汽车车轮定位原理及检测分析.ppt

汽车车轮定位原理及检测分析PrincipleandDiagnosticsofWheelAlignment 主讲 尤明福 1 车轮定位的目的是什么 设计车轮定位参数的目的是保证汽车的操纵稳定性 制动时的方向稳定性及最小的轮胎磨损 并在各种路况下保证这些要求的实现 但在使用过程中 由于悬架及转向系中元件的磨损 变形 损坏会使定位参数发生变化而失准 从而导致严重事故和轮胎磨损 而在更换球销 摆臂 横拉杆等零件后对车轮定位参数进行调整则是必须的 进行车轮定位就是对悬架及转向系各部件进行调整 以达到原设计功能 且只有电脑四轮定位才是快捷 准确的定位方法 一 引言 2 任何定位都需要基准 一个好的基准 是准确定位的先决条件 进行车轮定位时就有这么一个选择最优基准的发展过程 3 首先介绍以下三个概念 车轮中心线 指轮胎上对车轮轴垂直的中心线 几何中心线 指车身纵向中心平面和过前后两车轴水平面的交线 推力线 指后轮总前束的角平分线 很长一段时间以来 都是以几何中心线为基准进行定位的 我们称它为几何中心线定位 但当后轮位置发生变化 是不会被察觉的 便会发生定位问题 这时 就发展为考虑后轮位置进行定位 便是推力线定位 但只要有如下任何一种变形出现 推力线位置便不正确了 什么时候就应当考虑做四轮定位 当发生以下任一情况 就应考虑做四轮定位 直线行驶困难 转向沉重 发抖 跑偏 不自动复位 驾驶时车感飘浮 颠颤 摇摆等不正常的驾驶感觉 行驶中转向盘不正或行车方向的跑偏现象出现 轮胎出现不正常磨损 单边磨损 波状磨损 块状磨损 偏磨等 汽车更换悬架系统或转向系统有关部件 前部经碰撞事故维修后 5 四轮定位的检测项目有哪些 四轮定位的检测项目包括 1 转向轮前束值 角及前张角 2 转向轮轮外倾角 3 主销后倾角 4 主销内倾角 5 后轮前束值 角 6 后轮外倾角 7 轮距 8 轴距 9 转向20 时的前张角 10 推力角 11 轴距偏差 12 横向偏位 13 轨迹宽度偏差 14 轴偏位 15 轮轴偏移等 1 主销后倾角 的分析 二 车轮定位参数的定义及其参数 主销后倾角 定义 转向节主销轴线或假想的主销轴线 某些独立悬架的汽车无实际主销 在纵向平面内向后倾斜 与铅垂线所形成的夹角称为主销后倾角 主销后倾角 有零后倾 负和正后倾 作用 行驶中的方向跑偏能自动回正 但转向时费力 图示不影响轮胎磨损 动力转向的车 后倾大 过小易偏摆 摆振 高速摆振 胎压低后可减小后倾 起后倾作用 a 主销后倾角的作用使车轮复位以及提高直线行驶的稳定性 汽车直线行驶时 若转向轮偶遇外力作用而偏转时 如向右偏转 汽车的行驶方向也将向右偏转 由于汽车本身离心力的作用 在车轮与路面接触点处产生一个与离心力方向相反的侧向反力Y 当主销后倾时 反力Y对车轮形成的绕主销转动的力矩正好与外力使车轮偏转力矩方向相反 从而使车轮克服外力影响而回到原直线行驶方向 见图示 显然 其高速作用强 但若主销后倾角过大 将使回正力矩太大而转向沉重 主销后倾角 的测量 主销后倾角 不能直接被测量 而是利用转向轮绕主销转动一定角度时的几何关系间接测量 通常先把转向轮向外转20 回正后再向内转20 由于主销后倾角的存在 转向节枢轴线与水平面的夹角发生变化 该变化值即可间接反映主销后倾角的大小 动画演示 调整 双叉臂调偏心凸轮有撑杆的调撑杆头下控制臂等长时后倾 外倾都变 先后再外 不同类型的主销后倾角和车轮外倾角的调整 2 主销内倾角 的分析 主销内倾角 定义 转向节主销轴线或假想的主销轴线在横向平面内向内倾斜 与铅垂线所形成的夹角称为主销内倾角 内倾角 的作用 1 偏置最小 操纵省力 偏置小 回跳 跑偏小 2 自动回正 3 过小不回正 低速偏摆 摆振 4 左右不等 驱动跑偏 包容角 内 外倾角的总和 转向节弯曲 包容角变化 偏矩 主销线与地面交点和胎中心线与地交点的距离 也称摩擦半径 有正负零之分 若前轮的制动器制动力不等 左轮大与右轮 F1 F2 会产生制动跑偏 车身偏向是图示的X方向 此时两边不等的制动力 作用在负偏距R上 F1使左轮向A方向偏转 F2使右轮向B方向偏转 两方向效果综合后 使车身偏向图示的Y方向 即Y X方向相反 但X Y 则可减小制动跑偏的趋势 负偏距的作用 主销内倾角 的检测原理 主销内倾角 是通过测量转向轮绕主销转动过程中转动一定角度时的几何关系间接测量的 此时 若使转向轮在转盘上偏转一定角度 转向节和转向轮旋转平面会绕转向节枢轴轴线偏转一定的角度 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 角大小的前提下 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 动画演示 3 车轮外倾角 外倾角 的定义 转向轮安装时并非垂直于路面 而是向外倾斜一个角度 车轮中心平面与铅垂线的夹角称为外倾角 即汽车在横向平面内 车轮几何中心线与地面铅垂线的夹角 有零外倾正外倾 铅垂线外侧负外倾 铅垂线内侧 正外倾角的作用 减低作用于转向节上的负荷 防止车轮滑脱 分力F2 重载时防止内倾 重载时内倾 减小转向操纵力 偏矩小 减少磨损 全面接触 负外倾角的作用 转向时 如有正外倾 则离心力使外轮外倾加大 加大磨损变形 横向稳定性差 不足转向加大 即增横向稳定和减小胎磨损 配合负前束 图 车轮外倾角的调整 通过垫片 槽孔和凸轮进行调整 动画演示 4 前束 前束定义 前轮前束是以推力线与几何中心线重合作为参考直线 左右轮胎的中心线与其的夹角 有总前束和单独前束之分 后轮总前束的角平分线为推力线 正前束引起车轮内滚而悬架 车轴 使其外移 因而产生侧向外移力 胎外侧磨成羽毛状 从动轮受阻力外滚增大正前束 驱动轮增大负前束 汽车几何中心线 汽车纵向中心平面与过车轮滚动中心线的汽车水平面的交线 推力角 几何中心线与推力线的夹角 前束的作用 消除由于外倾角所产生的轮胎侧滑 因为车轮外倾角作用使车轮顶部朝外倾斜当车辆向前行驶时 车轮要朝外滚动 从而产生侧滑 会造成轮胎磨损 所以 前束作用是消除由于外倾角所产生的轮胎侧滑 安装在两前轮和两后轮上的光敏三极管式传感器均有光线的接收和发射 或反射 功能 通过它们间的发射和接收刚好能形成四边形 在传感器的受光平面上等距离地将光敏三极管排成一排 在不同位置上光敏三极管接收到光线照射时 该光敏管产生的电信号就代表了前束角或推力角的大小 动画演示 下面进行具体说明 当前束为零时 在同一轴左右车轮上的传感器发射 或反射 出的光束如图 当检测出上述两条光束变化 说明此时左右两车轮不同轴 即车轮发生了错位 可以依据此时光敏管输出偏移量的信息 测量出左右轮的轴距差 当左右车轮存在前束时 在左轮传感器上接收到的光束位置会相对于原来的零点位置有一偏差值 注意正负号 这一偏差值即表示右侧车轮的前束值 或前束角 同理 在右传感器上接收到的光束位置相对于原来零点位置的偏差值则表示左侧车轮的前束值 或前束角 动画演示 光敏三极管为近红外线接收管 是一种光电变换器件 其工作状态为 不加电压 利用P N结在受光照射时产生正向电压的原理 把它作为微型光电池 在光敏三极管后面接一些用于接收信号的元件 以便及时对光敏三极管上所获得的信号进行分析处理 5 前展 定义 汽车转向时内外轮的转角差 内侧大于外侧 由转向梯形保证 汽车直行时两轮平行 转弯时左右轮转动量相同 则两前轮转动中心不在一个交点上 内轮滚动而侧滑 胎磨损严重 转向梯形臂保证 梯形臂变形则前展变化三线交点为转向中心 八 用控制臂调整外倾角和后倾角时使用的 经验法 介绍 1 在一个控制臂的末端改变 1 8 垫片 则将会改变外倾角1 2度和后倾角l度 2 如果是同时增加或减少1 8的垫片在前后控制臂上 将会改变外倾角1 2度 3 同样的 一端加1 8垫片 另一端减少1 8垫片将改变后倾角2度 动画演示 二 侧滑检测 就一般意义而言 侧滑是指车轮胎面在前进过程中的横向滑移现象 造成侧滑的原因 既可能是由车轮定位 即车轮各个角度参数 不合适所引起的 也可能是由于紧急制动时因地面附着力的变化所造成的 前轮侧滑检测的意义 为了保证汽车具有良好的操纵稳定性 前轮所在平面以及主销轴线总是设计成与汽车的纵向或横向铅垂面成一定角度 这些角度参数包括主销内倾角 主销外倾角 前轮外倾角和前轮前束 合称前轮定位参数 其中对前轮侧滑起决定左右的是前轮外倾和前轮前束 若这两个参数配合得好 侧滑就可以很小或为零 反之侧滑量会比较大 所有检查侧滑的目的 不仅是为了侧滑本身 而且也用于检查前轮定位是否合理 前轮侧滑对汽车的操纵稳定性影响较大 侧滑量太大 会引起汽车行驶方向不稳 转向沉重 增加轮胎磨损 加大燃油消耗 甚至操纵失准而导致交通事故 因此 在对汽车的定期检验中 侧滑检测是必不可少的检验项目之一 1 侧滑量检测原理 目前国内广泛采用滑板式侧滑试验台检测汽车转向轮的侧滑量 其基本原理是 若转向轮外倾和前束配合不当 则汽车直线行驶时 转向轮将处于边滚边滑状态 轮胎与地面间由于滑动摩擦的存在而产生相互作用力 若使汽车驶过可以横向自由滑动的滑板 则该作用力将使滑板产生侧向滑动 侧滑量大小则反映了汽车转向轮外倾和前束的匹配情况 但并不能表示外倾和前束的具体数值 1 前束引起的侧滑 有前束无外倾 两轮内滚 由于前轴 悬架 的约束车轮被外推 车轮对地面产生向外的侧向力 如有滑板则外移 前束正侧滑 负前束负侧滑 内滑 前轮滚动为正 后轮滚动为负 动画演示 2 车轮外倾引起的侧滑 外倾两轮外滚 由于约束被拉回 车轮对地面的作用力向内 如有滑板 内移 负外倾 外移 轮前后滚动方向不变 动画演示 3 两者 车轮外倾 前束 外倾与前束合格 侧滑合格 侧滑合格 不一定外倾前束合格侧滑不能保证前束外倾具体数值 车轮定位可测前进无 后退大合格前进内滑 后退仍为内外倾引起前进内 后退外前束引起 4 侧滑量检测的意义 侧滑量反映转向轮外倾与前束相互配合的综合结果 二者匹配情况理想时 侧滑量为零 汽车行驶时转向轮处于纯滚动状态 因此 轮胎磨损轻 行驶阻力小 转向轻便 操纵稳定性好 所以 通过检测和调整 使侧滑量在标准规定范围内是非常必要的 应明确说明的是 转向轮外倾和前束均合格时 侧滑量合格 反之 当侧滑量合格时 却不一定保证外倾和前束都合格 2 侧滑的影响 轮胎磨损降低附着系数 影响制动 驱动 转向 3 侧滑试验台的结构和原理 由于前轮侧滑是前轮外倾与前轮前束共同作用的结果 为此在测量时 我们可以让汽车通过只能横向移动的滑板 观察前轮外倾和前束对滑板的横向推动作用 我们很自然的想到让两个前轮分别通过各自的滑板 其实 理论分析证明 只设置一块滑板 让其中一个车轮通过这块滑板 另一个车轮就在地面上走过 也是可以的 相应的就有两种侧滑试验台 双滑板试验台和单滑板试验台 侧滑装置机构 滑板下滚轮和导向机构 左右滑动 前后限位 长有500 800 1000mm 侧滑1mm为m km 双摇臂机构使两板等量内外移 共用回位装置 锁止装置使其不动 测量装置 电位计 差动变压器 自整角电机 诊断参数 m km 极值 m km单滑板试验台 能单独测量单轮侧滑 双滑板试验台 也能反映单轮侧滑 自整角电机原理图 差动变压器工作原理 双滑板试验台的结构 目前国内采用的大多数侧滑试验台是双板联动式侧滑试验台 检测时 汽车两转向轮分别驶过左 右滑板 用测量滑板左 右位移量的方法检测汽车的侧滑量 双板联动式侧滑试验台由试验台主体 或称检测装置 指示装置和报警装置构成 双滑板式侧滑试验台结构示意图 单滑板试验台的测量原理 单滑板试验台仅用一块滑板 如图示 假设汽车左前轮从这块滑板上驶过 右前轮则从地面上驶过 由于两轮在试验中所处的地位不同 我们分两种极端情况进行分析 并且为了简单 先假定侧滑仅由前束造成 左轮正直 右轮有倾斜 左轮正直 右轮有倾斜 如 图示 假设左轮与汽车纵向平面完全平行 右轮调前束时有偏斜 这是一种不对称的前束 因右轮行驶时有向内侧滚动的趋势 而左轮走在滑板上 右轮的内滚趋势受不到什么约束 我们在此忽略一些次要因素 例如汽车行驶的惯性 以及滑板相对底座的摩擦力等 这样 滑板在右侧车轮的侧向推力作用下会向左移动一段距离 事实上 在这种情况下 汽车的行驶方向也会向左偏斜 可以认为 此时滑板的滑移是右轮造成的 右轮正直 左轮有倾斜 右轮正直 左轮有倾斜 如图 示 由于右轮完全正直 又走在地面上 它与地面之间的附着力远远大于滑板与底座间的摩擦力 于是 毫无疑问 汽车会按照直线行驶 而左轮走在滑板上的这段时间里 左轮向内侧滚动的趋势却受到约束 所以左轮只能边走边将滑板推向左侧 滑板便会形成滑移量 这和前面分析前束作用时的道理是一样的 所以在这种情况下滑板的滑移是由左侧车轮造成的 总的效果 在左 右车轮都有偏斜 也不论这种偏斜是由前轮外倾还是前束造成 的一般情况下 据前面分析可知 滑板的总滑移量应是左右两轮共同作用的结果 具体侧滑量的计算方法与双滑板时类似 即有S c d 2D mm m 需要说明的是 由于双滑板与单滑板侧滑试验台的结果不同 测量机理也不同 难免造成实际测量时的误差 包括系统误差和随机误差 也常有不同 4 有关侧滑的检测标准规定 国家标准GB7258 1997中规定 机动车转向轮的横向侧滑量 使用侧滑试验台 包括双板和单板试验台 检测时应不大于5m km 需要注意的是 这里所指的是绝对值 即侧滑量应在 m km之间 三 车轮定位检测 一 气泡水准仪检测 组成及作用水准仪 测外倾 内倾 后倾转角仪 测左右轮的转角聚光器 标杆配合测前束 聚光器 标尺配合测两轴及前后轮的平行度 测量原理 车轮外倾角 水准仪安装到车轮后 如有外倾 气泡位移 调气泡水平后 位移量为外倾角 动画演示 主销后倾角 OA为主销线 为后倾角 OC为转向节轴 OA与OC为直角 OC绕OA转动时形成圆 OC上装一气泡管 气泡上下移动 越大 移动量大 间接测 建立几何测量关系 图 动画演示 主销内倾角 OC一端垂直于OC装气泡管 左右转时气泡升高 抬高程度取决于 C点左右转都下移 气泡反向升 图 动画演示 前束检测 聚光器 标杆 三角架确定汽车直行位置 正前打直位置 聚光器装于前轮向后轮投射 三角标尺过后轮轴线与后轴重合 相对几何中心线对称放置 两侧标尺上照射数值相等 前束测量 A 距车轮中心以轮辋直径 倍的位置放标杆 聚光器投向标杆 取一 转动车轮投向后标杆 后 前标杆之差为前束值 动画演示 B 前束 光束刻度板测量法 C 光电测量法 四 四轮定位检测 几何中心线和推力线重合为基准 使四轮定位参数在该基准上的合理匹配称为四轮定位 定位不准的危害 什么时候做调整 直线行驶困难前轮摇摆不定轮胎不正常磨损检测参数 主销内倾角 主销后倾角 车轮外倾角 前束 轮距 轴距 推力角和前展 检测原理及方法 八传感器测量系统 形成直角四边形 检测出推力角是否合格 激光器 投射激光束 光敏三极管接收光束 前束为零 左右发射光重合 有前束 可测出距离相等 若不等 左右单独前束不等 动画演示 推力角 轴距轮距差 八个传感器测量 四边形 外倾 内倾 后倾 角度测量仪 可变电位计 车轮轮辋变形补偿 车轮的径向 端面跳动量即补偿值计入前束 外倾的前值中 1 轮轴偏移 轮轴偏移是指两个前轮 或后轮 与地接触点的连线与垂直于推力线的直线间的夹角 当右轮在左轮前方时此角度值为正 在左轮后方时此角度值为负 2 横向偏位 横向偏位是指左 右 前轮和相应后轮与地接触点连线与推力线的夹角 即轮距向一侧变长或变短 如果后轮超出前轮 此角度为正 3 轴偏位 实际的前后轴的平分中心线连线与理论车辆几何中心线的夹角 两前轮或两后轮同时横移 其它参数 如前 后轮总前束 不改变 也存在推力角 1 轴距偏差 轴距偏差是指两前轮之间的连线与两后轮间连线不平行所形成的夹角 当右侧轮距大于左侧轮距时 此角度为正 反之为负 轴距变化 可以引起推力线歪斜 从而产生推力角 2 轨迹宽度偏差 轨迹宽度偏差是指左前轮和左后轮与地面接触点之间的连线 同右前轮和右后轮与地面接触点之间的连线的夹角 当后部宽度超过前部宽度时 此角度为正 所以 就最终发展为完全四轮定位 即在推力线与几何中心线重合 用推力角为零保证这一点 的情况下进行车轮定位 论文阐述完毕 恳请各位老师 专家给予指导