四轮定位仪的主要功能原理

牛人

四轮定位仪的主要功能原理汽车测试技术
近年来，随着中国汽车工业的飞速发展，四轮定位仪在汽车维修行业中得到了越来越广泛的应用。它是汽车修理厂维修设备中单台设备价格较贵的几种大型设备之一，其技术含量、技术附加值也相对较高。客户应如何辨别四轮定位仪的质量好坏呢？本文简述了市场上主要四轮定位仪的工作原理及常见问题，提出了规范市场的一点建议，希望能对有关部门及读者有所帮助。
    一、测得准是最重要的指标
    四轮定位仪是一种测量仪器，对于测量仪器来说测得准是最重要的。要让四轮定位仪在维修中物尽其用，必须保证其准确度。
    无论哪一种测量方式，哪一台机器，在同一时间段，对于测量同一台车来说都应只有一个结果，我们称其为一致性。使用同一台机器在同一时间段内多次测量同一台车，也应只有一个结果，我们称其为重复性。一致性和重复性是测量仪器的最重要的指标。
    由于近代汽车工业的迅速发展，特别是高速公路的发展，使汽车速度提高得很快，对汽车行驶系的定位精度也提出了较高的要求。一般要求如下：
前束
±4′
外倾角
±4′
主销后倾角
±4′
    为了测得准，好一些的定位仪都有不同的消除误差的方法。一般常用的有：
    1、钢圈补偿功能（ROC）
    所有的卡具，不论是三点快速卡具还是多功能卡具，与钢圈卡紧后都不可能达到车轮要求的0.05度的装卡精度，为此所有高精度的四轮定位仪都设有钢圈补偿程序。典型的钢圈补偿有二点式补偿、三点式补偿、推车式补偿方式，如图一所示，钢圈与卡具有装卡误差时，在外倾角方向上存在偏差a，轮胎旋转180度存在偏差b，两数相减除以2即可求出误差值。精度较高的四轮定位仪在一次装卡中的精度为0.1至0.3之间，故需要做钢圈补偿，可将误差减小到0.01度以内。

[/url]    2、跑台校准功能
    如图二所示，当举升机存在微小的误差时，有些四轮定位仪有专门的校正程序以消除微小的误差。

     3、校准功能
    4、温度补偿
    5、其他功能
    经过补偿和校准，定位仪应达到上述的测量精度。为了保持四轮定位仪长期准确的可靠性，四轮定位仪需要定期（可分为3个月、6个月和一年不等）校准，根据产品的不同可分为定期回厂校准或自带校准工具校准。
    二、目前国内市场多种四轮定位品牌比较
    从技术上分析，对于外倾角的测量，大都采用专用的测量仪，有电磁式、霍尔式、电容式等等。带有温度补偿和精度较高的价格较贵；而有些不带温度补偿和精度较低的产品，价格相对低一些。大部分厂家都会考虑精度和成本的关系进行取舍，而用户则可以从实测精度、重复性上来进行判断。
    对于束角的测量，目前占市场95%以上的产品不外乎：激光、PSD、CCD、和3D。激光测量方式是一种比较老的技术，实际上是把读尺方式换成用光电元件测出信号，用计算机显示出来。

图三所示是国内常见的激光四轮定位基本测量原理。X为轮距Y为左轮激光偏转后在右轮接收头上产生的零点到激光射入点的距离。左轮偏离为α=arctg y/x

图四：激光二级管测量系统图
    从图四中可以看出，在前左、前右、后左、后右轮横向分别有4个接收器。而纵向则有4把标尺，如图五所示。

图五[url=http://info.auto-m.hc360.com/picnewslist/]
    这是因为这一测量系统的精度很大程度取决于横座标X。而横向轮距一般在1.2m—1.6m，平均值为1.4m。α=arctg y/x的误差在0.1到0.3左右，而在纵向，因轴距相差太大，例如微面在1.2m左右，而奔驰在2.7m左右，角度测不准，所以采用标尺。
    这一测量系统的测量步骤如下：
    1） 读出总前束值
    2） 按出厂数据调整前轮至出厂规定总前束值
    3） 看后轮标尺上，左右侧前轮纵向激光线读数，相加除以2
    4） 将左右前束调整到计算出来的数值。从上面调整步骤可以看出，这一测量系统利用标尺激光系统，前束按照推力线的基准调整，但由于采用目测读尺方式，精度较差，估计在0.5度左右。
   从上我们可以看到激光测量范围窄，无补偿且需要人工计算推力线，其测量精度较低，检测速度也较慢。由于激光产品的对人眼视力有一些损害，所以UL、CE等安全认证很难通过，在北美、欧洲、曰本市场很难见到。目前，只是在中国和东南亚等市场上尚有一些应用。
    PSD是一种光电器件，它是一种非分割型器件，可将光敏面上的光点位置转换成电信号。当一束光射到PSD的光敏面上时，在同一面上的不同电极之间将会有电流通过，这种电压或电流随着光点位置变化而变化的现象就是半导体的横向光电效应。

图六:激光二级管测量系统
    如图六所示，P层为感光面，两边各有一个信号输出电极；I区较厚但具有更高的光电转换效率，更高的灵敏度和响应速度；底层N引出一个公共电极，用来加反偏电压。
    当入射光照射到光敏面上某点时，由于平行于结平面的横向电场的作用，光生载流电子形成向两端电极流动的电流I1和I2，它们的和等于总电流I0。如果PSD的面电阻是均匀的，且其阻值R1和R2远大于负载电阻R1，则R1和R2的值仅取决于入射光的位置，此时有以下关系成立：

（1）
    （1）式中，L1、L2为PSD中点到信号电极间的距离；X为入射点距PSD中点的距离。把I0=I1+I2代入（1）式，经计算得：  

（2）   

（3）
    由（2）和（3）可以看出，当入射光点位置一定时，PSD单个电极输出电流与总电流成正比，即与入射光强成正比（总电流与入射光强成正比）；当入射光强不变时，单个电极的输出电流与入射光点距PSD中心的距离X成线性关系。PSD就是利用此原理来测量前束角度的。
    PSD测量方式测量范围相对比较窄，且受环境光及温度的影响较大，如果有其他的背景光线或反射的、折射的光线射入PSD，那么就会输出不正确的数据；环境温度的微弱变化也会引起PSD输出电流的变化，从而影响系统测量的精度，因此，PSD产品的精度和稳定性较差，需要经常对设备进行校正。美国HUNTER公司、丹麦奥普特公司都曾经采用这一技术，但克服以上问题需增加大量成本，这两家公司在2000年后都推出了CCD方式，停止了PSD方式定位仪生产。但是，由于PSD技术要求不高，结构相对简单，成本低廉，目前，在我国大量韩国机芯仍然采用PSD传感器。这是造成某些定位仪的测量不准，重复性差的主要原因。
    CCD元件为数字元件，应用在四轮定位仪上的CCD一般为线阵结构。几千个相对独立的像敏单元以13-14微米的相邻距离分布在一条直线上。光线照射到像敏单元产生信号电荷，信号电荷在外部脉冲的作用下直接输入传感器的微电脑处理器进行处理，从而准确的计算出入射光的角度以及前束角度。

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    如图七所示，红外灯为点光源。α=arctg y/x，x为焦距，y为CCD零点到光点的距离。CCD元件为数字元件，从左到右40mm长的距离上，排列着两千多个像素。

[url=http://info.auto-m.hc360.com/picnewslist/]
    图八为红外线CCD系统测量图，它是八发射八接收的闭环系统，实时显示车轮数据，测量过程均由计算机处理从而保证测量的高精度，其测量精度在0.05度以内。
    由于CCD上像敏单元分布均匀，其线性度好，因此，这种测量方式的测量精度较高。目前，国外几大知名品牌如：科基、战车、亨特、百世霸RAV等硬件都采用了CCD技术。由于CCD数字技术元件不受电压、温度等变化的影响，使其具有测量精度稳定，软件完善后，可不受外来光线的干扰、成本相对较低等一系列优点。所以，在2001年专利壁垒解除后，国外各大公司在硬件上都采用了这一技术。国内也有少数几个公司采用了这一技术，如北京科基中意汽车技术有限公司的明斯特、珠海战神等。
    3D测量方式的基本测量原理是采用图像识别技术，用CCD数码相机采集装在车轮反光板上的图像信息，以测量出车轮的相对精度，其关键专利是当车辆放在举升机上，人工推动车轮前后移动，此时车轮旋转达半圈左右，反光板上的光点在室间划出一个弧线。CCD摄像头捕捉到这一弧线中的空间各点位置。测算出空间弧线的法线，求出其坐标及角度。3D的优点是取代了传统的装有高精度光学电子装置的传感器，仅用一块反光板做靶标。但繁琐的标定方式、并不太快的测量速度使客户难以接受。同时，美国公司严格的专利保护和对举升机、转角盘等有严格的机械精度要求，造成了其昂贵的价格。
    三、采用蓝牙通讯协议的方式，仅仅是四轮定位仪主机与传感器之间通讯方式的一种
    前一段时间，在各类杂志上蓝牙四轮定位仪广告满天，使许多用户不得其实质。下面简单列举一下各种四轮定位仪主机与传感器之间的通讯方式：电缆通讯方式、红外通讯方式、无线电通讯方式
    1、 433 KHZ 通讯
    2、 2.4 GHZ 通讯：   直接模块，如Ameco ；蓝牙通讯模块，如CSR、NOKIA等
    3、 2.7 GHZ 通讯
    从以上可以看出，蓝牙通讯仅仅是众多通讯方式中的一种，它不是测量方式，并不影响测量精度，也不是衡量一个定位仪优劣的主要指标。
    蓝牙通讯的标志是采用蓝牙通讯协议，硬件上采用蓝牙模块，效果上抗干扰能力较强。而部分做的过关的无线电射频通讯，都可以达到这一指标。
    值得注意的是，据笔者了解，大部分国内的生产厂家，尽管广告中写的是蓝牙四轮定位仪，而实际上多采用上海或哈尔滨等几家公司生产的433khz通讯模块，名不副实。
    四、售后服务与数据升级
    四轮定位仪的服务与拆胎机的售后服务要求不同，而类似于解码器的服务，就是需要数据定期更新升级。与动平衡机相似的地方是要每隔半年或一年进行校准。还有某些新车调整方法，需要厂家定期介绍与培训。
    根据资料显示，美国HUNTER公司的定位仪在美国市场上占有70%的市场份额，每年培训客户达上万人次，这说明定位仪的售后服务是非常重要的。购买一台电脑四轮定位仪，至少要几万元，所以在选择上一定要慎重。既不能贪图便宜，也不可贪大求洋，一定要寻找有技术研发实力，诚信可靠的有很强售后服务队伍的厂家。
    国内目前确实有个别厂家，车型数据看起来似乎很齐全，但是内行人一看，其中有为数不少的数据都是不精确或不准确的，既坑害了厂家，也欺骗了车主，笔者在此建议客户购买时应慎重选择。
    五、规范市场，保护广大用户的权益
    由于四轮定位仪市场尚存一些利润空间，必定引起生产厂商的激烈竞争，难免出现鱼龙混杂、泥沙俱下的现象。为了保护广大用户的权益，规范市场，据笔者所知，交通部公路所和北京、辽宁、四川等地的技术监督部门都做了不少努力，制定了相应的检定规程和技术标准。
    目前所了解的情况是，检定国内四轮定位仪所用的检具，尚存有游隙过大、某些定位仪检具不易安装等问题。笔者建议应尽快改进检具，尽早为广大用户提供精密、简单、实用的检具。
    结束语：
    随着市场经济的发展，购买四轮定位仪的客户在购买设备时应该理智的进行市场调查，绝不能盲目地相信销售人员的生花之嘴。要依靠法律来保护自己的权益，成为理智的消费者。像房地产、装修市场一样，订立严谨的合同，是保护用户、避免上当受骗的重要方法之一。
    笔者建议是否可以由行业主管部门订立专门的合同样本，在技术规格和技术指标等事项上列出较为详细的要求，以供广大厂商和用户在购买四轮定位仪时使用。
ADAMS/car在悬架设计中的应用

汽车底盘技术

BMW

:lol 真不愧是牛人啊，楼主，我们公司用的四轮定位仪的原理就是这样的！

方向盘

非常不错

forever

我是外行，看着觉得比较抽象，请问楼主要能理解需要哪些基础知识？

lzf830

很好.楼主能再介绍一下转毂试验台吗?

kue_645

请问搂主讲的四轮定位仪是那个公式研制生产的？每个汽车公司用的都是一样的吗