汽车使用性能与检测成果

2023-10-11 理论教育版权反馈

【摘要】：当右侧车轮的距离大于左侧车轮距离，规定其轴距差为正值，反之为负值。其中，前轮前束、前轮外倾角、主销后倾角、主销内倾角统称前轮定位，又称为前轮定位四要素。

【知识引导】

知识点一　汽车车轮定位参数

在设计汽车时，为使转向轮具有转向轻便、准确和行驶稳定的性能，在转向车轮上设计有主销后倾角、主销内倾角、车轮外倾角和车轮前束四项参数，统称为前轮定位参数。它是评价机动车的操纵性和直线行驶稳定性的重要参数，前轮定位参数正确能使汽车的操纵性保持稳定。

1.主销后倾角

设计转向桥的时候，使主销在汽车的纵向平面内向后保持一个倾角γ ，即主销轴线和地面垂直线在汽车纵向平面内的夹角，如图3-6 所示。

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图3-6　主销后倾角示意图

当汽车直线行驶时，若转向轮偶然受到外力作用而稍有偏转时，这时由于汽车本身离心力的作用，在车轮与路面接触点b 处，路面对车轮作用一个侧向反力。反力对车轮形成绕主销轴线作用的力矩YL，其方向正好与车轮偏转方向相反。如图3-6 所示，a 点与b 点之间的距离称为主销后倾拖距。在YL力矩的作用下，车轮恢复到原来中间的位置，从而保证了汽车稳定的直线行驶，此力矩称为稳定力矩。但此力矩也不宜过大，否则在转向时为了克服此力矩，驾驶员必须在转向盘上施加较大的力，即转向沉重。

因稳定力矩的大小取决于力臂L 的数值，而力臂L 又取决于后倾角γ 的大小。现在车辆一般采用的γ 角不超过2°～3°，现代高速汽车由于轮胎气压降低弹性增加，而引起稳定力矩增加，因此，γ 角可以减小到零甚至为负。

2.主销内倾角

设计转向桥的时候，使主销在汽车的横向平面内倾斜一个β角，即主销轴线和地面垂直线在汽车横向断面内的夹角，称为主销内倾角，如图3-7 所示。

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图3-7　主销内倾角示意图

主销内倾角的作用是使前轮自动回正，使转向操纵轻便和减小转向盘上的冲击力。当转向轮在外力作用下由中间位置偏转一个角度时，车轮的最低点将陷入路面以下，但实际上车轮下边缘不可能陷入地面以下，而是将车轮连同整个汽车前部向上抬起一个相应的高度，利用汽车本身的重力有使转向轮恢复到原来中间位置，此效应即为自动回正。主销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c 减小，从而减少转向时驾驶员加在转向盘上的力，使操纵轻便，同时也减少从转向轮传到转向盘上的冲击力。

但c 值也不宜过小，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，进而增加了轮胎与路面间的摩擦阻力。这不仅使转向沉重，而且加速了轮胎的磨损。故一般内倾角β不大于8°，距离c 一般为40～60 mm。

3.前轮外倾角

前轮外倾角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线之间的夹角，如图3-8 所示。

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图3-8　前轮外倾角示意图

前轮外倾角的作用是防止车轮出现内倾，减少轮毂外侧小轴承的受力，防止轮胎向外滑脱和便于与拱形路面接触。

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，进而可能出现车轮内倾，这样将加速汽车轮胎的磨损。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，加重了外端小轴承及轮毂紧固螺母的负荷，降低其使用寿命。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。同时，车轮有了外倾角，也可以与拱形路面相适应。但是，外倾角也不宜过大，否则也会使轮胎产生偏磨损，一般不大于1°。

4.前轮前束

如图3-9 所示，从俯视图看，两侧前轮最前端的距离B 小于后端的距离A，A－B 称为前轮前束。前轮前束的作用是消除前轮外倾造成的前轮向外滚开趋势，减轻轮胎磨损。

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图3-9　前轮前束示意图（俯视）

车轮有了外倾角后，在滚动时就类似于滚锥，导致两侧车轮向外滚开。由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，从而加速了轮胎的磨损。

前轮前束可通过改变横拉杆的长度来调整。根据各厂家规定的测量位置，使两轮前后距离差A－B 符合规定前束值，一般前轮前束值为0～12 mm。

5.包容角

包容角就是主销内倾角与前轮外倾角之和。包容角是由刚性零件（转向铰接组件或麦弗逊式减震柱）确定的，所以它一般是不可调的。当这些零件变形时，主销内倾角将发生变化，因此，包容角是一个用来诊断车轴及减震器变形或磨损的参数。

6.转向20°时前张角

转向20°时前张角指的是转向20°时，两前轮转向角度之差。转弯时，内轮所转的角度通常大于外轮，其目的是再转弯时，使汽车能以后轴延伸线的瞬时中心为圆心顺利转弯。此外，当内轮转角较大时，阻力也较大，阻力的不同可使汽车偏向阻力大的一方，使转向容易。

7.推力角

推力角是指汽车后轮总前束的夹角平分线与汽车几何中心线所成的角度。一般规定推力线朝左为正值，朝右为负值，如果推进角不为0，则汽车存在侧向运动的趋势。

8.轴距差

两前轮中心的连线与两后轮中心的连线之间的夹角称为汽车的轴距差。当右侧车轮的距离大于左侧车轮距离，规定其轴距差为正值，反之为负值。

知识点二　四轮定位仪的结构和工作原理

常用的四轮定位仪有前束尺和光学水准定位仪、拉线定位仪、传感器（CCD）定位仪、激光定位仪和3D 影像定位仪等几种。其中，3D、CCD 和激光产品是目前市场上的三大主流产品，3D 产品是目前市场上最先进的四轮定位产品，测量方式先进，测量时间仅为传统定位仪的1/5，已渐渐进入成熟阶段。(www.chuimin.cn)

四轮定位仪可检测的项目有前轮前束、前轮外倾角、主销后倾角、主销内倾角、后轮前束、后轮外倾角、车辆轮距、车辆轴距、转向20°时前张角、推力角、左右轴距差。其中，前轮前束、前轮外倾角、主销后倾角、主销内倾角统称前轮定位，又称为前轮定位四要素。

1.四轮定位仪的分类

（1）光学式四轮定位仪

光学式四轮定位仪主要包括测试投影仪、导轨、转盘、万能轮镜安装架、轮镜、定位测量卷尺、后轮摆正滑板、主销内倾角测试仪等，如图3-10 所示。

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图3-10　光学式四轮定位仪

（2）计算机式四轮定位仪

计算机式四轮定位仪由主机、前后轮检测传感器、传感器支架、转盘、刹车锁、转向盘锁及导线等零部件构成，如图3-11 所示。

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图3-11　计算机式四轮定位仪

（3）运用CCD 技术的四轮定位仪

运用CCD 技术的四轮定位仪可通过4 只CCD 电荷耦合传感器对车辆的前、后4 个车轮一次测定其定位角。特别对独立悬架机构的车轮定位检测（单个车轮的定位值）具有独特的优势。该定位仪检测数据准确，且没有普通侧滑试验台只能检测左、右车轮综合作用效果的弊端。它主要由专用举升器、传感器、计算机和操纵机构等组成。采用这种技术的四轮定位仪精度可以达到很高。

2.四轮定位仪的测量原理

（1）车轮前束和推力角的测量原理

在测量前束时，必须保证车体摆正且方向盘位于中间位置，为了提高车轮前束值（或前束角）的测量精度，无论是拉线式、光学式还是计算机式的四轮定位仪，在检测车轮前束之前，常通过拉线、光线照射或反射的方式形成一个封闭的直角四边形。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可以检测前轮前束、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）及推力角等。

（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以外，其余各种类型的四轮定位仪均采用测量角度的传感器，包括车轮前束角都可以用角度传感器直接或间接测量。主销后倾角和主销内倾角不能直接测出，只能采用建立在几何关系上的间接测量，由测得的角度推导出主销后倾角及主销内倾角。

（3）转向20°时前张角的测量原理

让被检车辆前轮停在转盘中心处，右轮沿直线行驶方向向右转动20°后进行测量。测量结束后，恢复原位，左轮沿直线行驶方向向左转动20°后进行测量（该转向角可直接从转盘上的刻度读出）。

右前轮向右转20°时，读取左前轮下转盘上的刻度值X，则20°－X 即为所要检测的转向20°时的前张角。一般汽车在出厂时都给出20°－X 的合格范围，将测量值与出厂标准进行比较，即可检测出车轮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不一致，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。

知识点三　四轮定位检测项目实施

1.检测前的准备

（1）对被测车辆进行预检查，检查内容包括：轮胎气压是否符合规定、轮胎尺寸是否一致；轮辋变形是否严重；车轮轴承间隙是否正常；悬架系统、转向节及其拉杆的球头销有无间隙过大等。若不符合要求，则应先行修复，否则会导致检测数据不准确。

（2）根据汽车轴距和轮距确定转角盘和后滑板的位置，确保检测时各车轮能处于同一水平面，避免倾角测量产生误差。

（3）用锁销将转角盘锁紧，随后将汽车行驶到举升机上，使前轮正好位于转角盘中心，当车轮处于直线行驶状态时，转角盘的指针应与刻度盘上的“0”刻度对齐。车辆停稳后，进行驻车制动，以确保车辆不移动和人员安全，然后松开锁销。

（4）将轮夹装在轮辋上，然后按规定的前后左右位置分别将传感器机头牢固地安装在汽车相应的四个车轮上。

（5）调节各传感器机头，使水准仪气泡处于中间位置，保证传感器机头处于水平位置。

2.检测步骤

（1）打开设备电源，启动计算机。经过计算机自检进入Windows 操作系统，系统自动运行四轮定位仪的专用软件，显示器屏幕显示测量程序主界面。

（2）单击“车型选定”按钮，进入下一级菜单，选择车型数据并开始检测或偏心补偿。

（3）偏心补偿。为减少轮辋变形及轮夹安装误差对检测精度的影响，四轮定位仪设计了偏心补偿功能，以补偿双侧车轮的同轴度。偏心补偿时，架起车轮并放松驻车制动器操纵杆，按界面提示操作要求，依次对各车轮进行偏心补偿。

（4）按显示器界面的提示，将驻车制动器操纵杆拉紧，用制动踏板固定架将行车制动踏板压紧，将车辆二次举升复位，使前轮落在转角盘中心，再用力压几下前后车身，使汽车恢复原始状态。然后，按下传感器的MEMORY 键或键盘上的M 键，进入测量界面。若不做偏心补偿，则无步骤（3）和（4），按F1 键直接进入测量界面。

（5）按显示器界面的提示，逐项进行四轮定位参数检测与调整。

（6）检测完成后，可以查看检测结果，打印检测报告。

（7）检测完毕后，退出车轮定位检测程序，关闭主机。

汽车使用性能与检测成果

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