試析用四輪定位儀進(jìn)行前輪定位用到的參數(shù)

任 璐

（長(zhǎng)江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，武漢 430212）

1 四輪定位儀簡(jiǎn)介

隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，四輪定位儀作為檢測(cè)汽車(chē)整車(chē)性能的一個(gè)重要工具，已經(jīng)得到長(zhǎng)足的發(fā)展，如今己經(jīng)演變成為智能網(wǎng)絡(luò)、數(shù)碼攝像和紅外線傳輸?shù)榷喾N高精尖技術(shù)的集合。四輪定位儀由電腦主機(jī)、測(cè)量傳感器、四輪平面舉升設(shè)備和一些輔助設(shè)備組成。

（1）電腦主機(jī)。目前常用四輪定位儀主機(jī)與檢測(cè)傳感器之間的數(shù)據(jù)傳輸主要是紅外線式。在前些年，大多使用數(shù)據(jù)電纜式傳輸方式。紅外線式四輪定位儀的各個(gè)車(chē)輪的測(cè)量機(jī)頭與數(shù)據(jù)接收盒之前通過(guò)紅外線電波傳輸數(shù)據(jù)，所以紅外線設(shè)備使用起來(lái)比較方便。

（2）測(cè)量傳感器。測(cè)量傳感器主要是紅外線設(shè)備，紅外線設(shè)備的有效通信距離為10～100m，紅外線無(wú)線部分十分小巧，重量輕，可穿墻通訊，只是在穿越障礙時(shí)，會(huì)損失功率，使通訊距離縮短。紅外線設(shè)備的傳感器是四輪定位儀最重要的部分，每個(gè)輪的傳感器精度直接影響測(cè)量的結(jié)果。傳感器發(fā)出紅外激光線束照射在對(duì)應(yīng)的傳感器上，對(duì)應(yīng)的傳感器得出測(cè)量的數(shù)據(jù)，然后把數(shù)據(jù)傳到主機(jī)上的數(shù)據(jù)接收發(fā)射接收器，主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理并顯示測(cè)量結(jié)果。

（3）四輪平面舉升設(shè)備和一些輔助設(shè)備。常用四輪定位儀一般具有二次舉升功能?？梢园衍?chē)子四輪同時(shí)舉升的同時(shí)，還可以用二次舉裝置二次舉起前輪或后輪，以方便操作。常見(jiàn)輔助設(shè)備有：方向盤(pán)固定器、角度盤(pán)、傳感器安裝架、腳制動(dòng)踏板固定裝置以及一些常用維修工具。

2 四輪定位參數(shù)

在《汽車(chē)和掛車(chē)的術(shù)語(yǔ)及其定義》（GB／3730.3-92）中，規(guī)定了關(guān)于車(chē)輪定位有關(guān)參數(shù)及其定義。主要定位參數(shù)有：前束、外傾、主銷(xiāo)后傾角、主銷(xiāo)內(nèi)傾角；其它定位參數(shù)有：推進(jìn)線、推進(jìn)角、右橫向偏置角、輪距差、軸偏置、前退縮角、包容角。下面淺析用四輪定位儀進(jìn)行前輪定位用到的一些參數(shù)。

2.1 主銷(xiāo)后傾角

在汽車(chē)縱向垂直平面內(nèi)主銷(xiāo)軸線與通過(guò)前輪中心垂線的夾角叫主銷(xiāo)或傾角如圖1所示。向垂線后面傾斜的角度稱(chēng)為正后傾角，向前傾斜的角度稱(chēng)為負(fù)后傾角。

圖1 主銷(xiāo)后傾角

主銷(xiāo)后傾角的作用：

（l）保證汽車(chē)直線行駛的穩(wěn)定性。按照國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的汽車(chē)?yán)碚?，主銷(xiāo)后傾角越大，行駛中產(chǎn)生的離心力就越大，防止車(chē)輪發(fā)生偏轉(zhuǎn)的反向推力也就越大，所以主銷(xiāo)后傾角越大，汽車(chē)直線行駛的穩(wěn)定性就越好。同時(shí)主銷(xiāo)后傾角越大，汽車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)所克服的反向推力就越大，轉(zhuǎn)向就越重，所以主銷(xiāo)后傾角不能超過(guò)3°。

（2）適當(dāng)加大主銷(xiāo)后傾角是幫助車(chē)輪回正的有效方法。轉(zhuǎn)向輪發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，主銷(xiāo)后傾角幫助轉(zhuǎn)向輪自動(dòng)回正到中間位置。

2.2 主銷(xiāo)內(nèi)傾角

在汽車(chē)橫向平面內(nèi)主銷(xiāo)軸線與鉛垂線的夾角即為主銷(xiāo)內(nèi)傾角，如圖2所示。

主銷(xiāo)內(nèi)傾角有以下兩個(gè)作用：

（1）幫助轉(zhuǎn)向輪自動(dòng)回正。前輪是圍繞著主銷(xiāo)旋轉(zhuǎn)的，而主銷(xiāo)是向內(nèi)傾斜的。主銷(xiāo)內(nèi)傾使轉(zhuǎn)向節(jié)距地面高度降低，距地面更近，重力作用使車(chē)輛高度被降低，轉(zhuǎn)向輪在轉(zhuǎn)向時(shí)沿著傾斜的主銷(xiāo)作弧線運(yùn)動(dòng)（就像門(mén)圍繞歪斜的門(mén)軸做弧線運(yùn)動(dòng)一樣），隨著轉(zhuǎn)向角和主銷(xiāo)內(nèi)側(cè)傾角加大，輪胎外側(cè)逐步加大對(duì)路面的壓力。汽車(chē)在松軟的路面上轉(zhuǎn)向時(shí)，主銷(xiāo)內(nèi)傾角越大，轉(zhuǎn)向角越大，轉(zhuǎn)向輪外側(cè)就壓入地下越多，轉(zhuǎn)彎時(shí)前輪的外側(cè)部分陷入地下才可能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。汽車(chē)在柏油、水泥路面上行駛時(shí)，地面比輪胎更為堅(jiān)硬，輪胎不可能陷入地下。于是在地面反作用力下，轉(zhuǎn)向輪連同它所承載的汽車(chē)前部都要抬起一個(gè)相應(yīng)的高度，才能使它實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。

圖2 主銷(xiāo)內(nèi)傾角

（2）使轉(zhuǎn)向輕便。由于前軸重心在主銷(xiāo)的軸線上，主銷(xiāo)內(nèi)傾角使主銷(xiāo)軸線延長(zhǎng)線與路面的交點(diǎn)和車(chē)輪中心地面的交點(diǎn)距離減小，力臂的減小使轉(zhuǎn)向變輕了。主銷(xiāo)軸線的延長(zhǎng)線距車(chē)輪的中心線過(guò)近容易使轉(zhuǎn)向發(fā)飄。所以傳統(tǒng)的后輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)主銷(xiāo)軸線的延長(zhǎng)線大都設(shè)計(jì)在距車(chē)輪中心線40～60mm處。而從20世紀(jì)70年代以后開(kāi)發(fā)的前輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)由于技術(shù)上改進(jìn)，使主銷(xiāo)內(nèi)傾角更大，行駛穩(wěn)定性也更好。

2.3 前輪前束

前輪前束是從汽車(chē)正上方向下看，由輪胎的中心與汽車(chē)的縱向線之間的夾角稱(chēng)為前束角。如圖3所示。

前束的作用是消除因外傾角而引起的輪胎側(cè)滑。當(dāng)正前束太大時(shí)，輪胎外側(cè)磨損會(huì)有正外傾角太大所形成的磨損狀態(tài)，胎紋磨損形式為羽毛狀。當(dāng)用手從內(nèi)側(cè)向外側(cè)撫摸，胎紋外緣有銳利的刺手感覺(jué)。當(dāng)負(fù)前束太大時(shí)，輪胎內(nèi)側(cè)會(huì)有負(fù)外傾角太大所形成的磨損形態(tài)，胎紋磨損形式為羽毛狀。當(dāng)用手從外側(cè)向內(nèi)側(cè)撫摸，胎紋外緣有銳利的刺手感覺(jué)。

2.4 前輪外傾角

從汽車(chē)的前方看輪胎的幾何中心線與地面的鉛垂線的夾角，稱(chēng)為外傾角，如圖4所示。當(dāng)輪胎中心線與鉛垂線重合時(shí)，稱(chēng)為零外傾角，其作用是防止輪胎不均勻的磨損；當(dāng)輪胎中心線在鉛垂線外側(cè)時(shí)的夾角稱(chēng)為正外傾角，其作用主要是減低作用于轉(zhuǎn)向節(jié)上的負(fù)載，防止車(chē)輪滑落。當(dāng)輪胎中心線在鉛垂線內(nèi)側(cè)時(shí)的夾角稱(chēng)為負(fù)外傾角，其作用是可使內(nèi)外側(cè)滾動(dòng)半徑近似相等，使輪胎的內(nèi)外側(cè)磨損均勻，還可以提高車(chē)身的橫向穩(wěn)定性。

2.5 轉(zhuǎn)向梯形

車(chē)輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，內(nèi)側(cè)的車(chē)輪被迫沿著比外側(cè)車(chē)輪要小的弧線前進(jìn)。如果設(shè)計(jì)兩側(cè)轉(zhuǎn)向臂互相平行，那么轉(zhuǎn)彎時(shí)兩前輪也將保持平行，最終導(dǎo)致轉(zhuǎn)彎時(shí)兩前輪發(fā)生相對(duì)滑移。而設(shè)計(jì)成前軸、梯形臂、橫拉桿構(gòu)成的轉(zhuǎn)向梯形，可使汽車(chē)在轉(zhuǎn)向時(shí)兩前輪產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)向角，通常內(nèi)側(cè)車(chē)輪轉(zhuǎn)向角要比外側(cè)車(chē)輪大1°～3°，兩前輪沿著各自的弧線滾動(dòng)，從而消除了兩前輪輪胎的相對(duì)滑動(dòng)，如圖5所示。

圖5 轉(zhuǎn)向梯形

轉(zhuǎn)向時(shí)所有車(chē)輪運(yùn)動(dòng)軌跡的向心線都應(yīng)相交于一點(diǎn)，此點(diǎn)稱(chēng)為轉(zhuǎn)向心。橫拉桿位于前軸后端的等腰形叫正梯形，橫拉桿位于前軸前端的等腰梯形叫反梯形。二者在作用上沒(méi)有區(qū)別。

轉(zhuǎn)向梯形又叫轉(zhuǎn)向外展，由于兩只梯形臂都設(shè)計(jì)成直線行駛時(shí)兩側(cè)車(chē)輪角度相同，保持兩側(cè)車(chē)輪平行，因此無(wú)論是向左或右轉(zhuǎn)向，由于內(nèi)側(cè)輪形成比外側(cè)大的轉(zhuǎn)角，使轉(zhuǎn)向中的前輪形成負(fù)前束，且轉(zhuǎn)向角越大，負(fù)前束值也越大，轉(zhuǎn)向時(shí)的負(fù)前束比后橋中的差速器更有利于轉(zhuǎn)向平穩(wěn)。

2.6 轉(zhuǎn)向不足

在試轉(zhuǎn)半徑時(shí)，轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)到止端，并保持不動(dòng)，節(jié)氣門(mén)開(kāi)度穩(wěn)定，車(chē)輪的轉(zhuǎn)彎半徑在一定的圓周上保持不動(dòng)，似乎是理所當(dāng)然的事，但實(shí)際上轉(zhuǎn)向不足的汽車(chē)（又被稱(chēng)為平穩(wěn)轉(zhuǎn)向，大部分汽車(chē)都是這種設(shè)計(jì)），轉(zhuǎn)彎隨著旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)增加，轉(zhuǎn)彎半徑會(huì)逐漸加大。這種特性是因前后輪胎側(cè)偏角不同引起的。由于后輪側(cè)偏角小于前輪的側(cè)偏角，在連續(xù)作轉(zhuǎn)彎半徑測(cè)試時(shí)，后輪因達(dá)不到前輪行進(jìn)方向而變慢，所以轉(zhuǎn)彎半徑逐漸加大，出現(xiàn)轉(zhuǎn)向不足。轉(zhuǎn)向不足的好處是當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)向時(shí)，即使實(shí)際轉(zhuǎn)向低于自己的設(shè)想，也容易修正過(guò)來(lái)。

2.7 轉(zhuǎn)向負(fù)前束（轉(zhuǎn)向前展）

轉(zhuǎn)向負(fù)前束是指轉(zhuǎn)向時(shí)內(nèi)側(cè)車(chē)輪相對(duì)外側(cè)車(chē)輪的角度差。轉(zhuǎn)向系的結(jié)構(gòu)使車(chē)輪角度隨轉(zhuǎn)向角度變化而變化，該角度的變化由轉(zhuǎn)向梯形保證，如果負(fù)前束不正確，將加劇輪胎磨損，并出現(xiàn)轉(zhuǎn)向噪聲及轉(zhuǎn)向跑偏。

3 四輪定位參數(shù)的作用

四輪定位參數(shù)是影響汽車(chē)綜合性能的重要參數(shù)，車(chē)輪定位參數(shù)在汽車(chē)出廠前都已經(jīng)做過(guò)準(zhǔn)確調(diào)整，但在車(chē)輛使用過(guò)程中，由于零部件的磨損、更換以及使用不當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致這些參數(shù)發(fā)生改變，而引起轉(zhuǎn)向沉重、轉(zhuǎn)向盤(pán)發(fā)抖、車(chē)輛容易跑偏、輪胎異常磨損以及油耗增加等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響汽車(chē)安全行駛。

為了提高汽車(chē)行駛的安全性、平順性和乘坐的舒適性，汽車(chē)研發(fā)部門(mén)必須恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)車(chē)輪定位角。正確的車(chē)輪角可以保證汽車(chē)轉(zhuǎn)向輕便，轉(zhuǎn)向后能自動(dòng)回正。汽車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)、急劇改變車(chē)速和高速行駛時(shí)，以及在壞路行駛，或緊急制動(dòng)時(shí)能保證行駛方向的穩(wěn)定性。操作車(chē)輛時(shí)能穩(wěn)定準(zhǔn)確，路面振動(dòng)小，壞路上車(chē)身沒(méi)有明顯搖擺，乘車(chē)舒適，輪胎壽命長(zhǎng)。

正確的車(chē)輪定位可以幫助汽車(chē)獲得以下好處：（1）延長(zhǎng)輪胎的使用壽命；（2）操縱的穩(wěn)定性；（3）減少轉(zhuǎn)向機(jī)械和懸架的磨損；（4）提高燃油的經(jīng)濟(jì)性；（5）得到最佳的行駛平順性；（6）確保安全駕駛。

正確的車(chē)輪定位校正是非常重要的。校正不適當(dāng)，可能會(huì)造成轉(zhuǎn)向困難，轉(zhuǎn)向后車(chē)輪不能自動(dòng)回正，行駛跑偏，產(chǎn)生不正常的噪聲，輪胎異常磨損。

［1］鄒小明.汽車(chē)檢測(cè)診斷技術(shù)［M］.北京：人民交通出版社，2006.

［2］劉振樓.汽車(chē)維修技術(shù)［M］.北京：人民交通出版社，2005.

［3］曹家喆.現(xiàn)代汽車(chē)檢測(cè)診斷技術(shù)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2009.