试析用四轮定位仪进行前轮定位用到的参数

任 璐

（长江工程职业技术学院，武汉 430212）

1 四轮定位仪简介

随着汽车工业的发展，四轮定位仪作为检测汽车整车性能的一个重要工具，已经得到长足的发展，如今己经演变成为智能网络、数码摄像和红外线传输等多种高精尖技术的集合。四轮定位仪由电脑主机、测量传感器、四轮平面举升设备和一些辅助设备组成。

（1）电脑主机。目前常用四轮定位仪主机与检测传感器之间的数据传输主要是红外线式。在前些年，大多使用数据电缆式传输方式。红外线式四轮定位仪的各个车轮的测量机头与数据接收盒之前通过红外线电波传输数据，所以红外线设备使用起来比较方便。

（2）测量传感器。测量传感器主要是红外线设备，红外线设备的有效通信距离为10～100m，红外线无线部分十分小巧，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。红外线设备的传感器是四轮定位仪最重要的部分，每个轮的传感器精度直接影响测量的结果。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显示测量结果。

（3）四轮平面举升设备和一些辅助设备。常用四轮定位仪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。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 四轮定位参数

在《汽车和挂车的术语及其定义》（GB／3730.3-92）中，规定了关于车轮定位有关参数及其定义。主要定位参数有：前束、外倾、主销后倾角、主销内倾角；其它定位参数有：推进线、推进角、右横向偏置角、轮距差、轴偏置、前退缩角、包容角。下面浅析用四轮定位仪进行前轮定位用到的一些参数。

2.1 主销后倾角

在汽车纵向垂直平面内主销轴线与通过前轮中心垂线的夹角叫主销或倾角如图1所示。向垂线后面倾斜的角度称为正后倾角，向前倾斜的角度称为负后倾角。

图1 主销后倾角

主销后倾角的作用：

（l）保证汽车直线行驶的稳定性。按照国内传统的汽车理论，主销后倾角越大，行驶中产生的离心力就越大，防止车轮发生偏转的反向推力也就越大，所以主销后倾角越大，汽车直线行驶的稳定性就越好。同时主销后倾角越大，汽车转向时所克服的反向推力就越大，转向就越重，所以主销后倾角不能超过3°。

（2）适当加大主销后倾角是帮助车轮回正的有效方法。转向轮发生偏转时，主销后倾角帮助转向轮自动回正到中间位置。

2.2 主销内倾角

在汽车横向平面内主销轴线与铅垂线的夹角即为主销内倾角，如图2所示。

主销内倾角有以下两个作用：

（1）帮助转向轮自动回正。前轮是围绕着主销旋转的，而主销是向内倾斜的。主销内倾使转向节距地面高度降低，距地面更近，重力作用使车辆高度被降低，转向轮在转向时沿着倾斜的主销作弧线运动（就像门围绕歪斜的门轴做弧线运动一样），随着转向角和主销内侧倾角加大，轮胎外侧逐步加大对路面的压力。汽车在松软的路面上转向时，主销内倾角越大，转向角越大，转向轮外侧就压入地下越多，转弯时前轮的外侧部分陷入地下才可能实现转向。汽车在柏油、水泥路面上行驶时，地面比轮胎更为坚硬，轮胎不可能陷入地下。于是在地面反作用力下，转向轮连同它所承载的汽车前部都要抬起一个相应的高度，才能使它实现转向。

图2 主销内倾角

（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。主销轴线的延长线距车轮的中心线过近容易使转向发飘。所以传统的后轮驱动汽车主销轴线的延长线大都设计在距车轮中心线40～60mm处。而从20世纪70年代以后开发的前轮驱动汽车由于技术上改进，使主销内倾角更大，行驶稳定性也更好。

2.3 前轮前束

前轮前束是从汽车正上方向下看，由轮胎的中心与汽车的纵向线之间的夹角称为前束角。如图3所示。

前束的作用是消除因外倾角而引起的轮胎侧滑。当正前束太大时，轮胎外侧磨损会有正外倾角太大所形成的磨损状态，胎纹磨损形式为羽毛状。当用手从内侧向外侧抚摸，胎纹外缘有锐利的刺手感觉。当负前束太大时，轮胎内侧会有负外倾角太大所形成的磨损形态，胎纹磨损形式为羽毛状。当用手从外侧向内侧抚摸，胎纹外缘有锐利的刺手感觉。

2.4 前轮外倾角

从汽车的前方看轮胎的几何中心线与地面的铅垂线的夹角，称为外倾角，如图4所示。当轮胎中心线与铅垂线重合时，称为零外倾角，其作用是防止轮胎不均匀的磨损；当轮胎中心线在铅垂线外侧时的夹角称为正外倾角，其作用主要是减低作用于转向节上的负载，防止车轮滑落。当轮胎中心线在铅垂线内侧时的夹角称为负外倾角，其作用是可使内外侧滚动半径近似相等，使轮胎的内外侧磨损均匀，还可以提高车身的横向稳定性。

2.5 转向梯形

车辆转弯时，内侧的车轮被迫沿着比外侧车轮要小的弧线前进。如果设计两侧转向臂互相平行，那么转弯时两前轮也将保持平行，最终导致转弯时两前轮发生相对滑移。而设计成前轴、梯形臂、横拉杆构成的转向梯形，可使汽车在转向时两前轮产生不同的转向角，通常内侧车轮转向角要比外侧车轮大1°～3°，两前轮沿着各自的弧线滚动，从而消除了两前轮轮胎的相对滑动，如图5所示。

图5 转向梯形

转向时所有车轮运动轨迹的向心线都应相交于一点，此点称为转向心。横拉杆位于前轴后端的等腰形叫正梯形，横拉杆位于前轴前端的等腰梯形叫反梯形。二者在作用上没有区别。

转向梯形又叫转向外展，由于两只梯形臂都设计成直线行驶时两侧车轮角度相同，保持两侧车轮平行，因此无论是向左或右转向，由于内侧轮形成比外侧大的转角，使转向中的前轮形成负前束，且转向角越大，负前束值也越大，转向时的负前束比后桥中的差速器更有利于转向平稳。

2.6 转向不足

在试转半径时，转向盘转到止端，并保持不动，节气门开度稳定，车轮的转弯半径在一定的圆周上保持不动，似乎是理所当然的事，但实际上转向不足的汽车（又被称为平稳转向，大部分汽车都是这种设计），转弯随着旋转的圈数增加，转弯半径会逐渐加大。这种特性是因前后轮胎侧偏角不同引起的。由于后轮侧偏角小于前轮的侧偏角，在连续作转弯半径测试时，后轮因达不到前轮行进方向而变慢，所以转弯半径逐渐加大，出现转向不足。转向不足的好处是当驾驶员转向时，即使实际转向低于自己的设想，也容易修正过来。

2.7 转向负前束（转向前展）

转向负前束是指转向时内侧车轮相对外侧车轮的角度差。转向系的结构使车轮角度随转向角度变化而变化，该角度的变化由转向梯形保证，如果负前束不正确，将加剧轮胎磨损，并出现转向噪声及转向跑偏。

3 四轮定位参数的作用

四轮定位参数是影响汽车综合性能的重要参数，车轮定位参数在汽车出厂前都已经做过准确调整，但在车辆使用过程中，由于零部件的磨损、更换以及使用不当，可能会导致这些参数发生改变，而引起转向沉重、转向盘发抖、车辆容易跑偏、轮胎异常磨损以及油耗增加等现象，严重时会影响汽车安全行驶。

为了提高汽车行驶的安全性、平顺性和乘坐的舒适性，汽车研发部门必须恰当地设计车轮定位角。正确的车轮角可以保证汽车转向轻便，转向后能自动回正。汽车转向时、急剧改变车速和高速行驶时，以及在坏路行驶，或紧急制动时能保证行驶方向的稳定性。操作车辆时能稳定准确，路面振动小，坏路上车身没有明显摇摆，乘车舒适，轮胎寿命长。

正确的车轮定位可以帮助汽车获得以下好处：（1）延长轮胎的使用寿命；（2）操纵的稳定性；（3）减少转向机械和悬架的磨损；（4）提高燃油的经济性；（5）得到最佳的行驶平顺性；（6）确保安全驾驶。

正确的车轮定位校正是非常重要的。校正不适当，可能会造成转向困难，转向后车轮不能自动回正，行驶跑偏，产生不正常的噪声，轮胎异常磨损。

［1］邹小明.汽车检测诊断技术［M］.北京：人民交通出版社，2006.

［2］刘振楼.汽车维修技术［M］.北京：人民交通出版社，2005.

［3］曹家喆.现代汽车检测诊断技术［M］.北京：清华大学出版社，2009.