汽车四轮定位测量方法的研究
(长春大学车辆工程学院，吉林 长春 130022)
摘要：文章对汽车四轮定位测量的方法进行了分析，提出了新的测量方法，为生产企业提供了设计参考，对于保证汽车维修质量将起到积极作用。
关键词：四轮定位；测量方法分析；汽车研究
中图分类号：U461 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2009)23—0110—03
1 汽车四轮定位的作用及发展概况
汽车四轮定位的作用是保证汽车的行使和操纵的稳定性，减少汽车轮胎和其他部件的磨损。汽车的车轮、转向节和前轴三者之间的安装具有一定的相对位置，这种具有一定相对位置的安装称为前轮定位。前轮定位包括主销后倾、主销内倾、前轮外倾和前轮前束四个内容。对两个后轮来说也同样存在与后轴之间安装的相对位置，称为后轮定位。后轮定位包括后轮外倾和后轮前束。前轮定位和后轮定位总称四轮定位。检测四轮定位的仪器是四轮定位仪。四轮定位角是评价汽车的操纵性和直线行驶稳定性的重要参数。如果四轮定位不正常，不仅会引起转向沉重，增加驾驶者的劳动强度，汽车的行驶也不稳定，不能保持直线行驶，车轮失去自动回正作用，还会影响汽车操纵稳定性、安全可靠性。同时加剧转向机构和转向轮胎的磨损，使燃油消耗量增加，动力性能下降等。因此，汽车四轮定位的检测及检测值的准确度是非常重要的。
国外对车轮定位检测技术已发展50多年，美国、法国、德国、荷兰及意大利等国就研制了相应的检测诊断设备，经几十年的不断发展至今其自动化程度、精度都有了很大的提高。美国公司在世界范围内取得了三维动态测量的技术专利。我国在这方面的研究起步较晚，只发展了十几年，对其研究开发尚处于探索阶段，推出的产品大都不太成熟。至今能普及使用的精度较高的国产自动化设备比较少，许多厂家是通过购买国外的传感器及软件的方式在国内进行组装生产，多数没有形成自己的知识产权，导致产品质量参差不齐。只有上海一成公司开发出了具有着自主知识产权的创新性产品。该产品采用了与国外三维动态测量产品相同的测量方式，具有相同的测量精度，使用了全新的位移传感动态测量装置及软件，能完成所有3D动态定位测量全过程。
2 四轮定位测量方法分析
汽车四轮定位的测量方法,目前有如下几种。
2.1 激光——二极管阵列方法
图1所示是国内常见的激光四轮定位基本测量原理。由图1可知左轮偏离角为α=arctgy／x 式中：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。
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这一测量系统的测量步骤如下：首先读出总前束值；然后按出厂数据调整前轮至出厂规定总前束值；再看后轮标尺上，左右侧前轮纵向激光线读数，并将左、右两读数相加除以2，然后将左、右前束调整到计算出来的数值。
从上面测量方法可以看出，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，大约在0.5°左右。
2.2 红外CCD束角测量系统
如图3所示：红外灯为点光源。α=arctgy／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，排列着两干多个像素。
2.3 DDS模拟测量系统
DDS也是一种位置传感器，但其测出的信号为模拟量，它的测量原理是接收光信号并转换成与角度相对应的电位信号，再经模数转换变为数字信号传给计算机系统。这种模拟元件的缺点是测量范围窄(±2.5°)，受温飘、电飘影响存在一定误差。若无温飘、电飘影响，则其测量精度取决于软件，检测此类四轮定位仪要着重看它的重复性。
2.4 3D测量系统
3D的基本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，以测量出车轮的各个角度，其关键技术是将车辆放在举升机上，人工推动车轮前后移动，此时车轮旋转达半圈左右，反光板上的光点在空间划出一个弧线。CCD摄像头捕捉到这一弧线中的空间各点位置。测算出空间弧线所代表的车轮转动平面的法线，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。但繁琐的标定方式、并不太快的测量速度和昂贵的价格使客户难以接受。同时对举升机、转角盘等有严格的机械精度的要求。
3 四轮定位测量方法误差分析模型建立
现有四轮定位仪的检定方法主要针对车轮外倾和前束。由于主销是处于空间一般位置角度的假想轴线,无测量基准,主销倾角只能根据空间几何模型推得的近似线性公式间接测量,因此会产生一定的理论误差。以下介绍两种测量误差模型建立及分析。
3.1 不确定度测量误差分析模型
建立数学模型：
从上面结果可知，四轮定位仪的示值重复性对测量结果的影响很小,因此测量结果主要取决于四轮定位仪引起的标准不确定度。
3.2 几何模型测量误差分析
建立以左前轮为参照的主销后倾测量模型如图5所示。xoz面为汽车横平面,xoy面为水平面，yoz面为汽车纵平面。OB为左前轮转向节轴线,OZ为主销轴线,车轮向右向左绕主销各转动δ=20°,分别到达OB′、OB″。四边形DEFG表示水平面,四边形HIJK相对水平面的夹角γ为主销后倾角。LMNP平面是与主销垂直相交的平面,该平面是HIJK平面以ST为轴转动主销内倾角β形成的,OD为车轮向右转动20°时转向节轴平面的方向。线段LD、A′B′、AB、A″B″、MI、FN和KP均是水平面DEFG上的铅垂线,U、Q位于水平面内。
通过上面的分析，现行的测量方法不同程度存在着测量误差。现介绍一种新型的测量方法，图象对比测量法，简称TXDB法。测量原理：首先把被测车型的标准定位参数以图形的形式(如图6示)存入计算机，测量该车的定位参数时，将被测车辆的定位参数以图形的数据形式采集下来输入计算机，然后与标准图形进行比较，根据比较结果进行调试达到标准值。特色是测量简单，结果直观、误差小。其难点是需要编制图象处理系统软件。
5 结束语
四轮定位仪是关系到汽车行驶安全性的重要检测仪器。然而由于其测量过程的复杂性,仪器设备比较昂贵，探索一种新的测量方法和测量仪器势在必行。本文提出一种新的测量方法就是一种尝试，为四轮定位仪生产厂家提供一个设计参考，为汽车维修行业及相关单位提供价值低廉测量精确的仪器。
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