汽车检测技术-3章_底盘检测技术

3）车轮外倾角 α 定义：从汽车前方看轮胎中心线与竖直线所成的角度称为外 倾角。规定车轮外倾为正，车轮内倾为负。 作用：防止车辆满载时，悬架变形造成车轮内倾，避免轮胎 偏磨损和减轻轮毂轴承的负荷。同时，可减少前轮纵向旋 转平面接地点至主销中心线延长线与地面交点的距离，从 而使转向轻便。 车轮外倾角太大时，会造成轮胎外侧出现单边磨损；悬架 系统零件磨损加剧；车辆会朝着外倾角较大的一侧跑偏。 负外倾角太大时，会造成轮胎内侧单边出现磨损；悬架系 统零件磨损加剧；车辆会朝着负外倾角较小的一侧跑偏。
以CCD四轮定位仪为例 1. 前束和推力角、轴距差的测量原理 在车轮前束检测前，应保证车体摆正且转向盘位于中间 位置。传感器机头上的CCD传感器的零点位置，表示前 束或横角为零时对应传感器机头红外发射管的光点成像 位置，其位置在设备标定时已进行确定。 当车轮（如左右前轮）存在前束时，左后轮其传感器机 头上红外发射管的光点，在左前轮测量机头的前束CCD 传感器上的成像位置会偏离零点位置形成一个偏差值， 测出左前轮的前束角α1 ；右后轮其传感器机头的光点在 右前轮测量机头的前束CCD传感器上的成像位置，也形 成一个偏差值，同理测出右前轮的前束角α2，如图3―15 所示。
横角测量光点
横角CCD传感器
'


图3―16轴距差的测量
2．车轮外倾角的测量原理 车轮外倾角是转向盘位于中间位置的车轮倾角，可由传感 器机头内的外倾角度传感器直接测出。 3．主销后倾角和主销内倾角的测量原理 主销后倾角γ和主销内倾角β不能由车轮的静止状态直接测 出，只能采用建立在几何关系上的间接测量。 （1）主销后倾角γ的测量原理

由于转向节轴线是车轮的旋转轴线，与车轮中性面垂直， 当前轮存在外倾角α时，转向节轴线并不与地面平行。当 车轮处于直线行驶位置时，转向节轴线与水平平面的倾角 亦为α。
3.2.3 四轮定位仪的结构和检测原理
1. 四轮定位仪的结构。 （1）定位仪主机 由机柜、计算机、主机接口和打印机组成。 计算机内有四轮定位专用软件，计算机硬盘中存有各种车型 定位参数的数据库和操作帮助系统等。 （2）传感器机头 传感器机头是四轮定位仪的核心部件。上面标有在车轮上的 安装位置，各自不能互换。如果更换任一传感器机头则需要 对所有传感器机头重新进行标定。 传感器机头内主要有控制板、信号光源、位置传感器、倾角 传感器、通信装置、电源等。 （3）通信系统 实现传感器机头之间、传感器机头与主机之 间的数据传递，采用电缆、红外光、蓝牙通信技术
2．其它定位参数 1）推力角 定义：汽车后轮行进方向（即推力线，也称推进线）与汽车 纵向几何中心线形成一个夹角，这个夹角称为推力角（也 称推进角）。汽车纵向几何中心线是指通过汽车前桥和后 桥中心的直线。推力角的正负号规定：推力线左偏时，推 力角为正，反之为负。 推力线一般是指汽车后轮总前束夹角的平分线。根据定义， 推力角在数值上等于后轮左右两轮前束之差的一半。 推力角是一种故障状态参数。汽车行驶时，推力角会使后 轮沿推力线给汽车一个纵向的偏转力矩，造成轮胎异常磨 损、车辆跑偏，严重时将发生后轴侧滑甩尾等危险情况。
汽车一般在下列情况下要进行车轮定位： 1）直线行驶时需紧握方向盘，否则汽车会跑偏。 2）前轮或后轮出现单侧磨损或快速磨损。 3）转向时方向盘太重、太轻以及快速行驶时方向盘发抖。 4）当车辆发生碰撞事故维修后。 5）更换轮胎、悬架、转向及有关配件后。 6）新车行驶3000km以及每行驶10,000km后。
2）对于电脑式四轮定位仪，如果按传感器机头之间、传感器 机头与主机之间的通信方式不同，又分为：有线式和无线式 两种。无线式又分红外光和蓝牙通信两种形式。 有线式采用电缆传输，传输稳定可靠，但使用不方便，并且 线本身容易被拉、压、折断，更换电缆成本高。 红外光传输使用方便，但容易受遮挡，对环境要求较高。 蓝牙通信是一种开放的低成本、短距离的无线连接技术。使 用方便，寿命长，通信稳定可靠。蓝牙无线部分十分小巧， 重量轻，可穿墙通信，只是在穿越障碍时，会损失功率，使 通信距离缩短。
图3―5 四轮定位仪
（4）轮辋夹具
2 7 3 4 5
（b ） （a）
6
1-调节手柄 2-传感器紧固螺栓 3-光杆 4-传感器安装轴销 5-丝杆6-轮爪7-锁紧螺钉 a）三爪夹具 b）四爪夹具 图3―6轮辋夹具
（5）转盘 转盘由固定盘、活动盘、扇形刻度尺、游标指针、锁止销和 滚珠等组成
1-固定盘 2-活动盘 3-滚珠 4-指针 5-刻度尺 图3―7转盘的结构



前束角
前束角
（a）
（b）
（c）
图3―1 车轮主要定位参数
2）主销内倾角β 定义：从汽车的前面看，转向轴中心线与竖直线所成的夹角称 为主销内倾角。规定主销内倾为正，主销外倾为负。 作用：使转向轻便，并且使前轮转向后也产生回正力矩。 主销后倾和主销内倾都有使汽车转向自动回正的作用，但主 销后倾的回正作用随车速增大而增大，高速时起主导作用。 主销内倾的回正作用与车速无关，低速起主要作用。 主销内倾角过大时，转向时会使轮胎磨损加剧。
3.2.2 车轮定位参数
1. 主要定位参数 1）主销后倾角γ 定义：从汽车的侧面看，转向轴中心线与竖直线所成的夹角 称为主销后倾角。规定主销后倾为正，主销前倾为负。 作用：当汽车行驶中，转向轮偶然受外力作用而稍有偏转时， 主销后倾将产生车轮转向反方向的力矩使车轮自动回正，可 保证汽车直线行驶的稳定性。 主销后倾角过大：转向后方向盘回正性好，但会造成转向沉 重。主销后倾角过小：转向后缺乏方向盘自动回正能力，引 起前轮摆振，转向盘摇摆不定，驾驶员失去路感，车速高时 发飘。左右车轮主销后倾角不相等：车辆会朝着主销后倾角 小的一侧跑偏。
传感器机头2
图3―12 入射光角度的测量原理
倾角传感器 种类：摆锤式、液体可变电容式、可变磁阻式及硅集成电路 等形式。 特点：均以重力方向作为参考基准，测出传感器机头外壳随 着车轮偏转的角度α。
传感器机头外壳
倾角传感器 摆臂 摆锤

图3―14 摆锤式倾角传感器的测量原理
3.2. 4 车轮定位参数的测量原理
4）前束角 定义：从汽车的正上方向下看，轮胎中心线与汽车纵向几何 中心线之间的夹角称为前束角。规定两轮前边缘距离小于 后边缘距离为正，反之为负。负前束也叫前张角。两个车 轮的前束角之和，即两个轮胎中心线的夹角称为总前束。 作用：消除车轮外倾造成的不良后果，减轻轮毂外轴承的压 力和轮胎的磨损。 前束角太大时，会造成轮胎外侧羽毛状磨损，羽片状磨损 的尖部指向汽车纵向轴线，当用手从内侧向外侧抚摸，胎 纹外缘有锐利的刺手感觉；另外会造成转向不稳定，车轮 发抖。 负前束太大时，会造成轮胎内侧羽毛状磨损，羽片状磨损 的尖部背离汽车纵向轴线，当用手从外侧向内侧抚摸，胎 纹外缘有锐利的刺手感觉；并且转向不稳定，车轮发抖。
（6）附件 包括转向盘锁定杆、制动踏板固定杆等，如图 3―9所示。
图3―9转向盘锁定杆（a）和制动踏板固定杆（b）
2. 四轮定位仪的检测原理 红外8束、16传感器封闭测量
左 前 轮
转盘
右 前 轮
左 后 轮
右 后 轮
图3―10测量场的形成
传感器机头各传感器： 大箱体内的位置传感器用于测量水平纵向的定位角，又称 前束传感器；小箱体内的位置传感器用于测量水平横向定 位角，又称横角传感器。 两个倾角传感器互成90°放置，其中，外倾角传感器能直 接测量车轮中性面的倾角，用于车轮外倾角和主销后倾角 的测量。主销内倾角传感器则通过测量车轮平面绕转向节 轴线的相对转角，计算出主销内倾角的大小。。
图3―4 转向前展
作用：为了在转弯时使汽车以后轴延伸线的瞬时中心为圆心顺 利转弯，避免侧滑引起的轮胎过度磨损。 汽车使用时，由于前轮的碰撞冲击、经常采用紧急制动等原 因引起转向梯形的变形，使转向前展角超过标准值。此时， 车辆在转弯时轮胎会发出尖锐噪声，造成汽车在转向行驶过 程中前轮异常磨损、操纵性变差。 一般来说，转向前展角是不可调整的，只能通过更换零件改 正缺陷。
3.2.2四轮定位仪的分类
1）按出现的先后情况看：气泡水准式、光学投影式、拉线 式、PSD式、CCD式、3D影像式等形式的车轮定位仪。 气泡水准式定位仪、光学投影式定位仪，它们属于普通的 机械或光学仪表，测量精度低，仅前轮定位 。 拉线式、PSD式、CCD式、3D影像式：属于电脑式四轮 定位仪，它们均应用计算机技术和精密传感技术，由装在 车轮上的传感器将车轮定位角的几何关系转化成电信号接 入微机进行处理，分析和判断，然后由显示器显示和打印 机打印输出，并且可以同时进行四轮定位。
4）退缩角 两前轮中心连线与推力线的垂线之间的夹角称为前退缩角。 两后轮中心连线的垂线与推力线之间的夹角称为后退缩角。 规定右轮在左轮后面时退缩角为正，反之为负。
前 前 前退缩角
轮距差
推 力 线 后退缩角
轴距差
（a）
（b）
图3―3 轴距差、轮距差和退缩角
5）转向前展角 车轮在转弯时两前轮的转角之差称为转向前展角（也称转向 角、转向前张角）。通常将转向20°的转向前展角作为 测量值。
后轴安装偏斜（图3―2a）、左右后轮前束角不等 （图3―2b）都会产生推力角。
前 前
推力角 推 力 线
）
图3―2 推力角
2）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。规定当右侧车轮的距离比左侧车轮的距离 大时，轴距差为正，反之为负。 轴距差也是一种故障状态参数，一般是由于车身撞击而 形成，达到一定程度车辆将出现跑偏，跑偏方向朝向轴 距较小的一侧。 3）轮距差 左侧前后两轮中心的连线与右侧前后两轮中心的连线之 间的夹角称为汽车的轮距差。规定后轮轮距比前轮轮距大 时，轮距差为正，反之为负。
前束传感器 外倾角传感器 主销内倾角传感器 横角传感器
大箱体
小箱体
图3―11 四轮定位仪各传感器的位置
传感器机头2偏离零线某一角度α，成像点到零点的距离为x， 聚焦镜片的焦距为f，则传感器机头2的偏角α为 x arctan f
红外线发射管 滤镜 聚焦镜片 线阵CCD 红外线
x
传感器机头1
f
横角CCD 传感器 左 前 轮


横角CCD 传感器
前束CCD 传感器
转盘
右 前 轮
前束CCD 传感器


前束测量光点
左 后 轮
右 后 轮
前束测量光点
图3―15前束的测量


同理，通过安装在前轮机头发出的红外光束照射在后轮测 量机头的前束CCD传感器上，可测出后轮前束角的大小和 方向，而左右后轮前束角的差值即反映了推力角的大小和 方向。 如果同轴左、右轮测量机头的横角CCD传感器测量的角度 α´ 与 用 前 束 CCD 传 感 器 测 得 的 前 束 角 α 不 相 等 ， 如 图 3―16所示，说明左右两车轮不同轴，则同轴左右轮的轴 距差θ为 θ = α´―α
6）包容角 从汽车的前面看，主销轴线与车轮轮胎中心线之间的 夹角，称为包容角。在数值上等于主销内倾角和车轮外倾 角之和。
3．定位基准线的选择 现代四轮定位方法是：先测量推力角，确定推力线与几何中 心线相对位置，然后调整后轮前束使推力线与几何中心线重 合。前轮前束的调整用重合的推力线和几何中心线为参考基 准。 4．定位参数的关联性 ①改变车轮外倾角可同时改变主销内倾角。 ②改变前束角会变动车轮外倾角。改变前束角时车轮绕主销 转动，由于主销后倾角的影响，使车轮外倾角发生变动。 ③改变后轮前束会影响前轮单轮的前束。现代四轮定位采用 后轮推力线定位方法确定前轮前束的。如果后轮前束改变， 推力线会发生变动，前轮总前束虽不会因此而改变，但两个 单轮前束会发生变动。
第三章 底盘检测技术
常用的底盘检测项目较多，由于部分检测项目直接反 映汽车的整车性能，故将其列为整车检测项目放在第 四章介绍。本章主要介绍下面的检测项目：
3.1传动系游动角度检测.. 3.2车轮定位检测.. 3.3转向盘自由行程和转向阻力的检测.. 3.4车轮平衡度检测.. 3.5悬架装置检测..
3．1 车轮定位检测