汽车四轮定位技术

［技师指导］四轮定位不正确的本质是汽车悬架出了问题，包括导向机构胶套损坏和杆（或控制臂）疲劳，要想汽车悬架恢复正常，就要对未损坏的悬架进行调节，或对有元件损坏的悬架更换损坏元件后再调节，所以四轮定位本质就是悬架定位。

悬架系统检修的七字箴言：“弹测、减压、导四轮。”其解释为弹簧检查是通过测量轮眉到心轴的高度确定；减振器检查是通过多人上下振动车身，松手后看车身垂直振动次数，正常振动次数要少于3次，注意：不要振动得过猛，否则可能导致人为的减振器漏油损坏；导向元件的故障要通过四轮定位来解决，即在更换了坏的球节、橡胶套后要通过四轮定位仪对车轮进行定位，定位的前提是弹簧的高度正常。

汽车四轮定位包括车轮外倾角（Camber）、车轮束角（Toe）、主销后倾角（Caster）、主销内倾角（K.P.I.）四个主要参数。

一、四轮定位主要参数

1.主销后倾角

如图2-44所示，后倾角（Caster）定义为由车侧看，转向轴中心线与垂直线所成的夹角，向前为负，向后为正。后倾角的存在可使转向轴线与路面的交会点在轮胎接地点的前方，可利用路面对轮胎的阻力让车轮保持直线行驶，其原理就如购物推车的前轮会自动转至施力的方向并保持直线前进一样。

主销后倾角为正方向的控制自动与制动力增强。但后倾角正向过大，会使转向能力降低，操控性下降。主销后倾角过小或为负，转向复位能力变差，易损坏轮胎，造成轮胎打滑，对方向过于敏感，高速行驶车辆稳定性差。左、右主销后倾角不等容易引起车身倾斜。

有些轿车的轮胎气压低，轮胎弹性大，行驶时轮胎与地面接触面中心向后移动，也会产生一种力矩，故后倾角可以减少，甚至变为负值，即主销前倾。

2.主销内倾角

如图2-45所示，内倾角（K.P.I.）定义为转向轴中心线与垂直线所成的角度。有了内倾角可使车重平均分布在轴承上，使轴承不易受损，并使转向力平均，转向轻盈。内倾角在车辆悬架设计之初就已设定好，通常是不可调整的。

图2-44 主销负后倾和正后倾角

图2-45 主销内倾角（仅有正的）

主销内倾和主销后倾都有使汽车转向自动回正，保持汽车直线行驶的功能。不同之处是主销内倾的回正与车速无关，主销后倾的回正与车速有关，因此高速时后倾的回正作用大，低速时内倾的回正作用大。前轮外倾角对汽车的转弯性能有直接影响，其作用是提高前轮的转向安全性和操纵轻便性。

3.车轮外倾角

如图2-46所示，外倾角（Camber）定义为由车前方看，轮胎中心线与垂直线所成的角度，向外为正，向内为负。其角度的不同能改变轮胎与地面的接触点及施力点，直接影响轮胎的抓地能力及磨耗状况。通常两前轮都外倾，左后轮内倾，右后轮基本正常。

图2-46 车轮正外倾角和负外倾角

前轮外倾角对汽车的转变性能有直接影响，它的作用是提高前轮的转向安全性和转向操纵的轻便性。

4.车轮前束角

前束角（Toe）分为前轮的前束角和后轮的前束角，定义为由上方看左、右轮胎所成的角度，向内为正前束（Toe-in），向外为负前束（Toe-out）。前束角的功用在于补偿轮胎因外倾角及路面阻力所引起的向内或向外滚动的趋势，确保车辆直线行驶。前束可用AB－CD的数值来表示（如图2-47所示），也可用AC和BD的夹角来表示。后轮通常只有一边车轮为较小的正前束，另一个车轮为负前束，这种情况的称为单边前束，如图2-48所示为右轮单边前束。

图2-47 前轴车轮前束值

图2-48 后轴车轮后束值

二、四轮定位的其他参数

除了四个主要参数外，四轮定位还有以下参数需要掌握。

1.转向前展

转向前展定义为转向时两前轮转向角度之差。转弯时内轮所转的角度通常大于外轮，相差在2°左右，其目的是在转弯时使车辆能以后轴延伸线的瞬时中心为圆心顺利转弯。

2.轮辋偏置距离

轮辋偏置距离定义为轮圈的接合面和轮圈中心的距离，往轮圈外侧方向的为正，往轮圈内侧的为负。改变轮圈的轮辋偏置距离会改变车辆的轮距，而轮距是指轮胎中心线间的距离，因此若只是单纯地加大轮圈和轮胎而不改变轮辋偏置距离，对轮距并不造成影响。

3.车辆中心对称面

如图2-49所示，车辆中心对称面是汽车几何中心平面，它垂直于行驶平面并通过前后轴的轮距中点。它用于后轮前束的测量基准应用分析，在定位仪的调整检测中，第一次打正方向盘时测出。

4.车辆几何轴线（推力线）

如图2-50所示，车辆几何轴线是后轮总前束的角平分线（后轮的前束是以车辆中心对称面为基准测出的）。

用途：几何轴线由后轮前束决定，它是车辆行驶时的推力线，也是前轮前束的测量基准。

图2-49 车辆中心对称面

4—汽车对称中心线

图2-50 车辆的几何轴线（推力线）

1—轮胎中心纵向线（垂直线）；2—左右车轮后中心线（水平线）；3—后轮驱动中心线

5.轴距偏差

如图2-51所示，轴距偏差是两个前轮之间的连线与两个后轮间的连线所形成的夹角。当右侧轮距大于左侧轮距时，此角度为正，反之为负。

6.横向偏位

如图2-52所示，横向偏位是指左侧或右侧前轮和相应的后轮与地面接触点连线与几何轴线间的夹角，如果后轮超出前轮，此角度为正，如图2-52中角α。

图2-51 轴距偏差

图2-52 横向偏位

7.轮迹宽度偏差值

如图2-53所示，轮迹宽度偏差值是指左前轮和左后轮与地面接触点之间的连线同右前轮和右后轮与地面接触点之间连线的夹角。当后轮宽度超过前轮宽度时，此角度为正。

8.轴偏位

如图2-54所示，轴偏位是轨迹宽度偏差角的平分线与几何中心线的夹角，如果后轴偏移到右侧，该角为正。

图2-53 轮迹宽度偏差值

图2-54 轴偏位

关于定位原理的几点注意事项：车辆的几何轴线是车辆的实际推力线，它是车辆后轮前束的角平分线。当车辆后轴变形、后轮前束发生变化，都会使推力线方向发生变化。如果车身变形过大，车轮定位并不能解决所有问题，应该先做大梁矫正再做四轮定位。驱动角是由后轮的前束、横向偏位和轴偏位产生的，调整时应先调整后轴，再调整前轴。前轮前束是根据后轮前束形成的几何轴线进行调整的。

三、四轮定位仪

1.四轮定位简介

利用四轮定位仪测出车轮的定位角度，通过电脑显示器显示给技师做调整方向和调整量的参考，技师把四轮定位仪所测量出的实际角度和原厂所给的角度进行比较，若超出设计容许范围则进行调整或更换元件，不要错误地认为四轮定位仪能自动调整不正确的定位角度到正确的车轮定位角度。过去的前束尺配合光学水准定位仪形式和拉线定位仪形式早已被淘汰，就连PSD（位置敏感传感器）和激光式定位产品也逐渐进入升级换代期。

四轮定位仪主要由四轮定位专用举升机、电脑主机（含显示器、打印机）、四个机头（定位传感器）等组成；必要的附件包括方向盘固定器和刹车固定器，对于改装车轮的定位还要有无线传输电子式轮距测量尺。改装轮胎后，两轮之间的轮距跟着改变，但定位仪上原厂的数值并未跟着改变，电子式轮距测量尺可在车辆改装后进行轮距测量，并由无线传输到计算系统进行数据更改，以提供最正确的测量值。

标准车轮定位数据的获得方法：四轮定位厂家将许多汽车厂不同车型的定位数据刻在位数据光盘上，光盘数据在装机时会下载到四轮定位主机中，技师只要将车开到四轮定位仪的举升机上，选择对应的生产厂家和车型，电脑屏幕就会显示标准数据范围。实际车轮定位数据的获得是通过在轮胎上装上测量传感器，并与计算机通信，转动方向盘，测量系统将在转动方向盘的过程中将测得的实际数据传给计算机。计算机将实际数据和标准数据范围做对比，技师通过手动直接调整或更换元件后调整来使实际定位数据和标准数据接近。对于一些货车和客车可采用增减垫片的方法来调整。

2.光学测量技术

四轮定位的光学测量技术经历了PSD、CCD、CMOS共3个发展阶段。目前最成熟可靠，且性能价格比最好的技术当属CMOS光学成像技术。

［技师指导］近年来有很多强调传输速度的四轮定位仪的销售宣传，要知道四轮定位仪的主要功能是给底盘修护技师提供一套准确的测量数据，以作为调校车辆底盘的基本数据，其关键在于传感器所提供的数值是否正确，而不在于传输数据的速度。

PSD（Position Sensitive Detectors），即位置敏感传感器，测量精度低，是20世纪80年代初期的产品所采用的技术。PSD结构是一块半导体的感光板，上面有三根电极，一根连在感光板的背面，另外两根连在两头。当一个点状的光照在板上时，在板两头的电极上就会有电流流出。此电流与光点照在板上的位置有关，通过对两端流出的电流进行比较，可算出点状的光照在板上的具体位置。由于环境光的影响，输出的电流将是感光板收到的所有光的总和，可能产生错误的输出电流。

CCD（Charge Couples Devices），即充电耦合传感器，由美国贝尔研究室于1969年发明。当初发明的目的是想作为内存记忆用，但意外发现CCD有很好的光电成像效果。CCD主要是由一对MOS（Metal-Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体）充电电容与储电电容耦合而成的相敏单元，又称像素，就是一个点。充电电容部分可以把光信号转换成电能，储电电容部分不感光但可储存电能，另外有电路将储电电容部分串连成一行。读取时可经此电路将各个相敏单元（像素）接收到的光电能以电脉冲信号的方式一个个地送出。四轮定位角度可由简单的光源投影像素位置及焦距计算得出。由于温度、湿度、环境光线、背景光及反射光只能影响每个像素的受光情况及脉冲幅度的高低，不能影响投影像素位置，因此测量稳定度、重复度高。

CMOS（Complimentary Metal-Oxide Semiconductor），即互补金属氧化物半导体，是一种较新的半导体结构。近年来CMOS技术开始应用于成像芯片，且有取代CCD成为摄像芯片主流的趋势。CMOS特点是抵抗环境光能力强，速度快，电源及耗电量低，成像质量高，可靠性好，测量重复性高。CMOS也有CCD的充电电容结构，且有相对应的储电电容，以类似的方法将接收到的光电能以电脉冲信号的方式输出。同样，每一个脉冲信号只反映一个像素的受光情况，脉冲幅度的高低反映该像素受光情况并代表该像素受光的强弱，读出脉冲的顺序可以反映像素的位置。入射光投影的位置不受温度、湿度、环境光线和背景光线及反射、折射光干扰，因此CMOS的测量稳定度、重复度与CCD一样高。

CMOS与CCD最大的不同点是CMOS像素充电与储存设计结构不同。CCD储存输出的耦合结构的一个个像素必须以行列推送出去，而CMOS可以像内存记忆一样随机读出任何一个像素，这是很大的优点。不过，CMOS需占用部分充电感光面做输送电路，因此降低了CMOS对光的敏感度。在四轮定位仪测量中，CMOS照相机可用超亮灯源或增加曝光时间来补偿强光的影响。低感光度的CMOS能在太阳光下正常工作，而一般CCD四轮定位仪在强光下是无法进行测量的。

PSD、CCD、CMOS采用光投射方式，需要采用有杆式测量机头（传感器）。近年来，航天工业的电子倾斜仪原理开始应用在测量头上，出现了无杆式传感器，优点是降低了传统的长杆型测量机头需要左右投射所造成的不便和误差。无杆式测量机头为四轮独立测量，所以无需担心左右投射的问题，使测量数据更精准。

3.何时需做四轮定位

以下情况都要做四轮定位：汽车年检前；新车行驶3000公里时；每半年或车辆行驶10000公里时；更换或调整轮胎、悬挂系统后；更换转向系统及零件后直行时方向盘不正；直行时需紧握方向盘；直行时车辆拉向单边；车辆转向时，方向盘太重或无法自动回正；行驶时感觉车身摇摆不定或有飘浮感；轮胎不正常磨损；事故车维修后。

四、四轮定位原理

1.车轮前束和推力角的测量原理

测量前束时，必须保证车体摆正且方向盘位于中间位置，为了保证车轮前束值（或前束角）的测量精度，无论是拉线式、光学式还是电脑式的四轮定位仪，在检测车轮前束之前，常通过拉线或光线照射或反射的方式形成一个封闭的直角四边形，如图2-55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（即同一车轴上的左右车轮的同轴度）及推力角。因为四轮定位仪系统采用的传感器不同，测量方法亦有所不同，但基本原理相同，这里仅就发光二极管作为光源和利用CCD型传感头接收进行介绍，同时每个测量头要通过有线或无线发射机，把测量信号发给主机电脑。图2-55为4个测量头使用8个CCD镜头和共8束光线形成封闭的测量场，既可以实现车轮角度的精确测量，又可以实现车身角度的测量。

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互平行但不重合时，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，传感头1发出的光线会照射在传感头2的“＋”位置，同时传感头2发出的光线会照在传感头1的“＋”位置），传感头2接收到的偏差值即表示左前侧车轮的前束值（或前束角）；同理，在传感头1上接收到的光束位置表示右前车轮的前束值，同理传感器7和8可测量出后束。

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2-55所示。同理，通过安装在后轮上的传感器，可以检测出后轮前束值（后轮前束角）的大小和方向。

2.主销后倾角和主销内倾角的测量原理

转盘一般由固定盘、活动盘、扇形刻度尺、游标指示针、锁止销和若干滚珠等组成，珠装于固定盘与活动盘之间。当汽车前轮置于转盘上转向时，活动盘不仅能保证前轮灵活偏转，而且能保证前轮发生横向和纵向位移，从而顺利完成前轮转角测量，游标指示针所指扇形刻度尺上的数值即为前轮转角值。汽车转向时前轮发生的横向和纵向位移如图2-56所示。

图2-55 车轮前束和推力角的测量原理

图2-56中，C为车轮着地点，O为主销中心线伸长线的着地点。当前轮绕O点转过20°时，C点以OC为半径画圆移至C′点。由C′点向CO作垂线，并连接CC′，得三角形CDC′。可以看出，前轮转向时，既有转角变化又有位置变化（横向移动了CD距离，纵向移动了DC′距离）。活动盘在固定盘上应满足既能灵活转动又能自由位移的要求，且当载荷卸除后能使活动盘回到中心位置。转盘具有以下几个作用：

（1）在前轮定位值检测中便于静止的汽车前轮转向，并转至规定角度；

（2）可测得两前轮最大转向角；

（3）可测得两前轮转向时内轮转角与外轮转角的关系，用于验证能否满足下面等式。

式中α——汽车转向时前外轮转向角；

β——汽车转向时前内轮转向角；

B——左右两侧主销中心间的距离；

L——汽车前后轴轴距。

锁止销可锁止活动盘，以便于前轮上下转盘，检测中应将锁止销取下。国产GCD型光束水准车轮定位仪，在组成中除装备一个水准仪、两个支架和两个转盘外，还配备有两个聚光器、两个标尺、两个标杆和一个踏板抵压器。聚光器在标杆配合下可测得前轮前束值，聚光器在标尺配合下可测得后轴与前轴间的平行度、后轴与车架间的垂直度及后轴与车架在水平面的弯曲变形等。

在前轮定位值的检测中，有时应将制动踏板踩下，使前轮处于制动状态。踏板抵压器（实质上是一个抵杆）可将制动踏板压下而顶靠在驾驶员座椅或其他支撑物上，以节省人力。

3.车轮定位仪测量原理

（1）测前轮外倾角α。

前轮外倾角可直接测得。当前轮处于直线行驶位置且有外倾角α时，垂直于车轮旋转平面安装的水准仪上的测外倾角的气泡管，也垂直于车轮旋转平面，气泡跑向车轮。此时，气泡管与水平平面的夹角即为前轮外倾角α，如图2-57所示。调节气泡管使其处于水平位置，气泡位移量就反映了角α的大小，通过标定就可测得前轮外倾角α。

图2-56 前轮转20°时的位移图

图2-57 测前轮外倾角原理图

（2）测主销后倾角γ。

主销后倾角不能直接测量，只能采用建立在几何关系上的间接方法测量。当前轮在水平平面分别向左、向右转至规定角度（通常为20°）时，由于主销后倾角γ的存在，使得转向节枢轴轴线与水平平面出现夹角，测得这一夹角即可间接地获得主销后倾角γ。

为了讨论问题方便，建立空间坐标系OXYZ，如图2-58所示。以左前轮为例，图2-58中OA为主销中心线，在OYZ平面内，γ为主销后倾角；OC为转向节枢轴，当前轮处于直线行驶位置时，OC与OX轴重合。假设前轮外倾角和主销内倾角β均为零，此时OC⊥OA。若前轮在水平平面转过某一角度Ф（Ф＝20°）时，OC移至OC′，形成一扇形平面OCC′，该扇形平面与水平平面的夹角等于主销后倾角γ。如果在OC上放置气泡管MN，当OC移至OC′时，MN移至M′N′。从图2-58中可以明显看出，M′与N′距水平平面OXY的高度是不相等的，M′的高度大于N′，说明转向节枢轴OC与水平平面出现了夹角，该夹角为ω。气泡管内的气泡向M′移动，位移量取决于气泡管与水平平面的夹角ω和前轮转向角Ф的大小。当Ф为一定值（已设定）时，位移量仅取决于ω，而角ω又取决于主销后倾角γ的大小，因此气泡位移量通过标定即可反映角γ值，从而测得主销后倾角。

实际测量时，一般是先将车轮向左转动角度Ф，使转向节枢轴如图2-58中OC″位置，将气泡管调平（M′与N′与水平平面距离相等），再将转向节枢轴向右转动一定角度，即图2-58中OC′位置，此时气泡管MN随转向节枢轴转过2Ф角度，气泡位移量增大一倍，这不仅使测量灵敏度和读数精度提高，而且消除了主销内倾角β对测量值的影响。这是因为当转向节枢轴OC从前轮直线行驶位置分别向左、右转动同样角度时，角β对主销后倾角γ测量值的影响数值相等，方向相反，互相抵消，因而水准仪的测量值完全反映了主销后倾角γ的大小，消除了角β的影响。至于前轮外倾角α，由于影响甚微可以忽略不计。

（3）测量主销内倾角β。

主销内倾角不能直接测量，只能采用建立在几何关系上的间接方法测量。当在水平平面内分别向左、向右转动前轮至规定角度（通常为20°）时，由于主销内倾角的存在，使得转向节、车轮（在制动状态下）和安装在车轮上的水准仪要绕转向节枢轴中心线偏转一定角度。测得这一偏转角度，即可间接地获得主销内倾角β。

设前轮外倾角α和主销后倾角γ均等于零，主销OA在OYZ平面内，OA与OZ的夹角β为主销内倾角，如图2-59所示。当前轮处于直线行驶位置时，转向节枢轴OC与OA的夹角为90°＋β。若前轮在水平平面内向右转动Ф角后，OC移至OC′，形成圆锥面OCC′。如果在OC的前端放置一平行于水平平面且与OC垂直的气泡管EF，则在OC转至OC′后，气泡管EF绕转向节枢轴轴线发生转动，其位置如图2-59中E′F′所示。此时气泡管内气泡向F′移动，位移量取决于气泡管与水平平面夹角θ，而角θ取决于角β，因此气泡的位移量通过标定即可反映主销内倾角值。实际测量时，一般是先将前轮向左转Ф角，使转向节枢轴OC在如图2-59中OC″位置，然后将气泡管调得与水平平面平行，再将OC转动2Ф角至OC′位置，此时气泡管EF转过2θ角，气泡位移量增大一倍。这一测量方法使测量灵敏度和读数精度提高，而且消除了主销后倾角γ对测量值的影响。

图2-58 主销后倾角测量原理图

图2-59 主销内倾角测量原理图

主销内倾角和后倾角都是在左右轮转过20°时测得的。为了保证测量的准确性，在检测时必须安装刹车踏板锁，将车轮刹住。

五、汽车四轮定位技能

在学习汽车四轮定位技术的基础上，我们现在来学习四轮定位技能。

1.定位前检查

询问车辆症状后，检查车辆悬架装置、车轮轴承、转向系统等是否有不允许存在的间隙和损坏。同一个车桥上轮胎胎纹深度最大允许误差为2mm。轮胎充气压力要合乎规定，车辆装备为全装置的重量。

2.定位操作

汽车四轮定位应按以下步骤操作：

（1）将车辆驶上四轮定位专用举升机。前轮胎中心与转盘中心重合，前转盘和后滑板定位销取下。

（2）在车轮上安装四个测量传感头，并与计算机通信。向左和向右转动方向盘后并回正，四个测量传感头把在转动方向盘时测得的实际车轮定位数据传给计算机显示。

（3）技师根据实际定位数据与标准数据对比情况，进行四轮定位调整。为防止调整前束和外倾时方向盘发生转动导致调整不准确，要用专用工具固定方向盘。为防止车轮在定位仪上运动，用专用刹车工具制动。

［完成任务］请教师安排四轮定位实践，将一台车轮定位不正确，行驶左跑偏的汽车进行定位，定位时需亲手调整至正确，而不仅仅是通过四轮定位仪的计算机读出实际测量值。