雙前橋商用車轉(zhuǎn)向拉桿在線裝調(diào)及側(cè)滑檢測系統(tǒng)研制

孫海明，朱金海，何偉，張露琪，周旭

（1.湖北汽車工業(yè)學院 機械工程學院，湖北 十堰 442002；2.東風商用車有限公司 總裝配廠，湖北 十堰 442001）

雙前橋商用車轉(zhuǎn)向拉桿在線裝調(diào)及側(cè)滑檢測系統(tǒng)研制

孫海明1，朱金海2，何偉2，張露琪1，周旭1

（1.湖北汽車工業(yè)學院 機械工程學院，湖北 十堰 442002；2.東風商用車有限公司 總裝配廠，湖北 十堰 442001）

基依據(jù)技術(shù)規(guī)范調(diào)整了雙前橋商用車轉(zhuǎn)向拉桿長度，以提高4個前輪的平行度和裝配精度，從而減少前輪側(cè)滑量和輪胎異常磨損。分析了雙前橋商用車轉(zhuǎn)向運動特性，介紹了商用車轉(zhuǎn)向橋技術(shù)規(guī)范，基于互為基準和激光對射原理研制了雙前橋商用車轉(zhuǎn)向拉桿在線裝調(diào)裝備，基于雙板分動和增量記錄原理研制了側(cè)滑量檢測系統(tǒng)，給出了工作原理和實車測試數(shù)據(jù)。實際應(yīng)用表明:激光對射拉桿裝調(diào)裝備使雙前橋車輛轉(zhuǎn)向拉桿的裝調(diào)時間由7 min/輛提高到2.6 min/輛，且使得整車側(cè)滑量檢測一次性合格率由57.7%提高到85%。

雙前橋；技術(shù)規(guī)范；轉(zhuǎn)向拉桿；激光調(diào)整；側(cè)滑檢測

6×2型雙轉(zhuǎn)向橋商用車與6×4型雙驅(qū)動橋商用車的軸荷相當，成本較低，國內(nèi)市場應(yīng)用日益廣泛，但使用一段時間后均出現(xiàn)轉(zhuǎn)向輪異常磨損的問題［1］。輪胎異常磨損與車輛超載運輸相關(guān)，但其根源是雙前橋商用車的梯形轉(zhuǎn)向機構(gòu)存在結(jié)構(gòu)缺陷，使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角在任意轉(zhuǎn)向角度內(nèi)無法滿足阿克曼公式［2］，這使得轉(zhuǎn)向輪在轉(zhuǎn)向過程中處在側(cè)滑滾動狀態(tài)，高速轉(zhuǎn)向時轉(zhuǎn)向輪的側(cè)滑使車輛的穩(wěn)定性下降。近年來，國內(nèi)外學者的研究主要集中在梯形轉(zhuǎn)向機構(gòu)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化［3-7］，也有自校正無側(cè)滑轉(zhuǎn)向機構(gòu)的研究［8］。由于制造和裝配誤差，商用車雙前橋轉(zhuǎn)向機構(gòu)無法實現(xiàn)理論上的無側(cè)滑轉(zhuǎn)向，調(diào)整兩前橋之間轉(zhuǎn)向拉桿的長度，使4個轉(zhuǎn)向前輪的轉(zhuǎn)向中心盡可能靠近或者重合，從而改善前輪側(cè)滑和輪胎磨損。目前，國內(nèi)商用車裝配線大多采用在線裝配拉桿，然后線下用定尺寸測量棒檢驗和調(diào)整雙前橋平行度來控制側(cè)滑量［9］，也可使用車輪轉(zhuǎn)角檢測系統(tǒng)來測量和修正轉(zhuǎn)角誤差［10-11］，但是基于激光定位裝配技術(shù)［12-14］的研究較少。

1 雙前橋轉(zhuǎn)向側(cè)滑分析

1.1 雙前橋轉(zhuǎn)向運動學分析

如圖1所示，雙前橋商用車在轉(zhuǎn)向過程中，要避免車輪無橫向滑移，才能實現(xiàn)車輪純滾動，所有車輪都必須繞同一瞬時中心點（O點）轉(zhuǎn)動，各轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)角應(yīng)保持一定的對應(yīng)關(guān)系。

圖1雙前橋轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系

圖1 中，B為前輪轉(zhuǎn)向主銷中心延長線與地面交點之間的距離；α1和α2分別為第1前橋和第2前橋的外輪轉(zhuǎn)角；β1和β2分別為第1前橋和第2前橋的內(nèi)輪轉(zhuǎn)角；L1和L2分別為第1前橋和第2前橋距雙后橋中心線的距離，由設(shè)計的轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)來保證。

同一轉(zhuǎn)向橋的內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系應(yīng)符合式（1）所示的阿克曼原理：

前后轉(zhuǎn)向橋的同側(cè)車輪轉(zhuǎn)角的對應(yīng)關(guān)系應(yīng)滿足：

只有同時滿足了式（1）～（2）才能保證4個轉(zhuǎn)向輪都作無側(cè)滑純滾動。式（1）的滿足是靠轉(zhuǎn)向橫拉桿的轉(zhuǎn)向梯形底角來保證，式（2）是通過設(shè)計前后可調(diào)拉桿和前后懸臂機構(gòu)得到保證。由于制造、裝配和調(diào)整誤差，各車輪轉(zhuǎn)角只能最大限度的近似滿足以上原理，促使4個轉(zhuǎn)向點盡可能重合，使車輪轉(zhuǎn)向時減少橫向滑移而近似純滾動轉(zhuǎn)向，從而減少輪胎磨損，提高雙前橋商用車運行的穩(wěn)定性。

1.2 轉(zhuǎn)向拉桿調(diào)整技術(shù)規(guī)范

調(diào)整兩前橋之間拉桿的長度，可使4個轉(zhuǎn)向中心點盡可能靠近或者重合，需要較為合理的尺寸設(shè)計和裝配調(diào)整技術(shù)規(guī)范。但是目前國家還沒有明確要求雙前橋車輛轉(zhuǎn)向同步性的檢測標準，各企業(yè)的檢測標準不一致。

根據(jù)某企業(yè)雙前橋商用車技術(shù)規(guī)范［15-16］，通過側(cè)滑檢測的理想狀態(tài)是第1前橋和第2前橋工字梁平行，第1前橋輪胎和第2前橋輪胎整體平行，數(shù)據(jù)測量的位置如圖2所示。

1）軸頭距差ΔH= ||H1-H2≤5mm，若超出范圍則表示兩前橋不平行，需要調(diào)整可調(diào)拉桿的長度，H值測量點為左右輪轂軸頭，如圖2所示。

2）平行度ΔD=D1-D2≤2mm，表示車輪與車架平行，若平行度超差，需要先擺正方向盤，繼而調(diào)整第1橋平行，再調(diào)整第2橋平行，順序不得顛倒。

3）車速為5km·h-1時，前橋單輪側(cè)滑量、左右輪間側(cè)滑量和雙橋軸間側(cè)滑量不得超過5mm·m-1。

2 激光對射拉桿在線調(diào)整儀研發(fā)

為滿足雙前橋商用車裝兩前橋的軸頭距差ΔH不大于5mm和平行度ΔD不大于2mm的技術(shù)規(guī)范，研發(fā)了互為基準和激光對射原理的轉(zhuǎn)向拉桿在線調(diào)整儀，達到以下技術(shù)指標：對射激光靈敏度不小于1×105lx、在線測量精度不大于4mm、拉桿調(diào)整節(jié)拍不大于2.6 min/輛、車型軸距范圍為1 700～ 1 950mm。

2.1 互為基準激光對射調(diào)整原理

如圖3所示，互為基準激光對射拉桿調(diào)整儀由磁性定位吸盤、激光發(fā)射器和刻度標靶等組成。

在測量和調(diào)整時，利用激光測距，先保證第1前橋轉(zhuǎn)向拉桿這一側(cè)的車輪朝向正前方，然后調(diào)整第1前橋和第2前橋之間的直拉桿使第2前橋轉(zhuǎn)向拉桿這一側(cè)的車輪也朝向正前方，以達到汽車在直線行駛時轉(zhuǎn)向輪朝向正前方滾動。

圖3 互為基準激光對射調(diào)整原理圖

當?shù)?前橋激光器的發(fā)出的光點落在第2前橋的刻度標靶中央，同理，第2前橋激光器的光點落在第1前橋的刻度標靶中央，則表明兩前橋平行，且車輪與車架平行，鎖定拉桿調(diào)整螺母，固定拉桿尺寸，完成轉(zhuǎn)向拉桿在線調(diào)整。

2.2 車輪磁性吸盤定位裝置

車輪磁性吸盤定位裝置是激光發(fā)射器和刻度標靶的安裝基礎(chǔ)，它依靠3個磁鐵垂直吸附在車輪外側(cè)，其構(gòu)成包括磁鐵、磁鐵基座、磁性座連桿、長螺母、磁性夾具板、彈簧、調(diào)節(jié)螺母、調(diào)節(jié)臂、墊片、過渡螺桿和中心軸等，結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 磁性吸盤定位裝置

夾具基板如圖5所示，基本結(jié)構(gòu)為三叉葉片式，其中每片葉都有導向槽，調(diào)整支撐桿在導向槽中的位置，可滿足不同直徑車輪的吸附要求。調(diào)整螺釘可使中心桿與車輪垂直，同一型號的車輪僅需調(diào)整一次，并定期抽檢其垂直度。

圖5 夾具基板示意圖

3 前輪側(cè)滑量檢測系統(tǒng)研發(fā)

3.1 前輪側(cè)滑量檢測系統(tǒng)構(gòu)成

雙前橋商用車前輪側(cè)滑量檢測系統(tǒng)包括導向裝置、復位裝置、位移傳感器、2塊側(cè)滑板、光電開關(guān)、控制系統(tǒng)和顯示報警系統(tǒng)等，其中導向裝置、快速復位裝置和位移傳感器安裝在蓋板下面。原理如圖6所示，當商用車第1前橋駛過側(cè)滑板時，在前輪外傾和前束的影響下，輪胎產(chǎn)生向左或向右的側(cè)滑力，繼而引起側(cè)滑板向左或向右移動，其位移量分別通過2個位移傳感器轉(zhuǎn)變成電信號，電信號經(jīng)控制系統(tǒng)處理后在顯示器顯示出該車的側(cè)滑量，測量精度達到0.1mm·m-1。當整車側(cè)滑量超過5mm·m-1時，系統(tǒng)自動發(fā)出聲光報警，提示該車輛側(cè)滑量超標，需要重新調(diào)整和檢測。

圖6 側(cè)滑檢測系統(tǒng)構(gòu)成

前輪側(cè)滑量檢測系統(tǒng)中側(cè)滑臺的外形尺寸為3 046mm×1 508mm×163mm、側(cè)滑板結(jié)構(gòu)尺寸為1400mm×1100mm、測量范圍為-20～20mm·m-1、測量精度為0.1mm·m-1、測試輪距范圍為860～ 2225mm、最大承載質(zhì)量為10t。

3.2 前輪側(cè)滑檢測臺構(gòu)成

圖7 雙板分動側(cè)滑量檢測原理圖

前輪側(cè)滑量檢測臺原理圖如圖7所示，由臺體、導軌、回位機構(gòu)、位移檢測傳感器、側(cè)滑板、光電開關(guān)和鎖止機構(gòu)等組成。左右2塊側(cè)滑板運動各自獨立，可沿導軌左右獨立滑動。

當商用車轉(zhuǎn)向輪通過側(cè)滑板時，車輪橫向側(cè)滑的反作用力推動側(cè)滑板左右滑動，滑動位移量由位移傳感器實時測量出來，傳送至控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)的工控機按100 Hz的頻率采集滑動位移量的動態(tài)變化過程。第1前輪通過側(cè)滑板時，光電開關(guān)采集第1個信號，位移傳感器產(chǎn)生信號變化。當?shù)?前橋車輪經(jīng)過側(cè)滑板時，通過光電開關(guān)的瞬間，采集到的滑動位移量作為第2前橋的側(cè)滑的初始零位，后續(xù)采集滑動位移量的增量就是第2前橋的側(cè)滑量。

4 實施效果

4.1 轉(zhuǎn)向拉桿激光調(diào)整儀實施效果

基于互為基準激光對射原理的雙前橋商用車轉(zhuǎn)向拉桿在線裝調(diào)儀成功應(yīng)用于東風商用車公司總裝配廠，調(diào)整現(xiàn)場如圖8所示。

圖8 激光對射調(diào)整現(xiàn)場

激光定位儀器使用工藝過程為：1）在雙前橋商用車底盤翻轉(zhuǎn)后，駕駛室安裝之前進行雙前橋轉(zhuǎn)向拉桿在線裝配和調(diào)整；2）將2個磁鐵分別吸在第1、 2前橋輪轂外立面上，將2個激光發(fā)射器和刻度標靶安裝在激光定位裝置中心軸的固定槽上，并打開激光發(fā)射器開關(guān)；3）利用轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向機構(gòu)，使第1個前橋輪轂面基本平行于車架縱梁，然后調(diào)整拉桿長度，直到激光對射在另一個刻度標靶中間，表明兩前橋相互平行，且與車架平行。

激光調(diào)整法實現(xiàn)了在裝配線上裝配和調(diào)整雙前橋商用車的轉(zhuǎn)向桿拉桿，將拉桿調(diào)整節(jié)拍由原來的7 min（線下尺寸棒調(diào)整法）提高到2.6 min，同時實現(xiàn)了方向盤在裝配線上一次鎖緊裝配到位。后續(xù)整車側(cè)滑量檢測一次性合格率由57.7%提高到85%，進一步證明了激光調(diào)整法的技術(shù)先進性。

4.2 雙板分動側(cè)滑量檢測系統(tǒng)實施效果

商用車雙前橋側(cè)滑檢測系統(tǒng)基于雙板分動、快速復位和增量記錄等原理分2次獨立檢測4個轉(zhuǎn)向輪的側(cè)滑量，也可檢測單前橋商用車的前輪側(cè)滑量。獲得側(cè)滑檢測數(shù)據(jù)通過理論計算和程序判斷，由終端顯示數(shù)據(jù)，并對側(cè)滑超差車輛發(fā)出聲光報警。例如，車輪通過側(cè)滑板時傳感器檢測到的位移量是2mm，該數(shù)據(jù)除以側(cè)滑板的長度1 400mm，得到前輪側(cè)滑數(shù)據(jù)為1.428mm·m-1，小于5mm·m-1，側(cè)滑檢測合格。檢測現(xiàn)場如圖9～10所示，側(cè)滑量數(shù)據(jù)如表1所示。

圖9 側(cè)滑檢測系統(tǒng)檢測現(xiàn)場

圖10 側(cè)滑超差報警提示界面

雙板分動側(cè)滑檢測臺模擬了雙前橋轉(zhuǎn)向側(cè)滑的實際工況，得到了兩轉(zhuǎn)向橋的獨立側(cè)滑數(shù)據(jù)，自動化程度高和檢測精度高。通過側(cè)滑檢測后，東風商用車輪胎磨損賠償率由6.3%降低到1.8%。

表1 雙板分動側(cè)滑檢數(shù)據(jù)

5 結(jié)語

為適應(yīng)雙前橋商用車轉(zhuǎn)向拉桿快速裝調(diào)和側(cè)滑檢測的需求，基于互為基準和激光對射原理研制了轉(zhuǎn)向拉桿在線裝調(diào)儀，基于雙板分動和增量記錄原理研制了側(cè)滑量檢測系統(tǒng)。2項技術(shù)成功應(yīng)用于東風商用車公司，使拉桿調(diào)整節(jié)拍由7 min/輛提高到2.6 min/輛，后續(xù)整車側(cè)滑量檢測一次性合格率由57.7%提高到85%。

［1］程源.雙前橋轉(zhuǎn)向汽車輪胎異常磨損的“內(nèi)因”與“外因”探析［J］.裝備制造技術(shù),2011（11）：113-116.

［2］陳集豐，段德高，楊榮.汽車轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)最佳參數(shù)確定［J］.西北工業(yè)大學學報，1995，13（4）：500-504.

［3］劉振聲.重型汽車雙軸轉(zhuǎn)向特性研究與優(yōu)化［D］.長沙:湖南大學,2013.

［4］胡敏鋒.雙前橋汽車轉(zhuǎn)向機構(gòu)優(yōu)化［D］.長沙:湖南大學,2013.

［5］王陽陽，靳曉雄，張代勝.雙前橋轉(zhuǎn)向機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法研究［J］.汽車工程，2006，28（6）：574-577.

［6］溫圣灼.重型商用車雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計與研究［D］.長春：吉林大學，2007.

［7］朱林.基于響應(yīng)面法的雙前橋轉(zhuǎn)向機構(gòu)參數(shù)優(yōu)化［J］.湖北汽車工業(yè)學院學報，2013，27（1）：1-4+11.

［8］劉宏新，周嶺，何君.輪式車輛無側(cè)滑轉(zhuǎn)向傳動裝置設(shè)計與試驗［J］.農(nóng)業(yè)機械學報，2003，34（3）：4，12-14.

［9］馮長順.雙前橋卡車轉(zhuǎn)向同步性的檢測及控制方法［J］.中國高新技術(shù)企業(yè)，2011（19）：79-80.

［10］陳文華.雙軸轉(zhuǎn)向汽車車輪轉(zhuǎn)角自動測試系統(tǒng)研究［J］.公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2008，4（9）：183-185+191.

［11］郭寬友，徐建勛.雙前軸轉(zhuǎn)向汽車車輪轉(zhuǎn)角自動檢測系統(tǒng)開發(fā)［J］.客車技術(shù)與研究，2007（1）：12-15.

［12］謝立峰，李立順，朱林選，等.雙前軸車輪平行度激光檢測儀的開發(fā)與驗證［J］.汽車工藝與材料，2016（3）：63-66.

［13］朱金海，吳俊杰.雙前橋側(cè)滑調(diào)整工藝研究［C］//2010中國汽車工程學會年會論文集，長春：機械工業(yè)出版社，2010：998-999.

［14］羅禮培，張祖同，張鐵林.東風雙前橋重型商用車的側(cè)滑及調(diào)整方法［J］.汽車與配件，2012（17）：60-61.

［15］DFLCJ-1237.雙前橋商用車整車下線雙前橋檢測調(diào)整規(guī)范［S］.

［16］公安部道路交通管理標準化技術(shù)委員會.機動車運行安全技術(shù)條件：GB 7258-2012［S］.

Development of Adjustment Equipment and Sideslip Detection System Online of Steering Lever for Dual-front Axle Commercial Vehicle

Sun Haiming1,Zhu Jinhai2,He Wei2,Zhang Luqi1,Zhou Xu1
（1.School of Mechanical Engineering,Hubei University of Automotive Technology,Shiyan 442002,China; 2.General Assembly Plant,Dongfeng Trucks Co.Ltd.,Shiyan 442001,China）

The steering lever length of the double front axle commercial vehicle was adjusted according to the technical specifications so as to enhance the parallelism of the four wheels and assembly accura?cy and decrease front wheel sideslip and abnormal wear of the tyre.The steering motion characteristics of the double front axle commercial vehicle were analyzed,and the technical specifications of the com?mercial vehicle steering axle were introduced.The online equipment of the commercial vehicle steering lever was developed on the basis of the principle of the mutual benchmark and laser correlation,and the sideslip quantity detection system was developed based on the double independent plate and incremen?tal recording principle,and the working principle and real vehicle test data were given.The application results show the time of assembling and adjusting the steering lever is reduced from 7 min to 2.6 min per vehicle by laser correlation method,and the first time pass rate of the sideslip detection is increased from 57.7%to 85%.

dual-front axle;technical specification;steering lever;laser adjustment;sideslip detection

U463

：A

：1008-5483（2016）04-0052-05

10.3969/j.issn.1008-5483.2016.04.012

2016-08-30

湖北省教育廳科學研究項目（D20161801）

孫海明（1978-），男，湖北黃岡人，副教授，從事儀器科學與技術(shù)、綠色設(shè)計與制造方面的研究。E-mail：43739887@qq.com