四轮定位在汽车行驶中的重要性讲解.docx
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四轮定位在汽车行驶中的重要性讲解
ANYANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY
本科毕业论文
四轮定位在汽车行驶中的重要性
TheimportanceoftheFour-wheelAlignmentinthecarDriving
系（院）名称：
机械工程学院
专业班级：
2010级汽车服务工程
学生姓名：
111
学生学号：
指导教师姓名：
111
指导教师职称：
工程师
2012年5月
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得安阳工学院及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
日 期：
指导教师签名：
日 期：
使用授权说明
本人完全了解安阳工学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：
日 期：
目录
中文摘要、关键词……………………………………………………………………………1
英文摘要、关键词……………………………………………………………………………2
第1章绪论…………………………………………………………………………………3
1.1前言…………………………………………………………………………………3
1.2国内外研究发展………………………………………………………………………3
1.2.1国外研究现状………………………………………………………………………3
1.2.2国内研究现状………………………………………………………………………4
1.3本研究的目的和意义…………………………………………………………………5
1.4研究的方法与内容……………………………………………………………………5
第2章四轮定位参数的作用与对操作稳定性的影响………………………………6
2.1主销内倾角的作用与影响……………………………………………………………6
2.1.1主销内倾角的作用…………………………………………………………………6
2.1.2主销内倾角对操作稳定性的影响…………………………………………………7
2.2主销后倾角的作用与影响……………………………………………………………8
2.2.1主销后倾角的作用…………………………………………………………………8
2.2.2主销后倾角对操作稳定性的影响…………………………………………………9
2.3前轮外倾角的作用与影响……………………………………………………………9
2.3.1前轮外倾角与外倾推力的关系…………………………………………………10
2.3.2外倾回正力矩与外倾角的关系…………………………………………………10
2.3.3前轮外倾角的作用………………………………………………………………11
2.3.4前轮外倾对操纵稳定性的影响…………………………………………………12
2.4前轮前束的影响……………………………………………………………………13
2.4.1前轮前束的作用…………………………………………………………………13
2.4.2前束值与前束角的关系…………………………………………………………13
2.4.3前轮前束对操纵稳定性的影响…………………………………………………14
2.4.4前轮前束角与外倾角间的匹配关系……………………………………………14
2.5转向前展角的影响…………………………………………………………………15
2.6后轮定位的影响……………………………………………………………………16
2.6.1与后轮定位相关的角度及其作用………………………………………………16
2.6.2后轮定位的作用及其影响………………………………………………………17
2.6.3四轮定位与前轮定位的区别……………………………………………………17
2.6.4推力线对操纵稳定性的影响……………………………………………………17
第3章正确科学的四轮定位……………………………………………………………19
3.1做四轮定位的时机…………………………………………………………………20
3.2做四轮定位的作业流程……………………………………………………………20
3.3做四轮定位的具体方法与步骤……………………………………………………21
3.3.1定位前的检查……………………………………………………………………21
3.3.2车轮定位测量及调整……………………………………………………………22
结论……………………………………………………………………………………………23
致谢……………………………………………………………………………………………24
参考文献……………………………………………………………………………………25
四轮定位在汽车行驶中的重要性
摘要：
当今汽车在使用过程中，随着技术状况的不断恶化，四轮定位参数值也会发生改变。
四轮的定位参数变化量过大对汽车的操纵稳定性的影响很大，甚至危及行车安全。
因此，汽车行驶一定的间隔里程后应及时对其四轮定位参数值进行检查和调整，消除行车安全隐患。
本文通过对四轮定位各个参数的详细解释，分析各个定位参数对机动车行驶性能的影响，结合现实中四轮定位存在的各种问题，给出科学正确的四轮定位的调整方法，为汽车的安全行驶提供可靠保证。
关键词：
汽车四轮定位参数操作稳定性调整
TheimportanceoftheFour-wheelAlignmentinthecarDriving
Abstract：
Intheprocessofthecarusing,astechnologyoftheworseningsituation,four-wheelalignmentparametervalueswillchangealso.Thepositioningofthefourparameterschangesoncarlargeamountofcontrolstabilityofinfluence,andevenendangerssecurity.Therefore,thecardrivingcertainintervalsaftermileageshallpromptlyitsfourwheelpositioningparametervaluesincheckandadjustment,eliminatesafetyurgentwithsuffering.Thisarticledetailedexplanationtothefour-wheelalignmentparameter,analysisofeachpositioningparametersonvariousinfluencestheperformanceofmotorvehicledriving,combinedwiththeseexistingproblemsoftherealityfour-wheelalignment,giveascientificandrightfour-wheelalignmentadjustmentmethodforthesafetyofthecardrivingprovidereliableguarantee.
Keywords:
Car;ParametersofFour-wheelAlignment;HandlingStability;Adjust
第1章绪论
1.1前言
汽车是现代道路交通中的主要元素之一，行驶汽车技术状况的好坏直接影响道路交通安全。
众所周知汽车在使用过程中由于悬架及转向系元件的磨损、变形、损坏等会使汽车车轮定位参数发生变化而失准，从而导致汽车操纵稳定性下降危及行车安全，加剧轮胎磨损降低使用寿命，对汽车的行车安全造成很大的安全隐患。
多年来中国每年因交通事故死亡人数均超过10万人（未包括港澳台地区），交通事故死亡人数已经连续十余年居世界第一，每年因交通事故所造成的经济损失达数百亿元，这个数字还有上升趋势。
在这些交通事故中，除人为因素外，车辆本身的安全性也是重要的原因，据国内外交通统计资料表明，由于车辆本身因素所造成的交通事故，在发展中国家占10％左右。
近年来因车况不良而造成的交通事故大幅上升，定期对车辆的技术状况进行检查与调整就显得非常重要，其中做四轮定位检查调整就是最关键的一环。
因此，研究汽车四轮定位参数变化与汽车操作稳定性间的内在关系及其影响程度是很有必要的。
1.2国内外研究发展
1.2.1国外研究现状
汽车四轮定位参数是汽车操纵稳定性的关键参数．在发达的汽车工业国家对车轮定位与汽车操纵稳定性的研究从20世纪60年代起就以基于“汽车—驾驶员环境（道路）闭环系统”的汽车操纵稳定性研究为主，建立精确的多自由度汽车力学模型。
通过对数学模型求解，得出数学模型的数字解，指导车辆的设计、性能分析和性能评价。
数学力学模型是依靠不同的评价指标来支持的，不同的评价指标在同一数学模型中所得出的结论并不一致，甚至互相抵触。
同时数学模型，是建立在汽车的理想化假设基础之上，理想的假设条件与实际汽车之间的情况是存在着差异的，有时这种差异还很显著。
近年来，基于模糊神经理论的汽车操纵稳定性的研究，主要在汽车操纵运动控制、车辆动力学、自动驾驶模型和驾驶员控制模型方面的研究。
目前在国外还采用虚拟试验技术建立汽车—驾驶员—环境的数学模型和建立虚拟试验场的虚拟试验场景对汽车操纵稳定性虚拟试验。
通过汽车动态仿真器进行仿真试验，预测和评价汽车的动力学特性。
国外对汽车四轮定位调整问题已研究多年，许多早先出厂时还未能解决四轮定位调整问题的车辆，采取了技术改造，解决了某些定位角度调整的困难。
当然这都是通过对各种车型进行四轮定位参数测量、计算得出的丰硕成果，如美国的NIWOTCORPORATION就很有成就。
汽车四轮定位检测仪就是国外研究汽车四轮定位参数测量的代表性产品。
1.2.2国内研究现状
在国内，这一领域的研究工作还处于起步阶段。
对于汽车四轮定位参数与操纵稳定性的研究也都是以基于“汽车—驾驶员—环境（道路）闭环系统”的汽车操纵稳定性研究为主，以模糊神经网络实现控制的方法，或引入“人的思维模糊性"试验为主。
同时，国家针对汽车的操纵稳定性制定了一套评价标准1999《汽车操纵稳定性指标限值与评价方法》，依据标准可进行稳态回转、转向回正性、转向轻便性、转向盘转角阶跃输入瞬态响应、转向盘转角脉冲输入瞬态响应和蛇行等共6项试验评价，这些项目的评价基本上包括了有关汽车操纵稳定性方面的内容，其评价方法及评分方法科学合理，至于指标限值要求是否合理在此不作评论。
我国近年来在汽车四轮定位参数测量方面的发展很快，从技术引进到消化吸收，现已基本形成我国自主知识产权的四轮定位仪研发和生产的能力，技术水平与国外差距不大。
国产四轮定位仪工作原理也从原来的拉线接触式发展为光电非接触式，自动化程度越来越高。
然而国内对汽车四轮定位参数变化后如何进行调整的技术改造还是仅仅停留在检测程面上，绝大多数的国产和合资车型在做四轮定位检测时只对车轮外倾与前轮前束进行调整，多数情况下是无法真正解决在用汽车四轮定位参数趋向不准确的问题。
目前，在汽车检测、维修行业从事汽车四轮定位参数检测与调整的专业技术工人多数对汽车四轮定位参变化与汽车操纵稳定性的关系不是很了解，更不清楚汽车四轮定位参数间的匹配技巧，不了解汽车四轮定位参数匹配不当会对汽车操纵稳定性有何影响，对行车安全的影响有多大。
检测人员对不可调的定位参数无从下手，行驶车辆往往做完四轮定位检测与调整后原来存在的操纵不稳定性还是无法解决。
而国内的汽车性能研究机构都热忠于对新车型操纵稳定性及汽车四轮定位设计匹配合理化方面的研究，对汽车四轮定位参数变化后的处理方法与技巧方面的研究很少，目前也没有完整的研究成果可以指导维修企业的专业维修人员处理好在用汽车四轮定位参数变化到何程度或行驶多少里程后才需要调整。
可见目前的研究都是出于对新型汽车设计、性能分析和性能评价的研究，对汽车的四轮定位参数变化后性能特性的研究很少。
国内外对新开发的车型操纵稳定性的研究已取得了丰硕的成果，但对汽车四轮定位参数变化对行车安全的影响还处于起步状态，特别是汽车四轮定位参数变化后对操纵稳定性和行车安全的影响程度没有可靠的结论。
1.3本研究的目的和意义
四轮定位参数对汽车的正常行驶起着十分重要的作用，汽车行驶一段时间后，由于各种原因，会出现轮胎异常磨损、零件磨损加快、方向盘发沉、车辆跑偏、在不平路面行驶时出现严重侧滑、方向偏移等现象，而这些现象都是由于车辆四轮定位不准确的原因，从而导致操纵稳定性下降，要消除这些现象，确保车辆的稳定性能，最有效的方法就是检查、调整四轮定位参数，确保汽车的正常行驶，避免事故的发生。
但是，针对实际维修调整时出现的不同的情况，如何分清各个定位参数的作用和影响，准确快速的调整号各定位参数，使汽车恢复良好的操纵性，成为当今汽车维修服务行业的一个热门问题。
因此，分析四轮定位参数各自的作用和参数对汽车操作稳定性的影响，总结出科学正确的四轮定位的调整方法是非常关键和重要的。
1.4研究的方法与内容
本研究的主要方法是通过广泛的收集阅读大量有关汽车四轮定位的资料，采用综合分析方法进行汇总整理。
分析总结出四轮定位参数变化对汽车操纵稳定性的影响程度，找出影响参数，给出科学正确的调整方法，指导维修专业技术人员及车主对在用车辆进行及时的检测与调整，减少因不及时进行四轮定位的检测与调整而引起的交通事故量。
第2章四轮定位参数的作用与对操作稳定性的影响
汽车四轮定位是立体几何学在工程实践中成功应用的范例之一。
它整合了转向节、悬架、车桥和车轮系统的所有的几何参数，四轮定位的内容包括：
主销后倾角、主销内倾角、前轮外倾角、前轮前束、前轮外展、后轮外倾角、后轮前束等，除了四轮定位角外汽车四轮定位参数中还包含转弯外倾角和汽车推力角，以便使汽车在各种复杂道路上行驶或转向时，车轮都能保持正确的角度和垂直于路面。
正确的车轮定位角可以获得安全的操纵性，乘坐的舒适性和最长的轮胎使用寿命。
当汽车出现行驶跑偏，车轮偏磨，转向轮不能自动回正，高速行驶时转向发飘，转向器摆振，转向略感发沉，支起转向轮左右转动，没有变沉的感觉等情况时，说明汽车的车轮定位此时已出现了问题。
2.1主销内倾角的作用与影响
主销内倾角σ是指在汽车的横向平面内，主销上部向内倾斜的角度。
如图2.1所示，主销内倾角也就是转向节轴线在汽车横向平面内与一个车轮中心的铅垂线的夹角，摩擦半径
是指转向节轴线与路面的交点至车轮中心平面与路面之交线的距离。
图2.1主销内倾角与摩擦半径
2.1.1主销内倾角的作用
主销内倾角的作用有：
1.帮助转向轮自动回正。
如图2.2所示，在车轮接地点
移至车轮轴线上，并按转向节轴线方向和其垂直方向分解成
cosσ和
sinσ，转弯时垂直力分量
sinσ产生回正力矩T=
·sinσ·sinα·
，其中
=（
+
·tanα）cosα，
为滚动半径，
为摩擦半径，行驶方向偏向转角度α。
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。
图2.2主销后倾角引起的车轮自动回正
2.1.2主销内倾角对操作稳定性的影响
主销内倾角对操作稳定性的影响：
1.如图2.1所示，若主销内倾角过大则摩擦半径
减小，由式T=
·sinσ·sinα·
，可知回正力矩T减小，车轮自动回正作用小，主销轴线的延长线距车轮的中心线过近容易使转向发飘，行驶稳定性下降。
2.如图2.1所示，若主销内倾角过小则摩擦半径
增大，由式T=
·sinσ·sinα·
，可知回正力矩T增大，车轮自动回正作用大，主销轴线的延长线距车轮的中心线过远使转向沉重，驾驶员不得不因此时刻注意掌握好方向盘，从而使精神过度紧张影响行车安全。
3.左右两侧主销内倾角不等对汽车行驶跑偏的影响可用图2.3所示的受力分析来解释（在此假设车轮的外倾角为零）。
图中作用在车轮上的垂直力
可沿主销内倾角分解成
sinσ和
cosσ两个分力。
由图中可见分力
sinσ向前束方向挤压车轮（因为主销后倾，故主销轴线与地面的交点在车轮接地点的前方），并使转向横拉杆受力
。
当左右车轮的主销内后倾角不相等时，挤压车轮分力
sinσ的大小也不相等，从而使转向横拉杆两端的受力
不相等，产生转向效应，导致汽车行驶跑偏，而且总是向主销内倾角小的一边跑偏。
图2.3主销后倾角对跑偏的影响图2.4主销后倾角
2.2主销后倾角的作用与影响
主销后倾角是指在汽车纵向平面内，主销上部向后倾斜的角度，如图2.4中转向轴EG与车轮中心的铅垂线的夹角τ。
转向节轴与水平地面交点至车轮接地点之间的距离
称为主销后倾拖距。
2.2.1主销后倾角的作用
主销后倾有利于汽车保持直线行驶的稳定性。
由图2.5的行驶状态受力分析可知，如果由于路面不平或转向运动使车轮自直线行驶方向偏向转角度α，那么滚动阻力的分力
sinα通过力臂
产生回正力矩使车轮回转到直线行驶位置。
图2.5行驶受力分析
2.2.2主销后倾角对操作稳定性的影响
1.主销后倾角过大，主销后倾拖距
增大，稳定力矩增大，驾驶员必须用较大的力转动方向盘才能克服车轮回转稳定力矩，这样使汽车转向显得沉重，汽车的操纵方便性、灵活性、转向响应速度下降直接影响行车安全。
2.主销后倾角过小，主销后倾拖距
减小，稳定力矩减小，将使汽车行驶不稳定，方向发飘，驾驶员对方向盘的力感明显下降甚至于无力感，在高速行驶时车轮还出现明显的摆振现象，这种情况对行车安全最为不利。
3.两端主销后倾角不相等，汽车行驶时向后倾角小的一边跑偏，而这种跑偏的趋势在没有排除两边主销后倾角差前不会消失，还会随着两边主销后倾角差值的增大而加剧，其受力情况如图2.6所示，垂直力的分力
cosα可以进一步沿主销倾角分解为
cosαcosτ和
cosαsinτ。
图2.6中可以看出分力
cosαsinτ通过力臂m使得车轮前部受到相对挤压，并使转向横拉杆受力
。
如果左右车轮的主销后倾角不相等，也会使转向横拉杆两端的受力不相等而产生转向效应，从而导致汽车行驶跑偏。
图2.6主销后倾角对车辆行驶的影响
2.3前轮外倾角的作用与影响
汽车转向轮上端略微向外倾斜，车轮所处的平面和纵向垂直平面的夹角称为前轮外倾角γ，如图2.7所示。
图2.7前轮外倾角
2.3.1前轮外倾角与外倾推力的关系
依据汽车动力学原理可知外倾侧向力
与外倾角γ关系式为
=K·γ，式中K为外倾刚度，单位为N／rad或N／（°）。
如图2.8所示，汽车在曲线行驶时，内侧轴上的车轮与路面的外倾角减小，由于外侧所引起的附加侧向力使这根轴上的侧向力提高，而在同样不变的横向加速度时，侧偏角减小。
如果是在前轴侧偏角减小时将减弱转向特性，使得整车操纵稳定性下降。
图2.8外倾角的变化对转向特性的影响图2.9外倾角回正力矩与外倾角的关系曲线
2.3.2外倾回正力矩与外倾角的关系
轮胎的外倾角对回正力矩有一定的影响。
如图2.9所示，在汽车常用的外倾角范围内，回正力矩与外倾角成线性关系。
尽管回正力矩对整个汽车的横摆运动影响较小，但其对转向系有很大的影响，正的回正力矩总是将轮胎向汽车直线行驶的方向转动，所以，它直接影响汽车的操纵稳定性。
试验表明正的回正力矩对应负的外倾角，负的回正力矩对应正的外倾角，如图2.10所示。
图2.10轮胎特性参数的正负
2.3.3前轮外倾角的作用
前轮外倾角的作用是为了提高前轮工作的安全性和转向操纵的轻便性。
当汽车满载时，车桥因加载而发生变形，这时车轮就可能产生内倾。
随着汽车行驶里程的增加，零件的磨损，内倾的趋势将会更加严重。
为了防止这种倾向许多汽车的前轮设有前轮外倾角。
即空载时转向轮上端略微向外倾斜，满载时车轮垂直于路面。
这种结构可以消除转向节的向外分力，此分力使外轴承及锁紧螺母载荷增大，加大了前轮工作中的不安全因素。
为了改善前桥的稳定性，早起汽车的车轮采用正外倾角，使车辆在重载时轮胎的胎面与路面完全接触，减少轮胎的磨损。
现代汽车中，由于悬架和车桥比过去坚固，加上路面平坦，采用正外倾角的车辆越来越少，而采用零外倾角或负外倾角的车越来越多，这样可以改善转向时的稳定性和行驶时的稳定性。
负外倾角的车辆在转向时外倾角减小，车辆倾斜程度也相应减小。
轿车高速转向时，离心力增大，车身向外倾斜加大，产生了更大的正外倾，使外侧悬架超负载，加剧了外侧轮胎的变形。
由于外侧轮胎与地面接触处的内外滚动半径不同（外侧小于内侧），这不仅加剧了轮胎的磨损，也会使转向性能降低。
所以，现代轿车车轮外倾角减小甚至设置为负角（内倾），为的是使内外侧滚动半径近似相等，使轮胎的内外侧磨损均匀，提高车身的横向稳定性，见图2.11。
图2.11外倾角对车辆行驶的影响
麦弗逊式和烛式独立悬架在伸张行程时车轮顶部向外偏移，即伸张行程时前轮外倾角加大，而压缩行程中前轮外倾角变化很小。
所以麦弗逊式和烛式独立悬架汽车有些设计为负前轮外倾角，或者设计为0°±30′。
麦弗逊式和烛式独立悬架的车轮外倾角无论是正还是负，一般角度都很小，通常都是在30′左右。
2.3.4前轮外倾对操纵稳定性的影响
前轮外倾对操作稳定性的影响：
1.两侧外倾角不相等会造成行驶跑偏。
两侧车轮外倾角的误差必须小于30′。
如两侧车轮外倾角的误差大于30′，特别是驾驶员一侧正外倾角较小时，汽车会出现行驶跑偏。
两侧车轮外倾角不等时，汽车向正外倾较大的一侧跑偏，严重的汽车跑偏会直接影响到汽车的操纵稳定性，对行车安全很不利。
2.正外倾角过大会造成方向发飘及轮胎偏磨严重。
车轮正外倾角过大时轮胎的回正力矩为负，而且其值与外倾角的大小成正比，因此，在大的正外倾角所产生的负的回正力矩正好抵消由其他定位参数提供的正回正力矩，使汽车轮胎总的回正力矩减小，促使汽车直行性能下降，方向发飘。
车轮过于向外倾斜，车辆重量集中在轮胎外缘。
由于重心转移造成轮胎外缘直径比轮胎内缘直径小，因外缘、内缘走同样距离时，前者需要转的更快。
但由于它们是在同一条轮胎上，不可能有转速差，这样转动时外缘就不可避免地要在路面上产生滑动和磨损。
3.外倾角过小或负外倾过大时将使转向沉重，轮胎内缘偏磨。
车轮负外倾角过大时轮胎的回正力矩为正，而且其值与外倾角的大小成正比，如图2.10所示，因此，在大的负外倾角所产生的正的回正力矩正好加大由其他定位参数提供的正回正力矩，使汽车轮胎总的回正力
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