一、四轮定位仪

1. 概述

四轮定位仪是一种对整车方向性进行检测调整的设备。车辆经过四轮定位仪检测调整后，在行驶过程中，车轮行走轨迹会在一定范围内保持直线，并具有良好的着地性和操控性，不会出现跑偏现象。这关系到车辆行驶，特别是高速行驶车辆的可控制性和安全性，并会减少轮胎磨损，所以四轮定位检测调整是保证整车生产质量的关键环节。

四轮定位仪一般可以对以下项目进行检测调整。

①前束：测试和调整前束，包括前轮前束、前轮总前束、后轮前束和后轮总前束等。

②外倾：测试和调整车轮外倾角，包括前轮外倾和后轮外倾等。

③主销倾角：由于轿车没有主销，这个主销是虚拟的，可以测试主销后倾角和主销内倾角。

④最大车轮转向角。

⑤推力角：反应整车中轴线和前进方向一致性的参数。

⑥方向盘水平调整。

目前，在汽车总装检测线使用的四轮定位仪，主要测试前后轮的前束、外倾，并计算推力角，同时校正方向盘。在需要时，可以选择测试主销倾角和最大转向角。

2. 四轮定位参数的定义

汽车定位是按以下参照线(图1)为基准来进行定位的。

①     轮中心线：轮胎与地面接触形成的一条直线，垂直于这条线的直线即为车轮中心线。

②车轮接触点：车轮中心线与车轮旋转轴的交点。

③几何轴线(推力线)：后轴总前束的中心线，对于前轮的测量与此轴有关，它同时也是汽车直线行驶的延伸的轴线。后轴的前束是以前面中心对称面为基准测出的。几何轴线由后轴前束决定，也是车辆行驶时的推力线，也是前轮前束的测量基准。

④车辆中心对称面：这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，是后轮前束的测量基准。

3．四轮定位仪的基本测量机构

(1)四轮定位仪测量的分类

四轮定位仪的精度主要取决于测试方法和测试机构，且二者有密切的关联。按照测量结构和测量方式的不同，四轮定位仪大致有以下几种分类。

①接触式测量：使用探头式差动变压器，测量车轮的端面高度变化。

②非接触式线激光传感器：使用线激光加CCD图像分析，测量车轮的端面高度变化。

③3D激光测量单元：采用3D激光、摄像测试技术。

非接触式激光传感器和3D激光测量单元是目前流行的测量方式。

(2)非接触式线激光传感器测量原理

①二传感器形式：两个传感器测量车轮的X、Y方向位置信息。先是在水平位置进行一次检测，然后传感器支架回转90°，再测量Y方向。两次测量的结果作为车辆调整的依据。调整结束后，将再次用同样方法检测车辆轮胎，不合格再次调整，直到合格为止。

②三传感器形式：用三个传感器进行测量，传感器成品字形布置，分别处于钟表9点、12点、3点钟位置。3点、9点传感器用来测量X方向的轮胎位置数据，上面的12点传感器和底下两个的中点连线，用来测量轮胎Y方向的位置数据。

③四传感器(图2)。

(3)D激光测量的原理

①3D激光传感器。图像处理系统根据测量数据进行处理，得出需要的数据(见图3)。

② 轮胎轮廓线基本算法

系统需要根据所得图像得出轮胎轮廓线，方法如下。

首先，测取车轮轮胎轮廓线，激光系统通过发射激光及接收激光的方式，测量车轮轮廓。通过连续的光束，读取并用计算机模拟出车轮轮胎轮廓。这个轮廓包括车轮边沿及车轮本身的毛刺、字迹等“扰动”成分，这是必须处理的。

接着，提取高点附近的计算区段。通过轮胎壁过滤算法(经过过滤平滑处理，以消除轮胎变形、毛刺及字母影响)、轮胎边缘跳动补偿(去掉轮胎边缘及周期性的跳动)等处理方式，提取高点附近的一个区段的十几个点的数据，进行后续运算。

最后，计算最高点，从距离数据上筛选出最高点。

③三线式前束、外倾的基本计算

首先计算前束：假设L是高点到激光头的距离，D是轮胎测试圆直径，Toe是前束，Cam是外倾，“前”、“后”(9点钟、3点钟)指前后激光传感器。那么，每次采集后计算的前束值可用公式表述为：Toe0=arctan[(L前-L后)/D]。

如果方向盘转角θ不为零，则还要根据传动比λ把方向盘对前束的影响折合成一个角度θ0，总前束的计算即：θ0=θ·λ。实际前束为：Toe =Toe0-θ0 =Toe0-θ·λ。

接着计算外倾：假设3、9点钟传感器测量到的轮胎高点连线的中间点平均距离为L。那么，Cam=arctan[2(L下-L上)/D]=arctan{2[(L前 + L后)/2 - L上]/D} 。其中，L下=(L前 + L后)/2。

在工人调整时，整个测量过程是动态的。测量结果可以动态显示在屏幕上，直到操作者调整合格为止。

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