重型商用車車輪定位參數(shù)控制工藝淺議

孫亞偉，陳鈺龍，韓梅

（1.陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，陜西 西安 710299；2.陜西汽車控股集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，陜西 西安 710299）

重型商用車車輪定位參數(shù)控制工藝淺議

孫亞偉1，陳鈺龍2，韓梅2

（1.陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，陜西 西安 710299；2.陜西汽車控股集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，陜西 西安 710299）

車輪定位參數(shù)確定車輪的行駛姿態(tài)，對(duì)汽車操縱穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)向性能和輪胎壽命有非常大的影響。對(duì)于重型商用車而言，整車轉(zhuǎn)向前軸的四輪定位參數(shù)如果超差，則會(huì)直接影響到用戶的使用成本和收益。本文通過(guò)分析整車裝配過(guò)程中前束控制工藝，明確該工藝方法存在的問(wèn)題和風(fēng)險(xiǎn)，提出了全新的四輪定位參數(shù)控制方法，對(duì)于提高整車的裝配質(zhì)量意義重大。

重型商用車；四輪定位參數(shù)；前束；動(dòng)態(tài)調(diào)整

CLC NO.: U466 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)11-75-03

前言

隨著汽車技術(shù)的發(fā)展和高速路網(wǎng)的建設(shè)，汽車速度越來(lái)越快，汽車行駛穩(wěn)定性和安全性日益為人們所重視。所以整車制造廠家對(duì)汽車底盤部分設(shè)計(jì)、裝配要求也逐漸提高。車輪定位參數(shù)作為整車裝配過(guò)程中的主要控制參數(shù)，其合理性和穩(wěn)定性是確保汽車行駛穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)向輕便可靠性的重要因素，同時(shí)車輪定位參數(shù)控制良好，還可以延緩相關(guān)零部件的磨損，提高乘坐舒適性和行車安全。汽車車輪定位參數(shù)主要包括車輪外傾角、主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角、主銷偏移距、前束角或前束。

1 車輪定位參數(shù)的定義和作用

1.1 車輪外傾角

車輪外傾角是車輪中心平面相對(duì)于地面垂直線的傾角，車輪外傾角有正、負(fù)之分（見(jiàn)圖1）。車輪上部離開(kāi)汽車中心線為正的車輪外傾角；反之為負(fù)的車輪外傾角。重型商用車空載時(shí)對(duì)其轉(zhuǎn)向輪有外傾角要求，而當(dāng)滿載時(shí)由于前軸受載變形，左右車輪上部距離減小，下部距離增大，車輪外傾角減小甚至為零。

1.2 主銷后傾角

主銷后傾角是主銷軸線（轉(zhuǎn)向車輪的旋轉(zhuǎn)軸線）相對(duì)于地面垂直線的傾角（見(jiàn)圖1）。主銷后傾角有正、負(fù)之分。主銷軸線上部向后傾斜的主銷后傾角為正；主銷軸線上部向前傾斜的主銷后傾角為負(fù)。正的主銷后傾角加大了側(cè)向力對(duì)主銷軸線的回正力矩，但是如果主銷后傾角過(guò)大，回正力矩也會(huì)過(guò)大，這就增大了轉(zhuǎn)向力，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向沉重。

圖1 車輪定位參數(shù)示意圖

1.3 主銷內(nèi)傾角

主銷內(nèi)傾角是前輪的旋轉(zhuǎn)軸線（主銷軸線）相對(duì)于地面垂直線的傾角（見(jiàn)圖1）。主銷內(nèi)傾角可以增加轉(zhuǎn)向輪的回正力矩，保證車輛行駛穩(wěn)定性，避免轉(zhuǎn)向輪出現(xiàn)擺振的問(wèn)題。但是如果主銷內(nèi)傾角過(guò)大，會(huì)造成轉(zhuǎn)向阻力矩偏大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向沉重。

1.4 前束角或前束

前束角是車輪中心線與汽車縱向?qū)ΨQ軸線之間的夾角，也有用前束參數(shù)的。前束的定義為左、右車輪最后點(diǎn)之間的距離與最前點(diǎn)之間的距離的差值。當(dāng)左、右車輪最后點(diǎn)距離大于最前點(diǎn)距離，前束為正，小于時(shí)，前束為負(fù)（見(jiàn)圖1）。正前束值過(guò)大，會(huì)造成輪胎外側(cè)異常磨損；負(fù)前束值過(guò)大時(shí)，會(huì)造成輪胎內(nèi)側(cè)異常磨損。

2 車輪定位參數(shù)控制的現(xiàn)狀和問(wèn)題

2.1 車輪定位參數(shù)控制工藝方法

圖2 目前前束控制工藝

重型商用汽車的懸掛系統(tǒng)大多為非獨(dú)立懸架，采用板簧加減震器的懸掛方式。轉(zhuǎn)向軸總成完成分裝后，車輪外傾角、主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角、主銷偏移距由于沒(méi)有調(diào)整機(jī)構(gòu)，參數(shù)無(wú)法調(diào)整，而唯一能夠調(diào)整的就是前束，通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)向橫拉桿上的調(diào)整螺母就可以增大或減小橫拉桿的長(zhǎng)度，橫拉桿兩頭球鉸接頭與梯形節(jié)臂相連接，從而實(shí)現(xiàn)前束的調(diào)整。我公司前束或前束值控制的工藝方法是在轉(zhuǎn)向軸裝配時(shí)調(diào)整前束（此時(shí)轉(zhuǎn)向軸沒(méi)有裝配輪輞和輪胎），保證前束滿足設(shè)計(jì)要求，最后將調(diào)整好的轉(zhuǎn)向軸總成裝配在整車上（見(jiàn)圖2）。

2.2 存在的問(wèn)題

在轉(zhuǎn)向軸總成裝配中，提前控制調(diào)整前束，具有容易操作，生產(chǎn)效率高的優(yōu)點(diǎn)，但是缺點(diǎn)也不少，主要是沒(méi)有考慮輪胎和輪輞的制造形位公差對(duì)前束的影響，造成的結(jié)果就是當(dāng)車輛裝配上輪輞和輪胎后，公差波動(dòng)太大，很容易超差，進(jìn)而導(dǎo)致整車轉(zhuǎn)向軸輪胎異常磨損，增加了車輛的運(yùn)營(yíng)成本。而我們所要求的前束是相對(duì)于整車而言，這樣的前束對(duì)于行駛中的整車才有意義，如果不包括輪輞和輪胎，單獨(dú)認(rèn)為轉(zhuǎn)向前軸的的前束或前束值就是整車的前束，那就必須保證輪輞和輪胎的制造精度和裝配精度要非常高，但是，實(shí)際上，這兩種零部件由于制造工藝水平的限制，其制造精度和裝配精度并不高。

為了驗(yàn)證轉(zhuǎn)向前軸前束和整車前束的關(guān)系，我們使用優(yōu)勝（JOSAM）四輪定位測(cè)量?jī)x測(cè)量了兩輛不同車型的前束值，這兩輛整車的前束都是在裝配轉(zhuǎn)向前軸總成時(shí)調(diào)整好的，按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 1.5—3.5mm的要求進(jìn)行控制，對(duì)同一輛車的前束值各測(cè)量5次，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1：

表1 測(cè)量數(shù)據(jù)

以上圖表可以看出，兩輛車中，同一輛車5次測(cè)量的整車前束都不相同，平均值超差。所以說(shuō)，在轉(zhuǎn)向前軸總成裝配階段控制調(diào)整前束是不合理的，造成的結(jié)果就是整車前束波動(dòng)較大。

車輪總成之所以會(huì)對(duì)整車的前束產(chǎn)生影響，主要原因是由于輪輞和輪胎的端面跳動(dòng)和裝配誤差引起的。由于輪胎屬于彈性體，力學(xué)性能太復(fù)雜，將其簡(jiǎn)化為剛性體，本文只討論剛性制件輪輞的端面跳動(dòng)對(duì)整車前束的影響。我公司要求輪輞端面跳動(dòng)公差為1.5mm以內(nèi)。

單只輪輞端面跳動(dòng)公差是 1.5mm,左右輪輞若端面跳動(dòng)值累計(jì)會(huì)嚴(yán)重影響到前束值的變化，在此，我們只分析極限偏差下的影響。所以我們將輪輞的端面跳動(dòng)定義為輪輞與制動(dòng)鼓端面的最大間隙值。按照輪輞端面跳動(dòng)分布位置，從理論上來(lái)計(jì)算前束的變化，分為以下兩種情況（見(jiàn)圖3、圖4、圖5）。

圖3 車橋前束示意圖

（1）車橋總成前束值L=b-a

前束值 L'max=(b+2Δt)-a=b-a+2Δt，即前束值需滿足L'≤b-a+2Δt

圖4 車輪總成前束示意圖

圖5 車輪總成前束示意圖

（2）前束值L'min=b-(a+2Δt)=b-a-2Δt，即前束值需滿足L'≥b-a-2Δt

所以，如果考慮輪輞端面跳動(dòng)公差的影響，前束值應(yīng)該在此范圍內(nèi)：

為了方便計(jì)算，本文不考慮輪胎的精度影響，將其簡(jiǎn)化為剛性體，胎面的端面跳動(dòng)Δt'按照下式計(jì)算，見(jiàn)圖6：

圖6 車輪總成前束示意圖

（重型商用汽車一般多采用 9×22.5一件幅板車輪，輪輞直徑d=571.5mm，輪胎直徑d=1059mm）

所以，整車前束范圍應(yīng)為：

由以上可知，輪輞的端面跳動(dòng)誤差對(duì)于整車前束值影響是比較大的，如果在車橋裝配階段調(diào)整前束值，雖然效率高，易于實(shí)現(xiàn)，但是只能控制制動(dòng)鼓對(duì)車輛前束值的影響，而未考慮輪輞輪胎總成對(duì)車輛前束值的影響，從而會(huì)造成整車裝配上輪胎后整車前束值波動(dòng)非常大。所以說(shuō)，現(xiàn)階段的前束調(diào)整工藝即在車橋裝配階段按照整車給定的前束值參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，無(wú)法滿足車輛使用工況。

3 車輪定位參數(shù)控制方法的改進(jìn)思路

整車前束超差，會(huì)造成車輛輪胎異常磨損現(xiàn)象，增加客戶運(yùn)營(yíng)成本。當(dāng)前市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，客戶不僅僅關(guān)注車輛的購(gòu)置價(jià)格，還關(guān)注車輛的運(yùn)營(yíng)成本，所以控制整車前束處于合理范圍內(nèi)，對(duì)于提高車輛市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力大有裨益。

當(dāng)前采用的前束的工藝控制方法，沒(méi)有考慮車輪總成尺寸公差的影響，包括輪輞和輪胎等零部件的形位公差，造成整車前束波動(dòng)過(guò)大，已經(jīng)無(wú)法滿足目前的市場(chǎng)要求。

車輪動(dòng)態(tài)調(diào)整定位就是通過(guò)一套滾筒設(shè)備，讓車輛車輪在主動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)的滾筒上隨動(dòng)旋轉(zhuǎn)，模擬整車實(shí)際的運(yùn)行工況，滾筒設(shè)備在軸向、周向和徑向三個(gè)方向各安裝了一臺(tái)力學(xué)傳感器，可測(cè)量出受力數(shù)據(jù)，通過(guò)軟件對(duì)受力數(shù)據(jù)分析，判定前束合適與否（見(jiàn)圖7）。

圖7 車輪動(dòng)態(tài)調(diào)整儀

車輛輪胎出現(xiàn)早期異常磨損，磨損的基本機(jī)理是車輪在行駛過(guò)程中，車輪胎面受到來(lái)自路面的側(cè)向力，該側(cè)向力就會(huì)對(duì)輪胎邊緣形成細(xì)微的磨損，長(zhǎng)時(shí)間作用就會(huì)出現(xiàn)異常磨損現(xiàn)象。前束過(guò)大時(shí)的情況，地面對(duì)輪胎摩擦力F可以分解為平行于輪胎徑向F滾和垂直于輪胎徑向的F滑，F(xiàn)滾使得輪胎發(fā)生滾動(dòng)，F(xiàn)滑是地面對(duì)輪胎的側(cè)向力，為滑動(dòng)狀態(tài)，是產(chǎn)生輪胎異常磨損的主要原因，由于輪胎的彈性形變作用，輪胎外側(cè)最先磨損。前束過(guò)小時(shí)，同理，輪胎內(nèi)側(cè)最先磨損。

車輪動(dòng)態(tài)調(diào)整定位基本理念就是，通過(guò)實(shí)時(shí)測(cè)量車輪在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中輪胎胎面?zhèn)认蛄?，通過(guò)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向橫拉桿的調(diào)整螺母調(diào)整前束實(shí)現(xiàn)側(cè)向力的變化，確保側(cè)向力處于一個(gè)合理的范圍。由于車輛在動(dòng)態(tài)調(diào)整過(guò)程中是空載狀態(tài)，所以并不是完全模擬車輛行駛狀態(tài)，車輛滿載狀態(tài)下，前束相對(duì)于空載狀態(tài)會(huì)變小，所以說(shuō)在動(dòng)態(tài)調(diào)整車輪定位時(shí)，側(cè)向力并不是越小越好，要和車輛使用工況相匹配，這需要作大量的整車試驗(yàn)，積累數(shù)據(jù)。結(jié)合市場(chǎng)上不同車型的運(yùn)營(yíng)工況，有區(qū)別、合理的設(shè)置側(cè)向力參數(shù)，而不是粗放的對(duì)不同車型，不同工況使用同樣的前束。所以說(shuō)通過(guò)整車動(dòng)態(tài)定位儀可以有效控制車輛車輪定位狀態(tài)，杜絕人為因素干擾，提高車輛裝配質(zhì)量，確保到達(dá)客戶手中每臺(tái)車都是精品。

[1] 王霄鋒.汽車底盤設(shè)計(jì).北京:清華大學(xué)出版社,2010.

Discussion of Heavy Truck Wheel Positioning Parameter Control Technology

Sun Yawei1, Chen Yulong2, Han Mei2
( 1.Shaanxi heavy duty automobile co.ltd automotive engineering R&D institute, Shaanxi Xi'an 710299; 2.Shaanxi automobile holding group co. ltd technology center, Shaanxi Xi'an 710299 )

The wheel positioning parameter determines the steering stance of the wheel, have a very large effect for the steering stability of the car, the steering performance and the tyre life.In the case of heavy truck, the switch to the front axle of the four-wheel positioning parameter will directly affect the user's cost and benefits. In this article, through analysis of the heavy truck assembly process of the top beam control technology, specifically the process problems and risks, four-wheel positioning parameters of the new control method is proposed, to improve the quality of the vehicle assembly is of great significance.

Heavy truck; Four-wheel; positioning parameter; Front wheel obliquity; Dynamic adjustment

U466

：A

： 1671-7988 (2017)11-75-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.11.027

孫亞偉，就職于陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院。