fi n d i r e c tm e a s u r e m e n ti sv e r yd i f f i c u l tt ob eu n d e r s t o o da n dm e a s u r e m e n te r r o ri sa l s on o te a s yt ob ec o n t r o l l e d b a s e do ne r r o ra n a l y s i sa n dm u l t i m e d i ac o u r s e w a r ed e v e l o p m e n to ft h ei n d i r e c tm e 舔u r e m e n to fw h e e la l i g n m e n tp a r a m e t e r s ，t h i sp a p e ra i m st oe x p l o r em e t h o d sf o rr e d u c i n gm e a s u r e m e n te r r o r , i n c r e a s i n gm e a s u r e m e n ta c c u r a c ya n da l s oi m p r o v i n gt e a c h i n ge f f e c t i v e n e s so fi n d i r e c tm e a s u r e m e n to fw h e e la l i g n m e n tp a r a m e t e r s t h r o u g ht h er e s e a r c ho fm e a s u r e m e n tp o i n t st h r e e - d i m e n s i o n a lt r a j e c t o r i e s ，t h i sp a p e ra n a l y s e si n d i r e c t l ym e a s u r e m e n tp r i n c i p l eo fw h e e la l i g n m e n tp a r a m e t e r s c o m b i n i n gi n d i r e c t l ym e a s u r e m e n tp r i n c i p l ew i t hi n s t r u m e n t a t i o nc h a r a c t e r i s t i c s ，t h ep a p e rs y n c h r o n o u s l ym a k e sa na n a l y s i so fi n d i r e c tm e a s u r e m e n te r r o ro fw h e e la l i g n m e n tp a r a m e t e r s ，a n dd e s i g n sm e a s u r e m e n tc o r r e c t i o nm o d e l t h em u l t i m e d i ac o u r s e w a r eo fi n d i r e c tm e a s u r e m e n to fw h e e la l i g m n e n tp a r a m e t e r si sm a i n l yr e l a t e dt o t h ep r i n c i p l eo fi n d i r e c tm e a s u r e m e n ta n de r r o ra n a l y s i s ，d e s i g n e do nt h ep l a t f o r mo fm a c r o m e d i aa u t h o r w a r e 7 0 1c h i n e s ev e r s i o n ，t a k i n gf u l la d v a n t a g eo f a u t o c a d 2 0 0 4 ，f l a s hm x2 0 0 4 ，a d o b ep h o t o s h o p7 0 1 ，3 d s m a x9 0 ，a u d i oe d i t o rg o l da n ds oo nt od e a lw i t ht h em u l t i m e d i am a t e r i a l s t h i sm u l t i m e d i ac o u r s e w a r ec o m b i n e st e x t ，g r a p h i c s ，i m a g e s ，a n i m a t i o n ，s o u n d 勰aw h o l ei no r d e rt op r o v i d el e a r n e r sw i t hav i v i da n dv i s u a le n v i r o n m e n tt ol e a r na n dag o o dm e a n sf o ri m p r o v i n gt h et e a c h i n ge f f i c i e n c ya n de f f e c t i v e n e s so fi n d i r e c tm e a s u r e m e n to fw h e e la l i g n m e n tp a r a m e t e r s k e yw o r d s ：w h e e la l i g n m e n t ；i n d i r e c tm e a s u r e m e n t ；e r r o ra n a l y s i s ；m u l t i m e d i ac o u r s e w a r e论文独创性声明本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论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。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：藿绕毛拇产6 只| b论文知识产权权属声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。( 保密的论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名：蕴唬乱导师签名：班勺弦产月日年月日长安人学硕士学位论文1 1 论文研究背景第一章绪论弟一早三百t 匕改革开放3 0 年以来，随着我国国民经济的迅猛发展，汽车工业得到了长足进步。据公安部交管局资料表明，截止2 0 0 8 年末全国民用汽车保有量达至u 6 4 6 7 2 1 万辆，汽车已经逐渐成为人们工作、生活中不可缺少的交通工具。同时，驾驶员非职业化、车流密集化和汽车高速化，对汽车的安全性能提出了更高的要求，交通安全问题也随之日益突出。与世界平均水平相比，我国汽车保有量约占世界汽车保有量的3 ，而交通事故死亡人数约占世界的1 5 6 。我国每百万辆车每年死亡人数是法国的5 8 倍，美国的8 6 倍，澳大利亚和瑞典的1 0 倍，日本的1 7 7 倍【l 】，中国已经成为世界上交通事故最严重的国家之一。作为道路交通的主要工具和重要载体，汽车的安全性能、质量和技术状况等对交通安全影响极大【列。因此，汽车检测技术的研究对于保证汽车技术状况处于良好状态，减少交通事故发生，保护人民生命财产安全具有十分重要的意义。汽车检测技术是基于研究汽车技术状况变化规律，采用先进的仪器设备与技术，在汽车不解体的条件下，通过测量有关技术状况参数，迅速准确地反映整车技术性能及各系统总成的技术状况，以便掌握它们的变化规律，发现并及时排除故障，保持或恢复其良好的技术状况和使用性能。汽车检测主要内容包括三个方面：一是汽车主要技术参数检测( 包括整车技术参数、主要总成技术状况参数、照明与信号装置技术参数等) ；二是主要技术性能检测( 包括动力性、燃油经济性、制动性、平顺性和操纵稳定性等) ；三是排放、噪声检测【3 】。汽车本身作为一个复杂的系统，随着行驶里程的增加和使用时间的延续，其技术状况将不断恶化，汽车使用性能逐渐下降，从而使其发生故障的机会逐渐增加。资料统计表明，车轮定位故障占整车的3 0 左右【4 】。如果车轮定位参数不正常，特别是转向轮定位的失准，一般会产生以下四类问题：1 ) 轮胎的异常磨损在正常使用条件下，轮胎可以行使1 5 0 0 0 0 k m 以上。当车轮定位失准后，严重者会在两车轮之间产生高达1 5 0 0 n 的侧向力，1 0 0 0 k m 就可使崭新的轮胎磨损漏线而报废。这种现象一般是由于车轮定位角度严重失准造成的，通过车轮定位仪的检测和调整，通常可以解决轮胎异常磨损故障。第一章绪论2 ) 行驶跑偏外倾角不准不仅引起轮胎异常单边磨损，而且还将导致汽车行驶跑偏，丧失保持汽车行驶方向的能力，操纵困难，增加驾驶员疲劳强度，容易导致交通事故。另外，主销倾角不一致，两轮胎气压不一致，两轮胎工作半径不一致，两轮胎偏磨损不一致，后轮轴与汽车的纵向轴线垂直程度等都有可能导致汽车的行驶跑偏。3 ) 车轮摆振车轮摆振直接影响汽车的操纵稳定性，对行车有极大的危险，影响运输效率。由于车轮振动时消耗能量，行使阻力增加，因此油耗也增加，整车燃油经济性变差。同时使汽车的操纵稳定性变坏，增加有关零件的动载荷，安全可靠性和使用寿命降低。摆振严重时将影响汽车的平顺性，特别是车轮的自激摆振，主要是由于主销后倾角过大等定位参数失准的结果。4 ) 转向沉重造成转向沉重的原因是多方面的，车架、前梁变形或车轮定位失准，车轮主销内倾角、后倾角变大或前束不符合要求，转向节止推轴承中缺油或损坏等都会增加转向沉重发生的概率，如果不借助于先进的车轮定位仪器，故障原因难以判蝌5 , 6 1 。作为汽车检测的一项重要内容，车轮定位检测对整车安全性能的影响举足轻重。进行车轮定位检测，并使其处于合理范围内，对提高汽车的行驶安全性与经济性具有重要的意义【7 , 8 , 9 】。目前，车轮定位检测日益受到人们的重视，并且已成为汽车综合性能技术状况检测的重点项目之一。1 2 车轮定位参数测量技术国内外发展概况为保证汽车行驶安全性和使用经济性，汽车车轮、转向节和车轴三者之间的安装具有一定的相对位置，这种具有一定相对位置的安装称为车轮定位。车轮定位参数一般包括主销后倾角、主销内倾角、车轮外倾角和车轮前束【l0 1 。车轮定位检测作为汽车性能检测的重要指标，在汽车日常使用中是必不可少的检测项目。汽车车轮定位参数的测量方法有静态测量和动态测量两种，静态测量又分为直接测量和间接测量。静态测量法是在汽车停止的状态下使用测量仪器对车轮定位进行几何角度的测量。其中，车轮前束和车轮外倾角采用直接测量方法；由于主销为一假想轴线，其位置由主销后倾角与主销内倾角同时决定【1 1 】，因此，一般使车轮绕主销旋转一定角度，通过测量点( 测量传感器或仪表盘) 转动轨迹的空间投影关系间接测量主销倾角。常用2长安人学硕士学位论文的测量仪器有气泡水准式、光学式、激光式、电子式和微机式等车轮定位仪。气泡水准式车轮定位仪具有结构简单、价格低廉、便于携带等优点，在国内获得广泛应用，但是也有安装和测试费时、费力等缺点；光学式车轮定位仪利用光学投影原理，将车轮纵向旋转平面与车轮定位的关系投影到带有指示刻度的投影屏上，从而测得车轮定位值；激光式车轮定位仪的检测原理与光学式相同，只不过采用的是激光投影系统，因而在强烈的阳光下也能清楚地从投影屏读出测量数据；电子式车轮定位仪则是在光学式和激光式的基础上，测量值由投影屏刻度显示转变为显示屏数字显示；微机式车轮定位仪比以上几种车轮定位仪先进，由于采用微电脑技术和精密传感测量技术，并备有完整齐全的配套附件，所以具有测量准确和操作简便等优点。目前国内外生产的车轮定位仪多以这种类型为主，且一般为四轮定位仪，可检测车轮前束、车轮外倾、主销后倾和主销内倾等重要定位参数，四轮定位仪测量的准确性将对汽车行驶安全性和操纵稳定性产生重要影响【12 1 。在车轮定位参数测量技术的发展方面，国外研究较早。5 0 年代，有关国家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。我国从6 0 年代开始引进台架式车轮定位仪，8 0 年代初，由武汉汽车研究所研制成功并投产了g c d i 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。到9 0 年代末国内厂家开始大量生产四轮定位仪，如营口玄豹的s d h 3 0 0 0 ，营口大力的d l - 4 8 0 0 ，烟台海德的h c 4 8 0 0 ，北京车安的a s 8 8 8 等，但都处于探索阶段，推出的产品大都不太成熟1 1 3 , 1 4 】。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，测量误差难以确定，测量精度无法保证。造成这种局面的原因首先是汽车检测领域的科研人员对先进的电子、激光、红外以及计算机技术了解较少，而这方面的专业人员又对汽车检测理论认识不够。随着车轮定位仪厂家规模的扩大，有更多的各领域专业人员进行协作以及传感器精度的提高，这种状况已得到缓解：其次，由于转向轮定位参数集中，其中主销倾角处于空间一般位置，缺乏测量基准，目前多数采用间接测量方法测量，这样就容易产生测量误差 1 1 1 。本文正是基于车轮定位参数间接测量技术，研究车轮定位参数间接测量原理，分析测量误差，构建车轮定位参数间接测量修正模型，并以此为基础开发车轮定位参数间接测量多媒体课件。第一章绪论1 3 车轮定位参数间接测量误差分析及多媒体课件开发随着现代汽车的高速化、前轮驱动化、超低压子午线扁平轮胎的使用及汽车急起步、急加速、急制动、急转向等工况的出现，合理的车轮定位参数对于保持汽车的直线行驶稳定性和操作简便性，减轻轮胎及其相关机件的磨损，提高汽车的行驶安全性和经济性具有重要的意义。由于汽车悬架结构限制，在车轮定位参数中，车轮前束和车轮外倾角可以采用直接测量方法测得，其测量原理直观、易懂；而测量主销后倾角和主销内倾角时只能采用间接测量方法，其测量原理较难理解，测量误差亦难以控制。这就为学习掌握车轮定位参数的间接测量原理，控制测量误差，提高测量精度，保持合理的车轮定位参数带来很大的困难。此外，车轮定位参数间接测量的传统教学方法是课堂讲授与实验教学( 实物指导)相结合。这种教学方法存在下列缺点：1 ) 课堂的理论讲授及课堂上所用的结构示意图，尤其是较复杂的结构较难使学生建立起真实的空间概念。2 ) 在实物指导课上，较难讲清楚许多结构尤其是复杂结构和不可拆卸结构的内部情况，更难描述其运转过程及与运转过程有关的参数变化。3 ) 实物指导课虽可利用透明模型及解剖实物，但透明模型的类型极少，只能演示最基本的和最原始的结构。而且购置这些实物和模型会耗费教学单位大量的资金。近年来也有一些相关的教学录像带问世，它们对传统教学方法有一定的替代和补充作用，但录像带存在如下一些内在的弱点：1 ) 难以表达清楚部件内部的情况和各零件之间的相互关系。2 ) 难以表达清楚零部件的运动过程。3 ) 不易进行编辑【2 l 】。以上问题严重地制约了车轮定位参数间接测量教学质量的提高。基于车轮定位参数间接测量现状分析，本文通过对车轮定位参数间接测量过程的研究，分析车轮定位参数间接测量误差，并开发车轮定位参数间接测量教学系统，改进教学方法，提高教学质量。计算机辅助教学( c o m p u t e ra s s i s t e di n s t r u c t i o n ) 简称c a i ，是计算机教育应用的一个重要领埘1 5 】。计算机辅助教学是把计算机作为一种新型教学媒体，将计算机技术运用于4长安大学硕士学位论文课堂教学、实验课教学、学生个别化教学( 人机对话式) 及教学管理等各教学环节，以提高教学质量和教学效率的教学模式【l6 1 。多媒体c m 可以看作是多媒体技术在c a i 中的应用。因此，多媒体c a i 课件可以理解为在一定的学习理论指导下，根据教学目标设计的、反映某种教学策略和教学内容，利用多媒体计算机进行辅助教学的课程软件1 7 , 1 8 , 1 9 】。多媒体课件可以根据教学内容创设情景，自然逼真的表现多姿多彩的视听世界，还可以对宏观世界和微观事物进行模拟，对抽象无形的概念进行生动直观的表现，对复杂过程进行简化并再现，激发学生的学习兴趣。另一方面，利用多媒体课件的交互性，可以对教学内容进行良好的交互控制，运用适当的教学策略指导学生学习，更好地体现“因材施教的个别化教学 。多媒体课件在教学中的使用，改善了课堂教学的表现力和交互性，促进了课堂教学内容、教学方法、教学过程的全面优化，提高了教学效果【2 0 1 。车轮定位参数间接测量误差分析和多媒体课件开发研究项目的提出，就是要研究车轮定位参数的间接测量原理，分析测量误差，构建测量修正模型，并以此为基础开发车轮定位参数间接测量多媒体课件，将现代计算机技术和多媒体技术运用到车轮定位参数间接测量的教学中去，为汽车行业的设计、运用、管理和教学人员提供一种有效的学习工具。1 4 论文研究内容及技术路线1 4 1 研究内容本文通过对车轮定位参数测量点三维运动轨迹的分析，研究车轮定位参数间接测量原理，分析测量误差，构建测量修正模型，并以m a c r o m e d i a a u t h o r w a r e 7 0 1 为开发平台，综合运用3 d s m a x 9 0 、f l a s hm x2 0 0 4 、a d o b ep h o t o s h o p7 0 1 、a u t o c a d2 0 0 4 、a u d i oe d i t o rg o l d 等多媒体素材制作软件，开发车轮定位参数间接测量多媒体课件。论文的主要研究内容如下：1 ) 研究车轮定位参数间接测量过程和测量点的三维运动轨迹，分析车轮定位参数间接测量原理。2 ) 结合车轮定位参数间接测量原理和测量仪器特性，分析车轮定位参数间接测量误差，构建测量修正模型。3 ) 设计车轮定位参数间接测量多媒体课件教学系统，制作多媒体课件脚本。4 ) 制作、编辑车轮定位参数间接测量多媒体课件素材，设计多媒体课件界面和交第一章绪论互方式，编写多媒体课件程序，开发车轮定位参数间接测量多媒体课件。1 4 2 技术路线车轮定位参数间接测量误差分析及多媒体课件开发研究的技术路线图如图1 1 所示。图1 1 技术路线图6安 学颇学位论文第二章车轮定位参数间接测量方法与原理21 车轮定位参数对汽车性能的影响合理的车轮定位角度可以改善汽车的操纵稳定性能，确保转向系统自动回正，避免轴承因受力不当而受损失去精度，还可以保证轮胎与地面紧密接合，减少轮胎磨损、悬架系统磨损以及降低油耗等1 2 2 , 2 3 j 。车轮主要定位角度包括：车轮外倾、车轮前束、主销后倾和主销内倾。211 车轮定位参数的概念1 ) 车轮外倾车轮外倾指的是通过车轮中心的汽车横向平面与车轮平面的交线与地面垂直线之自】的夹角【川。如图21 所示，即由汽车前方看轮胎中心线与垂直线所成的角度，向外为正，向内为负。车轮外倾角可以防止车桥承受载荷变形时出现车轮内倾，减小轴端小轴承及轮毂紧固螺母的负荷，以延长其使用寿命。车轮外倾可使主销偏移距进一步减小，使转向轻便；同时可使车轮适应路面拱形，防止轮胎表面内外磨损不均匀。传统汽车车轮外倾角为lo 左右。由于现代汽车的行驶速度越来越高从而导致在商速转向时，离心力增大，车身向外倾斜加大，因此产生了更太的正外倾，使外侧悬架超负荷，加重了外侧轮胎的变形。由于外侧轮胎与地面接触处的内、外滚动半径不同，外侧小于内侧，这就不仅加剧了轮胎磨损，也会使转向性能降低。又由于现代汽车的轮胎较宽、气压较低，高速行驶时，轮胎的纯滚动转向性能和动平衡性能下降，轮胎内、外侧磨损不均匀，所以，为保证高速转向时的侧向稳定性和减少轮胎磨损，现代汽车车轮外倾角己减小甚至为负值( 内倾) 。一般车轮定位仅测量车轮外倾角的范围为1 0 。】。i i i _ _ _ i i l嘲2 1 车轮外倾、土销内倾示意图第= $ 车轮定参数间接方法原理2 ) 车轮前束车轮前束如图2 2 所示。同一轴两端车轮轮辋内侧轮廓线水平直径的端点为等腰梯形的顶点，等腰梯形前后底边长度之差为前束。当梯形前底边小于后底边时，前束为正，反之则为负。车轮的水平直径与车辆纵向对称平面之间的夹角为前束角口”。由于车轮外倾及路面阻力使车轮有向两侧张开做滚锥运动的趋势但受车轴约束，不能向外滚动，导致车轮边滚边滑，增加了磨损，通过前束可使车轮在每个瞬间的滚动方向都接近于正前方，减轻了轮毂外轴承的压力和轮胎的磨损。前束和外倾是相互配合的，正的外倾角对应正前束，负的外倾角对应负前束。现代汽车出于车轮外倾角有时变为负值，相应地车轮前束值也出现了负值设计，以使车轮外倾、车轮前束匹配得更好，从而减小车轮侧滑量。车轮前束可用前束值表示，也可用前柬角表示，一般车轮定位仪测量车轮前束的范围为6 0 。圈23 主销后倾示意图主销后倾角的作用在于当车轮受外力影响偏离卣线行驶方向时，形成稳定力矩而自长安大学硕士学位论文动回正。汽车主销后倾角一般不超过2 4 3 。由于现代汽车普遍使用弹性好、滚动阻力小、耐磨损的超低压扁平子午线轮胎，致使轮胎的弹性增强，稳定力矩也相应增加，从而导致转向较为沉重。特别是当汽车高速行驶时，由于轮胎变形量大，使稳定力矩加大。但稳定力矩并非越大越好，高速行驶时，稳定力矩过大会引起回正过猛，造成前轮摆振。此外，转向也会变得沉重。为了消除过大的稳定力矩，使转向轻便，避免前轮摆振，现代汽车减小了主销后倾角，有的甚至为负值。四轮定位仪测量主销后倾角的范围为1 5 0 。4 ) 主销内倾主销内倾如图2 1 所示，定义为在同时垂直于车辆纵向对称平面和车辆支承平面的平面内，由真实的或假想的转向主销的轴线在该平面上的投影与车辆支承平面的垂线所构成的锐角【2 5 】。当车轮受到外力偏离直线行驶方向时，主销内倾角可使车轮在重力作用下自动回正。另外，主销内倾角还可减少转向时驾驶员加在转向盘上的力，使转向操纵轻便，同时也可减小从车轮传到转向盘上的冲击力。传统汽车的主销内倾角一般不大于8 0 。现代汽车由于急起步、急加速、急转向、急制动工况的要求，主销内倾角有增大的趋势。四轮定位仪测量主销内倾角的范围为2 0 0 。2 1 2 汽车故障与车轮定位的关系如果车轮定位参数失准，会引起汽车的行驶故障，表2 1 列出了汽车常见故障与车轮定位角度之间的关系【2 6 1 。表2 1 车轮定位不良引起的行驶故障车轮定位角度原因故障情况过大转向沉重直行时转向盘摇摆不定主销后倾过小转向后转向盘不能自动回正左右轮不等汽车向后倾角小的一侧跑偏过大转向沉重加速轮胎磨损主销内倾行驶稳定性变差过小制动稳定性变差左右轮不等汽车向内倾角大的一侧跑偏轮胎外缘磨损过大悬架配件磨损车轮外倾轮胎内缘磨损过小悬架配件磨损左右轮不等直行时车子往人外倾角一边拉9第= 章乍转定位参& 月接 让2j 原袁2 1 午轮定位不担引起的行驶故障( 续)轮胎外缘羽毛状磨损上e 向过大轮胎内缘快速磨损方向盘发飘车轮前柬轮胎内缘埘毛状磨损负向过大轮胎外缘快速磨损方向盘发飘22 车轮定位参数间接测量方法由于汽车悬架结构限制，主销后倾角和主销内倾角不能直接测量，而是通过车轮绕主销旋转一定角度间接测量。目前，国内外使用的车轮定位仪主要有水准式、光学式、激光式、电子式和微机式。虽然类型不同，但它们的测量原理基本相同，只是各自所采用测量角度的传感器及数据记录与传输方式不同m i 。下面以水准式车轮定位仪为例阐述车轮定位参数问接测量的有关内容。水准式车轮定位仪安装示意图如图24 所示。图2 4 水准式车轮定位仪221 主销后倾角间接测量方法测量丰销后倾角时，通常先把转向轮向外转2 矿，回正后再向内转2 0 0 ，由于丰销后倾角的存在，转向节枢轴轴线与水平而的夹角发生变化，该变化值即可间接反映主销后倾角的大小。主销后倾角的测量步骤如下：1 ) 把汽车转向轮至丁转角盘上，使车轮处于直线行驶方向，并使转向轮主销轴线长安人学硕上学位论文的延长线通过转角盘中心，拉紧驻车制动，取下转角盘销；2 ) 把“口、7 插销插入支架座孔，使车轮向外转2 0 0 ，松开锁紧螺钉，使水准仪在垂直于“口、y ”插销的方向上处于水平状态后拧紧；3 ) 转动“7 、”调节盘，使其指示红线与蓝、红、黄刻度盘零线重合；4 ) 调整气泡管调节按钮，使其中的气泡处于中间位置；5 ) 使转向轮向内转4 0 0 ，调节“厂、调节盘，使水准气泡回到中间位置，指示红线所指蓝盘上读数即为主销后倾角，的测量结果。2 2 2 主销内倾角间接测量方法主销内倾角是通过测量转向轮绕主销转动过程中转动平面的角位移而间接测量的。为此，应首先使车轮处于制动状态而不能绕转向节枢轴自由转动。此时，若使转向轮在转盘上偏转一定的角度，如2 0 0 ，转向节和转向轮旋转平面会绕转向节枢轴线偏转一定角度。该角度的大小除取决于转向轮偏转角度外，还与主销内倾角的大小有关。因此，在限定车轮转动角度为2 0 0 的前提下，测出转向轮旋转平面偏转角的大小，即可反映主销内倾角的大小。主销内倾角的测量步骤如下：1 ) 把转向轮置于转角盘上，取下转角盘销；2 ) 用制动踏板抵压器压下制动踏板；3 ) 把水准仪的销插入支架座孔中并紧固；4 ) 使转向轮向外转2 0 0 ，松开锁紧螺钉并使水准仪在垂直于插销的方向上处于水平状态，拧紧锁紧螺钉；然后，调节“7 、调节盘使指示红线与蓝、红、黄刻度盘上的零线重合；5 ) 使转向轮向内旋转4 0 。后，调节“7 、调节盘使气泡回到中间位置。“y 、”盘上指示红线在红刻度盘( 测右转向轮) 或黄刻度盘( 测左转向轮) 上所指示的数值，即为主销内倾角的测量值2 引。第二章车轮定位参数间接方法j 原理2 3 车轮定位参数间接测量原理现阶段所有车轮定位参数测量仪器或设备在测量主销后倾角和主销内倾角时，均需要通过车轮左右各转动一定的角度( 一般为2 0 0 ) 测得间接值。求得间接测量值与所要测定参数的几何关系后，即可用间接测量值来表示所要测定的参数【2 9 】。2 3 1 主销后倾角间接测量原理测量主销后倾角时，车轮按照相关测量方法转动一定的角度，使主销相对地面产生垂直升降位移。根据测量点与主销之间发生的几何变化分析被测参数和间接测量值之间的关系。为了便于分析，假设主销在车轮转向时，没有发生垂直升降位移，而是测量点随着车轮绕主销转动产生了位移的升降。现以汽车右转向轮为例，作出测量点彳绕主销转动轨迹示意图，如图2 5 所示。图2 5 中，s 为主销后倾角的间接测量角；d 为测量点旋转中心；r 为测量点转动，_ 、半径；，为测量点转到左右2 0 0 时，r 在水平方向上的投影；a e p 为测量点实际运动轨，、迹：彳e p 为测量点实际运动轨迹在水平面上的投影。ai ieiod72图2 5 测量点a 绕主销转动轨迹示意图根据空间几何关系可知，车轮从左转2 0 0 到右转2 0 0 最大变化是测量点相对于主销连续上升而产生了角度占，这就是所要测得的间接测量角。由于车轮左右转动角度相同，故升角占在左右转向到2 0 0 时，两边角度均为g 2 。由图2 6 可得到测量点绕主销转动轨迹的左视图和正视图，如图2 7 和2 8 所示。图2 7 和图2 8 中，y 为主销后倾角；l 为主销后倾角为y 时，测量点彳从左2 0 0 位置到0 0位置的转动轨迹在正视图上的投影距离；h 为当车轮从0 0 位置转到左2 0 0 或右2 0 0 位置时，测量点的垂直位移。1 2长安大学硕士学位论文o广2 ia图2 6 测量点a 绕主销转动轨迹左视图- y、“- l 。j么一彳歪y、图2 7 测量点a 绕主销转动轨迹正视图pd7由图2 6 知，t a n ( s 2 ) = h i r，= r c o s ( 6 2 )s i n ( s 2 ) = h i r由图2 5 、图2 7 知，l o = r s i n 2 0 0由图2 7 知，l = l o c o s ) , h = l s i n t故可得主销后倾角与其间接测量角的函数关系式为t a n ) , = c s c 2 0 0t a n ( s 2 )( 2 1 )2 3 2 主销内倾角间接测量原理主销内倾角的测量方法与主销后倾角的测量方法基本相同。主销内倾角的间接测量原理也是基于测量点转动轨迹的空间投影关系，分析被测参数与间接测量值之间的函数关系。为了便于分析，同样假设主销在车轮转动时，没有发生垂直升降位移，而是测量点随着车轮绕主销转动产生了位移的升降。此时，测量点随车轮左右转动相对主销升降的轨迹为椭圆曲线的一部分。首先作出当主销内倾角为0 0 时，测量点a 绕主销转动轨迹在俯视图上的投影，并在测量点转动轨迹左2 0 0 和右2 0 0 位置处，分别作出垂直于测量点半径的切线和两条平行于0 0 基准线的辅助线，如图2 8 所示。图2 8 中，r 为测量点转动轨迹半径。第二章车轮定位参数间接方泫与原理当主销内倾角为时，测量点a 从左2 0 。位置转到右2 0 。位置的转动轨迹因主销内倾在正视图上的投影为椭圆曲线的一部分，如图2 9 所示。显然图2 9 中孝角即为主销内倾角的间接测量角。求得椭圆曲线上测量点彳从左2 0 0位置到右2 0 。位置区间的角度变化值，即可求出主销内倾角的间接测量角善，并最终求得主销内倾角与其间接测量角的函数关系式。h图2 8 主销内倾角为0 度时，测量点a转动轨迹在俯视图上的投影图2 9 主销内倾角为时，测量点a转动轨迹在正视图上的投影由图2 8 、2 9 可知，因主销内倾角为，图2 9 中日与图2 8 中日之间存在着h = h 。s i n f l 的关系，所以h 2 = ( h 2 ) s i n f l 。由图2 8 得l = rs i n2 0 0h 2 = l t a n 2 0 0由图2 8 、2 9 知t a n ( ( 2 ) = ( h 2 ) l1 4长安大学硕士学位论文故可得主销内倾角与其间接测量角之间的函数关系式为s i n f l = c o t 2 0 0t a n ( ( 2 )( 2 2 )需要说明的是在测量主销内倾角的间接测量角善时，必须对车轮实施制动，以防止车轮绕车轮轴线的旋转角度叠加到主销内倾角的间接测量角中去，车轮绕车轮轴线的旋转角示意图如图2 1 0 所示。若未实施制动措施其叠加角值用下式求得：= a ，( 2 3 )其中，厂为车轮静力半径：口为总转角度( 4 0 0 ) ：，为偏移距，即主销轴线延长线接地点与胎面接地中心点之间的距离。叠加角会使间接测量角f 显著增大，导致测量孝角失准【2 9 】。li：一, 刊图2 1 0 车轮绕车轮轴线的旋转角示意图通过对主销后倾角和主销内倾角间接测量原理的分析可知，测量点的转动轨迹在以半径为r 的空间球体表面上。它们的间接测量角就是根据测量点转动轨迹在不同方向投影的几何关系测得的，进而再通过车轮定位仪的换算系统分别求得主销后倾角和主销内倾角的测量值。主销后倾角和主销内倾角都是利用车轮绕主销转动一定角度时的几何关系间接测量的。由式( 2 1 ) 和式( 2 2 ) 可以看出，在车轮定位参数间接测量过程中，车轮转角测量误差将直接影响到主销后倾角和主销内倾角的测量精度。本章阐述了车轮定位参数对汽车性能的影响，并通过对车轮定位参数间接测量方法和测量过程的研究，分析了车轮定位参数间接测量原理，为车轮定位参数间接测量误差分析提供了理论依据，是车轮定位参数间接测量多媒体课件教学内容的必要组成部分。第三章车轮定位参数间接测量误差分析第三章车轮定位参数间接测量误差分析作为保障汽车转向轮定位的重要参数，主销后倾角和主销内倾角直接影响汽车行驶的技术状况【3 0 1 。由于汽车悬架结构限制，主销后倾角和主销内倾角缺乏测量基准，只能间接测量，这样就容易产生测量误差。3 1 车轮定位参数间接测量误差来源在车轮定位参数间接测量过程中，车轮是围绕主销轴线转动的，其转动角度通过转角盘来测量。在主销倾角的实际测量过程中，车轮转角的测量值存在误差：一方面是由于车轮的转动轴线( 主销轴线) 存在后倾，导致车轮的实际转动轨迹并不在转角盘的水平方向上而是发生了倾斜，由此造成的误差称为车轮转角测量系统固有误差；另一方面是由于车轮转动轴线的延长线难以与转角盘的几何中心重合，造成转角盘随车轮转动时发生了偏摆，由此造成的误差称为车轮转角测量随机误差【3 1 1 。3 1 1 车轮转角测量系统固有误差1 ) 车轮转角测量系统固有误差产生机理在车轮定位参数间接测量过程中，车轮通常需要左右各转动2 0 0 ，车轮的转动角度通过转角盘来测量【3 2 1 。讨论车轮转角测量固有误差时，假定转角盘精确转动了共4 0 0 ，以消除车轮转角测量随机误差的干扰。现以汽车前右轮为例介绍由主销后倾引起的车轮转角测量系统固有误差的形成机理。图3 1 所示即为在主销后倾角测量过程中，测量点的运动轨迹示意图。o图3 1 测量点a 绕主销转动轨迹示意图图3 1 中，7 7 为考虑到主销后倾时的车轮实际转角；s 为主销后倾角的间接测量角；1 6长安人学硕士学位论文d 为测量点旋转中心；r 为测量点转动半径；，为测量点转到左右2 0 0 时，r 在水平方，、，、向上的投影；a e p 为测量点实际运动轨迹；a e p 为测量点实际运动轨迹在水平面上的投影。由图3 1 可得到如下的解析图3 2 。y卅f 口l 。j罂兮二孑oy、图3 2 测量点a 绕主销转动轨迹正视图p|由图3 1 及图3 2 得厂= r c o s ( 6 2 ) l = r s i n ( r 2 )厶= r s i n 2 0 。l = r s i n 2 0 。c o s ? 得到有关车轮实际转角，7 的表达式为刁：2 a r c s i n ( 一c 。s ( s 2 ) s i n 2 0 。)( 3 1 )c o s 7车轮转角测量系统固有误差为氏= 竿枷。4 0 一2 a r c s i n ( 1 _ c 。s 2 ) s i n 2 0 。)c o s 72 a r c s i n ( 1 _ c o s ( s 2 ) s i n 2 0 。)c o s 厂1 0 0 ( 3 2 )2 ) 车轮转角测量系统固有误差变化规律在对车轮转角测量系统固有误差产生机理进行分析的基础上，对固有误差的变化规律和误差范围进行定量分析。根据式( 2 1 ) 和( 3 2 ) 可以得到车轮转角测量系统固有误差表及示意图，如表3 1 及图3 3 所示。只考虑主销后倾角的影响，从表3 1 及图3 3 可以看出：当主销后倾角为o 。时，车轮转角测量系统固有误差为0 ，车轮实际转角仍为4 0 0 ；一般情况下，车轮转角测量系统第三章车轮定位参数问接测量误差分析固有误差为负值，车轮转角的实际值大于车轮转角的测量示值，故车轮实际转角大于4 0 0 ，但误差较小，一般都在一1 0 2 _ 间。尤其是现代汽车，主销后倾角一般为1 。3 。【2 8 1 ，此时，车轮转角固有误差在一o 1 左右【3 3 1 。表3 1 车轮转角测量系统固有误差表主销后倾角示值间接测量角车轮转角示值车轮实际转角( 。)，( o )( o )( o )车轮转角固有误差21 3 74 04 0 0 2- o 0 6 10 6 84 04 0 0 10 0 l o0 0 04 04 0 0 0o 0 0 l0 6 84 04 0 0 1o 0 1 21 3 74 04 0 0 2o 0 6 32 0 54 04 0 0 5o 1 3 42 7 44 04 0 0 9- 0 2 2 53 4 34 04 0 1 40 3 5 64 1 24 04 0 2 0o 5 0 74 8 14 04 0 2 8- 0 6 9 85 5 04 04 0 3 60 9 0 1 二主销后倾角示值。il-，o1 生6日!。1 21 4i 61 8，、图3 3 车轮转角测量系统固有误差示意图3 1 2 车轮转角测量随机误差1 ) 车轮转角测量随机误差产生机理转角盘旋转中心与其几何中心位置的不同，导致转角盘所示角度与转角盘实际所转过的角度有一定的误差，这是造成车轮转角测量随机误差的主要原因。图3 4 即为在主销倾角测量过程中转角盘运动轨迹示意图。一邑、枷蝼恤囤暇车童辑卅图3 4 中，d 为转角盘旋转中心( 主销延长线与转角盘交点) ；c 为转角盘的几何中心点；一o p 为转角盘旋转半径；历为转角盘几何半径；偷为转角盘几何中心运动轨，、迹；e p g 为转角盘指针实际运动轨迹。丫、蕊弘角盘实际过角度图3 4 转角盘运动轨迹示意图根据图3 4 ，设定b c = y ，c d = x ，转角盘半径c p = 见，转角盘旋转半径卯：r ，偏- c , , l 眍o c = ，按照转角盘所示转角。= 4 0 。计算。由图3 4 得转角盘所示转角为矽。= ，脚矿转角盘实际转角应为车轮转角测量随机误差为i e p g - r 。矽= 兄x 2 n - 9咖= l 溺o p= le 吣豫r 。2 万9一。1 。- _ _ _ _ _ - 一( 尺。+ y ) 2 + x 2：垒竺竺( 3 3 )见2 + 2 r 。y + r 2靠：型1 0 0 2 产1 9第三章车轮定位参数间接测量误差分析4 0 一垒丝= 案掣川o 4 )见2 + 2 r 。y + r 22 ) 车轮转角测量随机误差变化规律根据四轮定位仪产品标准【3 4 1 ，为了便于误差分析，选定r 。= 2 0 0 m m 的转角盘作为研究对象。经过统计分析，一般小汽车的偏心距在，= 3 0 r a m 左右，这里分别选取，= 2 0 m m ，r = 3 0 m m ，厂= 4 0 r a m 为例，根据式( 3 4 ) ，可得出车轮转角测量随机误差表及示意图，如表3 2 、图3 5 所示。3 2 车轮转角测量随机误差示意图r = 2 0 m m，= 3 0 m m，= 4 0 m m车轮转角车轮转角车轮转角测量随机测量随机测量随机y m m痧( o )y m m矽( 。)y m m矽( 。)误差误差氏误差03 9 8 0o 5 0 03 9 5 61 1 2 03 9 2 21 9 8 13 9 6 11 0 0 l3 9 3 71 6 1 13 9 0 42 4 7 23 9 4 11 4 9 23 9 1 82 1 0 23 8 8 52