关于现代汽车四轮定位及电控悬架系统检修问题的探讨

关于现代汽车四轮定位及电控悬架系统检修问题的探讨

作者：马振锋

来源：《电子世界》2012年第24期

【摘要】汽车的四轮定位是为了保证汽车直线行驶的稳定性和操纵的轻便性，减少轮胎和其他机件的磨损，转向轮、转向节和前轴与车架的安装应保持一定的相对位置关系，汽车的悬架是车架与车桥之间一切连接装置的总称。汽车电控悬架系统是通过电子控制装置由计算机和信号输入、输出电路组成，对传感器输入的电信号进行综合处理，向执行机构发出控制指令来调节弹簧刚度、减振器的阻尼力等参数。只有有效的配合两者之间的关系才能提高汽车的操纵稳定性、行驶平顺性、安全性、舒适性。

【关键词】操纵稳定性；行驶平顺性；安全性；舒适性

1.汽车四轮定位的问题探讨

1.1 汽车四轮定位的概念

汽车四轮定位是由前轮定位和后轮定位两部分组成。它包括车轮、悬架、车桥和转向节的各种角度的定位。汽车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。而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。一般不同的技术条件下，应首先对其车辆的结构进行定位参数的检测，然后做出正确的判断和调整。

1.2 汽车四轮定位的内容

（1）主销后倾角

主轴装在前轴上后，在纵向平面内，其上端略向后倾斜，这种现象称为主销后倾。

（2）主销内倾角

主轴安装在前轴上后，在横向平面内，其上端略向内倾斜，这种现象称为主销内倾。

（3）前轮外倾

前轮安装在转向节上时，其旋转平面上端向外倾斜，这种现象称为前轮外倾。

（4）前轮前束

汽车两个前轮安装后，俯视车轮，两个前轮的旋转平面并不完全平行，而是稍微带一些角度，这种现象称为前轮前束。

上述的四种定位值都是前轮定位的指标。后轮定位值与前轮定位值相似，但大多数轿车的后轮定位不可调。

1.3 汽车四轮定位的作用

当车辆使用很长时间后，会出现方向转向沉重、发抖、跑偏、不正、不归位或者轮胎单边磨损、波状磨损、块状磨损、偏磨等不正常磨损，以及用户驾驶时，车感漂浮、颠簸、摇摆等现象。而四轮定位的作用就是：

（1）增加行驶安全；

（2）减少轮胎磨损；

（3）保持直行时转向盘正直，维持直线行车；

（4）转向后转向盘自动归正；

（5）增加驾驶控制感；

（6）减少燃烧消耗；

（7）减低悬挂部件耗损。

1.4 汽车四轮定位内容的分析

汽车四轮定位不良可能引发故障的分析：

（1）方向盘太重：是因为主销后倾角过大。设置主销后倾角后，主销中心线的接地点与车轮中心的地面投影点之间产生距离使车轮的接地点位于转向主销延长线的后端，车轮就靠行驶中的滚动阻力被向后拉，使车轮的方向自然朝向行驶方向。而主销后倾角增大，同时主销纵倾移距也增大。主销纵倾移距过大，会使转向盘沉重。

（2）方向盘发抖：是因为车轮动态不平衡。车辆在行驶过程中很难避免碰碰撞撞，由于外力的作用下使车毂变形、轮胎磨损不均匀、由于补胎造成车轮的动态不平衡，或由于发动机做功不正常而引发的发抖。

（3）行车时往左/右边拉左右后倾角或外倾角不相等。因为后倾角的不相等则会降低汽车直线行驶的能力，外倾角的不相等则会使车辆向外倾角大的一边拉方向。车身高度左右不相

等，低的一边所承受的压力肯定大过另一边，肯定会向力大的一边拉方向。轮胎尺寸或气压不相等，后果也好比车身高度不一样。

（4）方向盘不正：前轮前束不良，由于车轮倾斜，左右前轮分别向外侧转动，为了修正这个问题，如果左右两轮带有向内的角度，则正负为零，左右两轮可保持直线行进。如果前束的数据在正的范围内方向盘还不正，也可以直接拆方向盘拿正即可。

（5）轮胎单边磨损：外倾角不良，外倾角过大则会使车轮形成“倒八字”的形状向外翻，同时轮胎接触地面的面积将会减少并集中与轮胎的外侧。此刻轮胎的外侧将承受整部车的重量，因此轮胎的单面磨损就会加快。外倾角过小则会使车轮形成“八字”，此时轮胎的内侧磨损就会增大。

1.5 关于后轮定位的分析

后轮定位在四轮定位中也起着至关重要的因素。如果后轮定位数据偏差大的话，也会使行车过程中出现车感漂浮、颠簸、摇摆现象，因此后轮定位也直接影响四轮定位效果。而根据现在四轮定位的调查，很多四轮定位店甚至4S店里都普遍存在很多车型的后轮不可调试，其实不然。只是他们没有真正认识到其中的构造原理。

2.电控悬架系统的结构控制原理与维修问题

2.1 悬架系统的概述

舒适性是轿车最重要的使用性能之一。舒适性与车身的固有振动特性有关，而车身的固有振动特性又与悬架的特性相关。所以，汽车悬架是保证乘坐舒适性的重要部件。同时，汽车悬架做为车架与车轴之间作连接的传力机件，又是保证汽车行驶安全的重要部件。因此，汽车悬架往往列为重要部件编入轿车的技术规格表，作为衡量轿车质量的指标之一。

如果汽车车架若直接安装于车桥上，由于道路不平，由于地面冲击使货物和人会感到十分不舒服，这是因为没有悬架装置的原因。汽车悬架是车架与车轴之间的弹性联结装置的统称。它的作用是弹性地连接车桥和车架，缓和行驶中车辆受到的冲击力。保证货物完好和人员舒适；衰减由于弹性系统引起的振动，使汽车行驶中保持稳定的姿势，改善操纵稳定性；同时悬架系统承担着传递垂直反力、纵向反力和侧向反力以及这些力所造成的力矩作用到车架上，以保证汽车行驶平顺；并且当车轮相对车架跳动时，特别在转向时，车轮运动轨迹要符合一定的要求，因此悬架还起使车轮按一定轨迹相对车身跳动的导向作用。

悬架结构形式和性能参数的选择合理与否，直接对汽车行驶平顺性、操纵稳定性和舒适性有很大的影响。由此可见悬架系统在现代汽车上是重要的总成之一。

2.2 电控悬架控制系统结构与工作原理

悬架主要影响汽车的垂直振动。传统的汽车悬架是不可调整的，在行车中车身高度的变化取决于弹簧的变形。因此就自然存在了一种现象，当汽车空载和满载的时候，车身的离地间隙是不一样的。尤其是一些轿车采用比较柔软的螺旋弹簧，满载后弹簧的变形行程会比较大，导致汽车空载和满载的时候离地间隙相差有几十毫米，使汽车的通过性受到影响。在电子技术发展的带动下，工程师设计出一种可以在一定范围内调整的电子控制悬架来满足这种需求，这种悬架称为电控悬架，目前比较常见的是电控空气悬架形式。

现在轿车用的电控悬架引入空气悬架原理和电子控制技术，将两者结合在一起。典型的电控悬架由电子控制元件（ECU）、空气压缩机、车高传感器、转向角度传感器、速度传感器、制动传感器、空气弹簧元件等组成。

电控悬架工作时，阀门的相互作用控制通向空气弹簧元件的气流量。传感器检测出汽车的行驶状态并反馈至ECU，ECU综合这些反馈信息计算并输出指令控制空气弹簧元件的电动机和阀门，从而使电控悬架随行驶及路面状态不同而变化：在一般行驶中，空气弹簧变软、阻尼变弱，获得舒适的乘坐感；在急转弯或者制动时，则迅速转换成硬的空气弹簧和较强的阻尼，以提高车身的稳定性。同时，该系统的电控减振器还能调整汽车高度，可以随车速的增加而降低车身高度，减少风阻以节省能源；在车速比较慢时车身高度又可恢复正常。

2.3 电控悬架系统的参数

目前电控悬架的控制形式主要有两种，由液压控制的形式和由气压控制的形式。电控悬架的液压控制形式是较先进的形式，主动悬架就属于这一类形式，它采用一种有源方式来抑制路面对车身的冲击力及车身倾斜力。电控悬架的气压控制形式又称为自适应悬架，它通过在一定范围内的调整来应对路面的变化。不管是主动悬架还是自适应悬架，它们都有电子控制元件（ECU），有ECU就必然要有耳目做辅助，也就是要有传感器。传感器是电控悬架上重要的零部件，一旦失灵整个悬架系统工作就会不正常。

一般电控悬架传感器监视的汽车重要参数有：高度、速度、制动力、转向角、惯性力等，因此对应的电控悬架系统传感器就有高度传感器、速度传感器、转向角传感器、惯性力传感器和声纳传感器等。

高度传感器是电控悬架上最常见的传感器，负责监测车底高度的变化。它可以是霍尔效应传感器，一种以磁场为工作媒体，将物体的运动参量转变为数字电压的形式输出，使ECU能精确地测算出行驶高度，补偿道路的变化，防止车底刮到路面的凸出物。也可以采用光电二极管和光敏三极管，将车辆乘坐高度变化的信号传送至ECU。

速度传感器顾名思义是反映汽车行驶的速度，它多装配在变速器输出轴上，速度传感器有一齿轮与变速器输出轴啮合，传感器将齿轮转速变化信号传送至ECU，ECU据此做出调节悬架的信号。