便攜式汽車車輪轉向角電子測試儀的制作及測試

吳暉彤，蔣曉琴，陳建明，王思霞，卜軍偉

（四川交通職業技術學院汽車工程系，四川 成都611130）

1 汽車車輪轉向角的概念

汽車車輪轉向角是指車輪在轉向時，輪胎的中心線與車輪在直行位置時輪胎中心線之間的夾角。車輪轉向時，首先路面會對汽車產生附加的阻力，其次當左、右車輪以完全相同的轉角轉向時，其轉彎半徑也是完全相同的，這就導致每個車輪將繞不同的轉向中心轉動，車輪將產生側滑，輪胎將有不正常的磨損。為了避免車輪輪胎的不正常磨損，轉向時左、右兩個車輪做純滾動就是必然的，這時要求所有的車輪轉向時都圍繞一個轉向中心，故左、右車輪的轉向角就不會相等，從設計上汽車左、右車輪轉向角滿足阿克曼轉角的理論關系時，所有車輪將做無側滑的純滾動。根據《汽車轉向系基本要求》（GB 17675—1999） 和《機動車運行安全技術條件》（GB 7258—2012）的相關要求，當汽車前行向左或向右轉彎時，轉向盤向左向右的回轉角和轉向力不得有顯著差異，根據阿克曼原理，轉向系統形狀的幾何特性，車輪轉向時內側輪轉過的角度大于外側輪轉過的角度，當加大轉向角時，內、外輪轉向角之間的差值也會加大。

2 左、右車輪轉向角測試的意義

左、右車輪轉向角之間的關系要滿足讓所有的車輪做純滾動，轉向系統的轉向裝置的幾何位置關系要符合阿克曼原理。當車輛遭遇到如車禍、碰撞、不正確修理等的外在因素，轉向裝置就會遭到破壞，轉向裝置的幾何位置關系就不符合阿克曼原理，于是車輛就會出現一些異常，如車輪磨損明顯，低速行駛輪胎發出噪音等。轉向裝置幾何位置關系的破壞肉眼是無法觀察到的，這時需要用測試設備來加以檢測，即用測試設備測試遭破壞的車輛的左、右輪的轉向角，以及左、右輪轉向角的差值，就會發現這些參數不符合阿克曼角的變化規律。通過測試左、右車輪轉向角，以及它們的差值，繪制變化規律曲線，分析這一變化規律，即可判斷出車輛是否受損。

3 車輪轉向角測試現狀

目前測試車輪轉向角的一種設備為指針式的轉盤。這一轉盤是和四輪定位儀成套的設備，該設備主要用于檢查轉向輪的最大轉向角度，當然也可以測試轉向輪的轉角，但是用該設備測試左、右輪的轉向角精度較差，準確性不高，且測試中要舉升汽車，用到舉升設備，因此在不具備舉升條件的地方用轉盤測試左、右車輪轉向角就較為困難。鑒于以上原因，研制一種精確度高、便于攜帶、讀數方便的測試設備十分必要。

4 電子測試儀的開發與制作

4.1 便攜式汽車車輪轉向角電子測試儀的組成與原理

電子測試儀由機械和電子控制兩部分組成。其中機械部分的元件有夾具、連桿、帶大齒輪的連桿、小齒輪、機座等；電子控制部分有編碼器、微控制器、控制按鈕、顯示面板、電源模塊等。

該系統的工作原理為：將夾具水平夾持在車輪輪胎上，隨車輪的旋轉而旋轉，連桿一端與夾具相連，連桿的另外一端與帶有大齒輪的桿件相連，大齒輪與小齒輪嚙合，小齒輪與編碼器同軸旋轉，按照一定的傳動比，大齒輪將車輪旋轉的角度轉換為小齒輪旋轉的角度，編碼器獲得小齒輪同樣的旋轉角度，將此角度傳遞給微控制器，微控制器接收到編碼器輸入的角度信息，將此角度信息根據大小齒輪的傳動比計算出車輪相應轉過的角度，將此角度顯示在顯示屏上，并將左、右輪的轉角差值顯示出來。

4.2 系統開發

硬件模塊設計分布見圖1。

圖1 硬件模塊設計分布圖

系統的軟件設計流程見圖2。

圖2 系統的軟件流程圖

（1）開機：接通電源。

（2）系統初始化：包括顯示模塊初始化、編碼器數據采集初始化、按鍵處理模塊初始化。

（3）數據顯示：當編碼器采集到數據之后輸送給微控制器進行數據處理，微控制器進行角度顯示。

（4）檢測按鍵操作：判斷是否有按鍵按下，包括復位按鍵、置零按鍵是否按下，此信息輸送入微處理器進行判斷處理。

4.3 測試設備測試和數據分析步驟

將該測試設備安裝在汽車上，測試轉向角度數據，測試過程如下。

（1）準備測試的車輛：測試的車輛有凱越1.8L、賽歐。

（2）檢測車輛：保證車輛完好，沒有受損，調整好車輛的前束值在規定范圍內。

（3）安裝設備：將夾具正確地安裝在車輪上，同時連接好連桿、齒輪等機械裝置，將微控制器、編碼器、電源、顯示器等正確安裝到位。

（4）記錄數據、繪制圖形。

5 試驗檢驗

5.1 凱越1.8L轎車試驗數據

測試前的檢查：該轎車每個輪胎的氣壓達到該車的標準氣壓，做車輛定位參數的校準，達到規定的參數標準，確認該車沒有出現過碰擦、車禍等。

記錄凱越1.8L 轎車車輪左轉、右轉時左、右輪的轉角數據如表1所示。

表1 凱越1.8L轎車車輪左轉、右轉轉角數據表

表1 （續）

根據表1數據繪制曲線走向圖。凱越1.8L轎車左轉、右轉向數據統計曲線分別如圖3、圖4所示。

圖3 凱越1.8L轎車左轉向數據統計曲線圖

圖4 凱越1.8L轎車右轉向數據統計曲線圖

凱越1.8L 轎車左轉、右轉向數據統計曲線的變化趨勢分析表明：左、右轉向，兩側車輪的轉角有差異，保證純滾動，外側車輪的轉角小于內側車輪的轉角；內、外轉角差隨轉角的增大，差值呈上升趨勢。

圖3、圖4 曲線變化趨勢顯示，內輪轉角大于外輪轉角，測試的凱越1.8L 轎車的轉向梯形沒有受到外力的破壞，車輪的偏轉角大體上接近于阿克曼理論所呈現的轉向角的變化規律。

5.2 賽歐轎車試驗測試數據

按照上述相同的方式，記錄賽歐車的車輪左、右轉向時左、右車輪的轉向角及角度差，如表2所示。

表2 賽歐轎車車輪左轉、右轉轉角數據表

根據表2數據作出曲線趨勢走向圖。賽歐轎車車輪左轉、右轉角度數據統計曲線分別如圖5、圖6所示。。

圖5 賽歐轎車左轉向數據統計曲線圖

圖6 賽歐轎車右轉向數據統計曲線圖

賽歐轎車左轉、右轉向數據統計曲線的變化趨勢分析表明：左、右轉向兩側車輪的轉角有差異，不相等，外側車輪的轉向角小于內側車輪的轉向角，保證車輛的純滾動，內、外轉角差隨轉角的增大，差值呈上升趨勢。

圖5、圖6 曲線變化趨勢顯示，內輪轉角大于外輪轉角，測試的賽歐轎車的轉向梯形沒有受到外力的破壞，車輪的偏轉角大體上接近于阿克曼原理所呈現的轉向角的變化規律。

6 結論

便攜式汽車車輪轉向角電子測試儀能夠在汽車不被舉升的情況下，通過夾具、連桿、大小齒輪、編碼器將車輪的轉角信息傳遞給微控制器，微控制器經過處理將左、右車輪的轉角顯示在顯示屏上，測試者可根據顯示器顯示的數據繪制變化規律曲線，并分析變化規律曲線是否符合阿克曼原理所呈現的轉角變化規律，從而判斷該車是否有被損壞的跡象，為維修和進一步的檢測提供數據和依據。

[1] GB 17675—1999，汽車轉向系基本要求[S].

[2] GB 7258—2012，機動車運行安全技術條件[S].

[3] 李朝暉，楊新樺.汽車新技術[M].重慶：重慶大學出版社，2010.

[4] 顏伏伍.汽車發動機原理[M].北京：人民交通出版社，2007.

[5] 湯姆·登頓.汽車電氣與電子控制系統[M].北京：機械工業出版社，2008.

[6] 紀光蘭，戈秀龍.汽車電器設備構造與維修[M].北京：機械工業出版社，2010.