四轮定位原理及应用.docx

1、四轮定位原理及应用四轮定位仪测试原理及应丿轿车公司生产部设备科陈刚零零四年一月四轮定位仪测试原理及应用四轮定位仪是整车行驶方向性检测和调整的设备， 其正确使用和 维护对整车质量至关重要。 这里，结合我对美国宝克公司四轮定位仪 使用过程的了解，对其工艺、测试过程、测试原理及使用中存在的问 题，做出一些探讨，供大家参考，并希望同行不吝指正。二 设备工作流程（一）、设备流程设备工作流程如下：扫描T轴距调整T车辆上线T测试开始T车轮旋转T对中T浮 动板释放7挡车滚筒上升并锁死7滑门打开7大灯检测开始7安装 方向盘规T轮胎检测T四轮调整T测量结束T车轮停止T浮动板锁 定T对中退回T挡车滚筒落下T打印测试

2、结果T取下方向盘规T车 辆下线。（二）、流程解释1、扫描用条码枪扫描条码，识别车辆 VID 代码。2、轴距调整根据车型自动变换轴距，即前后辊子中心距离，以 便和测试车辆前后车轮中心间距吻合。3、车辆上线车辆移动到设备的前后辊子上。4、测试开始按开始循环按钮，测试过程开始。5、车轮旋转电机拖动辊子开始旋转，带动车轮旋转。6、对中对中装置从内侧扶正轮胎，对中压力根据经验，在 50 公 斤力左右比较合适。车轮下面支撑的浮动板释放，使车身处于自由浮8、挡车滚筒上升并锁死为防止车冲出设备，机械结构上设置了 挡车滚筒。9、滑门打开7、浮动板释放 动状态。设备滑动板打开。10、大灯检测开始大灯测试仪测试大灯

3、光形、亮度等。11、安装方向盘规安装方向盘规，校正方向盘，把车轮摆正。12、轮胎检测激光装置测量四个轮胎位置和角度。13、四轮调整根据屏幕显示的前后轮前束、外倾值，手工调整轮胎位置。14、测量结束。15、车轮停止。16、浮动板锁定测试结束后，锁死浮动板。17、对中退回对中装置退回。18、挡车滚筒落下落下挡车安全装置。把所有测试项目通过纸带打印机打印出来。19、打印测试结果20、取下方向盘规。21、车辆下线。三 四轮定位仪的测试结构 四轮定位的精度主要取决于测试方法和测试结构， 且二者有密切 的关联。按照测量结构和测量方式的不同， 目前四轮定位仪大致有以下几 种分类：（一）接触与非接触式测量：

4、1接触式测量：使用探头式差动变压器，测量车轮的端面高度 变化。2非接触式测量：使用激光传感器，测量车轮的端面高度变化。 （二）二传感器与三传感器测量：非接触式测量又分为：1二传感器形式：两个传感器测量车轮的 X、Y 方向位置信息。 先是在水平位置进行一次检测，然后传感器支架回转 90 度，再测量 Y方向。两次测量的结果作为车辆调整的依据。调整结束后，将再次 用同样方法检测车辆轮胎，不合格再次调整，直到合格为止。2三传感器形式：用三个传感器进行测量，三个传感器成品字 形布置，分别处于 9 点、12 点、3 点钟位置。 3 点、9 点传感器用来 测量X方向的轮胎位置数据，上面的12点传感器和底下两

5、个的中点 连线，用来测量轮胎丫方向的位置数据。我们的设备使用的是三传感器非接触式测量。（三）动态调整和静态调整：按照调整方式的不同，系统又分为两种：1四四轮定位设备的测量原理（一）、四轮定位仪测量的基本数学方法 四轮定位仪用三个品字形布置的激光头测试轮胎的三个位置的距离，形成一个平面。为平均误差，每个位置的距离实际上是采集十 多个激光点的反射距离来平均确认的。左图是一个激光头发射激光的局部 示意图。12点激光头图1:激光测量装置前束和外倾的计算是利用每个轮胎测试的三个点形成的平面倾 角来计算的。车轮前后中心径线和车辆前后中轴线的夹角称之为前 束，车轮上下中心径线和地面垂线的夹角称之为外倾。测量

6、的距离信号通过模数转换板进入到计算机系统，经过数学分 析计算出前束、外倾值。（二）、前束计算假设：n1:每个传感器光束的采集点数，n2:计算机系统的采集次 数，Li :每个激光点测量到的距离值，L：计算出来的平均距离，Toe： 前束，Cam外倾。D：轮胎测试圆直径。“前”、“后”指前后激光传 感器。每次采集的前束值为：ni=arctg （ Ei=1Li前）/n 1-（工 Li 后）/n i/D i=1平均前束为:Toe = E Toei0，总前束的计算要把这个角度减掉。即：如果方向盘转角0不为零，则还要根据传动入比把方向盘对前束 的影响折合成一个角度0 0-0 X 入实际前束为：n2 理。其长

7、度：三）、外倾计算Cam=arctg （L 上-L 下）/D其中， Li 下指下部前后两个激光头测量距离的平均值。即：Li 下-（ Li 前 + L i 后） /2实际外倾值为：Cam - E CamiN=f （采样频率，车轮转速）即根据采样频率和转速确定过滤器数据容量。经过过滤运算的前束外倾值能够比较真实地反映轮胎位置状态。2） 轮胎边缘跳动补偿 去掉轮胎边缘周期性的跳动。软件根据轮胎状态的平均趋势，判断异常跳动，把它从计算数据 中剔除。五.系统控制结构简介本文的目的，是力图通过设备技术更多地去分析工艺实现过程， 以解决整车问题。毕竟计算机控制技术和软件技术属于基础控制理论 范畴，不是本文讨

8、论的重点，因此没有致力于做详细的讨论。这里只 是给出一个简单的系统示意图，目的是使大家了解设备的基本系统结 构。从这里，我们非常容易了解系下图给出了控制系统的物理结构， 统的整体硬件控制结构。图2:四轮定位仪控制系统物理结构目前，我们的四轮定位设备使用的是 486级芯片、DOS5.0操作 系统来作为测试平台。设备整体逻辑控制由槽式 PLC来完成，该PLC兼容AB公司的ControlLogix 5/04 。系统采用 VME工业总线技术， 插卡式结构。12个传感器的数据被送到6个A/D转换卡中，经过A/D转换后， 送计算机系统进行分析计算。计算结果通过可视化图象，直观显示到 屏幕上，作为操作工人调

9、整的依据。系统除测试外，还具备数据历史记录、标定、外部数据交换、打 印、系统状态可视化查询等功能。六.四轮定位影响跑偏的相关因素探讨车辆出现跑偏是四轮定位工序经常遇到的一个异常棘手的问题， 产生问题的原因非常复杂。由于它和整车质量息息相关，探讨它有其 特殊的应用价值，因此这里把我的个人观点写出来，供大家维修参考。我经过一系列分析和调研，基本认为如下因素会对车辆跑偏造成 影响。我们维修中，可以借鉴其中的部分结论，作为确定原因的依据。1.四轮设备的标定:如果设备基准漂移或变化，会产生跑偏， 多数跑偏可以通过重新标定四轮定位仪来解决。2.后旋架分装机:该设备控制不好，会对跑偏产生影响。这时， 可以检

10、查其状态或重新标定。3.车辆后旋系统设计问题：MAZDA勺车辆也有少量跑偏现象，每天都有几台。他们认为是后旋系统的设计问题，目前， MAZD/产品部门正在研究。4.传感器信号通道故障：可以通过监视成像图象来比较。通过 对十二个传感器图形的比较，可以找到传感器是否有损坏。5.对中器问题:厂家认为，对中器对调试影响很大。如果力量 过大，会使车轮变形。最合适的压力在 50公斤左右。6.轴距问题:如果设备轴距不合适，加上我们的车辆轴距波动 较大（10毫米）,可能造成浮动机构和设备固定结构的干涉，使调整结果受到影响。7.环境干扰问题:环境光线对设备会造成影响。我们的设备在 下午时，环境光线很强，是否会有

11、比较大的影响有待观察。必要时， 可以采取遮光措施。8.辊子的中心高:左右辊子中心高是否在一个水平上将对测量 结果产生一定影响。9.浮动机构:是否有间隙，旋转是否灵活。10.轮胎压力:轮胎压力必须均衡，否则也会影响跑偏。11.整车装配间隙问题:MAZDA!认为旋架系统装配间隙偏大，这样就能解释经过路试的车辆回来与路试前一致性不好的问题。 这可以通过适当加长震动格栅的方法来解决。12.方向盘水平:方向盘的调整基准如果不正确，对整车导向系 统会造成不良影响。这时，要重新校正方向盘倾角仪。13.控制标准问题:我们的国家标准比日本更加严格。比如跑偏 距离，我们的国标是每百米允许 0.5米，而日本是2米。

12、标准上比较 大的差异，是形成产品设计控制不严的一个原因。14左右置方向盘对调问题：日本MAZDA品设计是右置方向盘， 而我们改为左置结构。大家都认为会带来影响，但影响多大有待确认。15.推进角问题:MAZDA!进角设计偏大，认为会有轻微影响。16.基准架与标定方法:基准架如果不出现磕碰，一般不会对跑 偏构成影响。它是通过三坐标测量的，厂家没有向我们交代过测试基 准架的手段和方法。目前我们使用的宝克公司设备测量基准架一共要 测算72项数据，并输入到计算机系统中。至于实际标定，我们的标定只标零度。而目前比较合理的标定形 式，除零度外，还标1度或者3度、5度等。这样实际上是既标零点， 也标增益，更有

13、利于提高标定精度。17.车体高:车体高度对跑偏有轻微影响。前期底盘加高后，跑 偏有一定改善。18.测试方法问题:MAZD要求调整后轮时，驾驶室不能上人，调整前轮时，驾驶室要有人。这样做主要是考虑配重问题，他们认为 这样会对调试结果有影响。 我们的工艺则没有这样的要求， 但基本也 能控制在公差范围内。以上因素，都和车辆跑偏有一定关系，因此，我们要和工艺、质 量保证部门共同探讨车辆跑偏的可能原因，以期得到正确的结论。七常规维修操作方法 为了对我们四轮定位设备的维修有所帮助， 这里把一些有一定技 术性的维修方法写出来，以期对我们的工作起到一定的指导作用。（一）、对激光头的标定本标定用于标定激光头。1

14、.确认WHEELBA选择开关在AUTC位置。2.在前轮设备工序前的液晶面板上输入 W1回车。此时，车型 选择为红旗车型，轮距自动切换到红旗轮距。3.把标定架吊下，放置在四轮定位仪辊子上，前后定位销插入 定位孔。4.用遮蔽物挡住几个激光传感器顶部，防止环境光线干扰。关 断设备地坑灯。5.在主电箱上三位选择开关 CALIBRATION勺“OFF/ON/STAR”中，由OFF位置拨到ON6.再由“ON拨到“ START,松手，开关自动弹回 ON位置。 标定开始。7.激光传感器向基准面发射激光，屏幕底部会以#XXX形式显示 标定项目代码，每次标定项目代码可能不同。这个过程可能 要几秒到几分钟。8.结束

15、后，左下部显示“ TURN KEY TO OFF REMAIN CURRENT value （钥匙开关拨到OFF保留原值）及“TURNKEYTOSTART ACCEPT NEW VALUE钥匙开关拨到START接受新值）。如果 要接受标定结果，把CALIBRATIONS关拨到START位置一次，自动弹回ON位置。9等待数据调整和存储，过一会，屏幕左下部显示“ TRUN KEY TO OFF。把 CALIBRATIONS关拨到 OFF位置。该标定无须经常做， 厂家建议半年左右做一次即可， 或者在更换、 拆装传感器后做一次。 如果需要做， 要在做激光传感器重复性标定之 前做这个标定。（二）、标定激

16、光传感器重复性该标定的物理含义是： 标定四组传感器的平行度偏差， 把偏差值 自动设置到设备补偿数据中。1.确认WHEELBAS选择开关在AUTO位置。2.在前轮设备工序前的液晶面板上输入 W1回车。此时，车型 选择为红旗车型，轮距自动切换到红旗轮距。3.把标定架吊下，放置在四轮定位仪辊子上，前后定位销插入 定位孔。4.用遮蔽物挡住几个激光传感器顶部，防止环境光线干扰。关 断地坑灯。5.控制箱计算机键盘上按 ESC。6.选择TEST菜单。7.选择 EV master gauge ，回车。8.按空格键，等待面板显示 “whenmain gauge is in place press space t

17、o continue ”。10. 再次按空格键开始标定。11 . 一共四组数据需要标定，每组 7 项。每标定完一组，屏幕 给出提示。按SPAC标定下一组。12.四组标定完成后，如要打印数据，请标定前先连接好打印 机，此时可以点击P键，打印标定数据。13.按ESC键退出标定。14.如果前轮各构件没有在原位，把设备切换到手动方式。按 各构件手动按钮，使回原位。此时，状态灯下部绿灯全部点亮。再切换到自动方式。15.在前轮设备工序前的液晶面板上输入 W3此时，车型选择 为MAZD车型，轮距自动切换到 MAZDA轮距。16主柜计算机键盘上，移动菜单到 QUIT。17选择RETURN回车。18屏幕进入M6

18、工作界面显示。如果回不到 M6界面，要检查 设备原位绿灯是否全部点亮。19.界面上，如果后轮公差显示条为通绿，则再次 ESC退到管 理界面。并在 QUIT菜单下选择RETURI回至M6工作界面。 后轮公差将被显示在画面上。此时，可以恢复正常调车操作。该标定建议半个月左右做一次， 并打印存档。 作为质量控制点设 备，该标定质量保证部门要求有周期性标定记录。 如果车辆道路试验 连续出现跑偏现象，就应该考虑重新标定传感器和传感器的重复性。（三）、传感器图象监视及分析A.监视方法对四轮定位仪的 1 2个激光传感器，可以动态监视其成像图像。 这一功能对维修有重要意义， 我们可以根据图象的比较来判定传感器

19、 的好坏。在生产调整、 传感器标定等动态或静态过程中， 我们都可以监视 传感器图象。方法是：1.LF FRONT CAMER/左前前镜头。LF TOP CAMERA左 前顶镜头。LF REAR CAMERA左 前后镜头。RF FRONT CAME：右前前镜头。RF TOP CAMERA右前顶镜头。RF REAR CAMERA右 前后镜头。LR FRONT CAMER左后前镜头。LR TOP CAMERA左 后顶镜头。LR REAR CAMERA左后后镜头。RR FRONT CAMER右 后前镜头。RR TOP CAMERA右 后顶镜头。RR REAR CAMER右后后镜头。 之一，再回车。屏幕

20、显示对应项目图象。 8910111213141516观察图象形状是否正常。观察过程中，可以用手去遮挡传感器发射与接收镜头，观察图象变化。以此可以判断激光 头和线路好坏。观察结束后，用ESC退到DISPLAY（显示）子菜单下。选取CAMERA STATE镜头状态）命令，回车。用上下箭头选取OFF回车。（实际上，置于ON也不影响 生产调试。标定时，此项必须处于 ON。）。用ESC退到DISPLAY子菜单下。选取SET DEFAULT选择缺省值），回车。选择 YES ，回车。ESC退到主菜单。左右箭头移动到QUIT菜单命令，回车。上下箭头选取RETURN回车。系统进入调整生产画面。可以动态监视标定架

21、、 车轮及随17用上述观察传感器图象的方法，机物品的图象。籍此可以判断系统是否正常及问题类型。B.成像图及其分析F面是传感器标定时典型的标定架成像图:图3:标定架的成像图 当对传感器进行标定时，如果出现传感器图象或通讯异常报警,可以查询传感器图象，并按照如下表格中的方法排除。只有在没有任异常成像分析如下:问题原因处理方法1数据毛刺三角成像区有赃物或 纸带清理标定架表面镜头脏.清理镜头激光投射到调整螺钉移动镜头避免照射调整螺钉2边沿丢失镜头位置不合适移动镜头使投射光带完整镜头上有脏物清理镜头3距离不对镜头离标定架三角区 太远检杳镜头位置4距离不对镜头离标定架三角区 太近检杳镜头位置5丢失数据线路

22、、硬件软故障检查线路、硬件及扰动等6成像区偏离镜头位置偏到一侧移动镜头，使投射光线在三角 区的成像位置合理7位置偏离镜头距离三角顶点太 近激光线离顶点距离至少应远 于15%或离三角底面远于5%8反射或间接光线三角区表面刮痕用三角形黑色胶纸等粘贴覆 盖三角区，但不能刷黑漆环境光线影响移开或关闭环境光源9没有数据镜头被盖板盖住移开盖板表1 ：异常成像分析处理表（四）轮距调整对四轮定位仪，调整轮距的具体方法如下：1.正常工作界面下，在计算机键盘按 ESC2.用左右箭头键选择SETUP菜单。3.选取 WHEELBASE POSITI命令，回车。4.输入密码OCPEB回车。5.在设备前面小操作台上选择

23、W1-3 （先按W后按1-3之一。 红旗有两种 ABS分别对应 W1 W2 M6为W3。6.电箱门上的 wheelbase择开关拨到左侧JOG（点动）位置。7.用主电箱上 JOG WHEELBASE SHORTER距缩短）禾口 JOG WHEELBASE LONGER距加长）按钮，调整轮距位置。8.调整到合适轮距后，在设备前方小操作台按 WP（先按W再 按P）,数据被存盘。9. 在主柜上，用键盘右箭头把光标移动到最右侧菜单 QUIT项， 选择RETURN回车，退出到工作界面。10.把wheelbase择开关拨回到AUTOS置，可以开始正常车 辆测试。（五） 、方向盘倾角仪校准操作说明 如下方法

24、可以对方向盘倾角仪进行校准： 1 .检查倾角仪支架是否处在 0位置。2.观察支架上的水平仪，并调整倾角仪支架底板上的三个调整 螺丝将支架调整至水平。3.将倾角仪卡放在支架上。4.）两次。 并按下控按下倾角仪控制箱上的黑色校准按钮（ calibration5.按照显示屏上的提示将倾角仪旋至 -60位置固定， 制箱上的校准按钮一次。6.、 -15 再依次根据提示分别将倾角仪旋至 -45 、 -30 0、15、30、45、60等位置按下校准按钮。7.当完成 60位置的校准后，仪器将发出警报声，屏幕显示当 前位置为 60。8.这时操作者将倾角仪旋回零度位置即完成校准操作。（六） 、PLC程序操作提示使

25、用笔记本电脑的Rslogix5编辑软件对PLC进行操作的相关方 法索引如下：1.连接电缆，笔记本电脑接口为 RS232串口，PLC侧接口在PLC主机上类似键盘插口的接口。2 .双击笔记本电脑对应的 PLC编辑软件图标。 进入如下菜单:SELECT PROGRAM/PLC-5 ADDR选择程序 /PLC-5 地址） OFFLINE PROGRAMMING/DQ离线编程 / 资料） ONLINE PROGRAMMING/DOC在线编程 / 资料）REP ORTING OP TION（报告选项）UTILITY OPTIONS （通用选项）UP /DOWNLOAD P ROGRAM TO P LC-5

26、寸 P LC-5 上下载程序） P ROGRAM COMP ARE UTILITY 程序比较）PID TUNER AND UTILITIES （ PID 调节器及效用） CONFIGURE P ROGRAM P ARAMETElSt 程序参数）F1F2F3F4F5F6F7F8F93.选择F1,从笔记本屏幕上选择所需选择程序的名称:4157FAWA.X：5 转毂程序。4156FAWA.X:5 前轮程序。4选择F2 :对程序进行离线查看。F3 :对程序进行在线查看。5.如进行程序传输，选择F6,出现如下菜单：F1F2F3F4F5DOWNLOAD PROGRAM TO 卩14把9序下载至U PLC5

27、） UP LOAD P ROGRAM FROM PLC5 P LC5上 载程序） BATCH DOWNLOAD TO PL（批下载到 PLC5 WHO ACTIVE（激活）P ARTIAL DOWNLOAD UTILITY 部分下载）选择F1可将程序传入PLC,选择F2可将程序从PLC传入笔记本 电脑。八结语四轮定位是整车检测线中一台举足轻重的设备， 要有效控制整车质量，对它的研究和解析是有意义的。以上分析可能还有些肤浅，但 它是我们对设备技术不断学习和把握的一个过程。事实上，对这类设备，从控制系统硬件和软件上做过细的探讨， 跟探讨工艺实现过程的相关设备因素相比， 后者反而更加重要。 毕竟 我们不是在做设备开发工作， 因此，我们没有对硬件和软件因素做太 多的分析，这属于计算机技术和测量技术基础专业理论的范畴； 况且， 我们也不可能充分了解厂家硬件和软件开发的细节。虽仅如此， 我们还是希望先哲和同行们， 就相关测试工艺问题和 设备问题，给予无私的斧正和指点，以期改善我们的工作。一汽轿车公司生产部设备工装科陈刚2004-1-15