汽车主销后倾角和内倾角的测量计算方法.pdf

交通标准化 汽车主销后倾角 和 内倾角的测量计算方法 唐海涛1 许书权2 1 广州市志义科技开发有限公司 广东 广州510000 2 交通运输部公路科学研究院 北京100088 摘要 精确计算 测量汽车主销后倾角 内倾角 对于车辆悬挂系统的设计 试验 检测具有重要的实际应用价值 通 过分析悬挂及测量原理 从测量的角度建立了主销后倾角的几何模型 推导出主销角度的精确计算公式 并对近似公式进行 了误差分析 结果表明 在主销角度较小且所设定转盘角度较小的情况下 经验值与精确值比较接近 当主销角度较大或所 设定转盘角度加大的时候 经验值误差加大 利用经验近似公式计算的主销角度准确度明显降低 关键词 四轮定位 主销测量模型 主销计算公式 中图分类号 U463 33 文献标识码 A 文章编号 1002 4786 2012 01 0092 03 Measurement and Calculation Methods of Car Kingpin Inclination Angle TANG Hai tao1 XU Shu quan2 1 Guangzhou Zhiyi Science when caster or SAI be comes big or the angle of turn table is big the difference between the two data should not to be neglected The accuracy of the data from approximate formula is obviously reduced Key words wheel alignment model of steering axis measurement expression of steering axis angle 0引言 有关测量汽车前轮主销后倾角及内倾角的数学 推导及计算 目前基本采用近似公式 1 3 其误差大 小缺乏明确界定 以致汽车悬架主销角度的设计与 实际测量结果之间存在模糊的区域 缺乏准确的依 据 笔者在几何模型的基础上 以直观 简洁的方 法推导出测量汽车前轮主销后倾角及内倾角的精确 计算公式 并将其运用于四轮定位仪的主销角度测 量计算 现对其加以介绍 与同行探讨 1主销角度测量方法 设计转向桥主销角度的主要目的是 保持汽车 左右转向对称 力感适中 方向自动回正对中 维 持稳定直线行驶 通常 定位仪对外倾角和前束的 测量数据是根据角度本身定义并利用相关原理直接 测得 不过 关于前轮主销后倾角及主销内倾角的 大小则是通过以下间接的方式计算得到 将轮胎置 于转盘上 不考虑先后顺序 先外转20 得到外倾 角数据 1和水平方向传感器数据 1 再内转20 得 到外倾角数据 2和水平方向传感器数据 2 最后 根据两组数据的差值 及 分别得到主销后倾 角和主销内倾角 设想车轮处于转盘上可以左右自由转动 在主 销后倾角分别为零和不为零的情况下 让车轮在转 盘上做同样的转动 发现两种情况下 代表轮胎中 车辆工程Vehicle Engineering 92 2012年1月 第1期 图1 Y X Z Y X Z 图2 2 0 A C D B R X Z Y 图3 心平面倾斜程度的参数 外倾角的变化是不同的 前者外倾角没有变化 后者外倾角则发生变化 且 变化的数量关系不受具体悬架结构设计参数的影 响 而取决于 转向轮回绕主销轴线转动 这一几何 关系 2主销角度测量模型原理 传感器的两组外倾角差值与主销角度之间 由 于结构的原因存在直接的几何关系 对于双摆臂悬 架结构 轮胎通过转向节 球头摆臂与车身连接 主销轴线反映为上下球头之间的连线 对于麦弗逊 悬架结构 轮胎通过转向节 下球头摆臂及滑柱与 车身连接 主销轴线反映为下球头与上轴承板中心 之间的连线 实际上转向节的上下连接处就代表了 主销轴线 它处于一个不变的方位 可理解为刚性 的车身 前轮的左右转动就是轮胎绕转向节上下两 点连接线的转动 也即轮胎通过转向节回绕主销轴 线实现转动 设想将车轮置于可以左右自由转动的 转盘上 在单纯考虑主销后倾角的情况下 设内倾 角为零 轮胎将回绕后倾角确定的斜线左右转动 由此 从原理上建立了下面的几何模型 随着轮胎 在转盘上左右转动 轮胎中心平面绕代表后倾角的 斜线转动 由此轮胎外倾角产生了相应的变化 3主销角度精确计算公式推导 如图1所示 设车轮处于转盘上 轮胎中心平 面显示轮胎所处的转角位置 图2所示为 存在主 销后倾角的情况下 轮胎分别处于内转20 和外转 20 的两种状态 本模型将轮胎绕主销轴线的转动 简化为轮胎中心平面绕主销轴线转动 因此形成2 个中心平面 设为平面 平面 沿主销轴线相 交的情形 则在各自轮胎中心平面上主销轴线与垂 线 中心点和中心平面与地面交点的连线 的夹角即 为主销后倾角 而该垂线与过中心点的自然垂线之 间的夹角即为轮胎的外倾角 下面就主销后倾角 外倾角及转盘转角三者之 间的几何函数关系进行推导 图3中 设轮胎平面中心点为O 轮胎半径为 R 主销后倾线与水平面 交点为A 轮胎平面与水 平面交点为B C 连接 AB AC OB OC 则 OB R OB AB OC AC 过OB OC分别作中 心平面 和 的垂直面 在ABC平面上交于D点 连接OD BD AD DC 由空间几何关系可以确 定 直线OD 平面ABC 由图3可知 OBD 与 OCD相对于平面O DA对称 但若OD不垂直于BD或OD不垂直于CD 则导致上述两个三角形不对称 要么将O点分离为 O及O 两点 才可以实现两三角形对称 不过这是 不成立的 因此 必须使得OD BD OD CD 又因为BD与CD不共线 所以OD 平面ABC 另 外 BOD为平面 的外倾角 COD为平面 的 外倾角 且 BOD COD 即当轮胎平面由位置 转到位置 时 外倾角变化 2 BOD 再设后倾角为 内倾角为 外倾角为 水 平传感器为 转盘转角为 当转盘转角为 1时 外倾角为 1 水平传感器为 1 当转盘转角为 2时 外倾角为 2 水平传感器为 2 当轮胎由位置 转 到位置 时 外倾角变化为 水平传感器变化 为 轮胎在转盘上2个位置的夹角为2 传统 20 轮胎中心点为O 轮胎半径为R 则由图3 知 BAD BOA BOD 2 OB R 在直角三角形 OAB中 OB RAB R tan 在直角三角形 ABD中 BD AB tan R tan tan 在直角三角形 OBD中 BD OB sin 2 R sin 2 因此得到 tan tan sin 2 即 Vehicle Engineering车辆工程 93 交通标准化 表3当 10 时 经验比值与精确比值的相对误差 测量变化 值 计算的主销 角度 精确比值 经验比值 2 879385 2 1 arctan sin 2 tan10 2 1 相对误差 1 2 3 4 5 6 7 2 833 293 21 5 652 583 269 8 444 275 756 11 195 564 34 13 894 755 25 16 531 518 28 19 097 054 35 2 833 293 21 2 826 291 634 2 814 758 585 2 798 891 085 2 778 951 05 2 755 253 046 2 728 150 622 1 626 800 606 1 878 560 813 2 295 992 866 2 875 930 289 3 614 104 369 4 505 292 015 5 543 484 969 表2当 20 时 经验比值与精确比值的相对误差 测量变化 值 计算的主销 角度 精确比值 经验比值 1 461902 2 1 arctan sin 2 tan20 2 1 相对误差 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 373 458 138 2 745 235 263 4 113 662 395 5 477 094 408 6 833 921 426 8 182 579 601 9 521 561 108 10 849 423 19 12 164 796 17 13 466 390 25 14 753 001 2 16 023 514 73 17 276 909 67 18 512 259 98 19 728 735 55 1 373 458 138 1 372 617 632 1 371220798 1 369 273 602 1 366 784 285 1 363 763 267 1 360 223 015 1 356 177 899 1 351 644 019 1 346 639 025 1 341 181 927 1 335 292 894 1 328 993 052 1 322 304 284 1 315 249 037 6 439 516 39 6 504 693 405 6 613 187 444 6 764 798 348 6 959 248 509 7 196 185 417 7 475 184 844 7 795 754 596 8 157 338 757 8 559 322 358 9 001 036 361 9 481 762 899 10 000 740 66 10 557 170 35 11 150 220 16 X Z Y 图4 X Z Y 0 0 A B 图5 表1不同角度下主销角度与测量变化值的比值 转盘设定角 度 20 15 10 8 5 比值 1 2sin 1 4619022 1 931851653 2 879385242 3 592648267 5 736856623 tan sin 2 tan 或 arctan sin 2 tan 以上公式反映了主销后倾角 与轮胎外倾角变 化 及转盘角度 之间的关系 在上述描述中 主销后倾角 在YOZ平面 轮 胎转动的角度 在XOZ平面 得到的外倾角变化 在XOY平面 换句话说 当轮胎在XOZ平面中转动 角时 由于YOZ平面上主销后倾角 的存在 使得 在XOY平面上体现出外倾角变化 若将坐标系旋 转90 则由于在XOY平面上有内倾角 的存在 势 必将在YOZ平面上出现角度变化 因此 根据对等原理 有 arctan sin 2 tan 该公式反映 了 主 销 内 倾 角 与轮胎滚动方向 角 变 化 及 转 盘 角 度 之 间 的 关系 图4 图5所 示 为 与 以 及 与 的位置 关系 4精确公式与传统经验公式对比 前文所推导的精确计算公式为 arctan sin 2 1 2 tan 现行的经验公式为 2 1 2sin 式中 为主销后倾角 内倾角 2为第二次外倾 角 1为第一次外倾角 为转盘的转动角度 为求一致 下面对精确公式与传统公式加以比 较 经验公式表明 主销角度与测量变化值的比 值是一个常数 不同角度下的具体比值如表1所示 2 1 1 2 sin 而精确公式表明 主销角度与测量变化值的比 值不是一个常数 下面以主销后倾角为例 结论同样适用于主销 内倾角 设固定转盘角度 选取不同的测量变化 值 2 1 利用精确计算公式 求出 2 1 的精 确比值 再与经验比值比较 得出两者的相对误 差 表2 表3分别列出转盘角度 20 及 10 的情 况下 经验比值与精确比值的相对误差 也即使用 经验公式的误差 车辆工程Vehicle Engineering 94 2012年1月 第1期 由表2 表3可知 使用经验算法的误差 随着 主销角度越大 误差增大 设定转盘转动的角度减 小 误差减小 但由此要求倾角传感器具备更高的 精度 综合起来 在 较小 主销角度较小 且设 定的转盘角度 较小的情况下 经验比值跟实际比 值比较接近 一旦设定的转盘角度 加大 或主销 角度较大的时候 经验比值与实际比值的误差加 大 其主销角度的准确度明显降低 参考文献 1 曹家喆 现代汽车检测诊断技术 M 北京 清 华大学出版社 2003 2 郑凌云 汽车转向轮定位参数的静态检测 J 公 路与汽运 2005 1 8 10 3 庄严 郭在云 基于几何关系的汽车主销倾角 的测量原理 J 公路与汽运 2006 2 13 15 收稿日期 2011 09 13 承秦高速公路 隧道施工风险管理研究 郭鹏1 李志强1 张凤爱2 徐二星2 1 交通运输部科学研究院交通环保与安全研究中心 北京100029 2 河北省高速公路承秦筹建处 河北 秦皇岛066100 摘要 以承秦高速公路秦皇岛段隧道工程为背景 结合国内外研究成果及风险评估指南 对隧道工程施工阶段安全风险 评估体系进行了全面梳理 提出了公路隧道施工过程中风险管理的框架以及相应的评估方法 计算得到风险事件等级 并结 合风险接受准则提出了相应的风险控制措施 为工程建设管理提供了可靠的参考依据 关键词 隧道施工 风险评估 风险辨识 风险控制 风险管理 中图分类号 U415 1 U459 2 文献标识码 B 文章编号 1002 4786 2012 01 0095 05 Risk Management on Chengde Qinhuangdao Expressway Tunnel Construction GUO Peng1 LI Zhi qiang1 ZHANG Feng ai2 XU Er xing2 1 Research Center for Environment Protection and Transportation Safety China Academy of Transportation Sciences Beijing 100029 China 2 Planning Construction Office of Hebei Cheng Qin Expressway Qinhuangdao 066100 China Abstract Regarding the tunnel project at Qinhuangdao section of Cheng Qin highway as background we carry out a comprehensive view of the risk assessment system on the tunnel construction phase combining with the domestic and international research as well as those risk assessment on guidelines for the safety At length th