汽车四轮定位检测技术解析与讲解.pdf

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1、1 第一章绪论 1.1 研究本课题的意义 在现代汽车中 , 操纵稳定性和行驶安全性被人们看得越来越重要了。虽然已经 有很多在这方面的研究， 但是本文主要在分析汽车四轮定位原理和四轮定位测试系统 原理，结合实验室台架阐述四轮定位仪汽车检测中的运用方面的研究，也是具有十分 重要的意义的。 车辆在出厂时， 定位角度都是根据设计要求预先设定好的。这些定位角度用来共 同保证车辆驾驶的舒适性和安全性。但是，车辆在行驶一段时间后， 这些定位角度会 由于交通事故、道路坑洼不平造成的剧烈颠簸、底盘零件磨损、更换底盘零件、更换 轮胎等原因而产生变化。 一旦定位角度产生变化， 就可能导致诸如轮胎异常磨损、车 辆跑偏

2、、安全性下降、油耗增加、零件磨损加快、方向盘发沉等故障。因此，进行四 轮定位参数检验，使其处于合理范围内，对提高汽车的安全性及经济性有重要意义。 1.2 国内外的发展状况 国外针对车轮定位检测技术的研究较早，50 年代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。 我国在这方面的研究起步较晚， 从 60 年代开始引进台架式四轮定位仪，80 年代 初，由武汉汽车研究所研制成功并投产了GCD- 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，仪器功能不健全，只能测量传统的 四个参数：前束、外倾、主销

3、内倾及主销后倾。到90 年代末，国内厂家开始大量生 产四轮定位仪，如营口玄豹的SDH3000 ，营口大力的 DL-4800，烟台海德的 HC4800 ， 北京车安的 AS-888等，但都处于探索阶段，推出的产品大都不太成熟。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的传感器及 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。 目前中国的汽车工业发展迅速。从整体上看中国汽车工业，仍然是一个国际竞 争力较弱的产业。从汽车产量上看，中国已成为世界汽车工业的主要制造基地之一。 就长远来看，中国汽车工业也必将具备完全的自主开发的能力，并且逐步

4、提高其在 世界汽车工业体系中的地位。 2 第二章汽车四轮定位的认识 2.1 汽车四轮定位的基础知识 发展，汽车车速不断提高，急加速、急减速、急转向、急制动等动作的出现，汽 车后轮在行驶过程中受到的冲击和汽车的载荷，这些都将影响到汽车后轮的运行轨 迹。为了保证汽车直线行驶的稳定性、转向的轻便、转向轮回正性能良好，以及减少 轮胎和机件的磨损、 增加汽车行驶的安全性， 汽车四轮定位的技术参数逐步受到驾驶 人员的重视，同时也为汽车自动驾驶技术的发展提供了有利的条件。 2.11 汽车四轮定位的概念 汽车四轮定位汽车的转向车轮、 转向节和前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叫

5、做转向车轮定位，也称前轮定位。 前轮定位包括 主销后倾 (角)、主销内倾 (角)、前轮外倾 (角)和前轮前束四个内容。 这是对两个转向前 轮而言，对两个后轮来说也同样存在与后轴之间安装的相对位置，称后轮定位。 后轮 定位包括车轮外倾 (角)和逐个后轮前束。这样前轮定位和后轮定位总起来说叫四轮定 位。 2.12 汽车四轮定位的组成结构 1、四轮定位仪主要由： 定位仪主机及必要附件组成。定位仪主机由： 机箱（大 机箱带后视镜）；电脑主机（含显示器、打印机） ；四个机头（定位传感器） ； 通讯系统；充电系统；总供电系统共六部分组成。必要的附件由：方向盘固定 器；刹车固定器；转角盘及；夹具共四部分组成

6、。要很好的完成定位调车工作 用户还应自行配备必要的工具如：各种型号的开口扳手、梅花扳手、套筒、接杆、快 速扳手、扭力杆、钳子、螺丝刀、气动扳手（小风炮）、拉杆球头拆装器、外倾角校 正器以及各种型号的调整垫片和调整螺栓等。 2、四轮定位仪的结构 四轮定位仪分拉线式、光学式、电脑拉线式和电脑几个式，现以光学式四轮定位 仪说明四轮定位仪的结构与测量原理。电脑拉线式四轮定位仪如图21 所示，其主 要结构右带微处理器的主机柜及彩色监视器、键盘、80系列 A4 打印机、红外电子测 量尺（用来检测轮距） 、红外遥控器、标准转盘或电子转盘、自定心卡盘、传感器、 接线盒、电缆、传感器拉线、方向盘锁定杆和刹车制动

7、杆等组成。 3 1-彩色监视器2-键盘3-打印机4-自定心卡盘5-转盘6-主机柜 图 2-1 电脑拉线式四轮定位仪 2.2 汽车四轮定位的重要性和必要性 为了提高汽车行驶的安全性、 平顺性和乘坐的舒适性， 汽车研发部门必须恰当地 设计车轮定位角。 正确的车轮叫可以保证汽车转向轻便，转向后能自动回正， 汽车转 向时、急剧改变车速时和高速行驶时，以及在坏路行驶， 或紧急制动时能保证行驶方 向的稳定性。操作车辆时能稳定准确，路面振动小，坏路上车身没有明显摇摆，乘车 舒适，轮胎寿命长。 1. 正确的车轮定位可以帮助系统中所有不见都处于正常关系中，可以获得以下好 处： （1）延长轮胎的使用寿命 一组新的

8、轮胎， 有时表现为某一个轮胎使用不久就会发生异常磨损，有时发生在 前轮，有时发生在后轮。 在大多树情况下轮胎的异常磨损，或跑长途时爆胎的原因是 车轮定位不准确。 （2）操纵的稳定性 不正确的车轮定位可以加剧转向轮，以至整个转向系的摆振； 还可以造成行驶跑 偏、高速时转向发飘、 左右牵引、车轮不能自动回正、 路面的振动无法被有效的吸收。 正确的车轮定位则可以避免或排除上述故障。 4 （3）减少转向机械和悬架的磨损 由于不同的车轮定位角可以使汽车处于不同的平稳关系中，因此不正确的车轮定 位角不仅会加剧车轮的磨损， 而且会造成悬架和转向系统传动部分的转动部件，如控 制臂衬套、球头销、主销衬套等的非正

9、常磨损。 （4）提高燃油的经济性 所有的车轮定位角， 都是为了使车轮在行驶中尽可能地垂直于地面，最大限度减 少车轮滑移，使车轮滚动阻力减少，燃油经济性提高。正确的车轮定位，还可以保证 四个车轮彼此平行， 这样保证了最小的滚动阻力， 再加上正确的轮胎充气， 可确保提 高燃油经济性。 （5）得到最佳的行驶平顺性 正确的车轮定位帮助前、 后悬架恰如其分地工作， 使行驶系、 转向西所有部件处 在正确关系中，路面的振动被有效的吸收，车辆行驶更平稳。 （6）确保安全驾驶 正确的车论定位最大的好处就是保证安全驾驶。它可以确保车辆的可操作性， 操 作的稳定性，在正常行驶中有正确、迅速的操纵响应。 正确的车轮定

10、位校正是非常重要的。校正不适当， 可能会造成转向困难， 转向后 车轮不能自动回正，行驶跑偏，产生不正常的噪声，轮胎异常磨损。 2. 什么情况下，需要进行四轮定位 （1）每行驶 10000公里或六个月后 （2）直线行驶时车子往左或往右拉 （3）直行时需要紧握方向盘 （4）直行时方向盘不正 （5）感觉车身会漂浮或摇摆不定 （6）前轮或后轮单轮磨损 （7）安装新的轮胎后 （8）碰撞事故维修后 （9）换装新的悬挂或转向有关配件后 （10）新车每行驶 3000公里后 2.3 前轮定位 转向轮、转向节和前轴或下摆臂三者之间装配要具有一定的相对位置，这种具 有一定相对位置的装配关系叫做前轮定位。 5 前轮定

11、位的作用有以下几项： （1）保证汽车直线行驶的稳定性。在水平面上驾驶员双手离开转向盘后，汽车 仍能直线向前行驶。遇到小坑，小包以及拱形路面时能保持直线行驶。在承载后车 轮能垂直于路面，能扼制转向轮的摆振。在高速行驶中没有转向发飘现象。 （2）在外力使车轮偏转或驾驶员转向后，能保证转向盘自动回正。 （3）使转向轻便。 （4）减少转向轮和转向机构的磨损，最大限度地延长轮胎的使用寿命。 2.3.1 主销后倾角 在汽车纵向垂直平面内主销轴线与与通过前轮中心垂线的夹角叫主销或倾角 如图 2-2 所示。向垂线后面倾斜的角度称为正后倾角，向前倾斜的角度称为负后倾 角。 a) 主销后倾角的原理图 b)正主销后

12、倾角 c)负主销后倾角 图 2-2 主销后倾角 1、主销后倾角的作用： （l ）保证汽车直线行驶的稳定性。 按照国内传统的汽车理论， 主销后倾角越大， 行驶中产生的离心力就大，防止车轮发生偏转的反向推力就越大，所以主销后倾角 越大，汽车直线行驶的稳定性就越好。但是主销后倾角越大，汽车转向时所有克服 的反向推力就越大，转向就越重，所以主销后倾角不能超过3? 。 （2）适当加大主销后倾角是帮助车轮回正的有效方法。转向轮发生偏转时，主 销后倾角帮助转向轮自动回正到中间位置。 2.3.2 主销后倾角 在汽车横向平面内主销轴线与铅垂线的夹角即为主销内倾角。如图2-3 所示。 1、主销内倾角有以下两个作用

13、： 6 （1）帮助转向轮自动回正。前轮是围绕着主销旋转的，而主销是向内倾斜的。 主销内倾使转向节距地面高度降低，距地面更近，重力作用使车辆高度被降低， 转向轮在转向时沿着倾斜的主销作弧线运动，就和门围绕歪斜的门轴做弧线运动一 样，随着转向角和主销内侧倾角加大，轮胎外侧逐步加大对路面的压力。汽车在松 软的路面上转向时，主销内倾角越大，转向角越大，转向轮外侧就压入地下越多， 在松软的路面上转弯时前轮的外侧部分陷入地下才可能实现转向。汽车在柏油、水 泥路面上行驶时，地面比轮胎更为坚硬，轮胎不可能陷入地下。于是在地面反作用 力下，转向轮连同它所承载的汽车前部都要抬起一个相应的高度，才能使它实现转 向。

14、 a) 销轴中心线 b)主销内倾角 图 2-3 主销内倾角 （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。主 销轴线的延长线距车轮的中心线过近容易使转向发飘。所以传统的后轮驱动汽车主 销轴线的延长线大都设计在距车轮中心线40 至 60mm 处。而 20 世纪 70 年代以后开 发的前轮驱动汽车由于技术上改进，主销内倾角越大，行驶稳定性也很好。 2.3.3 前轮前束 前轮前束是从汽车正上方向下看，由轮胎的中心与汽车的纵向线之间的夹角为 前束角。如图 2-4 所示。 前束的作用是消除由于外倾角所产生的轮

15、胎侧滑。 当正前束太大时，轮胎外侧磨损会有正外倾角太大所形成的磨损状态，胎纹磨 7 损形式为羽毛状。当用手从内侧向外侧抚摸，胎纹外缘有锐利的刺手感觉。当负前 束太大时，轮胎内侧会有负外倾角太大所形成的磨损形态，胎纹磨损形式为羽毛状。 当用手从外侧向内侧抚摸，胎纹外缘有锐利的刺手感觉。 图 2-4 前束角图 2-5 外倾角 2.3.4 前轮外倾角 从汽车的前方看轮胎的几何中心线与地面的铅垂线的夹角，称为外倾角。轮胎 的上缘偏向内侧（靠近发动机）或偏向外侧（偏离发动机）。如图2-5 所示。 当轮胎中心线与铅垂线重合时，称为零外倾角，其作用是防止轮胎不均匀的磨 损。当轮胎中心线在铅垂线外侧时的夹角称

16、为正外倾角，其作用主要是减低作用于 转向节上的负载、防止车轮滑落、防止由于载荷而产生不需要的外倾角及减小转向 操纵力。当轮胎中心线在铅垂线内侧时的夹角称为负外倾角，其作用是可使内外侧 滚动半径近似相等，使轮胎的内外侧磨损均匀，还可以提高车身的横向稳定性。 2.3.5 转向梯形 车辆转弯时，内侧的车轮被迫沿着比外侧车轮要小的弧线进。如果设计两侧转 向臂互平行，那么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、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13? ，两前轮沿着各自的弧线滚动，从而消 除了轮胎的滑动。参见图2

17、-6。 8 图 2-6 转向梯形 转向时所有车轮运动轨迹的向心线都应相交于一点，此点称为转向心。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等腰梯形叫反梯形。二者 在作用上没有区别。 转向梯形又叫转向外展，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，由于内侧轮形成比外侧较大13o 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 向平稳。 2.3.6 转向不足 在试转半径时，转向盘转到止端，并保持不动，节气门开度稳定，车轮的转弯 半在一定的圆周上保持不动，似乎是理所当然

18、的事，但实际上转向不足的汽车( 又被 称为平稳转向，大部分汽车都是这种设计的)，转弯随着旋转的圈数增加，会逐渐加 大。这种特性是因前后轮胎侧偏角不同引起的。由于后轮侧偏角小于前轮的侧偏角， 在连续作转弯半径测试时，后轮达不到前轮行进方向而变慢，所以转弯半径逐渐加 大，出现转向不足。转向不足的好处是当驾驶员转向时，即使实际转向低于自己的 设想，也容易修正过来。 2.3.7 转向负前束（转向前展） 转向负前束是指转向时内侧车轮相对外侧车轮的角度差。转向系的结构使车轮 角度随转向角度变化而变化，该角度的变化由转向梯形保证，如负前束不正确，将 加剧轮胎磨损，并出现转向噪声及转向跑偏。 9 2.4 后轮

19、定位 2.4.1 与后轮定位相关的概念及作用 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。 前轮驱动轿车通常为很小的后轮反前束。前轮驱动汽车行驶中的驱动力使 后轮心轴受向后的力，后轮的前端距离略大于后端距离。 和后轮外倾角一样，前轮驱动汽车后轮的反前束值比前轮也大1 倍左右。 后轮前束主要为了使前后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。 车辆的几何中心线：是恰好穿过前、后轮中央的假想线。 推力线：是与后轮中心线成正90 度角向前延伸的线。汽车

20、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。 后轮偏向：指向桥壳或后前移动，另一个后轮移动，后轮推力线不再和几 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 2-7 和图 2-8。推力线偏离几 何中心线，不仅造成行驶跑偏倾向，也加重了汽车转向轮胎的侧滑。 图 2-7 后轴未发生偏向时中心线和推力线 10 图 2-8 后轴偏向造成推力线偏离了几何中心线 2.4.2 后轮定位 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

21、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 ) ，后轮胎肩处出现锯齿形磨损( 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。 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，设置后轮外倾角最 主要的目的就是改善转向的稳定性。 2.5 前轮定位与后轮定位的区别 若汽车只做前轮定位 (又叫二轮定位 ) ，在定位基准上就可能发生偏差，因 为前轮定位是以几何中心线， 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。一旦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，

22、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。 四轮定位和前轮定位的最大区别是在定位基准的选定上。做四轮定位时是 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。做四轮定位时先检测和调整后轮定位。如果后轮定位角 不对，而后轮定位在设计上又是可以调整的，则需要换那些变形了的零部件， 即负责车轮定位的悬架上的部件，常见的是摆臂、减少器以及导向装置。在后 轮定位调整完后，后轮推力线和几何中心线重合，再以该参考线为基准，对每 一个前轮进行测量调整， 可以保证四个车轮在直线上行驶位置时处于平行状态，

23、转向系处于几何中心，满足车辆在设计时的动力学条件，达到车辆在设计时的 性能要求。 任何机械式的定位装置都只能做前轮定位，而无法做后轮定位和四轮定位。 11 第三章 汽车四轮定位的测量原理 四轮定位仪是专门用来测量车轮定位参数的设备。四轮定位仪可检测的项 目包括：前轮前束值 / 角( 前轮前束角 / 前张角 ) 、前轮外倾角、主销后倾角、主 销内倾、后轮前束值 / 角( 后轮前束角 / 前张角 ) 、后轮外倾角、车辆轮距、车辆 轴距、转向 20 度时的前张角、推力角和左右轴距差等。目前常见的国产或进口 的四轮定位仪可以用来测量上述检测项目中几个中全部项目。 在检测项目中，车轮前束值 / 角、车轮

24、外倾角、主销后倾角和主销内倾角统 称为前轮定位，又称前轮定位四要素，各种前轮定位仪都能完成其检测任务。 但汽车的操纵稳定性不仅仅由前轮定位来保证，后轮定位也起着至关重要的作 用，所以，最好使用四轮定位仪检测和调整。 目前常用的四轮定位仪有接线式、光学式、电脑拉线式和电脑激光式四种， 它们的测量原理是一致的， 只是采用的测量方法 (或使用的传感器的类型 )及数据 记录与传输的方式不同，下面介绍四轮定位仪可测量的几个重要检测项目的测 量原理。 3.1 车轮前束和推理角的测量原理 前束时， 必须保证车体摆正且方向盘位于中间位置，为了提供车轮前束值（或 前束角）的测量精度，无论是拉线式、光学式还是电脑

25、式的四轮定位仪，在检测 车轮前束之前，常通过拉线或光线照射或反射的方式形成一封闭的直角四边形如 图 31 所示。 图 3-1 8束光线形成封闭的四边形 将待检车辆置于此四边形中， 通过安装在车轮上的光学镜面或传感器不仅可 12 以检测前轮前束、 后轮前束， 还可以检测出左右车轮的同轴度（即同一车轴上的 左右车轮的同轴度） 及推力角。 因为四轮定位仪系统采用的传感器不同，测量方 法亦有所不同，这里仅就光敏三极管式传感器来说明一下车轮前束的测量原理。 光敏三极管为近红外线接收管， 是一种光电变换器件， 它的结构与外形如图 3-2 所示。其工作状态为：不加电压，利用PN接在受光射时产生正向电压的 原

26、理，把它作为微笑光电池。 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。 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类似于图32 所示的四 边形。在传感器的受光面上等距离地将光敏三极管排成一排，在不同位置光敏 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。其测量原理的简单示意图如图33 所示。 1- 刻度盘 2- 投射器支臂 3-光敏三极管 4- 激光盘 5-投射激光束 6-接收激光束 14- 光线接收器 5- 前轮 6-后轮 7- 汽车纵向轴线推力

27、角 图 3-3 车轮前束角的测量原理图 3-4 推力角的测量原理 依据上述检测原理， 同时可以检测出位于该四边形内的待检车辆前后轴的平 行度（即推力角的大小和方向） ,其检测原理的简单示意图如图34 所示。同理， 通过安装在后轮上的传感器， 我们可以检测出后轮前束值 （后轮前束角） 的大小 和方向。 图 3 2 光敏二极管的结构和外形 13 3.2 主销后倾角和主销内倾角的测量原理 车轮外倾角、主销后倾角和主销内倾角这三个测量参数的测量都是关于角度 的测量，除了光学式四轮定位仪测量车轮外倾角和车轮前束时，采用的不是测量 角度的传感器， 其余各种类型的四轮定位仪均是采用测量角度的传感器，包括车

28、轮前束角都可以用角度传感器直接或间接测量。 以套筒扳手为例， 先将扳手杆垂直立于桌面上， 扳手接杆与视线垂直并使扳 手接杆保持水平，此杆即为转向节轴（面向车头看为左前轮轴）。将扳手杆下端 向自己面前偏转一个角度，即形成主销后倾角，然后由此位置绕扳手手柄轴 线分别向里、向外各转动角，这时就会发现扳手接杆绕水平面分别向上、向 下偏转了角（如图 3-5 所示） 。 a)直行时，扳手接杆水平b)向里转向时，c) 向外转向时， 扳手接杆向上偏转扳手接杆向下偏转 图 3-5 主销后倾角的测量原理 主销内倾角的测量原理如图3-6 所示，在扳手接杆头部系上一长接杆， 长接 杆与扳手接杆垂直。将扳手直立于桌面，

29、使长接杆保持水平位置并与视线垂直， 再将扳手柄下端向里偏转一个角度，即形成注销内倾角，然后由此位置绕扳 手手柄轴线分别向左、 向右各转角，这时又会发现接杆分别沿逆时针、顺时针 方向转动了角。 14 a)直 行 时 ， 长 接 杆 水 平b)向 左 转 时 ， 长 接 杆 向 逆 时 针 偏 转 c) 向外转向时，长接杆向顺时针偏转 图 3-6 主销内倾角的测量原理 3.2.1 主销后倾角的测量原理 以左前轮为例，当车轮向左右各转动20（如图 3-7 所示） ，ZO为主 销轴线， OB为转向节车轮轴线，四边形DEFG 表示水平面，四边形HIJK 相对于 平面的夹角为主销后倾角。LMNP 平面是与

30、主销垂直相交的平面，该平面是HIJK 平面以 ST为轴转动角（主销内倾角）形成的，OD为车轮向左转动 20时转 向节轴平面的方向。线段LD 、A B、 AB 、AB、MI、FN和 KP均是水平面 DEFG 上的铅垂线。 图 3-7 主销后倾角的测量原理计算图 由图 3-7 主销后倾角的测量原理计算图得（推导过程略）： 上式表明为一特定角度时，主销后倾角测量角存在唯一确定关系。 15 通常规定转角为 20，2sin0.68404，故有： （1） 即主销后倾角为实际测量角度的 1.461 倍。这样，用1.461 倍的关系标定仪器， 就可直接读主销后倾角。 3.2.2 主销内倾角的测量原理 仍以左前

31、轮为例，当车轮向左右转动时（如图 3-8 所示） ，ZO为主销轴 线，OC为转向节轴线方向， OE为与车轮平面平行且水平的线段。同（1）所述， 四边形 DEFG 表示水平面，四边形HIJK 相对于水平面的夹角为主销后倾角。 四边形 LMNP 为与主销垂直相交的平面， 该平面是 HIJK 平面以 ST为轴转动角 （主销内倾角）形成的，OE是车轮向右转动20，垂直于转向节轴线且在 水平面内的线段， OF是车轮向左转动20时，垂直于转向节轴线且在水平 面的线段。由图 3-8 主销内倾角的测量计算图得（推导工程略）： 上式表明当为一特定角度时，主销内倾角与测量角存在唯一确 定关系。通常规定转角为 20

32、，2sin0.68404，故有： （2） 即主销内倾角为实际测量角度的 1.461 倍，这样，用 1.461 倍的关 系标定仪器，就可以直接读主销内倾角。 图 3-8 主销内倾角的测量原理计算图 16 经过上述两部分的分析推导，了解了主销后倾角、注销内倾角的测量原理。 但必须指出， 在上述两部分推导工程中提及的、为车轮向右转动 20时， 传感器所测得的实际角度值；、为车轮左转动 20时传感器所测得的角 度值。在实际测量中，只要按照公式（1） 、 （2）换算即可。现常见的四轮定位仪 在出厂前就已用上述两式对仪表进行了标定，因此，可直接读主销倾角实际测量 值。 虽然四轮定位仪的类型有所不同，但它们

33、测量主销倾角的原理是相同的，所 不同的仅仅是它们各自采用的测量角度的传感器不同而已，为了便于理解四轮定 位仪的测试过程检测方法，下面简单介绍几种常见的测量角度的传感器： （1）光电编码器，基本上可以分为两大类：圆光栅编码器和绝对式编码器。 它们的特点是：结构紧凑、信号质量好、稳定可靠和抗干扰能力强。 （2） 光电电位器式角度传感器， 没有金属丝电刷造成的摩擦力矩， 其优点是： 分辨率高、寿命长、扫描速度快。缺点是：输出电阻大、输出信号要经过阻抗匹 配变换器。 另外用于测量角度的传感器还有电感式倾斜传感器、小型双轴斜度传感器和电位式传感 器。 3.3 转向 20时前张角的测量原理 汽车使用时，

34、由于前轮的碰撞冲击、 长期在不平的路面上行驶和经常采用紧 急刹车，对车辆的冲击作用都可能引起转向梯形的变形。因此会造成汽车在转向 行驶工程中前轮异常磨损，操纵性变差并间接影响汽车的动力性和燃油经济性。 为了检测汽车的转向梯形臂与各连杆是否发生变形，在四轮定位仪中均设置 了转向 20时，前张角的检测项目。其测量方法为：让被检车辆前轮停在转盘 中心出，右轮沿直线行驶方向向右转20时进行测量；左轮沿直线行驶方向左 转动 20时进行测量（该转向角可直接从转盘上的刻度读出）。具体作法如下： 右前轮向右转 20，读取左前轮下的转盘上的刻度X，则 20-X 即为 所要检测的转向 20时的前张角。 一般汽车在

35、出厂时都已给出20-X 的合格范围，将测量值与出厂值进行比 较即可检测出车辆的转向梯形臂与各连杆是否发生了变形，如果超出标准值或左 右转向前张角部一致， 则说明该车的转向梯形臂和各连杆已发生了变形，需要进 行校正、调整或更换梯形臂和各连杆。 17 第四章 汽车四轮定位的检测与维修 4.1 四轮定位的故障诊断程序 1. 四轮定位调整前应进行以下检查， （1） 车轮检查。 包括轮胎的磨损是否均匀 . 轮胎的尺寸或类型配合是否恰当。轮胎的气压是 否符合要求。子午线轮胎，发动机前置前轮驱动轿车，在空载时四轮胎压较低， 常低于 2.5bar. 满载时前轮胎压一般在 2.5bar ，后轮的胎压稍高， 一般

36、在 3.0bar 左右。具体数值应按照具体车型上的标示为准。如果是行驶跑偏问题， 可以先将 前轮左右两车轮进行互换对调， 然后试车。如果车轮左右对调后跑偏方向朝向对 调前的相反方向， 可以确定前轮是主要的影响因素。如果前轮左右两车轮对调后 跑偏方向不变， 可以确定跑偏不是由车轮引起的。必须进行四轮定位测量以进一 步找出原因。 （2）四轮悬架高度测量。 每个车轮承担的重量不相同， 一般发动机前置且横放轿车， 前轮轴重要略高 于后轮，右侧车轮的重量略高于左侧车轮，所以会使四轮悬架的高度略有差别。 常以每个车轮上部翼子板下边缘到车轮有中心点为测量对像。则前轮的悬架高度 一般低于后轮，同一轴的左、右侧

37、轮重应基本一致。 （3）车上负荷的检查 四轮定位参数的常以空载， 满箱燃油以及备胎， 随车工具均处于合适位置的 状态给出。所以，做四轮定位时的车上负载应该按照出产要求准确摆放。 （4）零部件状态的检查 四轮定位参数的改变， 往往是由于零部件失效所致。 所以做四轮定位参数调 整前，首先应该排除零部件失效的可能。 2. 路试 路试的目的是为了确定故障现象。有时应当多向车主咨询一下， 了解一下车 子的使用情况，有助于尽快解决故障。 驾驶时应当检查转向盘是否平顺感觉转向盘、地板和座位的震动。 注意方向 是否跑偏或操纵中出现的不正常情况如转向困难转向时出现轮胎噪音，表3-1为 一些常见的问题及和原因。

38、18 表3-1行驶故障可能原因 行驶故障可能原因 方向盘太重 主销后倾角太大 动力转向机构故障 转向盘发抖 车轮动态不平衡 车轮中心点偏离，产生凸轮效应， 发动机运转不顺畅， 制动盘异常磨损，厚度不均匀 行驶跑偏 后倾角不正确 外倾角不正确 车身高度左右不相等 左右车轮气压不相等 轮胎变形或不良 转向系统卡住，制动片卡住。 方向盘漂浮不定 主销后倾角太小 零部件磨损严重，间隙太大 方向盘不能良好回正 主销后倾角太小 零部件动动干涉，卡滞 助力转向机构故障 方向盘不正总前束正确，方向盘在中间位置时，单边前束不等 轮胎羽毛状磨损前束不正确 轮胎单边磨损外倾角不正确 轮胎凹凸状磨损车轮动态不平衡 4

39、.2 四轮定位的调整维修 四轮定位参数的调整有时不能一次调整到位。四轮定位原因产生的故障， 要 完全解决问题，往往要进行2-3 次的测量或调整才能完全排除故障。 现代四轮定位仪已经比较成熟， 便用起来也比较方便， 只要按照仪器的操作 提示进行作业即可。 四轮定位仪只是我们解决问题时借助工具，不能过分依赖四轮定位仪。 由于 四轮定位仪本身也存在着测量误差，以用由于操作者本身操作也会引起误差。所 以还得以实际行驶情况为最后的检验结果。 在做四轮定位数据调整时要以先后轮，后前轮，先外倾，后前束为调整顺序 a后轮外倾角。 19 b 后轮束角。 c前轮主销后倾内倾角。 d 前轮外倾角 e前轮束角。 在量

40、产汽车中， 很多车型只有前束和外倾这两项参数可以调整。其它的定位 参数在汽车设计和制造时就可以保证参数的精度。如马自达 323，只有前轮和后 轮的前束可以调整；长安福特蒙迪欧只有前轮前束和后轮外倾角可以调整. 某些车子，经过长时间的使用或者事故修复后，在正常的调整范围内调整， 不能满足要求。但是可以通过加装调垫片或者更换偏心螺栓等方法进行深度加工 调整，下面来介绍此类调整方法。 1. 四轮定位参数调整方法研究 前束一般可以通过调节转向机上的横拉杆就可以达到调整要求。外倾角调整 要根据作业车型的悬架具体结构，选择调整方法。 （1）从上控制臂调整的常用方法 a增减垫片调整主销后倾角和车轮外倾角，如

41、图3-2 所示。 b 移动上控制臂来调整前轮外倾角和主销后倾角，如图3-3 所示。 图 3-2从上控制臂调整方法一图 3-3从上控制臂调整方法二 20 图 3-4从上控制臂调整方法三图 3-5从上控制臂调整方法四 图 3-6从上控制臂调整方法五图 3-7从下控制臂调整方法一 c 旋转凸轮来调整车轮外倾角和主销后倾角。如图3-4 所示。 d 旋转上控制臂上两个偏心凸轮来调整主销后倾角和车轮外倾角，如图3-5 所示。 e分别旋转两个偏心螺栓， 来调整车轮外倾角和主销后倾角，如图 3-6 所示。 (2)下控制臂调整的常用方法a 旋转偏心凸轮，可调整车轮外倾角，如图3-7 所示。 b 调整主销后倾角时

42、，松开环销并旋转即可，调整车轮外倾角时，旋转偏心 螺栓，如图 3-8 所示。 c 松开控制臂安装螺栓，旋转偏心凸轮可调整前轮外倾角，如图3-9 所示。 d 松开下控制臂前端的球头安装螺栓，可以推进或拉出球头，从而调整前轮 外倾角，如图 3-10 所示。 21 图 3-8从下控制臂调整方法二图 3-9从下控制臂调整方法三 图 3-10从下控制臂调整三图 3-11从减振器顶部调整方法一 （3）从减振器顶部进行调整的常用方法 a松开前减振器顶上几个定位螺栓，可以沿前卡孔左右移动减振器来调整前 轮外倾角如图 3-11 所示。 b 松开前减振器顶上定位螺栓， 向下推着前减振器并旋转180 ，顺时针转增

43、大外倾角，逆时针转减小外倾角,如图 3-12 所示。 （4）从减振器支架部位进行调整的常用方法 a松开减振器支架上两个螺栓，旋转上部带偏心凸轮的螺栓即可调整前轮外 倾角，如图 3-13 所示。 b 松开两个螺栓向里推或向外拉轮胎，可以调整车轮外倾角，如图 3-14 所 示。 c 松开减振器两个螺栓向外或向内移动轮胎上部，可以调整车轮外倾角。调 整后可以加进楔型锯齿边铁片，即能固定又可防松脱。，如图 3-15 所示。 图 3-12从减振器顶部调整方法二图 3-13从减振器支架部位调整方法一 22 图 3-14从减振器支架部位调整方法二图 3-15从减振器支架部位调整方法三 2. 前束参数单位不统

44、一的处理方法 我们知道，前束的单位表两种表示方法一种是以毫米（mm）为单位，另一 种是以度数（） 。他们之间如何换算呢？在第二章中我们给出式1-1，即 L=sinD 式中： L单轮前束值 ,单位:mm； D车轮前束测量点所处的直径，单位：mm； 单轮前束角，单位：o 在测量时我们常以轮胎的外缘为测量点。所以D 可以通过轮能的型号计算 出。如 205/55R16 91V 的轮胎 205：其中 205 表示轮胎宽度为 205 毫米，55 表示 轮胎的扁平比，即轮胎高度是轮胎宽度205 毫米的 55%。16 为车轮轮辋的直径 即 16 英寸。可得此轮胎的外缘处直径为4.2516%552052=631

45、.9mm，即 2 倍的轮胎高度加上轮辋的直径。所以可由式2-1 可以相互换算前束单位。 4.3 故障实例分析 1. 故障现象 制动时，左右车轮制动效能不同，致使车辆行驶方向产生偏斜。 2. 故障原因 制动跑偏的故障实质是两侧车轮受力不等或制动生效时间不一致。 （1）两侧轮胎气压不同、磨损程度不同。 （2）一侧制动轮缸工作不良，存在漏油火粘滞等现象。 （3）一侧制动管路漏油、凹陷堵塞使制动液流动不畅或存在空气。 （4）一侧制动蹄或制动钳摩擦片占有油污。 （5）一侧制动蹄、制动鼓或制动盘变形，致使蹄鼓（或蹄盘）贴和不良。 （6）两侧车轮制动器制动间隙、摩擦片磨损程度不一致。 23 （7）一侧制动底

46、板或制动钳支架紧固螺栓松动。 （8）压力调节器调整不当或制动压力分配阀失效。 （9）两侧轮毂轴承预紧度调整不一致。 （10）前轮定位失准，两侧主销内倾、主销后倾、车轮外倾角不一致，前束 不正确，悬架固定件松动等。 3. 故障诊断与排除 出现制动跑偏现象， 应根据跑偏方向及制动时轮胎印迹确定制动效能不良的 车轮。汽车向右（左）测车轮制动力不足或制动迟缓。其中印迹短的车轮为制动 迟缓，印迹轻的为制动力不足。 路试。车辆运行中减速制动时， 若向一侧偏斜， 说明另一侧车轮制动迟缓或 制动力不足，仔细检查该轮制动管路有无凹瘪堵塞及漏油现象，并予以排除。 若上述情况良好，可对该轮轮缸进行排气，并检查轮胎气

47、压及其磨损程度。 若上述均无问题， 应检查制动底板或制动钳支架是否松动，并检查、调整轮 毂轴承紧度。 拆检制动器， 检查摩擦片表面是否油污， 并查明油污来源。 同时应检查制动 蹄、鼓或制动钳、盘是否变形严重， 制动轮缸是否工作不良等， 视情维修或更换。 检查压力调节器或制动压力分配阀，视情维修或更换。 若汽车还存在行驶跑偏现象，需检查前轮定位、悬架、车身等。 24 结论 在本文中主要讲述四轮定位相关的因素：主销后倾角、 主销内倾角、 车轮外 倾角、前束角、转向不足等前轮定位以及后轮定位。在认识理论的基础上总结了 汽车四轮定位的检测方法， 检测原理以及四轮定位各个参数的概念和作用，进而 对汽车四

48、轮定位测试系统进行全面的了解，以及对汽车四轮定位测试系统的组成 结构做了简要的介绍。 汽车四轮定位在现代汽车检测与维修行业中得到广泛的运用，而且越来越受 到汽车用户的欢迎， 成为汽车检测维修行业不可缺少的一部分。通过屏幕上的彩 色图形和数字显示需要调整的部位、调整办法及在调整过程中的数值变化, 把复 杂的四轮检测调整简化成看图操作。提高了维修方法的技术含量, 使维修水平上 了一个新台阶。同时也为各类轿车的维修提供了便利, 缩短了维修时间 , 减少了维 修和使用费用 , 确保了现代轿车行驶的平稳、轻便和安全。 四轮定位作为汽车新技术之一，国外许多汽车制造厂家、 汽车服务公司， 汽 车修理厂，改装

49、厂，在四轮定位的研究和检测、调整方面下了很大功夫，积累了 许多宝贵经验。 而我国的汽车技术还比较落后， 在一些新技术的发展上还有很长 一段路要走， “十二五”规划再次对汽车行业做出了调整，加大了对汽车行业的 扶持，相信在不久的将来，中国的汽车行业一定会走在世界的前列。 25 参考文献 1 李洪港主编 . 四轮定位检测与调整 M. 北京：人民交通出版社， 2003.P16-22 2 罗进益，周红军主编 . 轿车四轮定位检测与调整 M. 北京：人民交通出版社， 2003.P18-36 3 中华人民共和国交通行业标准. 汽车技术等级评定标准 .JT/T198-1995.P2-16 4中 华 人 民 共 和 国 交 通 行 业 标 准 . 汽 车 技 术 等 级 评 定 的 检 测 方 法.JT/T199-1995.P2-16 5 中华人民共和国交通部部门计量检定规程. 汽车转向盘转向力转向角检测 仪检定规程 .JJG007-1996：P11-16 6 张钱斌主编 . 汽车故障诊断技术. 安徽：安徽机电职业技术学院校本教材， 2010.P22-23 7 戴冠军 . 汽车保养与修理设备 M. 北京：人民交通出版社，