話說四輪定位儀

文/北京 李玉茂

為保證汽車操縱的穩(wěn)定性(操縱輕便、轉(zhuǎn)向后自動(dòng)回正、直線行駛等)、延長(zhǎng)輪胎的使用壽命、降低燃油消耗，要求車輪定位參數(shù)處于最佳值。四輪定位儀的功用是檢測(cè)車輪定位參數(shù)，包括車輪外傾角、主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角、前束、最大轉(zhuǎn)向角、后軸推力角、軸距等，界面同時(shí)顯示檢測(cè)值與原廠規(guī)定值，維修人員通過參數(shù)對(duì)比，進(jìn)而調(diào)整車輪定位參數(shù)，使其符合原廠的規(guī)定值。

1.定位儀在汽修廠的應(yīng)用史

1970年，筆者是北京市汽車修理公司七廠的學(xué)徒工，該廠所修汽車的前橋、后橋基本都是整體懸架，所關(guān)心的定位參數(shù)主要是前輪前束，當(dāng)時(shí)沒有盒尺(鋼卷尺)，只能用繩子。定位時(shí)，首先擺正汽車直行方向，用粉筆在車輪前方同樣高度畫上記號(hào)，兩人拉住繩子量出兩記號(hào)之間的距離，然后向前推動(dòng)汽車使車輪滾動(dòng)半圈，再?gòu)能囕喓蠓搅砍鰞捎浱?hào)之間距離，前束是否合格，經(jīng)驗(yàn)豐富的老師傅肉眼就可以看出。如果需要具體參數(shù)，則用小學(xué)生尺子測(cè)量繩子上兩個(gè)長(zhǎng)度之差，得出或正或負(fù)的前束值。后來(lái)，鋼卷尺和皮尺投入了使用，測(cè)量前束值和軸距變得方便很多。

1978年，筆者工作在北京市汽車修理公司八廠，該廠自制了前束尺(見圖1)，其簡(jiǎn)單、明了，讓人一目了然。測(cè)量車輪外傾采用壘墻吊線的方法，一根線拴上鉛墜，將線按在輪胎側(cè)面上方，用鋼板尺測(cè)量線與側(cè)面下方的距離，反映出的是外傾程度，而不是角度，只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷這個(gè)距離是否合適。

1982年，該廠建立了中國(guó)第一家奔馳特約維修中心，德國(guó)奔馳公司提供一臺(tái)激光四輪定位儀，其他汽修廠都沒有，在當(dāng)時(shí)這臺(tái)激光四輪定位儀可謂是既新奇又高端的修車設(shè)備。

1985年，該廠購(gòu)買了氣泡水準(zhǔn)定位儀，定位儀裝有與輪軸平行和垂直的兩個(gè)水平尺，平行水平尺測(cè)量車輪外傾角，垂直水平尺與轉(zhuǎn)角盤配合測(cè)量主銷后傾。

1989年，該廠購(gòu)入一臺(tái)意大利產(chǎn)拉線定位儀，機(jī)頭內(nèi)裝有角位移傳感器，測(cè)量時(shí)需在兩個(gè)機(jī)頭之間掛上細(xì)繩，操作比較麻煩，做一輛汽車定位有時(shí)甚至要用半天的時(shí)間。

1996年，該廠建立了一汽-大眾特約服務(wù)站，按照主機(jī)廠要求配置了德國(guó)百斯巴特公司生產(chǎn)的CCD四輪定位儀，每個(gè)機(jī)頭與主機(jī)之間連接通訊電纜。

2005年，該廠購(gòu)買了國(guó)產(chǎn)CCD藍(lán)牙無(wú)線通訊四輪定位儀，解決了機(jī)頭電纜的不便，但是四個(gè)車輪的傳感器沒有供電，必須每天夜里對(duì)傳感器內(nèi)的電池充電。當(dāng)時(shí)筆者對(duì)廠家提出的相應(yīng)訴求一直沒有實(shí)現(xiàn)，其中最基本的就是技術(shù)人員對(duì)使用人員進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)培訓(xùn)，對(duì)儀器越熟悉則對(duì)工作越有利。筆者建議現(xiàn)在的銷售商，如果用戶有培訓(xùn)訴求應(yīng)給予實(shí)現(xiàn)。

2009年，該廠使用3D影像四輪定位儀，操作比以前簡(jiǎn)便，工作效率也比以前有大幅提高。

2.四輪定位儀的分類

按傳感器型式分類：拉線式角位移傳感器＋重力錘式傾角傳感器、拉線式角位移傳感器＋電子式傾角傳感器、激光與光電接收板＋電子式傾角傳感器、紅外與PSD＋電子式傾角傳感器、紅外與CCD＋電子式傾角傳感器、紅外與CMOS＋電子式傾角傳感器、3D影像技術(shù)。

按通訊方式分類：有線通訊、紅外無(wú)線通訊、射頻無(wú)線通訊、藍(lán)牙無(wú)線通訊、ZigBee無(wú)線通訊。

3.定位儀的組成

主機(jī)和傳感器：機(jī)箱、計(jì)算機(jī)、顯示器、打印機(jī)、4個(gè)探頭(CCD傳感器)、通訊系統(tǒng)、充電裝置、供電裝置等。

附件：輪輞夾具、轉(zhuǎn)角盤、轉(zhuǎn)向盤固定器、制動(dòng)踏板固定器等。

工具：成套套筒、接桿、快速扳手、梅花扳手、開口扳手、扭矩扳手、氣動(dòng)扳手、鉗子、螺絲刀、轉(zhuǎn)向拉桿球頭拆裝器及各種規(guī)格調(diào)整墊片等。

4.主流四輪定位儀簡(jiǎn)介

(1)激光四輪定位儀

某些物質(zhì)原子中的粒子受光和電的激發(fā)后，便可以由低能級(jí)原子躍遷為高能級(jí)原子，變回低能級(jí)原子時(shí)的放射相位、頻率、方向相同的光亦稱作激光。激光以垂直的直線輸出，決定了激光束測(cè)量范圍較窄，無(wú)補(bǔ)償而且需要人工計(jì)算推力線，其測(cè)量精度低，檢測(cè)速度慢。因?yàn)楣恻c(diǎn)與刻度之間的關(guān)系存在人為誤差，而且激光很容易受外界干擾，因此，激光做四輪定位儀光源并不理想，另外激光對(duì)人的視力有一定的損害，目前已不生產(chǎn)激光定位儀。

(2)PSD四輪定位儀

PSD(Position Sensitive Detectors)位置敏感傳感器是一塊半導(dǎo)體感光板，有三個(gè)電極，一個(gè)在背面，另外兩個(gè)在兩端。當(dāng)點(diǎn)狀光照在感光板上，兩端電極產(chǎn)生電流，電流與點(diǎn)狀光照在感光板上的位置有關(guān)，計(jì)算機(jī)則根據(jù)兩端流出的電流計(jì)算點(diǎn)狀光照在感光板上的位置。如果環(huán)境光線和反射、折射光點(diǎn)也射入PSD感光板，則輸出電流是感光板接收所有光的總和，便會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤信號(hào)。理論上在沒有環(huán)境光的影響下，PSD可達(dá)到一定的精確度，但當(dāng)PSD以連續(xù)電流輸出時(shí)，無(wú)法有效分辯環(huán)境光的影響，測(cè)量精度的重復(fù)度便不好。PSD信號(hào)需要A/D轉(zhuǎn)換，環(huán)境溫度、電池電壓變化均會(huì)影響A/D轉(zhuǎn)換，也會(huì)降低測(cè)量精度和測(cè)量效果。因PSD產(chǎn)品精度和穩(wěn)定性較差，需經(jīng)常對(duì)設(shè)備進(jìn)行校正，以前只有韓國(guó)采用這種技術(shù)。

(3)CCD四輪定位儀

CCD(Charge Couples Devices)充電耦合傳感器是半導(dǎo)體數(shù)字元器件，一塊硅片集成數(shù)千個(gè)各自獨(dú)立的光敏元，光照射光敏元聚集光電子，通過移位的方式將光量輸出，產(chǎn)生光位置和光強(qiáng)的信息。CCD的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高、無(wú)溫度系數(shù)、使用壽命長(zhǎng)、有良好的環(huán)境適應(yīng)能力。數(shù)據(jù)采集部分稱作測(cè)量探頭，探頭上裝有CCD傳感器和紅外發(fā)射二極管，4個(gè)探頭共有8個(gè)傳感器和8個(gè)發(fā)射二極管。利用夾具將探頭與輪輞固定，4個(gè)探頭形成封閉的四邊形。鏡頭前面裝有濾光片，消除可見光對(duì)紅外發(fā)射二極管亮點(diǎn)圖像的干擾。探頭將測(cè)量信號(hào)用無(wú)線發(fā)射器傳輸?shù)綑C(jī)柜的接收器，再經(jīng)COM口傳輸?shù)街鳈C(jī)。數(shù)據(jù)處理部分稱作主機(jī)，主要包括計(jì)算機(jī)、電源及接口。主機(jī)的作用是實(shí)現(xiàn)用戶操作指令，對(duì)傳感器圖像數(shù)據(jù)收集處理，將測(cè)量參數(shù)與原廠參數(shù)在顯示屏上同時(shí)顯示。

CCD又分紅外線陣和紅外面陣兩種，線陣是在4個(gè)探頭上安裝紅外發(fā)射二極管、三面反射鏡、柱型透鏡和線陣CCD，本方探頭發(fā)射的紅外線被對(duì)方探頭的三面反射鏡折回，經(jīng)柱型透鏡聚焦成與線陣CCD相交的線，測(cè)出本方探頭相對(duì)于對(duì)方探頭的角度，從而測(cè)出車輪定位的參數(shù)。目前，這種方法使用的最多。面陣是在四個(gè)探頭安裝紅外發(fā)射二極管和面陣CCD，對(duì)方探頭發(fā)射的紅外線在本方探頭面陣CCD上成像為點(diǎn)，點(diǎn)的水平坐標(biāo)反映車輪前束角，垂直坐標(biāo)反映車輪外傾角。

(4)COMS四輪定位儀

COMS(Complimentary Metal Oxide Semiconductor)互補(bǔ)氧化半導(dǎo)體金屬是較新的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在CMOS正在取代CCD成為攝像芯片的主流。和CCD一樣，CMOS也有充電電容和相對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)電電容，將接收的光能以電脈沖信號(hào)的方式輸出。不同是充電與儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)不同，CCD儲(chǔ)存輸出耦合是一個(gè)個(gè)像素按行、列送出，CMOS則內(nèi)存可隨機(jī)讀出任何一個(gè)像素，這是最大的優(yōu)點(diǎn)。但CMOS付出的代價(jià)是占用部分充電感光面做輸送電路，降低了CMOS對(duì)光的敏感度，則需要用超亮燈源或增加曝光的時(shí)間來(lái)補(bǔ)償。COMS的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在太陽(yáng)光下照常工作，CCD定位儀則在強(qiáng)光下無(wú)法測(cè)量。

(5)3D四輪定位儀

3D定位儀采用透視學(xué)原理與計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)，將四個(gè)目標(biāo)反光板裝在四個(gè)輪輞上，滾動(dòng)車輪，由攝像機(jī)對(duì)目標(biāo)反光板上的幾何圖形進(jìn)行連續(xù)拍攝，計(jì)算機(jī)對(duì)幾何圖形的變化進(jìn)行分析并運(yùn)算得出定位參數(shù)，再由顯示屏進(jìn)行顯示，是目前比較先進(jìn)的測(cè)量方式。其優(yōu)點(diǎn)是①精度更高，達(dá)到0.1mm/0.01°；②功能強(qiáng)大，除可測(cè)量傳統(tǒng)參數(shù)外，還可測(cè)出輪偏距離參數(shù)，實(shí)現(xiàn)單輪定位、前束鎖定測(cè)量、空氣懸架車輛定位等；③操作簡(jiǎn)便，不受平臺(tái)水平度、車身傾斜度影響，僅推動(dòng)汽車或滾動(dòng)車輪即可完成所有參數(shù)測(cè)量；④無(wú)需定期標(biāo)定，可隨意挪動(dòng)使用；⑤故障率低，目標(biāo)反光板無(wú)電子元器件、無(wú)需電池、無(wú)需數(shù)據(jù)傳輸，僅起圖像反光作用；⑥電腦多為品牌高端配置，適應(yīng)超大數(shù)據(jù)處理，性能穩(wěn)定。

第一代3D四輪定位儀采用130萬(wàn)像素相機(jī)，相機(jī)內(nèi)沒有幀緩存器，靜止拍照，對(duì)標(biāo)靶第一次要持續(xù)3s以上拍照，向后推車一段距離，第二次同樣持續(xù)3s以上拍照，向前推車回到開始。第一代3D四輪定位儀誤差大、重復(fù)性差，甚至測(cè)量失敗。

第二代3D四輪定位儀采用500萬(wàn)像素相機(jī)，相機(jī)內(nèi)有幀緩存器，動(dòng)態(tài)拍照，標(biāo)靶運(yùn)動(dòng)過程中連續(xù)拍攝的照片不會(huì)畸變，計(jì)算出的標(biāo)靶運(yùn)動(dòng)軌跡是一系列的點(diǎn)，由幾十個(gè)點(diǎn)擬合的曲線比僅由兩點(diǎn)擬合的曲線準(zhǔn)確得多。對(duì)出現(xiàn)個(gè)別晃動(dòng)、明顯偏離正常軌道的點(diǎn)能有效地剔除，大大提高了測(cè)量精確度，重復(fù)性好，測(cè)量效率和測(cè)量成功率也很高。

5.定位方法

準(zhǔn)備工作：①檢查懸架、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)系統(tǒng)有無(wú)損壞，檢查膠座、軸承、球銷有無(wú)松動(dòng)；②測(cè)量輪胎壓力應(yīng)符合規(guī)定，同一車橋輪胎的胎紋深度偏差不大于2mm。

操作過程：①汽車停放在專用舉升器上，車輪與轉(zhuǎn)角盤中心重合；②按照四輪定位儀界面顯示的步驟進(jìn)行操作；③對(duì)檢測(cè)不合格的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整；④打印最終定位參數(shù)。

最后是路試，筆者作為竣工檢驗(yàn)員更喜歡享受維修人員的勞動(dòng)成果。筆者駕駛汽車行駛在車流少、路面平、單向三條車道的道路上，路寬則路面橫向弧度小，路面平坦與沒有弧度是試驗(yàn)的前提條件。以50～60km/h時(shí)速行駛，穩(wěn)住加速踏板保持車速恒定，放開雙手，觀察車輛是否直線行駛。如果憑借經(jīng)驗(yàn)判定為合格，那么經(jīng)側(cè)滑試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試也能滿足不大于5mm/m的標(biāo)準(zhǔn)?？梢哉f，四輪定位儀呵護(hù)了車主的愛車，也是維修人員必不可少的忠實(shí)助手。