四轮定位检测原理论文

作为一种测量仪器,四轮定位仪在汽车维修行业中正逐渐凸显出其重要性,成为了维修中必不可少的维修设备之一.车轮的主销后倾角、主销内倾角、车轮外倾角、车轮前束等参数对于维持汽车的正常运行和驾驶、转向操作具有深远的意义,保证汽车四轮定位的精确度,除了维持行使安全之外,还可以改善驾驶中的舒适感,降低油耗的同时,提升汽车轮胎使用寿命,降低磨损.因此本文重点阐述汽车转向轮定位的实践操作流程和正确使用四轮定位仪的方法以及在教学中要特别的注意事项.

四轮定位仪简介 当前担当车轮定位检测的仪器大部分为“四轮定位仪”，检测时四轮定位仪先测量出汽车现时的四轮定位参数，然后由计算机自动与相应车型的存储值对比，对汽车四轮定位算出偏差值，维修人员按照定位仪的提示进行修正就可以恢复原状了。现代高档四轮定位仪由软件系统和硬件系统两部分组成： 软件系统主要包括：客户信息管理数据库；国内外各类汽车生产厂、年代、及型号的原始定位参数；车辆预检查及其定位故障诊断；标定调校程序等，程序运算、执行、数据存储和输出通过高档计算机、CD-ROM及打印设备完成。 硬件系统除了计算机及外设，主要还包括：车轮倾角检测用的传感器和配套安装夹具，调整标定设备、光学传感器、遥控操作器等。 对于不同四轮定位设备，起关键性作用的是测量传感器是否精确，软件功能是否完善，至于外观、体积以及是否有无线通讯功能都不是关键所在，毕竟汽车驾驶者所需要的是将汽车的安全与良好的运行状态。 下面我们重点针对汽车车轮各定位角度的定义及作用，以及主要选用的倾角产品作一介绍。 汽车车轮各倾角定义及作用 现代轿车普遍都是采用前后独立悬挂，四轮定位仪检测的主要参数为车轮外倾角、主销后倾角、主销内倾角及前束等参数。 1、车轮外倾角 车轮外倾角是指车轮中心平面与汽车垂直平面的夹角，如图1所示。当车轮顶部向汽车外部倾斜时角度为正，反之为负。车轮外倾角主要作用是使车轮与地面的动态承载中心得到合理的分配，从而达到提高机械零件的使用寿命，减少轮胎的磨损等效果。若车轮外倾角不正确，轮胎会出现异常的磨损，汽车在行驶时也会发生偏驶的现象。 2、主销后倾角 主销后倾角是指悬架上球头或支柱顶端与下球头的连线（称为主销，汽车在转向时车轮绕其旋转）与铅垂线，且从汽车的侧面观察的夹角（如图2）。上球头在铅垂线的后方为正，反之为负。主销后倾角的主要作用是当汽车行驶时转向轮形成可自动的回正力矩，使汽车保持直线行驶。因此主销后倾角会影响汽车转向稳定性和方向盘的自动回正作用。 3、主销内倾角 主销内倾角是指悬架上球头或支柱顶端与下球头的连线与铅垂线，且从汽车的正面观察的夹角。上球头向内为正，反之为负。合理的主销内倾角可使汽车转向行驶时转向轻便，减少路面通过转向轮传导到转向盘的冲击力，同时也具有一定的自动回正作用。主销内倾是指主销装在前轴略向内倾斜的角度，它的作用是使前轮自动回正。角度越大前轮自动回正的作用就越强烈，但转向时也越费力，轮胎磨损增大；反之，角度越小前轮自动回正的作用就越弱，因此这个主销内倾角都有一个范围，约5°~8°之间。 4、前束角 前束是汽车修理工非常熟悉的工作，汽车修理都要校对车轮前束。所谓前束是指两轮之间的后距离数值与前距离数值之差，也指前轮中心线与纵向中心线的夹角（如图3）。前轮前束的作用是保证汽车的行驶性能，减少轮胎的磨损。前轮在滚动时，其惯性力会自然将轮胎向内偏斜，如果前束适当，轮胎滚动时的偏斜方向就会抵消，轮胎内外侧磨损的现象会减少。不同的汽车前束调校值是不一样的。前轮前束可通过转向横拉杆长度来调整，汽车说明书都会有详细的说明。 倾角传感器在四轮定位测量系统中的应用 1、四轮定位仪对倾角传感器安装要求 四轮定位测量系统对于以上几种倾角的测量，除前束角一般通过转盘或转角传感器实现，其他角度一般采用倾角传感器。倾角传感器固定在四轮定位仪安装底版上，再通过夹具安装在汽车的车轮上。 由于汽车结构的原因，汽车车轮定位角中的倾角测量分为直接测量和间接测量两种。从车轮倾角的定义中可知车轮外倾角测量可以直接利用倾角传感器测得其值，而主销内倾角和主销后倾角则不然，由于主销是安装在车轮的内侧，一般不能直接通过倾角传感器来测量。测量方法是通过以一定角度转动车轮，测得车轮绕主销摆动曲面的法线变化率来间接反映主销倾角值。因此测量主销倾角的过程是一动态测量过程，对传感器也相应提出了动态响应的问题。一般来说，这个动态变化的速度取决于测量时操作者转动方向盘的角速度。据笔者统计，正常操作时此角速度在5°/min，反映到主销倾角上约°/min。除此之外，车轮倾角的测量范围应在以±15°左右。通过调查当今在用的车型，倾角的调整偏差值 一般在5¢左右，如：上海大众PASSAT B5前轮外倾角值为-0°35¢至±0°25¢。因此可知传感器的测量分辨率应小于等于5¢。 根据以上具体要求 ，我们介绍两种倾角产品。 2、单轴倾角产品 AccuStar®电子倾角传感器为美国Schaevitz®Sensor公司专利技术产品，其核心部分是一个已获专利、基于电容原理且无可动部件的敏感器件，经电子线路转换可输出一个与倾斜角度成正比的信号，敏感部件和低功耗的CMOS电路均封装在坚硬的塑料安装外壳内。其具有精度高、体积小、抗干扰等特点，并具有比率、模拟、串行和数字脉宽等输出形式，方便用户的信号处理。同时在安装形式上可选择水平安装或垂直安装（如图4）。 图5所示为 AccuStar®-1的工作原理：其设计是将公共电容极板固定于两块精加工的镀锌密封壳体内，并将电容极板刻蚀成相似的两部分（如图5中C1、C2），加上聚四氟乙烯涂层，在密封腔体内充入电介液及惰性气体，也以聚四氟乙烯涂层隔离。当传感器在零位时，C1、C2两部分液体浸没面积相同（如图5a所示），既可得到平衡电容输出；当传感器灵敏轴产生一定角度偏差，C1、C2两部分液体浸没面积也发生偏差（如图5b所示），产生差动电容输出，将输出信号进行比较处理，即可得到角度输出。 AccuStar®-1的主要技术参数参见表1。 表1 AccuStar®-1主要技术参数 参数 AccuStar®-1 总量程 线性量程 分辨率 线性 零点重复性 频率响应（-3dB） 温度范围 EMC防护 防潮 价格 ±60° ±45° ° ±1% ±° -30~65℃ 有认证 可防潮 适中 3、双轴倾角产品 AccuStar®-11/DAS-20双轴倾角传感器是将两个单轴产品相结合，其也采用电容原理和独特的拱形结构（其结构如图6），可提供与X、Y轴呈线性的输出信号，同时输出比率和脉宽两种输出形式。 其工作原理是由两个相隔仅3mm密封焊接的拱状板构成，拱状板分为大小、形状相等的四块。下层的聚酯塑料拱状板作为一个公共端，将高绝缘常数的液体密封入拱形板夹层内，并形成约占1/4空间的气泡位于正中央，当倾斜时，气泡从一侧移到另一侧，各极板被电介质浸没面积发生变化，导致电容值变化，即输出与角度呈线性的电信号。信号处理部分选用低功耗的CMOS电子线路，可将电信号转换为与X、Y轴呈线性的标准输出信号。 AccuStar®-11的主要技术参数参见表2。 表2 AccuStar®-11主要技术参数 参数 AccuStar®-11 总量程 线性量程 分辨率 线性 零点重复性 频率响应（-3dB） 温度范围 EMC防护 防潮 价格 ±20° ±15° ° ± ±° -20 ~ 65℃ 未认证 不防潮 低 五、结束语 我们在上面介绍的两类产品在性能、价格等方面有一定差别，四轮定位仪生产厂家可根据所生产产品系列标准、完成功能及成本几方面综合考虑进行选择。 目前，AccuStar-1、11系列倾角传感器经山东、江苏、辽宁、浙江、广东等地汽保设备生产企业测试、选型后，已批量配套选用并投放市场，经几年的市场应用检验和用户反馈看，应用该产品的四轮定位仪从性能价格比上已超过国外同类产品的水平，同时结束了我国汽保设备四轮定位仪长期依靠进口的局面。

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主销后倾角： 从侧面看车轮，转向主销(车轮转向时的旋转中心)向后倾倒，称为主销后倾角。设置主销后倾角后，主销中心线的接地点与车轮中心的地面投影点之间产生距离(称作主销纵倾移距，与自行车的前轮叉梁向后倾斜的原理相同)，使车轮的接地点位于转向主销延长线的后端，车轮就靠行驶中的滚动阻力被向后拉，使车轮的方向自然朝向行驶方向。设定很大的主销后倾角可提高直线行驶性能，同时主销纵倾移距也增大。主销纵倾移距过大，会使转向盘沉重，而且由于路面干扰而加剧车轮的前后颠簸。 主销内倾角： 从车前后方向看轮胎时，主销轴向车身内侧倾斜，该角度称为主销内倾角。当车轮以主销为中心回转时，车轮的最低点将陷入路面以下，但实际上车轮下边缘不可能陷入路面以下，而是将转向车轮连同整个汽车前部向上抬起一个相应的高度，这样汽车本身的重力有使转向车轮回复到原来中间位置的效应，因而方向盘复位容易。 此外，主销内倾角还使得主销轴线与路面交点到车轮中心平面与地面交线的距离减小，从而减小转向时驾驶员加在方向盘上的力，使转向操纵轻便，同时也可减少从转向轮传到方向盘上的冲击力。但主销内倾角也不宜过大，否则加速了轮胎的磨损。 前轮外倾： 从前后方向看车轮时，轮胎并非垂直安装，而是稍微倾倒呈现“八”字形张开，称为负外倾，而朝反方向张开时称正外倾。使用斜线轮胎的鼎盛时期，由于使轮胎倾斜触地便于方向盘的操作，所以外倾角设得比较大。现在汽车一般将外倾角设定得很小，接近垂直。汽车装用扁平子午线轮胎不断普及，由于子午线轮胎的特性(轮胎花纹刚性大，外胎面宽)，若设定大外倾角会使轮胎磨偏，降低轮胎摩擦力。还由于助力转向机构的不断使用，也使外倾角不断缩小。尽管如此，设定少许的外倾角可对车轴上的车轮轴承施加适当的横推力。 前轮前束： 脚尖向内，所谓“内八字脚”的意思，指的是左右前轮分别向内。采用这种结构目的是修正上述前轮外倾角引起的车轮向外侧转动。如前所述，由于有外倾，方向盘操作变得容易。另一方面，由于车轮倾斜，左右前轮分别向外侧转动，为了修正这个问题，如果左右两轮带有向内的角度，则正负为零，左右两轮可保持直线行进，减少轮胎磨损。 上述的四种定位值都是前轮定位的指标。后轮定位值与前轮定位值相似，但大多数轿车的后轮定位不可调。 做四轮定位的要求是什么? 答：如果你的车辆说明书里建议的数据与四轮定位仪电脑里的数据是相同的就是通用的。一般来说，在下列情况需要做四轮定位。 1、 更换新胎或发生碰撞事故维修后； 2、 前后轮胎单侧偏磨； 3、 驾驶时方向盘过重或飘浮发抖； 4、 直行时汽车向左或向右跑偏； 5、 虽无以上状况，但出于维护目的，建议新车在驾驶3个月后，以后半年或一万公里一次。 四轮定位是汽车维修保养必需的工作内容之一。除非在做四轮定位之前存在与它相关的明显问题，例如直行稳定性差等，在四轮定位后您能马上感觉的到，否则凭感觉您很难判断做的好不好。由于目前汽修行业的良莠不齐，维修质量相差很大，所以建议您尽量到较好的维修企业维修以保证四轮定位的质量，确保行车安全。 它的好处有： 1.增强驾驶舒适感； 2.减少汽油消耗； 3.增加轮胎使用寿命 4.保证车辆的直行稳定性； 5.降低底盘悬挂配件的磨损； 6.增强行驶安全 四轮定位的选购知识 目前，国内市场上，四轮定位设备品牌、种类繁多。由于其技术含量相对较高，许多用户对其技术性能、测量原理不甚了解，面对厂商五花八门、天花乱坠的产品介绍，在选购设备时往往无所适从。下面就主要的几个方面提供一些参考建议： 1、性能价格比：目前不同品牌四轮定位的价格相差极其悬殊。由于国家对四轮定位产品的生产暂时无相应的法规出台，国内产品鱼龙混杂，例如有些品牌设备虽然配备电脑，但是电脑仅仅用着车型资料的管理作用，传感器未与电脑连接，传感器的数据不能在电脑上显示，用户购买后大呼上当。有些设备打作进口的旗号欺用户，有些设备偷工减料；有些厂商采用进口低档传感器进行简单拼装，自己缺乏对传感器的维修技术，使用户设备故障不能得到及时有效的排除：普及型定位设备最便宜的两三万多元就能买到，昂贵的设备（一般地说都是进口设备）则要十几万、甚至几十万。一般来说，一分价钱一分货。但是在进口设备由于存在关税、代理商层层加价等因素，价格回显得相对较高。不同品牌设备由于其采用技术的先进性、生产工艺、配置等不同，成本不同，因此市场销售价格也不同。从技术上，用户可从以下几个方面鉴别设备的技术性能： A、 是否采用DSP技术？ DSP即数字信号处理器（Digital Signal Processor）是对数字信号以后进行高速实时处理的专用处理器，其处理速度比最快的CPU还快10-50倍。早期的DSP主要用于军工产品，后来随着大规模集成电路的不断发展及成本的不断降低才逐渐应用到民用产品上。由于DSP具有强大的计算能力，在传感器中采用DSP后不仅提高了数据的测量速度、测量精度，测量的抗干扰能力大大提高。采用DSP的四轮定位产品具有以下特点： 1、前束测量抗光线干扰能力强：在采用光线测量的四轮定位仪中普遍采用红外线或激光收发传感器来测量车辆的前束数据。由于太阳光或普通灯源中存在有与测量光线波长相同的成分，因此采用光线测量的数据会受此影响，从而偏离正确的测量结果。为此，有些定位设备中采用滤光镜来减少外界光线的影响，但是却无法彻底消除外界光线的影响。这就是为什么在太阳光照射的环境下，许多四轮定位仪进行测量时需要拉上窗帘的原因。但是，如果在晚上或其它光线比较微弱的环境下，用窗帘来遮挡外界光线就难以奏效了。 如果采用DSP技术对测量光线线进行调制，经过调制后的红外线与太阳光、或其它光源中的光线具有不同的特征，在接收时把经过调制后的测量光线解调过滤出来，如此就可保证测量结果不受其它光线的干扰。 DSP用DSP技术设备成本较高，技术先进其售价相对较高 B、 是否采用电子水平？ 为了达到设计的测量精度，普及型的四轮定位仪在测量过程中必须保证四个测头一直同时处于水平状态。任意测头的不水平状态都有可能造成错误的测量结果。对于采用水泡式指示的四轮定位仪，操作员必须十分小心注意每个测头是否处于水平状态，如此既分散了操作人员的精力，又难免防止误测量。如果在四个测头上都装上电子水平仪，传感器测头的水平状态数据及时传送到电脑上，由电脑来监控各个传感器测头的水平数据，在某个测头不水平时及时提示操作员，这样一来不仅减轻操作员的工作强度，还容易避免误测量操作。在进口设备中，美国的Hunter 和德国的Bossh的定位设备中均采用了电子水平，它们的价格也较为昂贵。 C、 是否采用电子转盘？ 定位参数中，主销后倾角和主销内倾角是不能直接测量的，只能采用建立在几何关系上的间接测量：在前轮左右各转20度，分别测量其外倾角、后倾角，再根据一定的函数关系计算出主销后倾角和主销内倾角。因此主销后倾角和主销内倾角的测量和转向角测量密切相关。转向角当转向角为20度和度时，所检测的主销角度结果相对误差为，远远超出了检测精度规定的要求。可见，转盘误差对检测结果有着巨大的影响。所以，即将出台的国家行业标准规定：在2005年四轮定位仪必须采用电子转角盘。另外电子转角盘的使用极大提高了测量过程的自动化程度，缩短了测量时间。国外的高档四轮定位仪均采用电子转盘。 D、 数据通信方式是红外线还是无线电？ E、 传输技术：无线电通信设备比红外线传输设备成本高；8前束系统比6前束测量系统高，电子水平比水泡式水平 F、 测量精度： G、 测量重复性 H、 测量反应速度 另外，如设备的稳定性、重复性、故障率、维修价格等也是相当重要的因素，但这些信息很难从厂商得当正确客观的信息，需要用户从侧面的途径取得。 2、 售后服务： 在汽车检测维修产品中，四轮定位仪的售后服务具有更重要的意义，售后服务内容更为丰富复杂。由于其价格比较昂贵，在设备出现故障后，必须提供及时的维修服务。由于其技术含量较高，只有那些具有技术开发实力的厂商才能提供低价高质量的维修服务。对于无技术能力的厂商往往采用换传感器测头、换主控制板等更换大件的方式对客户设备进行维修，不仅维修成本高，使用户不堪忍受，在时间上也往往不能及时。 四轮定位设备使用操作较为复杂，要求厂商能提供优质操作培训服务。对于那些汽车底盘不甚熟悉的用户，厂商还必须具有汽车定位故障调的能力。 另外，由于新车型的不断出现，还要求厂商能对车型定位数据能及时升级。 +

3、在世界上我们只活一次，所以应该爱惜光阴。必须过真实的生活，过有价值的生活。——巴甫洛夫 4、一寸光阴一寸金，寸金难买寸光阴。 5、一万年太久，只争朝夕。 ——毛泽东 6、不管饕餮的时间怎样吞噬着一切，我们要在这一息尚存的时候，努力博取我们的声誉，使时间的镰刀不能伤害我们。 ——莎士比亚 7、不要老叹息过去，它是不再回来的；要明智地改善现在。要以不忧不惧的坚决意志投入扑朔迷离的未来。 ——朗费罗 8、不要为已消尽之年华叹息，必须正视匆匆溜走的时光。 ——布莱希特 9、当许多人在一条路上徘徊不前时，他们不得不让开一条大路，让那珍惜时间的人赶到他们的前面去。 ——苏格拉底 10、 敢于浪费哪怕一个钟头时间的人，说明他还不懂得珍惜生命的全部价值。 ——达尔文 11、成功＝艰苦劳动＋正确的方法＋少说空话。 －－爱因斯坦 12、放弃时间的人，时间也放弃他。——莎士比亚 13、没有方法能使时钏为我敲已过去了的钟点。 ——拜 伦 14、人的全部本领无非是耐心和时间的混合物。 ——巴尔扎克 15、任何节约归根到底是时间的节约。——马克思 16、时间就是能力等等发展的地盘。——马克思 17、时间是世界上一切成就的土壤。时间给空想者痛苦，给创造者幸福。——麦金西 18、时间是伟大的导师。——伯 克 19、时间是一个伟大的作者，它会给每个人写出完美的结局来。——卓别林 20、时间最不偏私，给任何人都是二十四小时；时间也是偏私，给任何人都不是二十四小时。——赫胥黎 21、忘掉今天的人将被明天忘掉。——歌 德 22、辛勤的蜜蜂永没有时间的悲哀。——布莱克 23、在所有的批评中，最伟大、最正确、最天才的是时间。 ——别林斯基 24、从不浪费时间的人，没有工夫抱怨时间不够。 ——杰弗逊 25、时间是我的财产，我的田亩是时间。——歌德 26、合理安排时间，就等于节约时间。 ——培根 27、春光不自留，莫怪东风恶。 ——莎士比亚 28、抛弃今天的人，不会有明天；而昨天，不过是行去流水。 ——约翰· 洛克 29、抛弃时间的人，时间也抛弃他。——莎士比亚 30、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 31、利用时间是一个极其高级的规律。——恩格斯 32、合理安排时间，就等于节约时间。 ——培根 33、今天所做之事勿候明天，自己所做之事勿候他人。——歌德 34、今天应做的事没有做，明天再早也是耽误了。 ——裴斯泰洛齐 35、浪费时间是一桩大罪过。 ——卢梭 36、你热爱生命吗？那么别浪费时间，因为时间是组成生命的材料。 ——富兰克林 37、把活着的每一天看作生命的最后一天。 －－海伦·凯勒 38、迁延蹉跎，来日无多，二十丽姝，请来吻我，衰草枯杨，青春易过。 ——莎士比亚. 39、普通人只想到如何度过时间，有才能的人设法利用时间。 ——叔本华 40、黄金时代在我们面前而不在我们背后。 ——美国作家 马克·吐温 41、人生苦短，若虚度年华，则短暂的人生就太长了。 ——英国剧作家 莎士比亚. 42、只要我们能善用时间,就永远不愁时间不够用。 ——德国诗人歌德 43、不管饕餮的时间怎样吞噬着一切，我们要在这一息尚存的时候，努力博取我们的声誉，使时间的镰刀不能伤害我们。 ——莎士比亚 44、不要老叹息过去，它是不再回来的；要明智地改善现在。要以不忧不惧的坚决意志投入扑朔迷离的未来。 ——朗费罗 45、不要为已消尽之年华叹息，必须正视匆匆溜走的时光。——布莱希特 46、敢于浪费哪怕一个钟头时间的人，说明他还不懂得珍惜生命的全部价值。 ——达尔文 47、即将来临的一天，比过去的一年更为悠长。 ——福尔斯特 48、集腋成裘，聚沙成塔。几秒钟虽然不长，却构成永恒长河中的伟大时代。——弗莱彻 49、我们若要生活，就该为自己建造一种充满感受、思索和行动的时钟，用它来代替这个枯燥、单调、以愁闷来扼杀心灵，带有责备意味和冷冷地滴答着的时间。 －－高尔基 50、完成工作的方法是爱惜每一分钟。 －－达尔文 51、即将来临的一天，比过去的一年更为悠长。 ——福尔斯特 52、集腋成裘，聚沙成塔。几秒钟虽然不长，却构成永恒长河中的伟大时代。 ——弗莱彻