了解四轮定位

一、引言

当今社会汽车已进入了千家万户，每个驾驶汽车的人都希望自己的汽车拥有最佳的舒适性的同时，还具有最可靠的安全性，而在汽车的结构中能够提供此保障的主要部件之一就是汽车的车轮和悬挂。
            在现代汽车中，为了使汽车直线行驶、转向轻便、受控力好，并减少轮胎及相关部件的磨损，在轮胎安装和前、后轮的悬挂系统均设置车轮定位角度（各汽车生产厂家根据不同车型，设置不同数据）。由于更换轮胎或减震器、机械的磨损、机件在剧烈颠波中疲劳变形或车架和机件在碰撞后变形，都会导致四轮定位参数发生变化。所以一般新车在驾驶3个月后就应做四轮定位检测，以后每行驶l0000公里或更换轮胎及减震器，以及发生碰撞后都应及时做“四轮定位”，检测其是否符合原车标准，并及时进行维修与调校。

二、四轮定位仪简介

    当前担当车轮定位检测的仪器大部分为“四轮定位仪”，检测时四轮定位仪先测量出汽车现时的四轮定位参数，然后由计算机自动与相应车型的存储值对比，对汽车四轮定位算出偏差值，维修人员按照定位仪的提示进行修正就可以恢复原状了。现代高档四轮定位仪由软件系统和硬件系统两部分组成：

     软件系统主要包括：客户信息管理数据库；国内外各类汽车生产厂、年代、及型号的原始定位参数；车辆预检查及其定位故障诊断；标定调校程序等，程序运算、执行、数据存储和输出通过高档计算机、cd-rom及打印设备完成。

      硬件系统除了计算机及外设，主要还包括：车轮倾角检测用的传感器和配套安装夹具，调整标定设备、光学传感器、遥控操作器等。

      对于不同四轮定位设备，起关键性作用的是测量传感器是否精确，软件功能是否完善，至于外观、体积以及是否有无线通讯功能都不是关键所在，毕竟汽车驾驶者所需要的是将汽车的安全与良好的运行状态。

下面我们重点针对汽车车轮各定位角度的定义及作用，以及主要选用的倾角产品作一介绍。

三、汽车车轮各倾角定义及作用

现代轿车普遍都是采用前后独立悬挂，四轮定位仪检测的主要参数为车轮外倾角、主销后倾角、主销内倾角及前束等参数。

1、车轮外倾角

    车轮外倾角是指车轮中心平面与汽车垂直平面的夹角，如图1所示。当车轮顶部向汽车外部倾斜时角度为正，反之为负。车轮外倾角主要作用是使车轮与地面的动态承载中心得到合理的分配，从而达到提高机械零件的使用寿命，减少轮胎的磨损等效果。若车轮外倾角不正确，轮胎会出现异常的磨损，汽车在行驶时也会发生偏驶的现象。


2、主销后倾角

     主销后倾角是指悬架上球头或支柱顶端与下球头的连线（称为主销，汽车在转向时车轮绕其旋转）与铅垂线，且从汽车的侧面观察的夹角（如图2）。上球头在铅垂线的后方为正，反之为负。主销后倾角的主要作用是当汽车行驶时转向轮形成可自动的回正力矩，使汽车保持直线行驶。因此主销后倾角会影响汽车转向稳定性和方向盘的自动回正作用。

3、主销内倾角

     主销内倾角是指悬架上球头或支柱顶端与下球头的连线与铅垂线，且从汽车的正面观察的夹角。上球头向内为正，反之为负。合理的主销内倾角可使汽车转向行驶时转向轻便，减少路面通过转向轮传导到转向盘的冲击力，同时也具有一定的自动回正作用。主销内倾是指主销装在前轴略向内倾斜的角度，它的作用是使前轮自动回正。角度越大前轮自动回正的作用就越强烈，但转向时也越费力，轮胎磨损增大；反之，角度越小前轮自动回正的作用就越弱，因此这个主销内倾角都有一个范围，约5°~8°之间。

4、前束角

    前束是汽车修理工非常熟悉的工作，汽车修理都要校对车轮前束。所谓前束是指两轮之间的后距离数值与前距离数值之差，也指前轮中心线与纵向中心线的夹角（如图3）。前轮前束的作用是保证汽车的行驶性能，减少轮胎的磨损。前轮在滚动时，其惯性力会自然将轮胎向内偏斜，如果前束适当，轮胎滚动时的偏斜方向就会抵消，轮胎内外侧磨损的现象会减少。不同的汽车前束调校值是不一样的。前轮前束可通过转向横拉杆长度来调整，汽车说明书都会有详细的说明。


四、倾角传感器在四轮定位测量系统中的应用

1、四轮定位仪对倾角传感器安装要求

四轮定位测量系统对于以上几种倾角的测量，除前束角一般通过转盘或转角传感器实现，其他角度一般采用倾角传感器。倾角传感器固定在四轮定位仪安装底版上，再通过夹具安装在汽车的车轮上。

    由于汽车结构的原因，汽车车轮定位角中的倾角测量分为直接测量和间接测量两种。从车轮倾角的定义中可知车轮外倾角测量可以直接利用倾角传感器测得其值，而主销内倾角和主销后倾角则不然，由于主销是安装在车轮的内侧，一般不能直接通过倾角传感器来测量。测量方法是通过以一定角度转动车轮，测得车轮绕主销摆动曲面的法线变化率来间接反映主销倾角值。因此测量主销倾角的过程是一动态测量过程，对传感器也相应提出了动态响应的问题。一般来说，这个动态变化的速度取决于测量时操作者转动方向盘的角速度。据笔者统计，正常操作时此角速度在5°/min，反映到主销倾角上约0.5°/min。除此之外，车轮倾角的测量范围应在以±15°左右。通过调查当今在用的车型，倾角的调整偏差值 一般在5¢左右，如：上海大众passat b5前轮外倾角值为-0°35¢至±0°25¢。因此可知传感器的测量分辨率应小于等于5¢。

根据以上具体要求 ，我们介绍两种倾角产品。

2、单轴倾角产品

accustar®电子倾角传感器为美国schaevitz®sensor公司专利技术产品，其核心部分是一个已获专利、基于电容原理且无可动部件的敏感器件，经电子线路转换可输出一个与倾斜角度成正比的信号，敏感部件和低功耗的cmos电路均封装在坚硬的塑料安装外壳内。其具有精度高、体积小、抗干扰等特点，并具有比率、模拟、串行和数字脉宽等输出形式，方便用户的信号处理。同时在安装形式上可选择水平安装或垂直安装（如图4）。

图5所示为 accustar®-1的工作原理：其设计是将公共电容极板固定于两块精加工的镀锌密封壳体内，并将电容极板刻蚀成相似的两部分（如图5中c1、c2），加上聚四氟乙烯涂层，在密封腔体内充入电介液及惰性气体，也以聚四氟乙烯涂层隔离。当传感器在零位时，c1、c2两部分液体浸没面积相同（如图5a所示），既可得到平衡电容输出；当传感器灵敏轴产生一定角度偏差，c1、c2两部分液体浸没面积也发生偏差（如图5b所示），产生差动电容输出，将输出信号进行比较处理，即可得到角度输出。
accustar®-1的主要技术参数参见表1。

3、双轴倾角产品

accustar®-11/das-20双轴倾角传感器是将两个单轴产品相结合，其也采用电容原理和独特的拱形结构（其结构如图6），可提供与x、y轴呈线性的输出信号，同时输出比率和脉宽两种输出形式。

其工作原理是由两个相隔仅3mm密封焊接的拱状板构成，拱状板分为大小、形状相等的四块。下层的聚酯塑料拱状板作为一个公共端，将高绝缘常数的液体密封入拱形板夹层内，并形成约占1/4空间的气泡位于正中央，当倾斜时，气泡从一侧移到另一侧，各极板被电介质浸没面积发生变化，导致电容值变化，即输出与角度呈线性的电信号。信号处理部分选用低功耗的cmos电子线路，可将电信号转换为与x、y轴呈线性的标准输出信号。

五、结束语

我们在上面介绍的两类产品在性能、价格等方面有一定差别，四轮定位仪生产厂家可根据所生产产品系列标准、完成功能及成本几方面综合考虑进行选择。

目前，accustar-1、11系列倾角传感器经山东、江苏、辽宁、浙江、广东等地汽保设备生产企业测试、选型后，已批量配套选用并投放市场，经几年的市场应用检验和用户反馈看，应用该产品的四轮定位仪从性能价格比上已超过国外同类产品的水平，同时结束了我国汽保设备四轮定位仪长期依靠进口的局面。