四轮定位仪历史及其发展

汽车定位检测技术及其发展由于汽车行驶速度的提高，操控稳定性对汽车安全影响越来越重要。汽车的操控稳定性主要由汽车的定位参数决定。汽车的定位参数包括：前轮定位参数（前轮前束、前轮后倾角、主销后倾角、主销内倾角、前轴退缩角、转向前展、转向角等）、后轮定位参数（后轮前束、后轮后倾角、后轴退缩角、推进角等）。汽车不仅具有前轮定位参数，有些高级客车和高级轿车还具有后轮定位参数。这些定位参数的错误将会严重影响汽车的操控性能，例如：主销后倾角过大时，转向沉重，主销后倾角过小时，容易引起前轮摆振，方向盘摇摆不稳，方向盘自动回正能力变差。当汽车左右后倾角偏差过大时将引起行驶跑偏，后轮前束不正确时，不仅引起跑偏，还会造成轮胎异常磨损等。一、定位仪的分类定位仪是一种测量汽车定位参数的设备。检测前轮定位参数的设备称为前轮定位仪。汽车的操控性能不仅与前轮有关，后轮定位参数也起着至关重要的作用，检测前后轮定位参数的设备称为四轮定位仪。四轮定位仪的测量方式及数据处理、数据传输方式随着电子技术的发展而不断变化，但是其基本测量原理大致是相同的。１、按出现的先后次序分为：前束尺；光学水准定位仪；拉线定位仪；拉线电脑四轮定位仪光学电脑四轮定位仪3、按测量数据传输技术分为：有线定位仪：传感器通过电缆把测量数据传送到主机，其主要特点是：传输可靠，成本低廉。红外无线定位仪：通过采用红外线通信技术把传感器测量数据传送到主机。相对有线方式，其主要特点是操作更为方便，但是，由于红外线传输具有方向性，因此在安装使用过程中应格外谨慎。高频无线定位仪：通过高频无线电通信技术把传感器测量数据传送到主机。具有传输无方向性、距离远的、受障碍物影响小等优点，主要缺点是成本高。二、四轮定位发展历史早期的定位测量工具由前束尺、外倾角、后倾角测量装置等构成。前束尺是通过测量左右两前轮之间前后距离的差值来测量前束的。它只能测量以长度单位表示的总前束值，不能测量单轮前束、退缩角、推进角等参数，而且测量精度有限。随着汽车技术的不断发展，其测量功能及精度远不能满足定位要求。后来出现了采用激光技术测量前束的光学水准定位仪。其测量原理如下：在被测车辆的两前轮和两后轮上分别装有激光发射器，通过读取激光束照射在刻度尺上的位置来测量前束。当前束为0时，激光束照射在刻度尺的0位，当前束不为0时，激光照射位置发生偏移。该偏移代表了被测车轮的前束值。该测量装置具有操作简单，价格低廉等特点，但仍然需要人工读取测量数据。早期的四轮定位装置往往只能测量数据，测量数据是否符合被测车辆的技术规格，还需要人工判断。测量结果也不能自动记录、打印。该装置的主要优点是简单，测量精度有所提高光学水准四轮定位仪测量原理示意图拉线四轮定位仪是以拉线代替激光对前束进行测量的装置，该设备的测量功能进一步加强，由于采用了单片机等微电脑进行控制，测量的自动化程度有所提高。显示采用LED，更为直观，方便。也有的采用电脑控制显示，并且在电脑中存有各种车型的定位数据，以便与实际测量结果比较。拉线定位仪前束测量原理的核心是测量旋转角的旋转式电位器（有的采用霍耳传感器或光电编码器或旋转变压器测量旋转位置），用于测量拉线的偏转角度。早期的拉线定位仪只有两个机头，需要分两次对全车的四轮进行测量。先测量两个前轮，然后再测量两个后轮。后来也有四机头的，可同时对四轮的定位参数进行测量。拉线式定位仪的主要缺点是操作繁琐，测量精度不高等。2、光学电脑四轮定位仪。无论是激光四轮定位仪还是红外线四轮定位仪，虽然其测量传感器有所不同，其最终测量对象都是光线（激光获红外线）的偏转角度。电脑激光四轮定位仪是通过测量激光在感应接收器上的位置信息来计算激光的偏转角度，从而得到前束测量数据，CCD红外线传感器则通过面阵CCD的成像信息计算测量一个红外发光源在CCD视野中的水平坐标，从而计算红外线的偏转角度。随着电子技术技术的不断发展及个人电脑价格的不断下降，发展了计算机技术与光学测量技术相结合的电脑四轮定位仪。电脑四轮定位仪极大地丰富的四轮定位仪的功能，简化了四轮定位的操作：操作界面友好；电脑四轮定位仪中存储了各种车辆的定位数据，并且把实际测量数据与技术规格相比较，指引操作人员调整车辆，帮助操作人员使用、存储打印测量数据等等。目前市场上电脑四轮定位仪品种繁多，但其性能、品质差别极大，价格差异也很大。关键在于所采用的传感器元件的种类及其品质、传感器数据处理技术等，它们对四轮定位设备的测量精度、响应速度、设备的可靠性、稳定性等有着重要影响。有些高档四轮定位仪器中已采用DSP技术。3、电脑四轮定位仪数据传输技术对于传感器机头的测量数据，需要传送到上位计算机进行处理、显示等。目前的主要方式如下：有线方式：传感器测量数据通过电缆传送到主机。有线数据传输可采用的技术有很多种，采用何中技术主要取决于性能价格比等因素。红外线无线传输技术：红外线无线传输技术是把需要传输的数据经过调制后经由红外线载体发送，红外线接收器在接收到调制的红外线信号后经过解调恢复传输数据。由于红外线具有方向性，因此红外线的传输也具有方向性，而且存在不能被遮挡、传输距离不远等缺点。其主要特点是技术简单、成本低。高频无线电传输技术：待传输数据经调制后以高频无线电波为载波向周围空间发送。它所采用的无线电频段一般。与红外线传输相比，无线电传送具有传送距离远、方向性不强等优点。其主要缺点是成本较高。4、3D定位仪3D图像定位仪的测量装置包括高分辨率CCD摄像头、反射光板构成。每个车轮上装夹一个带特定反光斑的反光板，因为CCD焦距的缘故，必须使每个反光板对应一个相应焦距的CCD。电脑内要安装图像采集卡，在使用时，电脑还要取得举升机的高度信息，以便得到正确的计算结果。电脑首先将汽车举升到规定的高度，然后分时逐个选通各个CCD，并采集CCD送来的图像信息，计算机根据所采集的图形信息计算各定位角度。其测量原理计算各个反光板的二维角坐标（对应于前束、外倾）、反光板中心在CCD中的坐标以及到对应CCD的距离。而四个CCD在选定的三维坐标系中的坐标是固定不变而已知的，这样，各反光板中心在该坐标系中的坐标就可以求出。于是各反光板的相对位置就全部求出，也就能求出车辆各车轮的参数，如前束、外倾、退缩角等。主销参数的测量与其它定位仪的相似。3D影像定位仪的测量部分使用高分辨率的面阵图像传感器（面阵CCD或数码相机），而原来的机头由一反光板代替，反光板上有按一定规律排列的反光斑，用图像传感器观察反光板，根据其反光斑的位置及大小计算各车轮的位置参数，如图所示，若车轮外倾时，反光板在CCD的视野中绕视野中心轴线旋转，各反光斑的上下左右位置均发生变化，只要先求出各反光斑的中心点的位置，再根据解析几何的原理就可计算出这些反光斑旋转了多少角度。当前束发射变化时，反光板将绕Y轴旋转一定角度。此时，原来正园型的反光斑在CCD摄像头中的成像将变为椭圆型。根据椭园的形状变化，就能计算出前束。由于测量距离不能与焦距严格相等，图像不清晰，精度计算就要打折扣。所以这种定位仪在测量时要求轻轻推动车辆前后移动若干距离以得到不同姿态的多次测量。该定位仪主要的问题是精度问题，由于CCD的焦距与反光板到CCD的实际距离可能因车型不同而相差较远，聚焦就成为影响测量精度的最大障碍。加之由于该类CCD成本较高，设计者还希望在每侧只使用一个CCD，焦距问题就更突出了。如果采用自动聚焦，但调整聚焦的根据不够理想，而且自动聚焦本身也带来测量误差。选择更高分辨率的CCD也难解决根本问题。所以，这种定位仪目前还不适宜大批量普通用户。