專利名稱：一種汽車前輪定位參數(shù)的測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽車前輪定位參數(shù)的測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
隨著汽車工業(yè)和高速公路的發(fā)展，汽車行駛速度越來(lái)越快，其操縱穩(wěn)定性對(duì)行駛安全的影響就顯得尤為重要。而汽車前輪定位參數(shù)對(duì)其直線行駛穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向輕便、減少輪胎磨耗以及降低燃油消耗等方面有很大的影響。所以，在汽車使用過(guò)程中，其前輪定位參數(shù)應(yīng)始終保持不變。但是，人們常常會(huì)發(fā)現(xiàn)一些由于前輪定位角失調(diào)而引起的故障，如轉(zhuǎn)向沉重、前輪發(fā)擺、跑偏和輪胎異常磨耗等。因此，就需要利用前輪定位儀對(duì)前輪定位參數(shù)進(jìn)行定期檢測(cè)，以便發(fā)現(xiàn)問(wèn)題能及時(shí)進(jìn)行調(diào)整或修理。
從目前國(guó)內(nèi)、外前輪定位儀(包括四輪定位儀)的測(cè)量原理來(lái)看，無(wú)論是機(jī)械式，還是激光式，其測(cè)量方法主要有二種。
方法一主要是測(cè)量相關(guān)平面之間的夾角，即利用傳感器，先將轉(zhuǎn)向輪(假設(shè)左輪)沿前進(jìn)方向向左轉(zhuǎn)過(guò)20°，測(cè)量出一個(gè)特定角λ1(理論上tgλ1＝tgγ·sin20°+tgβ·cos20°)；再沿前進(jìn)方向向右轉(zhuǎn)過(guò)20°，測(cè)量出另一個(gè)特定角λ2(理論上tgλ2＝tgβ·cos20°-tgγ·sin20°)。
∵λ1、λ2都很小時(shí)，tgλ1≈λ1；tgλ2≈λ2，∴tgγ≈(tgλ1-tgλ2)/(2×sin20°)＝1.461×(λ1-λ2)tgβ≈(tgλ1+tgλ2)/(2×cos20°)＝0.5321×(λ1+λ2)這種測(cè)量方法已廣泛運(yùn)用于各種前輪定位儀上。但利用這種測(cè)量方法設(shè)計(jì)的前輪定位儀，不僅結(jié)構(gòu)上比較復(fù)雜，而且在沒(méi)有考慮λ1和λ2測(cè)量誤差的情況下就已經(jīng)存在計(jì)算上的誤差。
方法二即所謂的高點(diǎn)測(cè)量法。它是利用轉(zhuǎn)向節(jié)與主銷組成的平面在車輛坐標(biāo)系下(x軸與前軸平行；y軸為前進(jìn)方向；z軸為鉛垂方向)的特殊位置來(lái)實(shí)現(xiàn)主銷內(nèi)、后傾角測(cè)量的。因?yàn)樵摻M合平面隨轉(zhuǎn)向節(jié)繞主銷旋轉(zhuǎn)時(shí)，它與鉛垂面之間的夾角也隨之發(fā)生變化。它的測(cè)量起點(diǎn)是當(dāng)x軸在該組合平面上時(shí)(以左輪為例)，將車輪慢慢向右轉(zhuǎn)動(dòng)，直到該平面與水平面垂直為止，同時(shí)測(cè)量車輪轉(zhuǎn)過(guò)的角度ψ。這時(shí)組合平面轉(zhuǎn)過(guò)的角度γ就是主銷后傾角，此時(shí)，主銷內(nèi)傾角β為tgβ＝tgγ/tgψ。這種測(cè)量方法存在的缺點(diǎn)首先是測(cè)量起點(diǎn)無(wú)法確定。因?yàn)楫?dāng)x軸在該平面上時(shí)，前輪存在一個(gè)很小的前束角；其次就是止點(diǎn)很難確定。因?yàn)楫?dāng)組合平面接近垂直時(shí)，組合平面轉(zhuǎn)過(guò)的角度變化較小，而ψ變化較大，所以在不考慮測(cè)量誤差時(shí)，γ和ψ就已經(jīng)存在位置上的誤差。
參考文獻(xiàn)1、《汽車構(gòu)造》，人民交通出版社，吳植民主編；2、《汽車保養(yǎng)和修理設(shè)備》，人民交通出版社，戴冠軍主編。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種測(cè)量精度高的汽車前輪定位參數(shù)的測(cè)量方法，其測(cè)量方法簡(jiǎn)單。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種汽車前輪定位參數(shù)的測(cè)量方法，首先確定車輛坐標(biāo)系選原點(diǎn)為主銷和轉(zhuǎn)向節(jié)軸線的交點(diǎn)，X軸與前軸平行，Y軸與汽車前進(jìn)方向一致，Z軸為垂直方向，β為主銷內(nèi)傾角，β0為主銷結(jié)構(gòu)內(nèi)傾角，γ為主銷后傾角，δ為汽車前輪的轉(zhuǎn)向角，α為輪胎的外傾角；然后測(cè)量出三個(gè)任意位置的δ和α值a).汽車的前進(jìn)方向，設(shè)此時(shí)前輪的轉(zhuǎn)角為δ0(這個(gè)轉(zhuǎn)角實(shí)際上就是前輪的前束角，所以此時(shí)δ0≠0)，測(cè)量此時(shí)的外傾角α0；b).將前輪向右轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度δ01，測(cè)量此時(shí)的外傾角α1，此時(shí)，δ1＝δ01+δ0；c).再將前輪向左轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度δ02，δ02≥2×δ1，測(cè)量此時(shí)的外傾角α2，此時(shí)，δ2＝δ1-δ02；將δ0、α0、δ1、α1、δ2、α2代入下列公式，求算出ax、ay、az的值，ax＝(cosa0·sinδ0-cosa1·sinδ1)·(sina2-sina0)-(cosa0·sinδ0-cosa2·sinδ2)·(sina1-sina0)，ay＝(cosa0·cosδ0-cosa1·cosδ1)·(sina2-sina0)-(cosa0·cosδ0-cosa2·cosδ2)·(sina1-sina0)，az＝(cosa0·cosδ0-cosa1·cosδ1)(cosa0·sinδ0-cosa2·sinδ2)-(cosa0·cosδ0-cosa2·cosδ2)(cosa0·sinδ0-cosa1·sinδ1)；再將ax、ay、az的值代入下列公式中求算出汽車前輪定位參數(shù)主銷結(jié)構(gòu)內(nèi)傾角β0和主銷后傾角γ的值，sinβ0=-ax/ax2+ay2+az2]]>sinγ=ay/(cosβ0·ax2+ay2+az2),]]>由tgβ＝tgβ0/cosγ，求出主銷內(nèi)傾角β。
本發(fā)明具有如下特點(diǎn)(1)本發(fā)明的測(cè)量方法，只需測(cè)量前輪的轉(zhuǎn)向角和外傾角，在實(shí)際中很容易實(shí)現(xiàn)；(2)本發(fā)明的測(cè)量方法可以消除測(cè)量位置引起的誤差；(3)本發(fā)明的測(cè)量誤差小，前輪定位參數(shù)的測(cè)量誤差均1.5％以內(nèi)，完全能夠滿足實(shí)際的需要。
本發(fā)明的測(cè)量方法最大的優(yōu)點(diǎn)就是在測(cè)量上很容易實(shí)現(xiàn)，而且還可以消除由于測(cè)量位置造成的誤差。利用東風(fēng)EQ1044G80D3車型的前輪定位參數(shù)，對(duì)該測(cè)量方法進(jìn)行誤差分析可知，其精度非常高。因此，利用該測(cè)量方法研制的前輪定位儀能夠?qū)崿F(xiàn)真正意義上的精確測(cè)量。
利用本發(fā)明的測(cè)量方法設(shè)計(jì)的前輪定位儀，不僅能夠精確地測(cè)量前輪定位參數(shù)，而且還可以用來(lái)診斷前橋和大梁是否彎曲變形。同時(shí)，從測(cè)量原理來(lái)看，它還可以運(yùn)用于其他領(lǐng)域，如測(cè)量石油鉆井鉆頭的垂直度、任何一個(gè)豎直物件的垂直度控制等。其測(cè)量方法簡(jiǎn)單。


圖1是本發(fā)明的轉(zhuǎn)向節(jié)繞主銷旋轉(zhuǎn)的示意2是本發(fā)明的主銷向量的空間解析3是本發(fā)明的轉(zhuǎn)向節(jié)向量的空間解析4是本發(fā)明的轉(zhuǎn)向節(jié)向量任意旋轉(zhuǎn)位置的示意圖具體實(shí)施方式
一、汽車前輪定位參數(shù)的測(cè)量方法首先確定車輛坐標(biāo)系選原點(diǎn)為主銷和轉(zhuǎn)向節(jié)軸線的交點(diǎn)，X軸與前軸平行，Y軸與汽車前進(jìn)方向一致，Z軸為垂直方向，β0為主銷結(jié)構(gòu)內(nèi)傾角，γ為主銷后傾角，δ為汽車前輪的轉(zhuǎn)向角，α為輪胎的外傾角；然后測(cè)量出三個(gè)任意位置的δ和α值a).汽車的前進(jìn)方向，設(shè)此時(shí)前輪的轉(zhuǎn)角為δ0，測(cè)量此時(shí)的外傾角α0；b).將前輪向右轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度δ01，測(cè)量此時(shí)的外傾角α1，δ1＝δ01+δ0；c).再將前輪向左轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度δ02，δ02≥2×δ1，測(cè)量此時(shí)的外傾角α2，δ2＝δ1-δ02；將測(cè)量出的數(shù)據(jù)代入下列公式，求算出ax、ay、az的值，ax＝(cosa0·sinδ0-cosa1·sinδ1)·(sina2-sina0)-(cosa0·sinδ0-cosa2·sinδ2)·(sina1-sina0)，ay＝(cosa0·cosδ0-cosa1·cosδ1)·(sina2-sina0)-(cosa0·cosδ0-cosa2·cosδ2)·(sina1-sina0)，az＝(cosa0·cosδ0-cosa1·cosδ1)(cosa0·sinδ0-cosa2·sinδ2)-(cosa0·cosδ0-cosa2·cosδ2)(cosa0·sinδ0-cosa1·sinδ1)；將ax、ay、az的值代入下列公式中求算出汽車前輪定位參數(shù)主銷結(jié)構(gòu)內(nèi)傾角β0和主銷后傾角γ的值，sinβ0=-ax/ax2+ay2+az2,]]>sinγ=ay/(cosβ0·ax2+ay2+az2).]]>由tgβ＝tgβ0/cosγ，求出主銷內(nèi)傾角β。
二、本發(fā)明測(cè)量方法的推導(dǎo)為了便于說(shuō)明測(cè)量方法，首先建立車輛坐標(biāo)系。即原點(diǎn)為主銷和轉(zhuǎn)向節(jié)軸線的交點(diǎn)，X軸與前軸平行，Y軸與汽車前進(jìn)方向一致，Z軸為垂直方向。由此可知，XY平面就是水平面。如圖1所示。
如圖1所示為轉(zhuǎn)向節(jié)繞主銷旋轉(zhuǎn)的示意圖。在該坐標(biāo)系中，測(cè)量方法的原理是假如轉(zhuǎn)向節(jié)可以繞主銷任意旋轉(zhuǎn)，那么，轉(zhuǎn)向節(jié)繞主銷旋轉(zhuǎn)所形成的就是一個(gè)圓錐面，轉(zhuǎn)向節(jié)端點(diǎn)所形成的軌跡是一個(gè)圓，設(shè)該圓為O1M。
顯而易見(jiàn)，主銷OA就是這個(gè)圓所在平面的法向量。因此，可以通過(guò)測(cè)量轉(zhuǎn)向節(jié)特定角度的方法確定其向量的大小，再利用不同的數(shù)學(xué)方法確定圓O1M所在的平面，從而計(jì)算出主銷的內(nèi)、后傾角。
下面以汽車左前輪(前進(jìn)方向)的主銷和轉(zhuǎn)向節(jié)為對(duì)象，利用向量代數(shù)來(lái)說(shuō)明前輪定位參數(shù)的測(cè)量方法。
(一)主銷向量如圖2所示，圖2中OA為主銷向量；OM為轉(zhuǎn)向節(jié)向量；β為主銷內(nèi)傾角；β0為主銷結(jié)構(gòu)內(nèi)傾角(OA與YZ平面之間的夾角)；γ為主銷后傾角。
由圖2可知，OA的單位向量為oa＝-sinβ0·i-cosβ0·sinγj+cosβ0·cosγ·k， 2-1(二)轉(zhuǎn)向節(jié)向量如圖3所示，圖3中δ為OM在XY上的投影與x軸的夾角，也就是汽車前輪的轉(zhuǎn)向角(如圖所示為正值)；α為OM與XY平面的夾角，因?yàn)檗D(zhuǎn)向節(jié)垂直于輪胎中心平面，所以該角就等于輪胎的外傾角。
由圖3可知，OM的單位向量為om＝cosα·cosδ·i+cosα·sinδ·j-sinα·k，2-2所以，只要測(cè)量出δ和α的大小，就能夠確定向量OM的大小。從而通過(guò)計(jì)算得到主銷內(nèi)傾角和后傾角。
(三)利用該方法推導(dǎo)的主銷內(nèi)、后傾角計(jì)算公式根據(jù)空間解析幾何理論可知，只需測(cè)量出三個(gè)任意位置的δ和α值，就能夠確定三個(gè)不同位置的向量om，從而確定圓O1M所在的平面，并計(jì)算出該平面的法向量。
假設(shè)測(cè)量的三個(gè)位置為(1)汽車的前進(jìn)方向，設(shè)此時(shí)前輪的轉(zhuǎn)角為δ0(該角為前輪的前束角)，測(cè)量此時(shí)的外傾角α0；
(2)將前輪向右轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度δ01，測(cè)量此時(shí)的外傾角α1，因?yàn)榍拜喆嬖谇笆?，所以?＝δ01+δ0；(3)將前輪向左轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度δ02(δ02≥2×δ1)，測(cè)量此時(shí)的外傾角α2，這時(shí)δ2＝δ1-δ02。
這樣就確定了三個(gè)不同位置的向量om，即om0＝cosα0·cosδ0·i+cosα0·sinδ0·j-sinα0·kom1＝cosα1·cosδ1·i+cosα1·sinδ1·j-sinα1·kom2＝cosα2·cosδ2·i+cosα2·sinδ2·j-sinα2·k從而得到圓O1M上的向量m0m1和m0m2m0m1＝m0-m1＝(cosα0·cosδ0-cosα1·cosδ1)·i+(cosα0·sinδ0-cosα1·sinδ1)·j+(sinα1-sinα0)·km0m2＝m0-m2＝(cosα0·cosδ0-cosα2·cosδ2)·i+(cosα0·sinδ0-cosα2·sinδ2)·j+(sinα2-sinα0)·k∵向量m0m1和m0m2在圓O1M上，而向量OA又是圓O1M所在平面的法向量。
∴OA＝m0m1×m0m2通過(guò)計(jì)算可得OA＝ax·i-ay·j+az·k，(I)其中ax＝(cosa0·sinδ0-cosa1·sinδ1)·(sina2-sina0)-(cosa0·sinδ0-cosa2·sinδ2)·(sina1-sina0)ay＝(cosa0·cosδ0-cosa1·cosδ1)·(sina2-sina0)-(cosa0·cosδ0-cosa2·cosδ2)·(sina1-sina0)az＝(cosa0·cosδ0-cosa1·cosδ1)(cosa0·sinδ0-cosa2·sinδ2)-(cosa0·cosδ0-cosa2·cosδ2)(cosa0·sinδ0-cosa1·sinδ1)由2-1式可知OA的單位向量oa＝-sinβ0·i-cosβ0·sinγ·j+cosβ0·cosγ·k所以sinβ0=-ax/ax2+ay2+az2,---2-3]]>sinγ=ay/(cosβ0·ax2+ay2+az2),---2-4]]>由tgβ＝tgβ0/cosγ，求出主銷內(nèi)傾角β。
2-52-3、2-4和2-5式就是利用本發(fā)明的測(cè)量方法推導(dǎo)出的主銷內(nèi)傾角和后傾角的計(jì)算公式。
由2-5公式可知，主銷內(nèi)傾角是由主銷結(jié)構(gòu)內(nèi)傾角和后傾角計(jì)算出來(lái)的，所以我們只需分析γ、β0計(jì)算其精度即可。
三、計(jì)算公式的分析但是在實(shí)際中，公式2-3、2-4和2-5的精度是否能夠滿足要求，還需要經(jīng)過(guò)驗(yàn)證。
(一)計(jì)算公式的驗(yàn)證(1)轉(zhuǎn)向節(jié)向量函數(shù)的推導(dǎo)如圖4所示，圖4中T平面是由向量OA和向量OM組成；向量ON是T與XY平面的交線；θ是向量ON與X軸的夾角，如圖為正值；MN⊥ON；M′是M在XY上的投影。
由圖4可知ON的單位向量on＝cosθ·i+sinθ·j設(shè)向量OA與ON之間的夾角為ω，則cosω=oa·on]]>
=-1-(cosβ0·cosγ)2·sin(h+θ),---3-1]]>其中sinh=sinβ0/1-(cosβ0·cosγ)2,---3-2]]>因?yàn)橹麂N和轉(zhuǎn)向節(jié)之間的夾角為設(shè)計(jì)值，設(shè)為φ。所以轉(zhuǎn)向節(jié)與向量on之間的夾角為μ＝φ-ω。3-3∵M(jìn)′是M在XY上的投影，而ON在XY上，∴MM′⊥ON；∵M(jìn)N⊥ON，∴ON⊥MNM′平面；∴∠MNM′為T(mén)平面與xy平面之間的夾角，設(shè)為Ω。
∵向量oa與向量on組成的平面的法向量Nan＝oa×on。
經(jīng)過(guò)計(jì)算可得Nan＝nanx·i+nany·j+nanz·k其中nanx＝-sinθ·cosγ·cosβ0nany＝cosθ·cosγ·cosβ0nanz＝cosθ·cosβ0·sinγ-sinθ·sinβ0又∵xy的法向量為Nxy＝k。
∴cosΩ=Nan·Nxy]]>=cos(h+θ)·1-(cosβ0·cosγ)2/S,---3-4]]>其中S=(cosγ·cosβ0)2-sin(2·β0)·sinγ·sin(2·θ)/2+(sinγ·cosβ0·cosθ)2,---3-5]]>∵M(jìn)N⊥ON；∴MN＝OM·sinu、OM′＝OM·cosαMM′＝OM·sinμ·sinΩ、NM′＝OM·sinμ·cosΩ∴sinα＝sin/MOM′＝MM′/OM＝sinμ·sin Ω ，3-6sin∠NOM′＝NM′/OM′＝sinμ·cosΩ/cosα ，3-7δ＝θ+∠NOM′。
，3-8這樣就可以根據(jù)不同的θ值，利用3-1至3-8公式計(jì)算出δ和α，得到不同的om值，即om＝f(θ)·i+g(θ)·j+h(θ)·k，從而對(duì)2-3和2-4公式進(jìn)行誤差分析。
(2)公式的驗(yàn)算下面就以東風(fēng)EQ1044G80D3車型為例對(duì)公式進(jìn)行驗(yàn)算。
因其基本技術(shù)參數(shù)為車輪外傾角α0＝1°(結(jié)構(gòu)外傾角)；主銷內(nèi)傾角β0＝7.5°(結(jié)構(gòu)內(nèi)傾角)；主銷后傾角γ＝1.5°。
∴φ＝90°+α0+β0＝98.5°根據(jù)前面的推導(dǎo)公式，可得d=1-(cosβ0·cosγ)2=0.133081347]]>sinh＝sinβ0/d＝0.980800053，h＝78.75433943°而cosω＝-d·sin(h+θ) μ＝φ-ωs=(cosγ·cosβ0)2-sin(2·β0)·sinγ·sin(2·θ)/2+(sinγ·cosβ0·cosθ)2]]>cosΩ＝d·cos(h+θ)/ssinα＝sinμ·sinΩsin∠NOM′＝sinμ·cosΩ/cosaδ＝θ+∠NOM′(1)當(dāng)θ＝0°時(shí)∵cosω＝-0.130526192、ω＝97.5°、μ＝1°s＝0.991444861、cosΩ＝0.026176944、Ω＝88.5°sinα0＝0.017446425、α0＝0.99965729°
sin∠NOM′＝0.00045692、∠NOM′＝0.026179604°δ0＝θ+∠NOM′＝0.026179604°∴om0＝0.999847695·i+0.0004569·j-0.017446425·k同理(2)當(dāng)θ＝20°時(shí)∵α1＝0.94173407°、δ1＝19.98073294°∴om1＝0.939680636·i+0.341657974·j-0.01643562·k(3)當(dāng)θ＝-20°時(shí)∵α2＝1.96208511°、δ2＝-19.86314839°∴om2＝0.939955441·i-0.339575494·j-0.034238152·k∴m0m1＝om0-om1＝0.060167059·i-0.341201074·j-0.001010805·km0m2＝om0-om2＝0.059892254·i+0.340032394·j+0.016791727·k利用公式(I)可得ax＝-0.00538565；ay＝0.00107085；az＝0.04089405利用公式2-3和2-4可得sinβ0＝0.130526206；∴β0＝7.5000008°sinγ＝0.026176987；∴γ＝1.5000023°所以利用這個(gè)方法推導(dǎo)的公式是正確的，其誤差是計(jì)算過(guò)程中的四舍五入造成的。
(二)公式的誤差分析由公式的驗(yàn)算過(guò)程不難發(fā)現(xiàn)，在測(cè)量過(guò)程中，最難實(shí)現(xiàn)的位置就是θ＝0處，更何況汽車前輪本身還存在著前束角。因此，有必要就前輪的前束角與δ和α的測(cè)量誤差對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響進(jìn)行分析。
I、基本上沒(méi)有前束角，即θ＝0的情況。
(1)θ＝0時(shí)，δ0＝0.026179604°、α0＝0.99965729°。
假定此時(shí)為轉(zhuǎn)向節(jié)的起點(diǎn)，即δ0＝0、α0＝0.99965729°，則om0＝0.999847799·i-0.017446425·k；(2)θ＝20°時(shí)，δ01＝19.98073294°、α1＝0.94173407°。
因?yàn)楸景l(fā)的測(cè)量起點(diǎn)是δ0點(diǎn)，所以此時(shí)δ1＝δ01-δ0＝19.95455334°、α1＝0.94173407°，則om1＝0.939836648·i+0.341657974·j-0.01643562·k；(3)θ＝-20°時(shí)，δ02＝-19.86314839°、α2＝1.96208511°。
與(2)所述，δ2＝δ02-δ0＝-19.88932799°、α2＝1.96208511°，則om2＝0.939800184·i-0.340004943·j-0.034238152·k。
∴OA＝-0.00539334873·i-0.001068387·j+0.040919834·k∴sinβ0＝0.130628893，β0＝7.506°，誤差為0.08％sinγ＝0.026100379，γ＝1.496°，誤差為-0.27％。
當(dāng)前輪基本上沒(méi)有前束時(shí)，計(jì)算表明，如果δ和α沒(méi)有測(cè)量誤差，主銷內(nèi)傾角和后傾角的精度非常高。
II、存在前束的情況(1)當(dāng)θ＝0.2°時(shí)，∵δ0＝0.225586651°、a0＝0.994481478°此時(shí)前束角為13′32″(δ0)，假設(shè)此時(shí)為轉(zhuǎn)向節(jié)的起點(diǎn)，即在測(cè)量坐標(biāo)系下，那么δ0＝0°、a0＝0.994481478°則om0＝0.999849371·i-0.017356104·k
(2)當(dāng)θ＝20.2°時(shí)，δ01＝20.18020965°、α1＝0.945856868°此時(shí)δ1＝δ01-δ0＝19.954623°、α1＝0.945856868°則om1＝0.939835119·i+0.341229318·j-0.016507566·k(3)當(dāng)θ＝-19.8°時(shí)，δ02＝-19.66489475°、α2＝1.948316521°此時(shí)δ2＝δ02-δ0＝-19.8904814°、α2＝1.948316521則om2＝0.939801049·i-0.340026652·j-0.033997985·k∴OA＝-0.00539017·i-0.0010497·j+0.040896693·k∴sinβ0＝0.130627312，β0＝7.5058°，誤差為0.08％；sinγ＝0.025658669，γ＝1.4703°，誤差為-1.98％。
當(dāng)前輪存在前束(前束角δ0＝0°13′32″)時(shí)，計(jì)算表明，如果δ和α沒(méi)有測(cè)量誤差，那么主銷內(nèi)傾角的精度非常高，而主銷后傾角的精度在-2％以內(nèi)。
以上計(jì)算是假設(shè)δ0＝0°的情況，即測(cè)量坐標(biāo)系下的計(jì)算結(jié)果。如果測(cè)量出前輪的前束角δ0再利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式，將計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)換到車輛坐標(biāo)系下，其結(jié)果將大為改觀。
因?yàn)樽鴺?biāo)轉(zhuǎn)換公式為tgβ1＝tgβ0×cosδ0-tgγ×sinδ0tgγ1＝tgβ0×sinδ0+tgγ×cosδ0所以當(dāng)δ0＝0.2256時(shí)tgβ1＝tgβ0×sinδ0-tgγ×cosδ0＝0.1316533978∴β1＝7.50005；tgγ1＝tgβ0×sinδ0+tgγ×cosδ0＝0.026185792∴γ1＝1.49999計(jì)算結(jié)果與實(shí)際值非常接近。這說(shuō)明該測(cè)量方法可以消除由于測(cè)量位置而造成的誤差。
III、前束角為13′32″時(shí)，δ和α的測(cè)量誤差對(duì)β0和γ值的影響。
本發(fā)明以下列角度為對(duì)象進(jìn)行分析①δ0＝0、α0＝0.994481478≈0.9945；②δ1＝19.954623≈19.9546、α1＝0.945856868≈0.9459；③δ2＝-19.8904814≈19.8905、α2＝1.948316521≈1.9483。
當(dāng)輪胎外傾角的測(cè)量誤差不大于10″、轉(zhuǎn)角的測(cè)量誤差不大于30″時(shí)。
(1)、δ0＝0、a0≈0.9917°(測(cè)量偏小)；δ1≈19.947°(測(cè)量偏小)、a1≈0.9431(測(cè)量偏小)δ2≈-19.882°(測(cè)量偏小)、a2≈1.9455°時(shí)(測(cè)量偏小)β0＝7.512°，誤差為0.16％；γ＝1.471°，誤差為-1.9％。
坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后，β1＝7.5062；γ1＝1.5007。
(2)、δ0＝0、α0≈0.9917°(測(cè)量偏小)；δ1≈19.955°(測(cè)量偏大)、α1≈0.9459δ2≈-19.89°、a2≈1.9511°(測(cè)量偏大)時(shí)β0＝7.575°、誤差為1％；γ＝1.474°、誤差為-1.71％。
β1＝7.569，誤差為0.9％；γ1＝1.504，誤差為0.27％(3)、δ0＝0、α0≈0.9917°(測(cè)量偏小)；δ1≈19.955°(測(cè)量偏大)、α1≈0.9487(測(cè)量偏大)δ2≈-19.898°(測(cè)量偏大)、α2≈1.9511°(測(cè)量偏大)時(shí)β0＝7.593°、誤差為1.24％；γ＝1.469°、誤差為-2.03％β1＝7.587，誤差為1.16％；γ1＝1.499，誤差為0％(4)、δ0＝0、α0≈0.9973°(測(cè)量偏大)；δ1≈19.9629°(測(cè)量偏大)、α1≈0.9487(測(cè)量偏大)δ2≈-19.898°(測(cè)量偏大)、α2≈1.9511°(測(cè)量偏大)時(shí)
β0＝7.5°、誤差為0.001％；γ＝1.4697°、誤差為-2.02％β1＝7.497°、誤差為-0％；γ＝1.497°、誤差為-0.2％(5)、δ0＝0、α0≈0.9973°(測(cè)量偏大)；δ1≈19.947°(測(cè)量偏小)、α1≈0.9459δ2≈-19.898°(測(cè)量偏大)、α2≈1.9455°(測(cè)量偏小)時(shí)β0＝7.434°、誤差為-0.88％；γ＝1.465°、誤差為-2.32％β1＝7.43°、誤差為-0.93％；γ＝1.494°、誤差為-0.4％通過(guò)以上誤差分析可知當(dāng)前輪存在前束(δ0≠0)時(shí)，只要輪胎外傾角的測(cè)量誤差在10″以內(nèi)、車輪轉(zhuǎn)向角的測(cè)量誤差在30″以內(nèi)，那么主銷內(nèi)傾角的計(jì)算誤差在1.5％以內(nèi)、主銷后傾角的計(jì)算誤差在2.5％以內(nèi)。如果測(cè)量出前輪的前束角，再利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式消除其所帶來(lái)的測(cè)量位置造成的誤差，得到的主銷內(nèi)傾角和主銷后傾角的誤差均在1％左右，完全符合實(shí)際需要。
四、實(shí)際測(cè)量的計(jì)算以上分析可知，在實(shí)際測(cè)量時(shí)，可以把汽車前進(jìn)方向看成δ0＝0的情況。即公式(I)可以簡(jiǎn)化為(II)ax＝-cosα1·sinδ1·(sinα2-sinα0)+cosα2·sinδ2·(sinα1-sinα0)ay＝(cosα0-cosα1·cosδ1)·(sinα2-sinα0)-(cosα0-cosα2·cosδ2)·(sinα1-sinα0)az＝-(cosα0-cosα1·cosδ1)·cosα2·sinδ2+(cosα0-cosα2·cosδ2)·cosα1·sinδ1通過(guò)棗陽(yáng)汽車綜合性能檢測(cè)站，利用水泡式前輪定位儀對(duì)一臺(tái)新的EQ1044G80D3的左前輪的定位參數(shù)進(jìn)行了測(cè)量。具體數(shù)據(jù)如下(1)車輛擺正時(shí)，δ0＝0、外傾角α0＝1°10’；(2)向右轉(zhuǎn)20°，δ1＝20°、外傾角α1＝1°5′；(3)向左轉(zhuǎn)20°，δ2＝-20°、外傾角α2＝2°10′。
測(cè)量的主銷后傾角為r＝1.4166667°誤差為-5.56％；測(cè)量的主銷內(nèi)傾角為β0＝8.166667°誤差為8.89％。
利用推導(dǎo)的公式計(jì)算得ax＝-0.0054687；ay＝0.001139792；az＝0.04137964所以β0＝7.525713432°誤差為0.43％；γ＝1.577799°誤差為5.18％。
顯然利用推導(dǎo)公式得出的結(jié)果要比水泡式前輪定位儀測(cè)量的精確高得多，造成誤差過(guò)大的原因是由于外傾角測(cè)量的精度引的。
以上是以左輪為研究對(duì)象，而在實(shí)際中實(shí)現(xiàn)右前輪的三個(gè)不同位置的測(cè)量方法為(1)保持汽車的前進(jìn)方向，測(cè)量出車輪的外傾角α0，此時(shí)忽略前輪存在的前束角，即δ0＝0；(2)將前輪向左旋轉(zhuǎn)20°，測(cè)量出車輪的外傾角α1，此時(shí)δ1＝20°；(3)將前輪沿前進(jìn)方向向右旋轉(zhuǎn)20°，測(cè)量出前輪的外傾角α2，此時(shí)δ2＝-20°。
將測(cè)量值代入公式(II)就可以得到右前輪的定位參數(shù)。
從以東風(fēng)EQ1044G80D3車型為例，對(duì)測(cè)量方法進(jìn)行計(jì)算分析的情況來(lái)看，可以得出以下結(jié)論(1)本發(fā)明的測(cè)量方法，只需測(cè)量前輪的轉(zhuǎn)向角和外傾角，在實(shí)際中很容易實(shí)現(xiàn)；(2)如果在測(cè)量前輪的轉(zhuǎn)向角和外傾角時(shí)不存在測(cè)量誤差，那么，利用前輪的前束角，對(duì)其進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計(jì)算，得到的前輪定位參數(shù)非常接近實(shí)際值。也就是說(shuō)，該測(cè)量方法可以消除測(cè)量位置引起的誤差；
(3)如果前輪轉(zhuǎn)向角的測(cè)量誤差在30″以內(nèi)、外傾角的測(cè)量誤差在10″以內(nèi)(這很容易做到)，那么，前輪定位參數(shù)的測(cè)量誤差均1.5％以內(nèi)，完全能夠滿足實(shí)際的需要。
本發(fā)明的測(cè)量方法是目前國(guó)內(nèi)、外最先進(jìn)的測(cè)量方法。利用該測(cè)量方法設(shè)計(jì)的前輪定位儀，不僅能夠精確地測(cè)量前輪定位參數(shù)，而且還可以用來(lái)診斷前橋和大梁是否彎曲變形。同時(shí)，從測(cè)量原理來(lái)看，它還可以運(yùn)用于其他領(lǐng)域，如測(cè)量石油鉆井鉆頭的垂直度、任何一個(gè)豎直物件的垂直度控制等。
權(quán)利要求
1.一種汽車前輪定位參數(shù)的測(cè)量方法，其特征是首先確定車輛坐標(biāo)系選原點(diǎn)為主銷和轉(zhuǎn)向節(jié)軸線的交點(diǎn)，X軸與前軸平行，Y軸與汽車前進(jìn)方向一致，Z軸為垂直方向，β為主銷內(nèi)傾角，β0為主銷結(jié)構(gòu)內(nèi)傾角，γ為主銷后傾角，δ為汽車前輪的轉(zhuǎn)向角，α為輪胎的外傾角；然后測(cè)量出三個(gè)任意位置的δ和α值a).汽車的前進(jìn)方向，設(shè)此時(shí)前輪的轉(zhuǎn)角為δ0，測(cè)量此時(shí)的外傾角α0；b).將前輪向右轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度δ01，測(cè)量此時(shí)的外傾角α1，δ1＝δ01+δ0；c).將前輪向左轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度δ02，δ02≥2×δ1，測(cè)量此時(shí)的外傾角α2，δ2＝δ1-δ02；將測(cè)量出的數(shù)據(jù)代入下列公式，求算出ax、ay、az的值，ax＝(cosa0·sinδ0-cosa1·sinδ1)·(sina2-sina0)-(cosa0·sinδ0-cosa2·sinδ2)·(sina1-sina0)，ay＝(cosa0·cosδ0-cosa1·cosδ1)·(sina2-sina0)-(cosa0·cosδ0-cosa2·cosδ2)·(sina1-sina0)，az＝(cosa0·cosδ0-cosa1·cosδ1)(cosa0·sinδ0-cosa2·sinδ2)-(cosa0·cosδ0-cosa2·cosδ2)(cosa0·sinδ0-cosa1·sinδ1)；將ax、ay、az的值代入下列公式中求算出汽車前輪定位參數(shù)主銷結(jié)構(gòu)內(nèi)傾角β0和主銷后傾角γ的值，sinβ0=-ax/ax2+ay2+az2,]]>sinγ=ay/(cosβ0·ax2+ay2+az2),]]>由tgβ＝tgβ0/cosγ，求出主銷內(nèi)傾角β。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種汽車前輪定位參數(shù)的測(cè)量方法。一種汽車前輪定位參數(shù)的測(cè)量方法，其特征是選原點(diǎn)為主銷和轉(zhuǎn)向節(jié)軸線的交點(diǎn)，然后測(cè)量出三個(gè)任意位置的δ和α值a)。汽車的前進(jìn)方向的前輪的轉(zhuǎn)角為δ
文檔編號(hào)G01M17/00GK1645048SQ200510018228
公開(kāi)日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2005年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月31日
發(fā)明者劉鄂湘, 彭源 申請(qǐng)人:劉鄂湘, 彭源