四轮定位系统总体结构设计文献综述[资料]

四轮定位系统总体结构 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 文献综述[资料] 四轮定位系统总体结构设计文献综述 黄新燚 201060816 汽车062 (南京工程学院车辆工程系，江苏 南京，211167) 摘要:为了做好四轮定位系统总体结构的设计，查阅了相关的文献资料，参观了实验室的深 圳车博仕A-850四轮定位仪和高昌GC-3.5MS剪式举升机。初步了解了四轮定位的目的和方 法，四轮定位仪的结构和工作原理，定位参数的检测和标准，以及举升机的结构和工作原理。 为四轮定位系统的设计做好了初步准备工作。 关键词:车辆工程;四轮定位;举升机;结构设计 The Literature Review about Overall Structure Design of Four-Wheel Alignment System HUANG Xinyi (Department of Vehicle Engineering Nanjing Institute of Technology, Nanjing 211167) Abstract: In order to do a good job for the overall structure design of the four-wheel alignment system, some related literature is checked, then the Shenzhen Cheboshi A-850 four-wheel alignment instruments and the Gaochang GC-3.5MS scissor lifter are visited. The purpose and the methods of four-wheel alignment are understood initially, the structure and the working principle of four-wheel alignment instruments and scissor lifter are known. The detection and the standard of positional parameter are learned. It's a good preparation for the overall structure design of four-wheel alignment System. Key words:Vehicle engineering; Four-wheel alignment; Scissor lifter; Structural design 1.四轮定位系统的简介和发展趋势 1.1 四轮定位系统的简介 四轮定位系统包括两部分，即四轮定位仪和剪式举升机。 四轮定位仪是用于检测汽车车轮定位参数，并与原厂设计参数进行对比，指导使用者对 车轮定位参数进行相应调整，使其符合原设计要求，以达到理想的汽车行驶性能，即操纵轻 [3]便、行驶稳定可靠、减少轮胎偏磨损的精密测量仪器。 剪式举升机是用于支撑汽车，控制汽车的高度，便于四轮定位仪对汽车进行四轮定位各 [4]项参数的检测。 1.2 国内外的现状和发展趋势 国外针对车轮定位检测技术的研究较早，50年代就研制了相应的检测诊断设备，如美 国、法国、德国、荷兰、日本以及意大利等，发展至今其自动化程度、精度都有了很大的提 高。我国在这方面的研究起步较晚，对其研究开发尚处于探索阶段，推出的产品大都不太成 熟。至今能普及使用的、精度较高的国产自动化设备比较少，许多厂家是通过购买国外的传 感器及软件的方式在国内进行组装生产，没有形成自己的知识产权，导致产品质量参差不齐。 现在，国内外使用的车轮定位检测设备主要有以下两种。 1.2.1 车轮定位静态检测设备。 车轮定位静态检测是指汽车在停止或近似停止状态对车轮定位进行几何角度的测量。目前使用的这类检测设备种类较多，在工作性能上存在一定的差异，其中激光式和红外线式定位仪是通过激光或红外线在CCD传感器上的位置来计算各定位参数，该系统还具有汽车定位参数数据库管理、辅助诊断、调整帮助等功能。目前该类型的四轮定位仪占据了绝大多数国内检测设备市场，比如美国的JOHN BEAN战车系列、意大利的奥普特，德国的百斯巴特等。近年来又出现一种图像识别式四轮定位仪，通过固定在轮稠夹具上的图像传感器传递车轮位置信号，确定车轮定位参数，如德国霍夫曼，美国HUNTER811等。 1.2.2 车轮定位动态检测设备。 车轮定位动态检测主要是采用平板式侧滑台来检测车轮前束和外倾的综合作用，并对引起侧滑的主要因素进行诊断。当车轮滚过侧滑台滑板时，滑板向里或向外移动，通过位移传感器或力传感器来检测侧滑量和侧滑力，从而反映出前束和外倾的配合情况。在我国科技人员的努力下，自主开发了侧滑试验台，该设备由原来的指针式发展至今天的具有数字显示、打印、数字通讯接口的侧滑试验台。由原吉林工业大学开发的智能型侧滑试验台不仅可以双板连动而且还可以单板分动，独立测出每个车轮的侧滑量，它还能测出侧滑力，另外它还具 [5]有诊断功能，可以指出引起侧滑的主要原因。 2.四轮定位的目的和方法 2.1 四轮定位的目的 四轮定位是以后轮平均的推进方向为定位基准，来测量及校正四轮相关的定位角度，使车辆在行驶时，车轮、悬架系统元件以及转向系统元件能够保持适当的几何关系，使驾驶人能正确的、舒适的驾驶车辆，保证汽车行驶的稳定性和安全性，减少汽车的磨损和油耗，延长轮胎及底盘相关零件的使用寿命。 车辆在出厂时，其悬架定位角度都是根据设计要求预先设定后腰的，用来保证车辆驾驶的舒适性和安全性。车辆在适应中，这些定位角度会由于悬架系统的磨损、路面颠簸、交通事故、更换相关零件以及更换轮胎等原因而发生变化。改变定位角度，就有可能产生轮胎异常磨损、油耗增加、转向沉重、装箱盘不正或抖动、行车漂浮、偏向行驶等现象。良好的四轮定位能够使车辆保持相对稳定的直线行驶，并且转向轻便，减少轮胎与转向机构的磨损，降低油耗，增加车辆的高速稳定性能、操纵性能，减少驾驶疲劳，提高驾驶安全性能。所以， [2]在汽车维修领域，四轮定位是非常重要的维修手段。 2.2 四轮定位的方法 汽车四轮定位的检测方法，有静态检测法和动态检测法两种。 四轮定位的静态检测法，是在汽车静止的状态下， 根据车轮旋转平面与各车轮定位间存在的直接或间接几何关系，用专用检测设备对车轮定位进行几何角度的测量，所用设备有各类前轮定位仪或四轮定位仪等;动态检测法，是在汽车以规定车速行驶的情况下，用检测设备检测车轮定位产生的侧向力或由此引起的车轮侧滑量。为确定转向轮前束与外倾的配合是否恰当，可使用动态检测法在侧滑实验台上检测转向轮的侧滑量;后轮带有外倾和前束的汽车，也可以使用动态检测法检测汽车后轮的前束与外倾的配合是否符合要求。 在实际检测或维修汽车中，绝大多数是采用静态检测法。动态测量主要是应用在汽车的 [2,10]总装生产线上，而且动态定位测量设备价格昂贵。 3.四轮定位仪工作原理及总体结构构成 3.1 四轮定位仪的工作原理 四轮定位仪的电气工作原理框图如图1所示。整个系统共分为数据采集和数据处理两个部分。 图1 四轮定位仪的工作原理示意图 数据采集部分为四个传感器机头。每个传感器机头的端部和中部各装一个线阵CCD传感器，机头中部安装有一个双轴倾角传感器(测量机头在前后、左右方向倾斜角度)。线阵CCD传感器把获取的图像和双轴倾角传感器测量数据经过单片机处理，通过射频发射器无线传输给计算机系统，由计算机系统进行处理。由于线阵CCD传感器与双轴倾角传感器测量数据反映了其自身与相对应的传感器机头上的红外发射管的相互关系，而传感器机头通过四个夹具与汽车轮辋相连，所以通过八个线阵CCD传感器与双轴倾角传感器测量数据可以计算出四个轮辋的相互关系，从而确定车轮的定位参数;八个线阵CCD传感器形成一个封闭的直角四边形，可实现车辆的全四轮定位测量。在实际应用中，四个传感器机头上的八个线阵CCD传感器，其镜头前面都装有滤光片，以消除可见光对红外发射二极管亮点的干扰。 数据处理部分为四轮定位仪主机，主要包括一台计算机控制系统、电源系统及接口系统。其作用是实现用户对四轮定位仪的指令操作，对传感器的数据进行采集、处理，并与原厂设计参数一起显示出来，同时指导用户对汽车进行调整，最后打印出相应的报表。 数据采集部分与数据处理部分通过射频发射接收器进行无线传输。 由于四轮定位仪需要把检测结果与原厂标准数据进行对比，并根据对比结果指导用户进行调节。所以定位数据库的齐全是决定四轮定位仪实用性的一个重要因素。A-860/G四轮定位仪含有20，000多种车型的四轮定位数据。同时用户还可自己输入新车型的四轮定位数据， [3]对标准定位数据库进行扩充。 3.2 四轮定位仪的总体结构构成 四轮定位仪由四轮定位仪主机、传感器机头、夹具、转角盘、方向盘固定架、刹车板固定架、充电线、遥控显示器等组成，如图2所示: 1、机柜;2、电脑;3、夹具挂架;4、右前传感器机头整件;5、左后传感器机头整件;6、左前传感器机头整件;7、右后传感器机头整件;8、夹具;9、刹车板固定架;10、方向盘固定架;11、转角盘; 12、四根充电线(短);13、两根充电线(长);14、遥控显示器。 图2 四轮定位仪的总体结构 3.2.1 四轮定位仪主机 四轮定位主机是用户的一个操作控制平台，由中柜、左柜、右柜、计算机、接口电路、电源等部分构成，如图3所示。 图3 四轮定位仪主机结构示意图 计算机部分包括电脑、显示器、键盘、鼠标、打印机等。其中显示器安装在中柜窗口内，键盘、鼠标、打印机安装在中柜中部抽屉内，电脑主机安装在中柜中部门内。 接口电路部分包括射频主发射接收器，射频主发射接收器放在中柜内部上层间隔内。 电源部分包括电源引线、电源插座、电源开关、开关电源等。其中电源开关安装在中柜的右侧板上前部，电源插座安装在中柜后部中间，开关电源安装在中柜内部中层间隔上，机 头充电插座安装在左、右柜前板中间。 3.2.2 传感器机头 四轮定位仪配有四个传感器机头:分别为左前传感器机头、左后传感器机头、右前传感器机头、右后传感器机头，四个传感器机头不能互换，如图4所示。 图4 四轮定位仪传感器机头示意图 1) 每个传感器机头的端部和中部各装一个线阵CCD传感器，机头中部安装有一个双轴倾角传感器(测量机头在前后、左右方向倾斜角度)。线阵CCD传感器把获取的图像和双轴倾角传感器测量数据经过单片机处理，通过射频发射器无线传输给计算机系统，由计算机系统进行处理。 2) 每个传感器机头的中部有一按键面板，如图5所示。面板上有6个指示灯，下面3个分别表示电源、充电状态、电池电量;上面3个表示机头是否水平。 图5 四轮定位仪传感器机头按键面板示意图 3.2.3 夹具 四轮定位仪配有四个夹具，如图6所示。使用时首先需通过调节旋纽将轮爪的间距调整合适，再与汽车轮辋相连。通过调节旋纽使夹具与汽车轮辋紧密相连。 图6 四轮定位仪夹具示意图 夹具装配正确与否与测试结果有很大关系。在装配夹具时，请使轮爪避开轮辋上配重铅块处;同时务必使四个轮爪与轮辋接触均匀。在使用过程中严防磕碰，以免造成变形影响测试精度。 3.2.4 转向盘 四轮定位仪配有二个机械转角盘。转角盘放置于举升机的汽车前轮位置处。车驶入前，用锁紧销将转角盘锁紧，防止其转动;汽车驶入后，松开锁紧销。在测试中，要尽量使汽车前轮正对转角盘中心位置。如图7所示。 图7 四轮定位仪装箱盘示意图 当选用电子转角盘时，将其上的连接线插头插入左前和右前传感器机头插座中。 3.2.5 方向盘固定架 四轮定位仪配有方向盘固定架一个，如图8所示。在测试中，需根据提示放置方向盘固定架，以保证测试过程中汽车车轮方向不会发生变化。 图7 四轮定位仪方向盘固定架示意图 3.2.6 刹车板固定架 四轮定位仪配有刹车板固定架一个，如上图所示，用于固定汽车刹车板，使汽车在测试 [3]中不会发生前后移动的现象。 图7 四轮定位仪刹车板固定架示意图 4.四轮定位的检测参数及其标准 4.1 四轮定位的检测参数 4.1.1 主销后倾角 主销后倾是指过车轮中心的铅垂线和真实或假想的转向主销轴线在车辆纵向对称平面的投影线夹角为主销后倾角。从前轮的侧面看转向主销相对应铅垂线向前倾斜为负、向后倾斜为正。后倾角越大车辆的直线行驶性越好，转向后方向盘的回复性也越好，但主销后倾角过大会使转向变得沉重，驾驶员容易疲劳;主销后倾角过小，当汽车直线行驶时，容易发生前轮摆振，转向盘摇摆不定，转向后转向盘自动回正能力变弱，驾驶员会失去路感;当左右 轮主销后倾角不等时，车辆直线行驶时会引起跑偏，驾驶员不敢放松转向盘，难于操纵或极易引起驾驶员疲劳。 4.1.2 主销内倾角 在同时垂直于车辆纵向对称平面和车辆支承平面的平面内，由真实的或假想的转向主销的轴线在该平面上的投影与车辆支承平面的垂线所构成的锐角，称这个倾角为主销内倾角。主销内倾角能够使转向操纵轻便，转向后能使车轮自动回正，以改善汽车直线行驶的稳定性。主销内倾角过大或过小，都会造成转向困难，同事转向轮偏转后自动回正力矩会大大降低，直接影响汽车的操纵稳定性。 4.1.3 车轮外内倾角 前轮一般是上部向外张开的，在过车轮轴线且垂直于车辆支承平面的平面内，车轮轴线与水平线之间所夹锐角称为车轮外倾角。即由车前方看轮胎中心线与垂直线所成的角度，向外为正，向内为负。由于车轮外倾减小了主销偏移量，所以不仅能和主销内倾角一样减轻操作方向盘的劳动强度，而且当前轴受到较大的负荷时，能防止车轮下部张开的现象出现。车轮外倾是为了提高前轮工作的安全性和转向操纵的轻便性。 4.1.4 车轮前束 车轮前束是指同一轴两端车轮轮辋内侧轮廓线的水平直径的端点为等腰梯形的顶点，等腰梯形前后底边长度之差为前束。当梯形前底边小于后底边时，前束为正，反之则为负。车轮的水平直径与车辆纵向对称平面之间的夹角为前束角。由于车轮外倾及路面阻力使前轮有向两侧张开做滚锥运动的趋势但受车轴约束，不能向外滚动，导致车轮边滚边滑，增加了磨损。为了抵消车轮向两边滚开的趋势，并最大限度地消除车轮的滑移，于是设计了前轮前束，给车轮一个向内滚动的趋势。通过前束可使车轮在每瞬间的滚动方向都接近于正前方，与车轮外倾造成外滚开的趋势相抵消，达到直线行驶的目的，减轻了轮毂外轴承的压力和轮胎的磨损。 4.1.5 后轮的外倾角和前束 后轮的外倾角和前束与前轮的外倾角和前束的概念相同。如果后轮没有前束角，当汽车行驶时，在驱动力的作用下，后轴将产生一定的弯曲，使车轮出现前张现象，而预先设置的前束角就是用来抵消这种前张的。后轮外倾角一般为负值，有两个作用:一是由于外倾角是负值，可增加车轮接地点的跨度，增加汽车的横向稳定性;二是负外倾角用来抵消当汽车高 [6]速行驶且驱动力较大时，车轮出现的负前束可减小汽车行驶的滚动阻力。 4.2 四轮定位检测参数的标准 4.2.1 主销后倾角 oo 现在一般采用的主销后倾角不超过2~3。现代高速汽车由于轮胎气压降低、弹性增加，而引起稳定力矩增大。因此，主销后倾角可以减小到接近于零，甚至为负值。 4.2.2 主销内倾角 o主销内倾角不大于8。主销内倾角是在前梁设计中保证的，由机械加工来实现。加工时，将前梁两端主销孔轴线上端就形成内倾角。 4.2.3 车轮外倾角 前轮的外倾角是在转向节设计中确定的。设计时使转向节轴颈的轴线与水平面成一角 o度，这个角度即为前轮外倾角，一般为1左右。 4.2.4 车轮前束 前轮前束可通过改变横拉杆的长度来调整。调整时，可根据各厂家规定的测量位置，使 [8]两轮前后距离差符合规定的前束值。一般前束值为0~12mm。 5.剪式举升机的结构和工作原理 5.1 剪式举升机的结构 剪式举升机有单剪式、单剪子母式、双剪式。由于无立柱，下降后整个维修区域无任何障碍物，因而视野开阔，节省空间，是比较受欢迎的机型。目前单剪子母式是其主流机型，已成为除四柱机以外另一种四轮定位专用举升机。双剪式由于其体积较小，在一些快修店，汽车美容店较受欢迎。但是由于剪式机技术难度较大，因而其制造成本大于其它机型，市场价格也比其它机型高，这也限制了它的发展空间。 剪式举升机必须有以下安全保险装置: (1)液压系统过载保护及锁定; (2)举升机机械锁止装置; (3)两边同步系统，如果缺少任何一项都是不安全的。 此外在无柱式举升机中还有一种专供举升大巴车用的地沟专用举升机。这种举升机采用双举升缸举升，有液压和气动两种传动方式，其结构紧凑，占用空间小，可以大大减轻维修人员的劳动强度。它有以下几种安全保护措施: (1)机械锁止装置; (2)液压锁定装置; [7](3)(3)管路爆裂防坠装置。 5.2 剪式举升机的工作原理 剪式气液举升机工作原理: 以压缩空气为动力, 利用气液增压泵将压缩空气输入转换为高压油输出, 驱动油缸推动剪式机构, 将汽车举起。一个车位由四台剪式举升机组成, 考虑其动力源各自独立,负载不同, 举升过程必然产生不同步, 那么在设计上, 我们采用中间位置与上限位置安装行程开关, 对整个行程分两次信号采集, 通过继电器控制解决同步上升问题, 这相对于现有的只是靠机械元件控制同步精度是一次大的改进, 同步精度得到提高。根据客户要求, 如加大成本投资, 亦可采用PLC控制, 提高自动化程度, 效果更理想。 由于机械式举升机存在螺母丝杆等零件较容易磨损，维修保养量大，噪音高等特点。随着现代液压技术不断进步，国内已能够生产质量过关的液压泵、液压缸、液压阀等关键部件， [9]因此，现在液压式举升机在数量上已超过了机械式成为主流品种。 主要参考文献: [1] 深圳车博仕公司.A-850四轮定位仪使用说明书[R].南京:南京工程学院车辆工程系，2008. 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