話說四輪定位儀

文/北京 李玉茂

為保證汽車操縱的穩定性(操縱輕便、轉向后自動回正、直線行駛等)、延長輪胎的使用壽命、降低燃油消耗，要求車輪定位參數處于最佳值。四輪定位儀的功用是檢測車輪定位參數，包括車輪外傾角、主銷內傾角、主銷后傾角、前束、最大轉向角、后軸推力角、軸距等，界面同時顯示檢測值與原廠規定值，維修人員通過參數對比，進而調整車輪定位參數，使其符合原廠的規定值。

1.定位儀在汽修廠的應用史

1970年，筆者是北京市汽車修理公司七廠的學徒工，該廠所修汽車的前橋、后橋基本都是整體懸架，所關心的定位參數主要是前輪前束，當時沒有盒尺(鋼卷尺)，只能用繩子。定位時，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，兩人拉住繩子量出兩記號之間的距離，然后向前推動汽車使車輪滾動半圈，再從車輪后方量出兩記號之間距離，前束是否合格，經驗豐富的老師傅肉眼就可以看出。如果需要具體參數，則用小學生尺子測量繩子上兩個長度之差，得出或正或負的前束值。后來，鋼卷尺和皮尺投入了使用，測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)，其簡單、明了，讓人一目了然。測量車輪外傾采用壘墻吊線的方法，一根線拴上鉛墜，將線按在輪胎側面上方，用鋼板尺測量線與側面下方的距離，反映出的是外傾程度，而不是角度，只能根據經驗判斷這個距離是否合適。

1982年，該廠建立了中國第一家奔馳特約維修中心，德國奔馳公司提供一臺激光四輪定位儀，其他汽修廠都沒有，在當時這臺激光四輪定位儀可謂是既新奇又高端的修車設備。

1985年，該廠購買了氣泡水準定位儀，定位儀裝有與輪軸平行和垂直的兩個水平尺，平行水平尺測量車輪外傾角，垂直水平尺與轉角盤配合測量主銷后傾。

1989年，該廠購入一臺意大利產拉線定位儀，機頭內裝有角位移傳感器，測量時需在兩個機頭之間掛上細繩，操作比較麻煩，做一輛汽車定位有時甚至要用半天的時間。

1996年，該廠建立了一汽-大眾特約服務站，按照主機廠要求配置了德國百斯巴特公司生產的CCD四輪定位儀，每個機頭與主機之間連接通訊電纜。

2005年，該廠購買了國產CCD藍牙無線通訊四輪定位儀，解決了機頭電纜的不便，但是四個車輪的傳感器沒有供電，必須每天夜里對傳感器內的電池充電。當時筆者對廠家提出的相應訴求一直沒有實現，其中最基本的就是技術人員對使用人員進行相應的技術培訓，對儀器越熟悉則對工作越有利。筆者建議現在的銷售商，如果用戶有培訓訴求應給予實現。

2009年，該廠使用3D影像四輪定位儀，操作比以前簡便，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。

按通訊方式分類：有線通訊、紅外無線通訊、射頻無線通訊、藍牙無線通訊、ZigBee無線通訊。

3.定位儀的組成

主機和傳感器：機箱、計算機、顯示器、打印機、4個探頭(CCD傳感器)、通訊系統、充電裝置、供電裝置等。

附件：輪輞夾具、轉角盤、轉向盤固定器、制動踏板固定器等。

工具：成套套筒、接桿、快速扳手、梅花扳手、開口扳手、扭矩扳手、氣動扳手、鉗子、螺絲刀、轉向拉桿球頭拆裝器及各種規格調整墊片等。

4.主流四輪定位儀簡介

(1)激光四輪定位儀

某些物質原子中的粒子受光和電的激發后，便可以由低能級原子躍遷為高能級原子，變回低能級原子時的放射相位、頻率、方向相同的光亦稱作激光。激光以垂直的直線輸出，決定了激光束測量范圍較窄，無補償而且需要人工計算推力線，其測量精度低，檢測速度慢。因為光點與刻度之間的關系存在人為誤差，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，另外激光對人的視力有一定的損害，目前已不生產激光定位儀。

(2)PSD四輪定位儀

PSD(Position Sensitive Detectors)位置敏感傳感器是一塊半導體感光板，有三個電極，一個在背面，另外兩個在兩端。當點狀光照在感光板上，兩端電極產生電流，電流與點狀光照在感光板上的位置有關，計算機則根據兩端流出的電流計算點狀光照在感光板上的位置。如果環境光線和反射、折射光點也射入PSD感光板，則輸出電流是感光板接收所有光的總和，便會產生錯誤信號。理論上在沒有環境光的影響下，PSD可達到一定的精確度，但當PSD以連續電流輸出時，無法有效分辯環境光的影響，測量精度的重復度便不好。PSD信號需要A/D轉換，環境溫度、電池電壓變化均會影響A/D轉換，也會降低測量精度和測量效果。因PSD產品精度和穩定性較差，需經常對設備進行校正，以前只有韓國采用這種技術。

(3)CCD四輪定位儀

CCD(Charge Couples Devices)充電耦合傳感器是半導體數字元器件，一塊硅片集成數千個各自獨立的光敏元，光照射光敏元聚集光電子，通過移位的方式將光量輸出，產生光位置和光強的信息。CCD的優點是測量精度高、無溫度系數、使用壽命長、有良好的環境適應能力。數據采集部分稱作測量探頭，探頭上裝有CCD傳感器和紅外發射二極管，4個探頭共有8個傳感器和8個發射二極管。利用夾具將探頭與輪輞固定，4個探頭形成封閉的四邊形。鏡頭前面裝有濾光片，消除可見光對紅外發射二極管亮點圖像的干擾。探頭將測量信號用無線發射器傳輸到機柜的接收器，再經COM口傳輸到主機。數據處理部分稱作主機，主要包括計算機、電源及接口。主機的作用是實現用戶操作指令，對傳感器圖像數據收集處理，將測量參數與原廠參數在顯示屏上同時顯示。

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

(4)COMS四輪定位儀

COMS(Complimentary Metal Oxide Semiconductor)互補氧化半導體金屬是較新的半導體結構，現在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應的儲電電容，將接收的光能以電脈沖信號的方式輸出。不同是充電與儲存結構不同，CCD儲存輸出耦合是一個個像素按行、列送出，CMOS則內存可隨機讀出任何一個像素，這是最大的優點。但CMOS付出的代價是占用部分充電感光面做輸送電路，降低了CMOS對光的敏感度，則需要用超亮燈源或增加曝光的時間來補償。COMS的另一個優點是在太陽光下照常工作，CCD定位儀則在強光下無法測量。

(5)3D四輪定位儀

3D定位儀采用透視學原理與計算機信息處理技術，將四個目標反光板裝在四個輪輞上，滾動車輪，由攝像機對目標反光板上的幾何圖形進行連續拍攝，計算機對幾何圖形的變化進行分析并運算得出定位參數，再由顯示屏進行顯示，是目前比較先進的測量方式。其優點是①精度更高，達到0.1mm/0.01°；②功能強大，除可測量傳統參數外，還可測出輪偏距離參數，實現單輪定位、前束鎖定測量、空氣懸架車輛定位等；③操作簡便，不受平臺水平度、車身傾斜度影響，僅推動汽車或滾動車輪即可完成所有參數測量；④無需定期標定，可隨意挪動使用；⑤故障率低，目標反光板無電子元器件、無需電池、無需數據傳輸，僅起圖像反光作用；⑥電腦多為品牌高端配置，適應超大數據處理，性能穩定。

第一代3D四輪定位儀采用130萬像素相機，相機內沒有幀緩存器，靜止拍照，對標靶第一次要持續3s以上拍照，向后推車一段距離，第二次同樣持續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、重復性差，甚至測量失敗。

第二代3D四輪定位儀采用500萬像素相機，相機內有幀緩存器，動態拍照，標靶運動過程中連續拍攝的照片不會畸變，計算出的標靶運動軌跡是一系列的點，由幾十個點擬合的曲線比僅由兩點擬合的曲線準確得多。對出現個別晃動、明顯偏離正常軌道的點能有效地剔除，大大提高了測量精確度，重復性好，測量效率和測量成功率也很高。

5.定位方法

準備工作：①檢查懸架、轉向、制動系統有無損壞，檢查膠座、軸承、球銷有無松動；②測量輪胎壓力應符合規定，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，車輪與轉角盤中心重合；②按照四輪定位儀界面顯示的步驟進行操作；③對檢測不合格的參數進行調整；④打印最終定位參數。

最后是路試，筆者作為竣工檢驗員更喜歡享受維修人員的勞動成果。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的前提條件。以50～60km/h時速行駛，穩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。如果憑借經驗判定為合格，那么經側滑試驗臺測試也能滿足不大于5mm/m的標準?？梢哉f，四輪定位儀呵護了車主的愛車，也是維修人員必不可少的忠實助手。