四轮定位原理及应用

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1、四轮定位仪测试原理及应用轿车公司生产部设备科 陈 刚二零零四年一月四轮定位仪是整车行驶方向性检测和调整的设备，其正确使用和 维护对整车质量至关重要。这里，结合我对美国宝克公司四轮定位仪 使用过程的了解，对其工艺、测试过程、测试原理及使用中存在的问 题，做出一些探讨，供大家参考，并希望同行不吝指正。一 四轮定位仪的任务：四轮定位仪是一台整车行驶方向性的测试调整设备。对马自达车 来讲，必须同时调整前后轮；对红旗产品，则只调整前轮。一般地，四轮定位仪要求完成如下测试项目：1推力角。2前束（前轮前束、前轮总前束、后轮前束、后轮总前束）。3外倾（前轮外倾、后轮外倾）。4主销内倾角。5最大转向角。目前，我

2、们的设备主要测试前后轮的前束、外倾，并计算推进角同时，还校正方向盘。二 设备工作流程（一）、设备流程设备工作流程如下：扫描f轴距调整f车辆上线f测试开始f车轮旋转f对中f浮 动板释放一挡车滚筒上升并锁死一滑门打开一大灯检测开始一安装 方向盘规f轮胎检测f四轮调整f测量结束f车轮停止f浮动板锁 定f对中退回f挡车滚筒落下f打印测试结果f取下方向盘规f车 辆下线。（二）、流程解释1、扫描一一用条码枪扫描条码，识别车辆VID代码。2、轴距调整根据车型自动变换轴距，即前后辊子中心距离，以 便和测试车辆前后车轮中心间距吻合。3、车辆上线车辆移动到设备的前后辊子上。4、测试开始按开始循环按钮，测试过程开始

3、。5、车轮旋转电机拖动辊子开始旋转，带动车轮旋转。6、对中对中装置从内侧扶正轮胎，对中压力根据经验，在50 公 斤力左右比较合适。7、浮动板释放车轮下面支撑的浮动板释放，使车身处于自由浮 动状态。8、挡车滚筒上升并锁死为防止车冲出设备，机械结构上设置了 挡车滚筒。9、滑门打开设备滑动板打开。10、大灯检测开始大灯测试仪测试大灯光形、亮度等。11、安装方向盘规安装方向盘规，校正方向盘，把车轮摆正。12、轮胎检测激光装置测量四个轮胎位置和角度。13、四轮调整根据屏幕显示的前后轮前束、外倾值，手工调整轮 胎位置。14、测量结束。15、车轮停止。16、浮动板锁定测试结束后，锁死浮动板。17、对中退回对

4、中装置退回。18、挡车滚筒落下落下挡车安全装置。19、打印测试结果把所有测试项目通过纸带打印机打印出来。20、取下方向盘规。21、车辆下线。三 四轮定位仪的测试结构 四轮定位的精度主要取决于测试方法和测试结构，且二者有密切 的关联。按照测量结构和测量方式的不同，目前四轮定位仪大致有以下几 种分类：（一）接触与非接触式测量：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非接触式测量：使用激光传感器，测量车轮的端面高度变化。 （二）二传感器与三传感器测量：非接触式测量又分为：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9

5、0 度，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，三个传感器成品字形布置，分别处于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。我们的设备使用的是三传感器非接触式测量。（三）动态调整和静态调整：按照调整方式的不同，系统又分为两种：1 动态调整：动态调整是在车轮旋转时进行测量和调整，测量 和调整是同步完成的。2 静态调整：静态调整则是在车轮旋转时测量，静

6、止的时候调 整，这种方式对节拍影响比较大。我们使用的是动态调整方法。四四轮定位设备的测量原理 （一）、四轮定位仪测量的基本数学方法四轮定位仪用三个品字形布置的激光头测试轮胎的三个位置的 距离，形成一个平面。为平均误差，每个位置的距离实际上是采集十多个激光点的反射距离来平均确认的。左图是一个激光头发射激光的局部12点激光头12点激光头的发射光线3点激光头的发射光线图 1：激光测量装置 前束和外倾的计算是利用每个轮胎测试的三个点形成的平面倾 角来计算的。车轮前后中心径线和车辆前后中轴线的夹角称之为前 束，车轮上下中心径线和地面垂线的夹角称之为外倾。测量的距离信号通过模数转换板进入到计算机系统，经过

7、数学分 析计算出前束、外倾值。（二）、前束计算假设：n1:每个传感器光束的采集点数，n2:计算机系统的采集次 数，Li：每个激光点测量到的距离值，L：计算出来的平均距离，Toe： 前束，Cam:外倾。D：轮胎测试圆直径。“前”、“后”指前后激光传 感器。每次采集的前束值为：Toe =arctg( iL -L )/D 前后n1n1arctg (ZL )/n- i 前1(Z L )/n/D i 后1(1i=1i=1平均前束为：n2Toe = Z Toe如果方向盘转角e不为零，则还要根据传动入比把方向盘对前束 的影响折合成一个角度e ，总前束的计算要把这个角度减掉。即:0e =e xa0实际前束为:

8、Toe = Z Toe -e =Zi0Toe-e x ai2）i=1 i=1三）、外倾计算Cam =arctg i(L 上-L 下) /D= arctg2 x n1(Z L )/ni 上 1i=1n1 (Z L ) /n/Di 下1i=1其中， L 指下部前后两个激光头测量距离的平均值。即:i下L =（L + L ） /2i下i前 i后实际外倾值为:n2Cam = Z Camii=1 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 在两个屏幕上，操作者可以通过屏幕显示把握调整状态，直到调整合 格为止。整个程序的编制是使用C语言进行编程的。（四）、其它算法技术实际上，厂家还采用了如下软

9、件技术:1） 轮胎壁过滤算法以消除轮胎变形及字母影响。软件上设置了一个过滤器，对固定旋转圈数的测量数据进行处理。其长度：N=f （采样频率，车轮转速） 即根据采样频率和转速确定过滤器数据容量。经过过滤运算的前束外倾值能够比较真实地反映轮胎位置状态。2） 轮胎边缘跳动补偿去掉轮胎边缘周期性的跳动。 软件根据轮胎状态的平均趋势，判断异常跳动，把它从计算数据 中剔除。五系统控制结构简介 本文的目的，是力图通过设备技术更多地去分析工艺实现过程， 以解决整车问题。毕竟计算机控制技术和软件技术属于基础控制理论 范畴，不是本文讨论的重点，因此没有致力于做详细的讨论。这里只 是给出一个简单的系统示意图，目的是

10、使大家了解设备的基本系统结 构。下图给出了控制系统的物理结构，从这里，我们非常容易了解系 统的整体硬件控制结构。口 X* (VID 代码输入站 控制柜 纸带打印机报告打印机地坑监视器图 2：四轮定位仪控制系统物理结构目前，我们的四轮定位设备使用的是486级芯片、DOS5.0操作 系统来作为测试平台。设备整体逻辑控制由槽式PLC来完成，该PLC 兼容 AB 公司的 ControlLogix 5/04。系统采用 VME 工业总线技术， 插卡式结构。12个传感器的数据被送到6个A/D转换卡中，经过A/D转换后， 送计算机系统进行分析计算。计算结果通过可视化图象，直观显示到 屏幕上，作为操作工人调整的

11、依据。系统除测试外，还具备数据历史记录、标定、外部数据交换、打 印、系统状态可视化查询等功能。六四轮定位影响跑偏的相关因素探讨 车辆出现跑偏是四轮定位工序经常遇到的一个异常棘手的问题， 产生问题的原因非常复杂。由于它和整车质量息息相关，探讨它有其 特殊的应用价值，因此这里把我的个人观点写出来，供大家维修参考。我经过一系列分析和调研，基本认为如下因素会对车辆跑偏造成 影响。我们维修中，可以借鉴其中的部分结论，作为确定原因的依据。1. 四轮设备的标定:如果设备基准漂移或变化，会产生跑偏， 多数跑偏可以通过重新标定四轮定位仪来解决。2 后旋架分装机:该设备控制不好，会对跑偏产生影响。这时, 可以检查

12、其状态或重新标定。3. 车辆后旋系统设计问题:MAZDA的车辆也有少量跑偏现象， 每天都有几台。他们认为是后旋系统的设计问题，目前，MAZDA产品 部门正在研究。4. 传感器信号通道故障:可以通过监视成像图象来比较。通过 对十二个传感器图形的比较，可以找到传感器是否有损坏。5. 对中器问题:厂家认为，对中器对调试影响很大。如果力量 过大，会使车轮变形。最合适的压力在50公斤左右。6. 轴距问题:如果设备轴距不合适，加上我们的车辆轴距波动 较大（10毫米），可能造成浮动机构和设备固定结构的干涉，使调整 结果受到影响。7. 环境干扰问题:环境光线对设备会造成影响。我们的设备在 下午时，环境光线很强

13、，是否会有比较大的影响有待观察。必要时， 可以采取遮光措施。8. 辊子的中心高:左右辊子中心高是否在一个水平上将对测量 结果产生一定影响。9 浮动机构:是否有间隙，旋转是否灵活。10. 轮胎压力:轮胎压力必须均衡，否则也会影响跑偏。11. 整车装配间隙问题:MAZDA也认为旋架系统装配间隙偏大， 这样就能解释经过路试的车辆回来与路试前一致性不好的问题。这可 以通过适当加长震动格栅的方法来解决。12. 方向盘水平:方向盘的调整基准如果不正确，对整车导向系 统会造成不良影响。这时，要重新校正方向盘倾角仪。13. 控制标准问题:我们的国家标准比日本更加严格。比如跑偏 距离，我们的国标是每百米允许0.

14、5米，而日本是2米。标准上比较 大的差异，是形成产品设计控制不严的一个原因。14. 左右置方向盘对调问题:日本MAZDA产品设计是右置方向盘， 而我们改为左置结构。大家都认为会带来影响，但影响多大有待确认。15. 推进角问题:MAZDA推进角设计偏大，认为会有轻微影响。16. 基准架与标定方法:基准架如果不出现磕碰，一般不会对跑 偏构成影响。它是通过三坐标测量的，厂家没有向我们交代过测试基 准架的手段和方法。目前我们使用的宝克公司设备测量基准架一共要 测算72项数据，并输入到计算机系统中。至于实际标定，我们的标定只标零度。而目前比较合理的标定形 式，除零度外，还标1度或者3度、5度等。这样实际

15、上是既标零点， 也标增益，更有利于提高标定精度。17. 车体高:车体高度对跑偏有轻微影响。前期底盘加高后，跑 偏有一定改善。18. 测试方法问题:MAZDA要求调整后轮时，驾驶室不能上人， 调整前轮时，驾驶室要有人。这样做主要是考虑配重问题，他们认为 这样会对调试结果有影响。我们的工艺则没有这样的要求，但基本也 能控制在公差范围内。以上因素，都和车辆跑偏有一定关系，因此，我们要和工艺、质 量保证部门共同探讨车辆跑偏的可能原因，以期得到正确的结论。七常规维修操作方法 为了对我们四轮定位设备的维修有所帮助，这里把一些有一定技 术性的维修方法写出来，以期对我们的工作起到一定的指导作用。（一）、对激光头的标定本标定用