案例分析之四轮定位

1、故障案例分析车辆转向桥在保证汽车转向功能的同时，应使转向轮有自 动回正作用，以保证汽车稳定的直线行驶。即当转向轮在偶 遇外力作用发生偏转时，一旦作用的外力消失后，应 能立即 回到原来直线行驶的位置。这种自动回正的作用是转向轮的 定位参数来保证的。1. 主销后倾角 设计转向桥时，使主销在汽车的纵向平面 内，其上部有一个向后的一个倾角，即主销轴线和地面垂直线在汽车纵向平面内的夹角。1 1 主销后倾角能形成回正力矩。当主销具有正的后 倾角时，主销轴线与路面交点将位于车轮与路面接触点的前 面。因此，车轮是从前方被拉着前进的，这个拉力减少车轮 的干扰力，从而保持直线稳定行驶。当汽车直线行驶时，若 转向轮

2、由于转向操作或受到外力作用而有偏转，这就产生了 侧向力（如图示F2和F ' 2）,它的方向正好与转向操作力及 其它外力的方向相反。这时，由于 主销后倾角产生的拖距， 这些侧向力起到围绕主销轴线旋转力 的作用，T=F2 X拖距L , 驱动力（离心力） P 越大，反作用力的分力（侧向力） F2 也 就越大，所产生的回正力矩 T 也就越大。任何作用在销轴上 的力都将使车轮偏转到与加力方向相同的位置。在此力矩T作用下，将使转向轮回到原来的中间位置，从而保证车辆的直线行驶故 此 力 矩 T 称 为 稳 定 力 矩但稳定力矩不宜太大，否则 在转向时为了克服该稳定 力矩，驾驶员要在转向盘上施加较大的

3、力（即转向沉重） ，而 且太大的主销后倾角会造成操作方向后回正太快。因稳定力 矩 T 的大小取决于主销轴线延长线与轮胎着地点之间力臂的 长短（即拖距的大小） 。而力臂的长短以取决于主销后倾角的 大小 ，现在一般采用的后倾角不超过 2-3 度，现代高速汽车 则于轮胎气压降低，弹性增加，而引起稳定力矩增大，因此 后倾角可以减小到接近于零，甚至于是负值。一般情况下， 车辆是向着后倾角较小的一侧跑偏。1 2 正的主销后倾角使左前心轴（转向节羊角）在左 转向时向路面倾斜，这种转向节的向下运动会使轮胎压进地 面，由于这是不可能的，所以左悬挂和底盘被升起，产生了 一个使方向恢复回正的扭矩，由于这个扭矩的作用

4、试图使车 身回到水平位置并且保持车辆的直线行驶，保证了车辆的直线行驶的稳定性。过大的正的主销后倾角增大了左转向时左前心轴（转向节羊角）向下倾 斜，这增加了底盘的升高，因此过大的主销倾角增大了转向 用力，即转向会沉重。在右侧心轴也有同样的情况，只不过 是右侧心轴向下倾斜。过大的主销后倾角可能导致不平顺的行驶状况，因为主 销中心线实际上可能是指向一些路面不平处的，在低速行驶 时大的主销后倾角会导致前轮左右摆振。小角度的主销后倾 角或负的后倾角可减小这种情况的发生（提高低速平顺性）。正的主销后倾角多用于大多数的前轮驱动的车辆。一些 厂家建议左前轮的正主销后倾角比右边的小一些平抵消由路 拱引起的转向拉

5、力。如果主销后倾角用来抵消路拱的影响， 两只前轮的外倾角应相同。正的主销后倾角的重要性有以下 几点：正的主销后倾角有助于前轮在转向后回到直线行驶的位置正确的主销后倾角能改善车辆的方向稳定性过大主销后倾角导致行驶不平顺过大的主销后倾角加剧前轮摆振 左前轮可以调节的小点的主销后倾来抵消路拱的影响。当后悬挂弹簧弹性减弱或车辆过载时，前轮的正的主销后倾角会变大，这就解释了为什么卡车严重过载时前轮可能 发生摆振。如果有人提高了后悬挂的高度并超过了厂家规定， 前轮正的主销后倾角变小，这时前轮主销后倾角可能会由正 变负或减小，这就解释了当后悬挂升高时，车辆的方向稳定 性和控制性会降低的原因。大多数前轮驱动的

6、车辆采用麦弗 逊式前悬挂并设置较小的正主销后倾角。因此滑柱上支座向 后倾斜。对于这种悬挂，如果它的高度降低，后倾角变小。 升高则后倾增大。负的主销后倾角无助于在转向后前轮的回正负的主销后倾角导致方向失稳并减弱对方向的控制 负的主销后顷角消除了前轮的摆振负的主销后倾角减轻了传到悬挂与底盘的路面冲击。2. 主销内倾角（SAI）主销在汽车的横向平面内，其上部向内倾斜而产生一个角度，即主销轴线与地面垂直线在汽车 横向平面内的夹角，称为主销内倾角。2 . 1主销内倾角也有使车轮自动回正的作用。当转向轴 线向车辆中心倾斜并且车轮处于直行位置时，转向节的高度 距离底盘最近。由于重力的作用，这使得车辆的高度被

7、降低， 当转向轮在外力作用下同中间位置偏转一个角度时，每个转 向节沿一条弧线运动，车轮的最低点将下陷入路面以下 但实际上车轮下边缘不可能陷入路面 以下 ，而是将转向车 轮边同整个汽车 前部向上抬起一个相应的高度。这样，汽车 本身的重量 有使转向轮回到原来的中间位置的效应。2 2 因为转向轮以转向主销轴线为中心，以主销偏距为 半径向左或向右转动。转向阻力以偏距为力臂作用于主销轴 线，产生一个阻碍转向的力矩，主销偏距越大，此力矩越大， 即转向阻力也就越大。主销的内倾还使得主销轴线与路面交 点到车轮中心平面与地面交线的距离减小（即偏距减小） ，从 而可减少转向时驾驶 员加在转向盘上的力，使转向操纵轻

8、 便。2 3 主销内倾角可减小从转向轮传到转向盘上的冲击力。 如果偏距过大，由于驱动或制动的力就会在转向轴线周围产 生一种扭矩，其扭矩的大小与偏距的大小成正比关系。同时， 对车轮施加的任何路面冲击都会使方向盘突然跳动或反冲。这些现象可以通过缩小偏距 量来得到改善。如果汽车左右轮主销内倾角不同的话，行驶 时，车辆将向内倾小（在偏距）的车轮一侧跑偏。但这个距 离不宜过小，即内倾角不宜过大，否则在转向时车轮绕主销 偏转的过程中，轮胎与路面将产生较大的滑动，因而增加了 轮胎与路面间的磨擦阻力。这不仅使转向变得沉重，而且加 大了轮胎的磨损。因此，一般内倾角不大于 8 度。主销内倾 角是在前大梁设计中保证

9、的，由机械加工来实现。麦弗逊式 悬挂有一个较大的主销内倾角（ 13-18 度），比后轮驱动车辆 的双横臂悬挂的内倾角 （ 6-8 度） 大一些。 前轮驱动车辆需较 大的主销内倾角以获得方向稳定性，主销内倾角较大即主销 偏距较小（零或负） ，用以防止因刹车或驶过障碍路面造成的 转向轮冲击传到方向盘，并减小因突然加速时的驱动力绕主 销产生的力矩转向。由于主销内倾角有助于维持前轮处在中 间位置，因而它实际上减少了对大的正主销后倾角的需求。3. 车轮外倾角 除了上述主销后倾角与主销内倾角两 个角度保证汽车稳定直线行驶外，前轮外倾角也具有定位的 作用。车轮外倾角是通过车轮中心的汽车横向平面与车轮平 面的

10、交线与地面垂线之间的夹角。车轮外倾角是轮胎磨损角之一。在早期的汽车中，给正的车轮外倾，以便改善前桥的耐 用性前使轮胎与路面成直角接触，以防止因道路中间比两边 高而造成的轮胎不均匀磨损。如果空车时车轮的安装正好垂 直于路面，则满载时车桥将因承载变形而可能出现车轮内倾， 这将加速汽车轮胎的偏磨。另外，路面对车轮的垂直反作用 力沿轮毂的轴向分力，将使轮毂压向轮毂外端的小轴承，加 重了外端及轮毂 紧固螺母的负荷，降低了它们的使用寿命。 因此，为了使轮胎磨损均匀和减轻轮毂外轴承的负荷，安装车轮时应预先使车轮有一定的外倾角，以防止车轮内倾。但 是，外倾角也不宜过大，否则会使轮胎产生偏磨损。在高速行驶急转弯

11、时，离心力促使车辆重心向转向外侧移动，车辆 较多的重量转移到车辆的外侧的车轮，因而弯道外侧的前悬 挂受压向下移而内侧向上提高。这时，内侧轮的正外倾角减小而内边缘得以与路面较好地接触以阻止侧向打滑。同时， 外侧车轮向正外倾角更大的方向倾斜，这使车轮外边缘得以 与路面较好地附着以阻止侧滑。经常高速转向易使胎冠边缘 磨损。在现代汽车中，悬架和车桥的强度比过去的汽车都有 要好，并且路面也平坦了很多。结果是车轮定位正在趋向于 零车轮外倾或负车轮外倾，事实上，负车轮外倾角更有利于 车辆转弯时的操控性。这是因为在车辆拐弯时总是伴有离心 力，轮胎迫使车辆用比驾驶员想要的更大弧形转向，除非车 辆能产生足够大的反

12、力，这种反力叫做向心力，来平衡离心 力。这种向心力是由于轮胎与路面之间产生磨擦，由胎面变 形和侧滑行产生的。这种力叫侧向反作用力。在向外倾轮胎 施加垂直载荷时，在水平方向产生一个力，叫车轮外倾推力。 外倾推力对于负外倾的车轮时，是指向于车轮内侧的，而正 外倾角的车轮是指向外侧的。在转弯时，因为车辆偏倾于外 侧，轮胎的外倾向正的方向变得更大，而对车辆内侧的车轮 外倾推力就减小，并且侧向反作用力也减小。因此在转弯过 程中负车轮外倾能抑制轮胎的正外倾并有助于保持良好的侧 向反作用力，即有利于车辆在弯道上的操控性能4. 车轮前束 车轮有了外倾角后 ，在滚动时就类似于滚 锥，从而导致两侧车轮向外滚开。由

13、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 。从而增加了轮胎 的磨损 。为了消除车轮外倾带来 的这种不良后果，在安装 车轮时，使两侧车轮的中心面不平 行，两轮前边缘距离小于后边缘距离 ，这两个距离之差就称 为车轮前束。这样可使车轮在每瞬时的滚动方向接近于向着 正前方，从而在很大程度上减轻和消除了车轮外倾角而产生的不良后果 。近年来随着负前轮外倾的不断普及及轮胎、悬挂性能的 不断改进，设法抵消前轮外倾带来的不良已无必要。前束的初始目的已变为确保车辆的直线行驶稳定性。当车辆行驶在 倾斜路面上时，车身就会倾向一侧，。车辆 将有向车身倾斜方向转向的趋势。如果各

14、轮的前端都转向内侧（前束）时， 车辆试图按车身倾斜的相反方向运动。结果是保持了车辆的 直线稳定性。如果前束过大，侧滑力会使轮胎有均匀磨损， 如果后束过大，则难以保证直线稳定性。5. 前驱车辆的后轮外倾角和后轮前束在FF前置前驱的汽车上，后轮是从动轮，汽车的驱动力通过纵臂（大梁的 纵梁）作用于后轴上，当汽车行驶时，在驱动力的作用下， 后轴将产生一定弯曲，使车轮出现前张现象，而预先设置的前束角就是用来抵消这种前张的。后轮外倾角有两个作用：1.由于 外倾角是负值，可增加车轮接地点的跨度，增加汽车 的稳定性。2.负外倾角是用来抵消当汽车高速行驶且驱动力 较大时，车轮出现 的负前束（前张），以减少轮胎的

15、磨损。 案例:题目：四轮定位在车辆跑偏中的影响一. 故障现象：一辆HONDA Accord2.2 在行驶过程中偏右，且方向 自动回正性能差。二. 故障诊断：接到此车后，首先对该车车主进行询问，得知次车在一次 小事故中碰撞到右前轮，当时的情况是右前轮在与路基的接 触中、严重起包，并且更换了右前轮。先进行常规检查，轮胎气压，减震器，轮胎的尺寸都无 问题，但前轮的轮胎内侧有偏磨的迹象。然后去试车，结果 同车主所描述的一样，这辆车在平整的路面上行驶时方向总 是偏右，而且操纵方向盘时感觉有发飘感觉。在这时维修人 员提出先作四轮定位检查，车主同意了，检查结果如下：左右标准值/最大公差、八刖轴前轮外 倾角-

16、0 °12 '+0 °05 '0 ° 00 ' /+0 ° 00 '/-0 ° 00 '主销后倾角+2 °45 '+1 °55 '+1 ° 00 ' /+2 ° 45 ' /-1 ° 00 '主销内倾角+3°00，+2 °53 '前束+0.7mm-3.6m m+0.0mm/+0.9mm/-0.9mm总前束-2.9mm+0.0mm/+2.0mm/-2.0mm后 轴后轮外 倾角-1 °

17、;05 '-0 °44 '-3 ° 30 ' /+0 ° 30 ' /-0 ° 30 '前束+0.5mm+1.6mm+0.9mm/+0.4mm/-0.4mm总前束+2.1mm+2.0mm/1.0mm/-1.0mm驱动角+0 ° 03，通过上表内的检测结果，维修人员判断右前轮的主销后 倾角过小是造成车辆跑偏的原因，进而推该车在上次的碰撞 中使右前轮的悬挂变形向后移动，使后倾角变小。维修人员 又测量了两侧的轮距，比较后发现右侧轮距比左侧小5mm三、维修方案：举起车辆，对车辆的底拦，特别是右前轮处进行检查，右

18、前轮处的各部件似乎都没有损坏，对照以往的经验，维修人 员决定减少左前轮主销后倾角来补尝右侧的损失，从而使两 侧一致。举升车辆，拆下左前轮，下档泥板，减震器下固定叉臂，进而将左侧的半径杆拆下，增加调整垫片使左侧的后倾角变小，然后依次装好所拆下的零件，测量轮距，结果两侧一致，再一次的对车辆做四轮定位调整检查， 结果如下：左右标准值/最大公差、八前轴前轮外 倾角-0 °12 '+0 °05 '+0 ° 00 ' /+1 ° 00 '/-0 ° 00 '-0 °12 '主销后倾角+2 °

19、;00，+1 °55 '+1 ° 00 ' /+2 ° 45 '/-1 ° 00 '-0 °12 '主销内倾角+3°01 '+2 °53 '前束+0.2mm+0.3mm+0.0mm/+0.9mm/-0.9mm总前束+0.5mm+0.0mm/+2.0mm/-2.0mm后轴后轮外 倾角-1 °05 '-0 °44 '-3 ° 30 ' /+0 ° 30 '/-0 ° 30 '前束+0.

20、8mm+0.7mm+0.9mm/+0.4mm/-0.4mm总前束+1.5mm+2.0mm/1.0mm/-1.0mm驱动角+0 ° 00，维修人员再次试车，车辆在这次的行驶中没有再跑偏， 回到修理厂，对所维修处进行再一次检查后，交车。几天后，该客户再次返回厂里，这次客户对跑偏并没有异 议，但客户反映；维修后方向盘的操纵性能好象不如以前好， 在中高速时感觉发飘，且方向回正性能变差。接到客户的抱怨，难修人员首先想证实客户的描述，考虑 到客户是一位有相当驾龄的司机的时候，他请一位经验丰富 的师傅与自己一同去试车。首先对回正性能进行检查。将汽 车向右打方向直到接近最大转向角，然后松开方向盘，轻

21、啃 加速踏板，车辆继续向右行驶过去，用手向左回方向，能感 觉到的确有一些阻力。跑到 80km/h 以上，方向有轻飘飘的 感觉，轻轻的动一下方向盘，车辆的行驶方向就会改变，用 句俗话说，就是路感减小了。回到厂里，首先检查减震器，减震器并没漏油，用手压车 体，减震器的反映也正常。想到减震与方向回正并没有太大 关系时维修人员判断不会是其它的问题。对轮胎与转向系统 进行检查，结果也无异常。这时维修人员有注意起上次的事 故了，他带着疑问向经验比他大的师傅请教，师傅建议将主 销后倾角调大些。Accord车的前悬挂是麦佛逊双撑杆， 减掉左边新加的垫片 增加左侧的后倾角，但右侧却无法将后倾角加大，维修人员 再次对右前轮部位处进行仔细的检查，这次他决定拆下零件 检查。在对右前下悬挂臂虽然看起来没有变形，但与新件做 比较时却有明显的弯曲。维修人员决定更换这支下悬挂臂。换件后，再一次做四轮定位检查。两后倾角均达原标准的 值，倜整后结果如下：6-72左右标准值/最大公 差前轴前轮外 倾角-0 °