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1、摘要针对目前轿车为了适应高速行驶的稳定性要求，本文以发动机前置前轮驱动形式的轿车为研究对像，研究四轮定位对汽车行驶性能的影响。对常见问题进行了研究和分析，如：行驶跑偏，车轮侧滑，操纵稳定性，轮胎异常磨损等。文章最后介绍利用四轮定位仪排除故障的方法。关键词：四轮定位，行驶跑偏，操纵稳定性，检测与调整 目录前言41四轮定位概述51.1四轮定位参数定义51.2 测量原理与测量要求61.3四轮定位仪组成112对汽车行驶性能的影响142.1车身空气阻力对前轮定位参数的影响142.2四轮定位对车轮侧滑的影响182.3前轮定位及其动态变化对汽车操稳性能的影响232.4四轮定位对行驶跑偏的影响262.5四轮定
2、位对轮胎寿命的影响302.6四轮定位的发展趋势313检测与调整343.1故障诊断程序343.2调整技术研究374结论41致谢42参考文献43前言目前中国的汽车工业发展迅速。从整体上看中国汽车工业，仍然是一个国际竞争力较弱的产业。从汽车产量上看，中国已成为世界汽车工业的主要制造基地之一。就长远来看，中国汽车工业也必将具备完全的自主开发的能力，并且逐步提高其在世界汽车工业体系中的地位。本文讨论轿车四轮定位对汽车行驶性能的影响。因为汽车在行驶一段时间后，四轮定位角度会由于交通事故、道路坑洼不平造成的剧烈的颠簸，特别是高速行驶时突然遇到不平路面，使底盘零件磨损；以及更换底盘悬架零件、轮胎等原因都会导致
3、四轮定位参数发生变化。所以有必要进行四轮定位技术的研究。四轮定位技术的发展，主要是为了适应高速行驶下的操纵稳定性和舒适性要求，通过设计或调整四轮定位参数来实现较好的行驶稳定性，提高汽车稳定行驶能力。汽车性能的评价最终是以主观评价为最终的评价。仪器测量数据为主观评价作佐证。在汽车产品开发后期，设计验证期间，都会做一些驾评，一般会把自己设计和生产的车型与同挡次的其它公司车型相比较。然后按照一定的评价标准给出合适的评分，在这样的驾评中，底盘状态的评估是主要的工作。四轮定位直接影响最终的评价结果，也决定汽车行驶性能。正确的四轮定位可以有效地降低使有成本。定位参数失准会使车轮的滚动阻力增大，汽车动力性下
4、降，运行油耗增多；另外，会引起轮胎异常磨损也降低了汽车的使用经济性。所以说四轮定位技术的推广对降低汽车的使用成本，提高行驶的稳定性和安全性具有极其重要的意思。1四轮定位概述汽车四轮定位的要求定位更准确，这就对四轮定位的测量技术提出了更高的要求，以前束尺，米尺为主要设备的维修已跟不上要求。目前以无线激光测量，蓝牙传输的仪器已经普遍使用。本章介绍四轮定位仪以及它的测量原理。1.1四轮定位参数定义1 主销内倾角如图1-1所示，转向主销（或者上球节与下球节的连线）相对铅垂线向内倾斜，称这个倾角为主销内倾角。 图1-1车轮外倾角和主销内倾角图1-2主销后倾角示意图2 主销后倾角如图1-2所示，从前轮的侧
5、面看转向销相对应铅垂线向前、后倾斜，称这个倾角为主销后倾角。3 前轮外倾角如图1-1所示，转向轮安装时并非垂直于路面，而是向外侧倾斜一个角度，车轮中心平面与铅垂线的夹角称为外倾角。4 前轮前束转向轴上两转向轮并非平行安装的。如图1-3所示，两前轮前面的间隔A比后面的间隔B小，称这种状态为总前束，通常用B-A来表示这个量即左、右单轮前束之和。前束值也可以用角度来表示。 每一车轮的旋转平面相对汽车纵向轴线（几何中心线）的内夹角称为单轮前束角，车轮前端偏向纵向轴线方向为正，反之为负，单轮前束通过公式（1-1）计算。L= （1-1）式中： L单轮前束值,单位:mm；D车轮前束测量点所处的直径，单位：m
6、m；单轮前束角，单位：。图1-3前轮前束（俯视图）图1-4推进角示意图5推进角 如图1-4所示，推进角是指汽车的行进方向与汽车纵向几何中心线的角度由于车辆制造精度、长期使用或发生交通事故后，车本体或车桥发生变形，致使后轴中心对称线发生偏斜，产生了推进角。6 轴偏角 同一轴上两车轮中心连线与车辆纵向轴线的垂线之间的夹角。右轮相对于左轮在前为正，反之为负。轴偏角也称为退缩角。7包容角即是前轮外倾角和主销内倾角之和8 后轮前束和车轮外倾角后轮前束和外倾角的定义与前轮一样，只是在这些参数在后轮上。1.2 测量原理与测量要求目前常用的定位仪测量原理是一致的，只是测量方法（或使用的传感器的类型）及数据记录
7、与传输的方式不同，下面介绍四轮定位仪可测量的几个重要检测项目的测量原理。 1 车轮前束和推进角的测量方法 总前束测量范围：6；精度：在2范围内精度为4，其余范围精度为10。单轮前束测量范围：3；精度：在2范围内精度为2，其余范围精度为5。推进角测量范围：6；精度：在2范围内精度为2，其余范围精度为10。在测量前束时，必须保证车体摆正且方向盘位于中间位置，为了提供车轮前束值（或前束角）的测量精度，在检测车轮前束之前，常通过光线照射或反射的方式形成一封闭的直角四边形如图15所示。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不仅可以检测前轮前束、后轮前束，还可以检测出左右车轮的同轴度
8、（即同一车轴上的左右车轮的同轴度）及推进角。四轮定位仪采用的传感器不同，测量方法亦有所不同，这里仅就光敏三极管式传感器来说明一下车轮前束的测量原理。 图1-5 8束光线形成封闭的四边形 图16光敏二极管结构和外形光敏三极管为近红外线接收管，是一种光电变换器件，它的结构与外形如图1-6所示。其工作状态为：不加电压，利用PN接在受光射时产生正向电压的原理，把它作为微笑光电池。在光敏三极管后面接一些用于接收信号的元件，以便及时对光敏三极管上所获得的信号进行分析处理。 安装在两前轮和两后轮上的光敏三极管式传感器均有光线的接收和发射（或反射）功能，通过它们间的发射和接收刚好能形成类似于图15所示的四边形
9、。在传感器的受光面上等距离地将光敏三极管排成一排，在不同位置光敏三极管接收到光线照射时，该光敏管产生的电信号就代表了前束角或推力角的大小。下面进行具体说： 当前束为零时，在同一轴左右轮上的传感器发射（或反射）出的光束应重合。当检测出上述两条光束相平行但不重合，说明此时左右两车轮不同轴（即车发生了错位），可以依据此时光敏管输出偏离量的信息，测量出左右轮的轴距差。 当左右轮存在前束时，在左轮传感器上接收到的光束位置会相对于原来的零点位置有一偏差值（注意正负号），这一偏差值即表示右侧车轮的前束值（或前束角）；同理，在右传感器上接收到的光束位置相对于原来零点位置的偏差值则表示左侧车轮前束值（或前束角）
10、。其测量原理的简单示意图如图17所示。 1-刻度盘2-投射器支臂 3-光敏三极管 4-激光盘 5-发射激光束 6-接收激光束 14-光线接收器 5-前轮 6-后轮 7-汽车纵向轴线 推力角图1-7 车轮前束角的测量原理 图1-8推力角的测量原理 依据上述检测原理，同时可以检测出位于该四边形内的待检车辆前后轴的平行度（即推力角的大小和方向）,其检测原理的简单示意图如图18所示。同理，通过安装在后轮上的传感器，我们可以检测出后轮前束值（后轮前束角）的大小和方向。图1-9外倾角测量原理图 2车轮外倾角测量方法测量范围：10；精度：在4范围内精度为2，其余范围精度为10。如图1-9所示，安装在车轮上的
11、传感器可直接测得车轮外倾角。在车轮传感器上有水平仪。当外倾角为的车轮外于直线行驶位置时，通过支架垂直于转向轮旋转平现垂直。此时，气泡管与水平面的夹角与外倾角相等，气泡管中的水泡偏移向车轮一侧。把气泡管调回水平位置，气泡位移量或角度调节量即反映了外倾的大小。3 主销后倾角和主销内倾角的测量原理 主销后倾角测量范围：15；精度：在12范围内精度为6，其余范围精度为10。主销内倾角测量范围：20；精度：在0+18范围内精度为6，其余范围精度为10。主销后倾角和注销内倾角不能直接测出，只能用建立在几何关系上的间接测量。 (1)主销后倾角的测量原理通常先把转向轮向外转20，回正后再向内转20，由于主销后
12、倾角的存在，转向节枢轴轴线与水平面的夹角发生变化，该变化值即可间接反映主销后倾角的大小。图1-10 主销后倾角的测量原理图1-11 主销内倾角的测量原理如图1-10所示，在三维坐标系OXYZ中，OA为主销中心线，位于OYZ平面内，OA与OZ构成的夹角为主销后倾角；OC为转向节枢轴轴线，转向轮处于直线行驶状态时，OC与OX轴重合。假定转向轮外倾角和主销内倾角均为零，则OC与OA垂直。此时，若转向轮偏离直线行驶位置，转过某一角度时，OC移至OC, OC扫过的平面OCC与水平面的夹角等于主销后倾角。由于水准仪垂直于转向轮旋转平面安装，其上的水泡管始终与转向节转动轴轴线重合或平行。当OC移至OC时，水
13、泡管由MN移至MN，OC与水平面间形成的夹角为，水泡管中的气泡偏离水平时的位置而向M 移动，位移量取决于的大小。角取决于前轮转向节和主销后倾角，当 取定值时（通常取20）， 与一一对应，而水泡管中气泡位移量与一一对应，因而通过对气泡位移量的标定即可反映的大小。（2）主销内倾角的测量原理 主销内倾角是通过测量转向轮绕主销转动过程中转动平面的角位移20而间接测量的。如图1-11所示，在OXYZ坐标系中，主销OA在OYZ平面内，OA与OZ的夹角为主销内倾角，直线行驶位置时，转向节枢轴线OC与主销OA的平角为90+。转向轮在制动状态向右（或向左）偏转时，OC移至 (或)。由于主销内倾角的存在，C点的轨
14、迹C (或)圆弧，OCC(或)为圆锥面。因此，若在OC前端放置一平行于水平线且垂直于转向节枢轴的OC的气泡管EF，则在转向轮偏转过程中，气泡管EF将绕转向节枢轴轴线转动，OC移至OC后，EF移至，EF与间形成的平角为，角取决于转向轮转角和主销内倾角。若使角为一定值时，则角和角成一一对应关系。由于角的出现导致了气泡管EF中气泡的位移，因此通过对气泡位移量的标定既可反映角的大小。4 转向20时前张角的测量原理 汽车使用时，由于前轮的碰撞冲击、长期在不平的路面上行驶和经常采用紧急刹车，对车辆的冲击作用都可能引起转向梯形的变形。因此会造成汽车在转向行驶中前轮异常磨损，操纵性变差并间接影响汽车的动力性和
15、燃油经济性。此项目检测在测量主销内倾角和后倾角时一起测量。 为了检测汽车的转向梯形臂与各连杆是否发生变形，在四轮定位仪中均设置了转向20时，前张角的检测项目。其测量方法为：让被检车辆前轮停在转盘中心出，右轮沿直线行驶方向向右转20时进行测量；左轮沿直线行驶方向左转动20时进行测量（该转向角可直接从转盘上的刻度读出）。具体作法如下：右前轮向右转20，读取左前轮下的转盘上的刻度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已给出20-X的合格范围，将测量值与出厂值进行比较即可检测出车辆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部一致，则说明该车的转向梯
16、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。1.3四轮定位仪组成近几年来，四轮定位仪市场得到了前所未有的发展，无论从产品科技含量还是从市场竞争形式上都发生了质的飞跃，前几年水准仪、转角盘和前束尺三结合的简陋车轮定位装置，如今己经演变成为智能网络、数码摄像和蓝牙传输等多种高精尖技术的集体。本节介绍无线蓝牙式四轮定位仪。1四轮定位仪主要组成电脑四轮定位常由电脑主机，四轮平面举升设备，测量传感器和一些辅助设备组成常用四轮定位仪主机与检测传感器之间的数据传输方式有：电缆传输式，蓝牙式。数据电缆式在前些年进口设备大多使用这种数据传输方式。蓝牙式四轮定位仪的各个车轮的测量机头与数据接
17、收盒之前通过无线电波传输数据，所以无线蓝牙设备使用起来比较方便（如图1-12所示）。蓝牙通讯仅仅是众多通讯方式中的一种，它不是测量方式，并不影响测量精度，也不是衡量一个定位仪优劣的主要指标图1-12无线蓝牙式主机和测量传感器外观四轮平面举升设备目前在市场上有三种设方案可供选择：剪式举升机，链条式四柱举升机和跑道式举升机（如图1-13所示）。此设备一般具有二次举升功能。可以把车子四轮同时举升的同时，还可以用二次举装置二次举起前轮或后轮，以方便操作。图1-13四轮定位用举升机常见辅助设备有：方向盘固定器，角度盘，传感器安装架，脚制动踏板固定装置以及一些常用维修工具。2无线蓝牙式仪器介绍蓝牙式四轮定
18、位仪的与传统的电缆式不同。区别在于四个车轮测量传感器与数据处理主机之间的数据传输方式不同。主机与传感器之间采用蓝牙技术传输数据（如图1-14所示）。图1-14蓝牙设备工作示意图蓝牙设备的有效通信距离为10-100m，蓝牙无线部分十分小巧，重量轻，可穿墙通讯，只是在穿越障碍时，会损失功率，使通讯距离缩短。蓝牙技术是目前制造业的前沿科技，已进入了成熟的使用期。蓝牙设备的传感器是四轮定位仪的最重要的部分，每个轮的传感器的精度直接影响测量的结果。传感器的安装非常关键。传感器发出红外激光线束照射在对应的传感器上，对应的传感器得出测量的数据，然后把数据传到主机上的数据接收发射接收器，主机进行数据分析处理并
19、显示测量结果。2对汽车行驶性能的影响车轮定位的正确与否, 将直接影响汽车的各种使用性能, 如汽车的动力性、操纵稳定性、安全性、燃油经济性等, 如不能正确定位就会造成轮胎的非正常磨损, 降低轮胎的使用寿命。因此, 汽车在使用过程中应保持车轮定位值在标准内。2.1车身空气阻力对前轮定位参数的影响本节主要研究汽车在行驶过程中车身所受到的空气阻力对车轮定位角的影响。对车身空气阻力对车轮定位角的影响进行了理论分析。当汽车高速行驶时，车身所受的空气阻力很大（空气阻力随车速的平方而增大）。对于独立悬架的汽车来说，此空气阻力一定会直接或间接的影响车轮定位角。下面就这一问题从以下几方面进行理论分析。 1行驶中汽
20、车的受力分析 由汽车理论可知，汽车的行驶方程式为： F=F=F+F+F+F (2-1)式中：F驱动力； F滚动阻力； F空气阻力； F坡度阻力； F加速阻力。这里为了研究的方便，设坡度阻力和加速阻力为零。则汽车的行驶方程式变为：F= F+F (2-2)受力分析如图2-1所示。图2-1 汽车行驶受力分析图图2-2麦弗逊式悬架的横向剖面图由此可见，对于前轮驱动的汽车，其在行驶过程中驱动轮上输出的牵引力等于车身所受的空气阻力与车轮的滚动阻力之和。而滚动阻力与我们的研究无关，故这里设F=F- F= F，其中F就是与空气阻力有关的驱动力。 2 独立悬架元件刚度对车轮定位角的影响 对于独立悬架，由于其结构
21、复杂，各组成元件的刚度相对较低，特别是独立悬架导向杆系铰接点处均有橡胶衬套，故其各元件在各种力、力矩的作用下容易发生变形。 下面以麦弗逊式独立悬架为例，对其进行力学分析，从理论上论证悬架刚度对车轮定位角的影响。 图2-2所示为麦弗逊式悬架的横向剖面图。从图中我们可以很明显地看出其结构中的橡胶衬套。根据我们上面分析，当汽车匀速行驶时，车轮上剩余的驱动力为。此驱动力通过转向节、球铰链传递给横摆臂，即横摆臂受到向前的力驱动力为F=。此驱动力通过转向节、球铰链传递给横摆臂，即横摆如图3-2所示。在F力的作用下，横向稳定杆受到向前的推力f，在f的作用下，橡胶衬套会产生变形，而在摆臂轴处会产生一转矩，在此
22、转矩的作用下，摆臂轴内的胶套亦会产生变形。这两种变形的叠加将会导致车轮定位角的变化。图2-3横摆臂受力分析为了能够更清楚的表示各个力和力矩，下面我们把横摆臂、横向稳定杆和摆臂轴进行简化，并对其进行受力分析，如图2-3所示综上所述，两驱动轮上的驱动力对汽车悬架的横摆臂，将造成一个很大的绕摆臂铰链点向前转动的力矩和作用在平衡杆的纵向推力。而悬架的横摆臂和横向稳定杆与车身的联接均采用橡胶衬套联接，很容易变形，因此在此力矩和力的作用下两前轮前端内敛，即前束角增加（如图2-1虚线所示），从而引起定位参数发生变化。 3悬架振动对车轮定位角的影响 汽车行驶时，由于路面不平等因素激起汽车的振动。而汽车的振动系
23、统主要由轮胎、悬架等构成。对于独立悬架汽车而言，悬架的振动会影响车轮定位角的变化。 下面我们以双横臂独立悬架为例，建立其运动模型，对其性能参数进行分析，从而得出悬架振动时车轮定位角的变化规律。 图2-4所示为双横臂式独立悬架运动学模型，图中O点、A点分别为悬架在车身（或车架）上的铰接固定点，O点还与悬架的弹性元件扭杆弹簧固结。通过O点建立XOY直角坐标系。图2-4双横臂式独立悬架运动学模型车轮上下跳动时，悬架摆臂的位置随着变化，各铰接点的坐标值也在变化。因此，车轮的运动学参数也在变化。 下面我们来确定各铰接点的动坐标： （1） D点 (2-3)式中：静载时上摆臂OD的初始角； 上摆臂OD的摆角
24、； L上摆臂OD的长度。 （2）B点 B点坐标的变化应满足：杆DB的长度不变；杆AB的长度不变，即： (2-4)解此方程组，即各得X,Y（3）C点 C点相对于BD的位置不变，利用定比分点公式即可求得： (2-5)式中：原始位置中，C点在BD中的位置比。 （4）E点 E点坐标的变化同样应满足两个条件：EC的长度不变；BD与EC夹角不变。利用这两个条件同样可解出E点的坐标值。根据上述坐标动态值，可求出悬架跳动时车轮定位角的变化规律，其中： （1）车轮外倾角 (2-6)（2）主销内倾角 (2-7)至此，我们从理论上得出了悬架跳动时，车轮定位角的变化规律。图2-5为一双横臂独立悬架跳动时车轮定位参数的
25、变化曲线。图2-5横臂独立悬架跳动时车轮定位参数的变化曲线。2.2四轮定位对车轮侧滑的影响车轮定位参数配合不当会引起转向轮侧滑。使汽车丧失定向行驶能力，导致轮胎异常磨损。其危害主要有：汽车行驶时发生侧滑，会使汽车的行驶阻力增加，对汽车的动力性、燃料经济性及制动性能均有不利影响；对汽车的直线行驶产生干扰；导致轮胎磨损加剧，同时会引起偏磨，导致轮胎使用寿命下降；会影响汽车的操纵稳定性，表现为高速行驶时方向发抖、发飘等。1 转向轮侧滑的检测与调整汽车侧滑检测常在侧滑检测台上进行，让汽车驶过可以在横向自由滑动的滑板上，当车轮通过检验台时, 滑板向外移动侧滑量值记为正; 滑板向内移动侧滑量值记为负。GB
26、7258-2004机动车运行安全技术条件规定：侧滑检测台检测时，转向轮的横向滑移量应不大于5米/公里。只有外倾角的车轮，由于运动类似于滚锥,因而无论其前进还是后退,所引起的侧滑分量为负。反之,只具有内倾角的车轮引起的侧滑分量为正。仅具有前束的车轮,在向前驶过侧滑检测台时所引起的侧滑分量为正值,在倒车驶过侧滑检测台时所引起的侧滑分量为负值。由此可见：同时具有外倾角和前束的车轮,在前进时由外倾角引起的侧滑检测分量与由前束引起的侧滑分量方向相反,两分量相互叠加。在理想状态下使用侧滑板检侧滑时，应该前进时侧滑量为零，后退时为负；如果外倾偏大，则前进为负，后退也为负；前束偏大时，前进为正，后退为负。 在
27、测量测滑量时，影响侧滑量超标的因素有很多，如转向轮零部件磨损，零件间配全间隙变大；轮胎气压及规格不符合标准以及胎面上有油污、石子；测量时通过侧滑台的速度过快等因素。测量时车速一般以3-5KM/H为宜，不应该有制动，转动方向盘等操作。一般情况下,当侧滑量超标时,调整前束就能使侧滑量合格。但也有特殊情况,当汽车前部因碰撞出现变形时,会导致左、右轴距不相等或使前轮定位角发生较大的变化，影响侧滑量超标，此时应该利用四轮定位检测仪，测量汽车的前轮定位参数。如果前轮定位参数合格，侧滑量应该是合格的；反之，侧滑量合格，前轮定位参数未必一定合格。正常行驶的汽车，引起车轮侧滑的因素很多，除了主要因素车轮定位参数
28、之外，还有车速、轮胎气压、载荷、前驱动等因素也对汽车车轮侧滑有不同程度的影响产生侧滑。2 前束和外倾引起车轮侧滑的理论分析。车轮侧滑的产生是车轮前束与外倾综合作用的结果，但前束和外倾具体是如何影响侧滑的，下面详细论述（1）车轮外倾角对侧滑的影响图2-6外倾角与外倾侧向力的关系图2-7外倾车轮的胎面变形具有外倾角的汽车转向轮，当不受约束地滚动时，其类似于滚锥绕着锥尖滚动，轨迹不是直线而是向外的圆弧。由于其受到转向轴的约束，两转向轮都只能按汽车给定的方向直线行驶。因此，在车轮中心将产生一个侧向力将车轮拉回直线行驶方向，则在车轮接触面上产生一个与方向相反的侧向反作用力，这就是外倾侧向力，如图2-6所
29、示。当轮胎外倾滚动时，其胎面各部分变形如图2-7所示,图中2a为接地印迹长度。由于胎面各部分有相应的侧向变形，因而产生相应的侧向应力。对于x处印迹的侧向变形为： 式中Z为轮胎接地部分的垂直变形，它是x的函数。 因为，车轮外圆的方程为： 将b代入上式并整理得：解z的一元二次方程，x轴下方的z为： （28） 由泰勒级数近似展开式得： （29） （210） 将（3-9）、（3-10）两式代入（38）式，则有：所以x处印迹的侧向变形为： 则x处由外倾角引起的侧向应力为：式中：胎面单位长度的侧向刚度 外倾侧向力如下： 式中为轮胎外倾刚度。 由上述分析可知，外倾侧向力与成正比，即与角必然成一定关系：随着车
30、轮外倾角的增加，侧向力随之增大。同理，当车轮处于内倾（即负外倾）状态时，侧向力也随着内倾角的增大而增加，只是方向与车轮外倾引起的侧向力的方向相反。（2）前束对侧滑的影响 对只具有前束的转向轮，当其不受约束地在地面上滚动时，转向轮将按前束角偏离给定方向滚动。由于受到转向轴、转向横拉杆等的约束，转向轮只能沿汽车纵轴线方向直线行驶，因而在车轮中心将产生一侧向力，将车轮推回直线行驶方向。在车轮与地面的接触面上则会产生一个与方向相反的侧向反作用力，这就是前束侧向力。图2-8 前束轮胎的胎面变形当转向轮以一定的前束角向前滚动时，前束车轮的胎面变形（为简化分析，假设胎体为刚性，轮胎的全部弹性集中在胎面上，且
31、轮胎宽度很薄）如图2-8所示。O点为印迹前端点，印迹中轮胎上的一点经过时间t后，由O点到达P点，而后继续向前滚动。当轮胎变形产生的侧向应力与摩擦应力相等时（即到达A点后），轮胎上的点P开始滑移，最后回到不变形的初始位置。OA为附着区，AB为滑移区，2a为印迹长度，所以附着区内胎面上任一点P的侧向变形为 印迹内胎面变形引起的侧向应力 式中：为胎面单位长度的侧向刚度。由于一般前束角都小于，所以忽略胎面印迹内的滑移区，因此轮胎印迹上的侧向力为式中：为轮胎侧偏刚度，。由上式可见前束引起的侧向力与前束角成正比，随着前束的增大侧向力也随着增加。同理，当车轮处于前张（即负前束）状态时，侧向力也随着前张的增大
32、而增加，只是方向与前束引起的侧向力的方向相反而已，如表2-1所示。 表2-1 前轮前束对侧向力的影响车轮前束Toe(mm)-5-1371115侧向力F(N)左 LF703.16348.48-169.81-204.91-415.46-477.28右 RF562.31258.97-114.56-140.12-306.95-356.10平均值632.74303.73-142.19-172.52-361.21-416.69注：测试车型BJ1021S，车轮外倾角，车速5.13km/h，轮胎气压200Kpa，空载。向外为正，向内为负。 由表2-1可知，试验数据与理论分析完全吻合，侧向力与前束和前张都成正比
33、，只是方向不同。表中的负号表示方向相反。2.3前轮定位及其动态变化对汽车操稳性能的影响为了确保所期望的行驶特性，汽车必须选取合适的前轮定位参数。研究结果表明：汽车的初始前轮定位参数以及其动态变化对汽车的操纵稳定性能有非常大的影响；同时可以通过合理的选择前轮初始定位参数以及合理的改变前悬架结构得到合适的动态变化特性来改善汽车的操稳性能。汽车的操纵稳定性 是指在驾驶者不感到过分紧张、疲劳的条件下，汽车能遵循驾驶者通过转向系及转向车轮给定的方向行驶，且当遭遇外界干扰时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的能力。常见的双横臂独立悬架是一组空间四连杆机构，运动关系比较复杂，这里用矢量方法推导出双横臂独立悬架的
34、运动特性，并结合十二自由度整车动力学模型，编制了整车动力学仿真软件，据此，仿真分析了不同结构参数下的前轮定位参数对操纵稳定性的影响及其敏感性。图2-9为方向盘输入曲线，这种角输入是模拟汽车在实际行驶中超车工况下的方向盘理想角输入。下面分别研究在此工况下，不同的初始车轮定位参数以及车轮定位参数动态变化随车速而变化的汽车响应。图2-9 方向盘输入曲线1 不同初始车轮定位的影响（1） 主销后倾角对侧向偏移量的影响图2-10初始主销后倾角对汽车侧向偏移量的影响图2-10( a ) 中曲线1，2，3 分别是初始主销后倾角为时，汽车侧向偏移量随车速的变化曲线。图2-10（b）中曲线1，2 分别是初始主销后
35、倾角为 时的侧向偏移量与初始主销角为时的侧向偏移量的比值随车速的变化曲线。由图2-10（a），图2-10（b）可知，车速在95km/H以下时，随着后倾角的增加汽车侧向偏移量减小；而当车速大于95km/H，后倾角增加汽车侧向偏移量增大。这一现象初步揭示，传统上认为“增大后倾角有利于汽车稳定性”的概念，对于中低速是适宜的，而对于高速车可能导致适得其反的结果。（2）主销内倾角对侧向偏移量的影响图2-11初始主销内倾角对汽车侧向偏移量的影响图2-11（a）中三条曲线分别是初始主销内倾角为时，汽车侧向偏移量随车速的变化曲线。图2-11（b）中两条曲线分别是初始主销内倾角为时的侧向偏移量与初始主销内倾角为
36、时的侧向偏移量的比值随车速变化的曲线。由图2-11（a）、（b）可知，初始主销内倾角越大，汽车侧向偏移量也越大；随着车速增加，偏移量差别明显增大。（3）前束对侧向偏移量的影响图2-12 初始前束对汽车侧向偏移量的影响图2-12（a）中二条曲线分别是初始车轮前束角为- 30、30时，汽车侧向偏移量随车速的变化曲线。图2-12（b）中两条曲线是初始车轮前束角为- 30、30 时的侧向偏移量与初始车轮前束角为0时的侧向偏移量的比值随车速的变化曲线。由图2-12（a）、（b）可知，车速在65km / h 以下时，前束角减小，汽车侧向偏移量也相应减小；车速在65km / h 以上时，前束角增加，可减小侧
37、向偏移量。同样表明高速及中、低速时，前束角具有不同的效应，应引起设计人员和使用保养人员的注意。2 车轮定位动态变化的影响图2-13 车轮定位参数动态变化对汽车侧向偏移量的影响曲线在图2-13（a），（b），（c）,(d)中，是不考虑车轮定位参数动态变化时的侧向偏移量；Ydyn 是考虑车轮定位参数动态变化时的侧向偏移量；Yt是不考虑车轮前束的运动学动态变化时的侧向偏移量；Yi 是不考虑主销内倾角的运动学动态变化时的侧向偏移量；Yc 是不考虑主销后倾角的运动学动态变化时的侧向偏移量；由图2-13可知，车轮定位的动态变化对汽车侧向偏移量有明显影响；按车轮定位的动态变化对汽车的侧向偏移量的影响大小依次
38、是：车轮前束的动态变化，主销后倾动态变化，主销内倾动态变化，其中车轮前束动态变化的影响占主导地位。车轮的定位参数取值对汽车的操纵稳定性有很大的影响，而且车轮定位参数在汽车运动过程中的动态变化也影响到汽车的操纵稳定性能。这里利用已建立的整车模型以及双横臂独立悬架模型，对模型对车轮定位参数的敏感性进行了初步模拟计算，得到了不同的初始前轮定位参数值对汽车侧向偏移量的影响曲线和车轮定位参数动态变化对汽车侧向偏移量的影响曲线，通过对曲线的分析研究，得出一些参数对汽车性能影响的信息。2.4 四轮定位对行驶跑偏的影响汽车行驶跑偏是汽车常见的故障现象，该故障的原因很多，但大部分是由于四轮定位参数不准确或不匹配
39、引起的。本节通过对四轮定位所引起汽车行驶跑偏的机理分析和实例验证，分别指出总后倾角、总外倾角、主稍内倾角、车轮摆动角和推进角等对汽车跑偏的影响，对四轮定位参数不匹配引起的汽车行驶跑偏现象进行了较为深入的分析和探讨.1 汽车行驶跑偏(1) 行驶跑偏的概念汽车行驶跑偏是指汽车在正常直线行驶时，驾驶员将转向盘自由地置于中间位置，而汽车行驶方向总是有规则地向右或向左偏离汽车纵轴线方向的现象。汽车行驶跑偏是汽车使用过程中一种较常见的故障现象。该故障会导致驾驶员在行驶时，时刻需要对转向盘施加一个矫正力，增加驾驶员的操作难度，容易造成驾驶员的疲劳;使转向沉重;加快零部件和轮胎的磨损;容易造成制动跑偏，导致制
40、动侧滑现象的产生，特别是在高速公路上的紧急制动，还可能会引起严重的侧滑，从而酿成重大的交通事故。所以，行驶跑偏会影响汽车零件的磨损速度，汽车的操纵稳定性以及制动时汽车的方向稳定性，而且容易造成驾驶员的疲劳，从而影响驾驶的安全。（2） 行驶跑偏的原因一般地说 ，引起汽车行驶跑偏的原因主要有:1)左右轮胎气压不等，车轮直径不等。2) 车轮动不平衡。3) 四轮定位参数不准确以及不匹配。4) 行走系零部件的制造误差和变形。5) 转向系零部件的制造误差和变形。6) 轮毂轴承左右间隙不一致。7) 单边车轮制动器制动拖滞。8) 两侧悬架弹性不等。9) 各零部件安装和磨损引起的误差。实际上,上述的许多原因又是
41、通过影响四轮定位参数，进而引起汽车行驶跑偏。如某些零部件的制造误差和变形就会引起四轮定位参数的改变。四轮定位不准确将引起汽车的行驶跑偏，但即使四轮定位参数都在规定的范围之内，而它们之间的参数如果相互间不匹配，也是有可能会引起汽车行驶跑偏的。2 四轮定位的因素汽车的四轮定位包括前轮定位和后轮定位，其作用是使汽车转向时能自动回正，转向轻便，减少零部件的磨损和变形，提高汽车的行驶稳定性。汽车前轮定位包括:主销后倾角、主销内倾角、前轮外倾角和前轮前束等4个因素。但四轮定位包括哪些因素目前还没有一个统一的标准，比较常见的四轮定位有:主销后倾角、主销内倾角、车轮外倾角(包括前轮和后轮)、车轮摆动角（前轮前
42、束和后轮前束)、转弯半径、包容角、摩擦半径、推进角、车轴偏角和转向前展等因素。3 定位参数不匹配对跑偏的影响四轮定位的参数匹配主要是指汽车车轮的左右或前后的同一参数之间的相对值。在四轮定位的各参数中，参数不匹配引起跑偏的主要因素有:总后倾角、总外倾角、主销内倾角、车轮摆动角和推进角等。（1）总后倾角的影响总后倾角是指两侧车轮主销后倾角之差。如果主销后倾角都在规定的范围内，但总后倾角不等于零，则汽车两侧车轮所受的侧向力不等，汽车就可能会跑偏。一般是向后倾角小的方向跑偏。所以总后倾角不宜过大，一般应在之间。一般汽车对总后倾角的大小都作了规定。（2）总外倾角的影响总外倾角是指车轮两侧外倾角之差。车轮
43、有了外倾角后，在滚动时，就有一个滚锥效应，导致两侧车轮向外滚开。这样，即使两侧车轮的外倾角都没有超标，但如果总外倾角不等于零，车轮向两侧滚动的效应便不相等，汽车就可能会跑偏。一般来说，外倾角大，向外侧滚动的效应也大，所以，汽车会向外倾角大的方向跑偏。因此，总外倾角不宜过大，一般应在以内。（3）主销内倾角的影响主销内倾角可以使车轮有自动回正作用，并且使转向轻便。如果左右主销内倾角都在规定范围内但不相等，则汽车两侧车轮所受的侧向力也将不等，导致汽车会行驶跑偏。汽车将向主销内倾角大的方向跑偏。（4）车轮摆动角的影响车轮摆动角是指前轮前束和后轮前束，车轮摆动角是通过消除由外倾角引起的滚锥效应，从而消除
44、轮胎与地面之间的滑动，以达到减少磨损，减少变形，提高转向轻便和行驶稳定的目的。车轮摆动角不在规定的范围内，其对两侧车轮滚锥效应的消除程度不同，所以，必然会导致汽车的行驶跑偏。（5）推进角的影响汽车是沿着推进线的方向前进的，而推进线就是后轮总前束的平分线。一旦推进线与汽车纵向几何中心线不重合，汽车将会跑偏，推进角越大，跑偏就越严重，汽车将向几何中心线偏推进线的方向跑偏。推进角是汽车行驶跑偏的一个重要原因。4 实例分析验证在对某新轿车行驶跑偏的测量、分析和排除的过程中，可以对上述机理进行验证。该车跑偏测量过程和数据如下:根据GB 7258一1997 机动车运行安全技术条件1998一01一01的规定
45、，在平坦、硬实、干燥和清洁的道路上进行了往返各2次的测试。其有规则地向右跑偏的数据如表2-2所示。表2-2 路试平均跑偏最行驶距离/m平均跑偏量/m30(正向)4.240(反向)4.6在排除了各种影响汽车跑偏的因素后，在四轮定位仪上，对其四轮定位参数进行了测量，其结果如表2-3所示。表2-3 四轮定位参数表前轮左轮右轮前束总前束车轴偏角车轮外倾角总外倾角主销后倾角总后倾角主销内倾角包容角转向前展后轮前束总前束推进角车轮外倾角总外倾角（1） 跑偏原因的分析将表2-3的数据与该车型的四轮定位参数标准进行比照，发现各参数都在厂家的规定范围之内，但是汽车却出现了严重的跑偏。究其原因，对上表的数据进行分析后，可以看出四轮定位各个参数对汽车跑偏的影响。1）总后倾角的影响从表2-3知主销后倾角都在标准范围(标准为: - )内，但总后倾角为，这将使汽车行驶右偏(向较小后倾角的右边跑偏)。2）总外倾角的影响从表2-3知前轮的总外倾角很小，对跑偏的影响不大。后轮的总外倾角达到了，由于负号表示车轮的上端比下端更靠近汽车的内侧，而左轮的外倾角为，右轮的外倾角为,即:左轮向内跑偏较多，相当于右轮向右跑偏较多。所以该总外倾角将
