1、四輪定位儀的檢測工作原理及結構目前常用的定位儀有拉線式、光學式、電腦拉線式和電腦激光式四種， 它們的測量原理是一致的，只有采用的測量方法（或使用的傳感器的類型） 及數 據記錄與傳輸的方式不同，這里僅介紹四輪定位儀可測量的幾個重要檢測項目的 測量原理。1：車輪前束和推力角的測量原理在下來前束時，必須保證車體擺正且方向盤位于中間位置，為了提供車 輪前束值（或前束角）的測量精度，無論是拉線式、光學式還是電腦式的四輪定位 儀，在檢測車輪前束之前，常通過拉線或光線照射或反射的方式形成一封閉的直角 四邊形如圖1所示。將待檢車輛置于此四邊形中，通過安裝在車輪上的光學鏡面或 傳感器不僅可以檢測前輪前束、后輪前

2、束，還可以檢測出左右車輪的同軸度（即同 一車軸上的左右車輪的同軸度）及推力角。因為四輪定位儀系統采用的傳感器不同, 測量方法亦有所不同，這里僅就光敏三極管式傳感器來說明一下車輪前束的測量原 理。光敏三極管為近紅外線接收管，是一種光電變換器件，它的結構與外形 如圖2所示。其工作狀態為：不加電壓，利用P-N接在受光射時產生正向電壓的 原理，把它作為微笑光電池。在光敏三極管后面接一些用于接收信號的元件，以便 及時對光敏三極管上所獲得的信號進行分析處理。入射光%借心引統安裝在兩前輪和兩后輪上的光敏三極管式傳感器均有光線的接收和發 射（或反射）功能，通過它們間的發射和接收剛好能形成類似于圖2所示的四邊形

3、。 在傳感器的受光面上等距離地將光敏三極管排成一排，在不同位置光敏三極管接收 到光線照射時，該光敏管產生的電信號就代表了前束角或推力角的大小。下面進行具體說：當前束為零時，在同一軸左右輪上的傳感器發射（或反射）出的光束應重合。 當檢測出上述兩條光束相平行但不重合，說明此時左右兩車輪不同軸（即車發生了 錯位），可以依據此時光敏管輸出偏離量的信息，測量出左右輪的軸距差。當左右輪存在前束時，在左輪傳感器上接收到的光束位置會相對于原來的 零點位置有一偏差值（注意正負號），這一偏差值即表示右側車輪的前束值（或 前束角）；同理，在右傳感器上接收到的光束位置相對于原來零點位置的偏差值 則表示左側車輪前束值（

4、或前束角）。其測量原理的簡單示意圖如圖3所示。圖3依據上述檢測原理，同時可以檢測出位于該四邊形內的待檢車輛前后軸的 平行度（即推力角的大小和方向），其檢測原理的簡單示意圖如圖4所示。同理， 通過安裝在后輪上的傳感器，我們可以檢測出后輪前束值（后輪前束角）的大小和 方向。2：主銷后傾角和主銷內傾角的測量原理車輪外傾角、主銷后傾角和主銷內傾角這三個測量參數的測量都是關于角度的測量, 了光學式四輪定位儀測量車輪外傾角和車輪前束時， 種類型的四輪定位儀均是采用測量角度的傳感器， 或間接測量。采用的不是測量角度的傳感器，包括車輪前束角都可以用角度傳感器直接除 其余各主銷后傾角和注銷內傾角不能直接測出，只

5、能用建立在幾何關系上的間接測量。為了容易理 解測量原理，我們不妨先從感性上來認識。以套筒扳手為例， 水平，此桿即為轉向節軸先將扳手桿垂直立于桌面上， 扳手接桿與視線垂直并使扳手接桿保持 （面向車頭看為左前輪軸） 。將扳手桿下端向自己面前偏轉一個角度，即形成主銷后傾角，扳手接桿繞水平面分別向上、向下偏轉了角。然后由此位置繞扳手手柄軸線分別向里、向外各轉動角，這時就會發現注銷內傾角的測量原理，在扳手接桿頭部系上一長接桿，長接桿與扳手接桿垂直。將扳手直 立于桌面，使長接桿保持水平位置并與視線垂直，再將扳手柄下端向里偏轉一個角度，即形成注銷內傾角（相當于從左前輪外側看），然后由此位置繞扳手手柄軸線分別

6、向左、向右 各轉角，這時又會發現接桿分別沿逆時針、順時針方向轉動了角。（一）主銷后傾角的測量原理以左前輪為例，當車輪向左右各轉動=20。，ZO為主銷軸線，OB為轉向節車輪軸線,LMNP平面是與 形成的，OD為 B”、MI、FN 和四邊形DEFG表示水平面，四邊形HUK相對于平面的夾角為主銷后傾角。 主銷垂直相交的平面，該平面是HUK平面以ST為軸轉動角（主銷內傾角）車輪向左轉動 20。時轉向節軸平面的方向。線段 LD、A，B，、AB、A”KP均是水平面DEFG ±的鉛垂線。上式表明為一特定角度時，主銷后傾角測量角存在唯一確定關系。通常規定轉角為20。，2sin= 0.68404,故有

7、：（1）即主銷后傾角為實際測量角度的1.461倍。這樣，用1.461倍的關系標定儀器，就可 直接讀主銷后傾角。（二）主銷內傾角的測量原理OEHUKHUK仍以左前輪為例，當車輪向左右轉動時，ZO為主銷軸線，OC為轉向節軸線方向，為與車輪平面平行且水平的線段。同（1）所述，四邊形 DEFG表示水平面，四邊形相對于水平面的夾角為主銷后傾角。四邊形LMNP為與主銷垂直相交的平面，該平面是平面以ST為軸轉動角（主銷內傾角）形成的， OE是車輪向右轉動 20。，垂直于轉向節軸 線且在水平面內的線段，OF是車輪向左轉動 20°時，垂直于轉向節軸線且在水平面的線段。 由主銷內傾角的測量計算圖得（推導

8、工程略）:通常規定轉角為上式農明當為一特定角度時，主銷內傾角與測量角存在唯一確定關系。20。，2sin= 0.68404,故有：（2）即主銷內傾角為實際測量角度的1.461倍，這樣，用1.461倍的關系標定儀器，就可 以直接讀主銷內傾角。經過上述兩部分的分析推導，了解了主銷后傾角、注銷內傾角的測量原理。但必須指出,在上述兩部分推導工程屮提及的、為車輪向右轉動20。時，傳感器所測得的實際角度值；、為車輪 左轉動20°時傳感器所測得的角度值。在實際測量屮，只要按照公式（1）、（ 2）換算即可。現常 見的四輪定位儀在出廠前就已用上述兩式對儀表進行了標定，因此，可直接讀主銷傾角實際測量值。雖

9、然四輪定位儀的類型有所不同，但它們測量主銷傾角的原理是相同的，所不同的僅僅是它們各 自采用的測量角度的傳感器不同而已，為了便于理解四輪定位儀的測試過程檢測方法，下面簡單介紹幾種常見的測量角度的傳感器：（1）光電編碼器，基本上可以分為兩大類：圓光柵編碼器和絕對式編碼器。它們的 特點是：結構緊湊、信號質量好、穩定可靠和抗干擾能力強。（2）光電電位器式角度傳感器，沒有金屬絲電刷造成的摩擦力矩，其優點是：分辨 率高、壽命長、掃描速度快。缺點是：輸出電阻大、輸出信號要經過阻抗匹配變換器。器。另外用于測量角度的傳感器還有電感式傾斜傳感器、小型雙軸斜度傳感器和電位式傳感3：轉向20。時前張角的測量原理汽車使

10、用時，由于前輪的碰撞沖擊、長期在不平的路面上行駛和經常采用緊急剎車，車 對 輛的沖擊作用都可能引起轉向梯形的變形。因此會造成汽車在轉向行駛工程屮前輪異常磨損， 操縱性變差并間接影響汽車的動力性和燃油經濟性。為了檢測汽車的轉向梯形臂與各連桿是否發生變形，在四輪定位儀屮均設置了轉向20。時，前張角的檢測項目。其測量方法為：讓被檢車輛前輪停在轉盤中心出，右輪沿直線行駛方向向右轉20°時進行測量；左輪沿直線行駛方向左轉動20°時進行測量（該轉向角可直接 從轉盤上的刻度讀出）。具體作法如下：右前輪向右轉 20° ,讀取左前輪下的轉盤上的刻度X,則20。-X即為所要檢測的轉向

11、20°時的前張角。一般汽車在出廠時都已給出20。-X的合格范圍，將測量值與出廠值進行比較即可檢測出車輛的轉向梯形臂與各連桿是否發生了變形，如果超出標準值或左右轉向前張角部一致， 則說明該車的轉向梯形臂和各連桿已發生了變形，需要進行校正、調整或更換梯形臂和各連桿。汽車四輪定位儀的組成原理和零件部件工作原理四輪定位儀涉及了機械、光學、電子、計算機軟件、數學模型等多項領域的知識，從構成來看，四輪定位儀主要 由上位機和下位機組成。上位機包括箱體、電腦主機、顯示器、打印機、軟件、 通訊系統。下位機由測量傳感器、夾具、轉角盤組成。箱體：位于四輪定位儀前方，里面有計算機、打印機、顯示器、鍵盤、 鼠

12、標以及夾具傳感器或夾具反像板等。電腦主機：它是運行主程序的載體，可以是電腦市場的組裝機、品牌機、 商用機。軟件：即所用的操作系統和四輪定位儀應用程序，與電腦主機共同決定了 可視性、操作性、功能穩定性、測量速度等因素。操作系統可以是windows98. windows2000、windowsXP o通訊系統：分為有線與無線、藍牙等方式。使用那種方式決定了使用 的方便快捷性。測量傳感器：它是測量車輛四輪的尺子，決定了整機的測量精度。也從 側面反映了四輪定位儀的技術屬性。傳感器由殼體、單片機主板、傳感元件（液 體、光學或純光學及CCD）、通訊系統、電池等部分組成。所用元器件多，非常 精密，費用高。P

13、 SD、CCD及夾具它是把測量傳感器固定在車輛的輪子上的裝置。四個夾具和測量傳 感器有一定的協調性，決定了其測量值是否標準準確。目前市場上常見的四輪定位儀的檢測方式主要有：激光、3D。激光是一種平行光束。由于激光都是以平行的直線束輸出的，其束度的 測量范圍較窄，無補償且需人工計算推力線，其測量精度低，檢測速度慢。因光大 與刻度的關系，而且激光很容易受外界干擾，因此用激光做光源應用于四輪定位 儀并不理想。并且激光對人眼視力有一定傷害，得不到安全認證。PSD又稱光電位置傳感器。它的工作原理是：當PSD的受光面某一位置 存在光照的情況下，其輸出電流會有相應變化，從而可以得到光照位置，它是一 種模擬器

14、件。它只能測量單一光點。PSD的溫度漂移嚴重并且受環境光線的影響。 溫度變化可以使其輸出的零位變化幾十毫伏，光線的影響使系統取值不穩定，這兩 項疊加在一起，便使PSD失去了測量精度和設備穩定性。CCD是一種半導體數字元器件（又稱光電藕合器件），它分為線陣CCD和 面陣CCD兩種。它是在一塊硅面上集成了數千個各自獨立的光敏元，當激光照射 到光敏面上時，受光光敏元將聚集光電子，通過移位的方式，將光量輸出，產生光 位置和光強的信息，CCD無溫度系數、使用壽命長具有良好的環境適應能力等特點。 現在國內大多使用此CCD測量傳感器，但這種傳感器具有機械加工精度高，電子元 器件的維護，使用時要求小心怕碰，并

15、在一定時間要做次校正。制造成本及配件 價格高。3D （三維）測量方式是采用數字圖像識別技術，用數字CCD相機采集裝 在車輪采像板上的圖像信息，以測量出車輪的相對數值，通過前后移動車輛，由 CCD攝像頭同時采集采像板信息，電腦計算出其坐標和角度，通過軟件三維重建, 就能實時顯示四輪的三維狀態。這是一種相當先進的測量方式，利用圖像識別技術, 無需校正，具有測量精度高，無誤差，操作簡單等優點（相對四輪定位儀， 三維重建技術已經非常成熟，在醫療、工業、公安、軍事已經非常普及）。并且 制造成本非常低，僅有兩個（四個，一輪對應一個）CCD攝像頭和四個采像板 （成本配件價格低無電子元器件）和夾具。軟件也具有

16、非常的開發優勢，可以實 現三維重建，動畫調整，四輪結構顯示，輪胎直徑，實時三維測量數據，板金車身 測量，照相等功能。可以與電腦檢測儀，車輪平衡機，發動機分析儀，車身校正儀等 測量儀器通過藍牙結合在一臺主機上。這是今后發展方向，通過軟件可以實現更 多四輪定位儀的賣點。從生產成本上，3D的售價比CCD的應還要低，因3D的成本只用兩個數字 CCD,采像板無電子元器件，無需維護。而CCD四輪定位儀用了四個或八個CCD 傳感器，CCD測量傳感器還有單片機、無線藍牙通訊系統、電池等電子元器件故 障率高，壽命短。3D四輪定位儀即使使用高像素 CCD （專業數字CCD） +專業采 集卡和高密集采像板提高測量精

17、度，只是相對軟件計算量加大，成本增加。但普通 數字CCD （工業數字CCD）用在四輪定位儀已經足夠（CCD四輪定位儀測量精度 的10倍以上）,成本低廉。要說軟件開發成本大，可以與各大CCD和采集卡 廠家合作，他們是圖像計算處理專家，有自己的軟件工程師幫您設計。合作開發 自己維護，投入市場快，開發成本低。就現在市場，還都是CCD四輪定位儀與其他四輪定位儀，市場巨大。一 旦3D四輪定位儀占有市場，價格低廉，3D四輪定位儀將是一個重新中國的市場。四輪定位的意義汽車懸吊系統主要的定位角度包括了：外傾角 (Camber),后傾角(Castor),束角(Toe),內傾角(K.Pl)，轉向時的前展(Toe-

18、out on Turn)等。其意義分述如下：I 外傾角(Camber)定義為由車前方看輪胎中心線與垂直線所成的角度，向外為正，向內為負。其角度的不同能改變輪胎與 地而的接觸點及施力點，直接影響輪胎的抓地力及磨耗狀況。并改變了車重在車軸上的受力分布，避免軸承 產生并常磨損。此外，外傾角的存在可用來抵消車身荷重后，懸吊系統機件變形及活動ffi間隙所產生的角度 變化。外傾角的存在也會影響車子的行進方向，這正如摩托車可利用傾斜車身來轉彎，因此左右輪的 外傾角必須相等，在力的平衡下不致影想車子的直進性，再與束角(Toe)配合，提高直進穩定性及避免輪胎耗不 均。增加負的外傾角需配合增加Toe-oul ；增

19、加正的外傾角則需配合增加Toe-in <>2內傾角(KPL)定義為轉向軸中心線與垂直線所成的角度。有了內傾角可使車重平均分布在軸承之上，保護軸承不易受 損，并使轉向力平均，轉向輕盈。反之，若內傾角為0,則車重和地面的反作用力會在車軸產生很大的橫向切應力，易使車軸受損，轉向也會變得沉重無比。此外，內傾角也是前輪轉向后回正力的來源。內傾角 在車輛懸吊設計之初就己設定好，通常是不可調整的。3束角(Toe)定義為由上方看左右兩個輪胎所成的角度，向內為Toe-in ,向外為因外Toe-out o束角的功用在于補償輪胎傾角及路面阻力所導致向內或向外滾動的趨勢，確保車子的直進性。Toe-in會造

20、成轉向不足，Toe-ouI則會增大轉向過度的趨勢。4后傾角(CasteQ定義為由車側看轉向軸中心線與垂直線所成的夾角，向前為負，向后為正。后傾介的存在可使轉向軸線12度之間。與路ffl的交會點在輪胎接地點的前方，可利用路面對輪胎的阻力讓車子保持直進，其原理就如購物推車的前 輪會自動轉至你施力的方向并保持直進一般。后傾角越人車子的直進性越好，轉向后方向盤的回復性也 越好，但卻會使轉向變得沈重。一般車子的后傾角大約在5轉向時前展(Toeou( on Turn)定義為轉向時W前輪轉向角度之差。過彎時彎內輪所轉的角度通常大于彎外輪，相差在2度左右，其目的是在過 彎時使車子能以后軸延伸線的瞬時中心為圓心順利過彎。此外當彎內輪轉角較大時，阻力也較大，阻力的不同可使 車子偏向阻力大的一方使轉向容易(請想像坦克車的轉彎方式)。Off-selOff-set定義為輪圈的接合面(Mourning Surface)和輪圈中心(Center of Rim)的距離，往外側方向 的為正(Positive Offset),往輪圈內側的為負(Negative Offset) «,改變輪圈的Offset會改變車子的輪距，而 輪距是指輪胎中心線間的距離，因此若只是單純的加人輪圈和輪胎而不改變Off-set ,對輪距并不造成影響。改變Offs