淺析如何提升總裝車(chē)間后橋四輪定位一次合格率

劉云泊 顧承揚(yáng)

摘 要：總裝車(chē)間整車(chē)四輪定位檢測(cè)和調(diào)整一直是瓶頸工位，為提高生產(chǎn)效率，文章通過(guò)分析后橋四輪定位誤差來(lái)源，提出了一種后橋四輪定位閉環(huán)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法。該方法以最小二乘法原理為基礎(chǔ)計(jì)算整車(chē)后橋四輪定位最佳估計(jì)值，并對(duì)后橋四輪定位進(jìn)行補(bǔ)償。經(jīng)過(guò)批量生產(chǎn)驗(yàn)證，本方法能夠最大限度地提升總裝車(chē)間整車(chē)后橋四輪定位檢測(cè)一次合格率，對(duì)總裝效能提升有較好效果。

關(guān)鍵詞：多連桿后橋；四輪定位；誤差分析；補(bǔ)償

中圖分類(lèi)號(hào)：U463 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1671-7988（2018）17-256-05

Abstract： The four-wheel alignment detection and adjustment of the vehicle in the assembly shop is always a bottleneck station. In order to improve the production efficiency， this paper proposes a rear-wheel-axle four-wheel positioning closed-loop dynamic compensation method by analyzing the source of rear axle four-wheel positioning error.This method uses the principle of least squares method to calculate the best estimate of the rear wheel four-wheel alignment of the vehicle and dynamically compensates for the four-wheel alignment of the rear axle.After mass production verification， the method can maximize the qualification rate of the vehiclerear axle four-wheel alignment test in the assembly shop， and has a better effect on the improvement of the assembly efficiency.

Keywords： multi-link rear suspension； wheel alignment； error analysis； compensation

CLC NO.： U463 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）17-256-05

引言

四輪定位是影響整車(chē)性能的關(guān)鍵指標(biāo)，如果調(diào)整不當(dāng)會(huì)造成汽車(chē)跑偏、轉(zhuǎn)向沉重、輪胎磨損、懸架配件磨損、油耗增高等，極端情況下甚至存在安全隱患[1]。本文通過(guò)分析四輪定位檢測(cè)的誤差來(lái)源，應(yīng)用補(bǔ)償系統(tǒng)誤差的方式來(lái)提高整車(chē)生產(chǎn)節(jié)拍。市場(chǎng)上不乏介紹四輪定位的技術(shù)資料，但資料大多適用于售后維修，談及整車(chē)批量生產(chǎn)的不多?？傃b車(chē)間常常遇到整車(chē)四輪定位調(diào)整比例高而影響生產(chǎn)節(jié)拍的問(wèn)題。李琦等[2]通過(guò)分析前束角、外傾角的線性關(guān)系，采用作圖法來(lái)提升技師的調(diào)整效率。周顯明[3]提出了整車(chē)四輪定位補(bǔ)償?shù)膬?yōu)化方法。熊冉[4]、周誠(chéng)等[5]討論了后橋裝配四輪定位預(yù)調(diào)整方法，本文在此基礎(chǔ)上做了進(jìn)一步分析和歸納，提出了一種可操作性強(qiáng)、實(shí)際驗(yàn)證有效的后橋四輪定位閉環(huán)動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償方法。

1 后橋四輪定位技術(shù)要求

上汽大眾后橋結(jié)構(gòu)分為兩大類(lèi)：扭力梁后橋、多連桿后橋。扭力梁結(jié)構(gòu)的后橋結(jié)構(gòu)四輪定位不可調(diào)，多連桿后橋四輪定位可調(diào)。本文主要研究四輪定位可調(diào)整的多連桿后橋。后橋四輪定位檢測(cè)主要包含外傾角和前束角。

1.1 后橋外傾角定義

外傾角是車(chē)輪徑向平面和輪胎接地點(diǎn)垂直線的偏離角，偏離引擎方向?yàn)檎鈨A角，反之為負(fù)外傾角（如圖1所示），負(fù)外傾角提高了外圈車(chē)輪的側(cè)向力，較小的正外傾角可減輕輪胎在拱環(huán)路面上的磨損[6]。

1.2 后橋前束角定義

在車(chē)輛直線行駛中，車(chē)輪徑向平面偏離行駛直線的角度值為前束角，左右兩輪前端距離小于后端距離為正前束角，反之為負(fù)前束角（如圖2所示）。

2 后橋四輪定位調(diào)整方式

上汽大眾多連桿后橋四輪定位調(diào)整均采用了類(lèi)似的結(jié)構(gòu)（如圖3所示）。

外傾角調(diào)節(jié)點(diǎn)為后副車(chē)架與上橫向?qū)U的偏心螺栓連接點(diǎn)，前束角調(diào)節(jié)點(diǎn)為后副車(chē)架與下橫向?qū)U的偏心螺栓連接點(diǎn)。他們的調(diào)整方式均為通過(guò)旋轉(zhuǎn)偏心螺栓，帶動(dòng)對(duì)應(yīng)的偏心墊片同步旋轉(zhuǎn)，使偏心螺栓法蘭與偏心墊片同時(shí)受側(cè)面凸臺(tái)擠壓，產(chǎn)生的反作用力讓偏心螺栓沿著法蘭徑向偏移，從而產(chǎn)生后橋前束角和外傾角變化的效果。

2.1 后橋四輪定位預(yù)調(diào)整

后橋四輪定位預(yù)調(diào)整目的是為了減輕整車(chē)調(diào)整的工作量，通常集成在后橋裝配線完成，它對(duì)設(shè)備的自動(dòng)化程度、精度、穩(wěn)定性、工藝柔性等都有很高的質(zhì)量要求，因此業(yè)內(nèi)的全自動(dòng)后橋裝配四輪定位調(diào)整設(shè)備大多被外資品牌壟斷。后橋調(diào)整臺(tái)通過(guò)加載模擬實(shí)車(chē)裝配，將后橋四輪定位預(yù)調(diào)整到目標(biāo)值，全過(guò)程無(wú)人工干預(yù)。調(diào)整步驟如圖4：

①后橋定位：裝配流水線將后橋送入四輪定位調(diào)整臺(tái)定位夾緊。

②模擬整車(chē)加載并檢測(cè)：在后橋上預(yù)裝標(biāo)準(zhǔn)彈簧，模擬整車(chē)重量并加載，通過(guò)反復(fù)壓縮彈簧行程來(lái)模擬汽車(chē)底盤(pán)顛簸實(shí)況，在釋放應(yīng)力后測(cè)量后橋四輪定位參數(shù)。

③后橋四輪定位預(yù)調(diào)整：分別調(diào)整后橋前束角（左、右）和外傾角（左、右），調(diào)整臺(tái)通過(guò)電動(dòng)調(diào)整槍旋轉(zhuǎn)偏心螺栓角度使其達(dá)到目標(biāo)值。

④鎖定擰緊：在后橋前束角和外傾角調(diào)整到合格范圍后，調(diào)整槍鎖定偏心螺栓的偏心角度，同時(shí)擰緊槍擰緊對(duì)應(yīng)的螺母。

⑤后橋檢測(cè)：調(diào)整完成后復(fù)測(cè)后橋四輪定位，合格后下線。

2.2 整車(chē)后橋四輪定位調(diào)整

雖然后橋裝配四輪定位已預(yù)調(diào)整合格，但由于實(shí)際生產(chǎn)中不確定的影響因素過(guò)多，總裝技術(shù)規(guī)范定義需對(duì)檢測(cè)不合格的整車(chē)四輪定位進(jìn)行二次調(diào)整。具體調(diào)整步驟如圖5：

①整車(chē)定位：整車(chē)行駛到轉(zhuǎn)轂臺(tái)上定位。

②四輪定位檢測(cè)：車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)并開(kāi)啟光柵檢測(cè)整車(chē)四輪定位。

③調(diào)整四輪定位：操作工松脫四輪定位對(duì)應(yīng)的擰緊螺母，分別調(diào)整偏心螺栓使后橋前束角和外傾角至整車(chē)合格范圍內(nèi)，然后鎖定擰緊螺母。

④整車(chē)檢測(cè)：調(diào)整完成后復(fù)測(cè)整車(chē)四輪定位。

由于整車(chē)上底盤(pán)操作空間有限，后橋外傾角調(diào)整一直非常困難，費(fèi)力且耗時(shí)。雖然前束角有調(diào)整空間，但其公差范圍較小，通常調(diào)整比例也非常高。因此若不合格率過(guò)高，會(huì)直接影響總裝車(chē)間四輪定位生產(chǎn)節(jié)拍。

3 后橋四輪定位誤差來(lái)源分析

總裝車(chē)間整車(chē)底盤(pán)合裝的前提是后橋裝配四輪定位已調(diào)整合格，然而即使后橋四輪定位100%滿足技術(shù)要求，在整車(chē)上檢測(cè)仍可能存在一定不合格率，為優(yōu)化此問(wèn)題我們首先要分析誤差來(lái)源，先排除不良因素產(chǎn)生的過(guò)失誤差，再補(bǔ)償系統(tǒng)誤差。

3.1 系統(tǒng)誤差來(lái)源分析

系統(tǒng)誤差是由測(cè)量過(guò)程中某些恒定因素造成的，它的產(chǎn)生原因可以是條件、方法、工具、習(xí)慣等因素[7]。經(jīng)分析系統(tǒng)誤差主要來(lái)源以下幾個(gè)方面。

3.1.1 兩者測(cè)量方式不同產(chǎn)生系統(tǒng)誤差

后橋裝配四輪定位測(cè)量是通過(guò)接觸式探頭在剎車(chē)盤(pán)制動(dòng)面采點(diǎn)取樣，整車(chē)后橋四輪定位是通過(guò)非接觸式光柵對(duì)輪胎側(cè)面進(jìn)行采點(diǎn)取樣，兩者的定位基準(zhǔn)、取樣方式、測(cè)量特征、調(diào)整和擰緊的方式均不同（如表1所示），因此存在系統(tǒng)誤差。

3.1.2 后橋與車(chē)身裝配相對(duì)位置產(chǎn)生的誤差

后橋與車(chē)身合裝時(shí)螺栓與中間連接孔是間隙配合的，不同車(chē)輛的相對(duì)位置存在微小偏差。理論上后橋中心軸垂線應(yīng)與整車(chē)中心軸重合，而實(shí)際裝車(chē)由于零件及吊裝線制造公差、后橋合裝過(guò)程中的隨機(jī)因素等，后橋中心軸垂線會(huì)與整車(chē)中心軸存在夾角a（如圖6所示），對(duì)整車(chē)后橋四輪定位測(cè)量產(chǎn)生影響。

3.1.3 后橋裝配各散件尺寸公差產(chǎn)生的誤差

多連桿后橋總成是由后副車(chē)架、上橫向?qū)U、轉(zhuǎn)向橫拉桿、縱向擺臂、下橫向?qū)U、車(chē)輪支架、剎車(chē)盤(pán)、輪轂軸承等零件裝配而成，零件裝配面存在制造公差，且各連桿間通過(guò)彈性橡膠支承裝配連接，裝配組合后會(huì)帶來(lái)隨機(jī)系統(tǒng)誤差。

3.2 過(guò)失誤差來(lái)源分析

從后橋裝配到整車(chē)四輪定位檢測(cè)下線，涉及裝配、物流、檢測(cè)等多個(gè)制造環(huán)節(jié)，只有在排除過(guò)失誤差來(lái)源后，對(duì)后橋四輪定位調(diào)整臺(tái)補(bǔ)償優(yōu)化才能起到立竿見(jiàn)影的效果。通過(guò)筆者幾年來(lái)對(duì)多個(gè)車(chē)型的跟蹤和研究，從后橋裝配廠和總裝車(chē)間兩個(gè)方面總結(jié)了以下幾個(gè)主要的過(guò)失誤差來(lái)源（如圖7所示）。

①不同車(chē)型整車(chē)的技術(shù)狀態(tài)不同（如整車(chē)載荷、軸距、底盤(pán)高度等），即使同一車(chē)型也存在兩驅(qū)和四驅(qū)，因此后橋應(yīng)按不同細(xì)分車(chē)型分開(kāi)設(shè)置補(bǔ)償值。

②后橋主體結(jié)構(gòu)件、連桿或?qū)?yīng)的橡膠支承等關(guān)鍵散件供貨狀態(tài)發(fā)生變更，可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生較大偏差，則有必要重新調(diào)整補(bǔ)償設(shè)置。

③后橋四輪定位偏心螺栓預(yù)裝位置。后橋裝配的左右結(jié)構(gòu)是對(duì)稱(chēng)的，四輪定位偏心螺栓在設(shè)備自動(dòng)調(diào)整擰緊前是通過(guò)手工預(yù)裝的，不同操作工會(huì)有不同習(xí)慣，如果偏心螺栓法蘭長(zhǎng)軸的預(yù)裝角度不同，會(huì)影響后橋調(diào)整臺(tái)的調(diào)整效率，其作為初始調(diào)整點(diǎn)也會(huì)影響整車(chē)四輪定位第一次檢測(cè)的離散度，我們需要在后橋裝配時(shí)盡量保證偏心螺栓預(yù)裝角度一致且左右對(duì)稱(chēng)。

④后橋在模擬整車(chē)裝配載荷時(shí)，需按照實(shí)車(chē)狀態(tài)選擇正確剛度的彈簧和對(duì)應(yīng)的加載力。

⑤如果總裝車(chē)間有兩條以上裝配線生產(chǎn)同一車(chē)型時(shí)，應(yīng)分線體進(jìn)行補(bǔ)償設(shè)置。

⑥在整車(chē)四輪定位檢測(cè)前，須保證整車(chē)載荷、胎壓符合技術(shù)規(guī)范。

⑦所有檢測(cè)設(shè)備和工裝都須定期標(biāo)定。

以上因素的變化均有可能帶來(lái)四輪定位檢測(cè)過(guò)失誤差，在設(shè)置后橋四輪定位預(yù)調(diào)整補(bǔ)償前須有效排除這些不良因素影響。

4 后橋四輪定位閉環(huán)動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償方法

整車(chē)四輪定位是最終的目標(biāo)質(zhì)量參數(shù)，我們期望將整車(chē)四輪定位的檢測(cè)值，最大限度地調(diào)整至公差帶要求范圍內(nèi)，從而提高整車(chē)四輪定位一次合格率。在排除過(guò)失誤差后，從整車(chē)數(shù)據(jù)分析中發(fā)現(xiàn)，不合格趨偏離方向基本一致且較為集中，測(cè)量結(jié)果主要受到同一測(cè)量環(huán)境中系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的影響，因此我們根據(jù)一定樣本量計(jì)算最佳估計(jì)值，并將偏移量作為補(bǔ)償值設(shè)置進(jìn)后橋四輪定位調(diào)整設(shè)備的Offset功能中。當(dāng)后續(xù)環(huán)境變化導(dǎo)致整車(chē)后橋四輪定位合格率降低時(shí)，我們?cè)谂懦^(guò)失誤差后，可不斷進(jìn)行補(bǔ)償設(shè)置，以此形成閉環(huán)動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償機(jī)制，保證總裝車(chē)間后橋四輪定位檢測(cè)工位始終高效運(yùn)行。

后橋四輪定位預(yù)調(diào)整設(shè)備精度比整車(chē)要求高一個(gè)數(shù)量級(jí)，為了便于計(jì)算我們簡(jiǎn)化了數(shù)學(xué)模型，近似認(rèn)為后橋四輪定位在調(diào)整后的實(shí)際值就是目標(biāo)中值。因此在整車(chē)四輪定位檢測(cè)環(huán)境和后橋輸入條件相同的條件下，我們采用最小二乘法預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)整車(chē)四輪定位最佳估計(jì)值。最小二乘法是提供“觀測(cè)組合”的主要工具之一， 它依據(jù)對(duì)某事件的大量觀測(cè)而獲得“最佳”結(jié)果或“最可能”表現(xiàn)形式。最小二乘法在有限的數(shù)據(jù)上建立一個(gè)科學(xué)合理的數(shù)學(xué)模型，尋找“最接近”這些觀測(cè)點(diǎn)的直線，通過(guò)最小誤差的平方和尋找數(shù)據(jù)的最佳擬合函數(shù)，使誤差的平方和最小[8]。

設(shè)最佳估計(jì)值為θ，且令函數(shù) ，n為自然數(shù)，由此可以得到各次測(cè)量偏差的平方和Φ（θ）是最佳估計(jì)值θ的函數(shù)，我們需要求出Φ（θ）的最小值Φ（θ）min。對(duì)Φ（θ）求導(dǎo)得 ，令 ，則 ，對(duì) 再次求導(dǎo)得 ，因此當(dāng) 時(shí)， 可以取得最小值，根據(jù)最小二乘法原理， 就是在相同條件下多次測(cè)量結(jié)果的最佳值。

設(shè)整車(chē)四輪定位調(diào)整目標(biāo)值為c，第i臺(tái)整車(chē)首次檢測(cè)的四輪定位角為βi，在樣本量為n的條件下，其最佳估計(jì)值為β。設(shè)后橋四輪定位檢測(cè)設(shè)備與總裝車(chē)間檢測(cè)設(shè)備第一次對(duì)標(biāo)偏移量為Δ1，第m次對(duì)標(biāo)偏移量為Δm。（m為自然數(shù)） （n為自然數(shù)）則第1輪補(bǔ)償調(diào)整值為， 設(shè)后橋四輪定位設(shè)備第m輪補(bǔ)償值為offset（m），第m+1輪調(diào)整所使用的整車(chē)四輪定位參數(shù)是基于第m輪調(diào)整的偏移量設(shè)置，則第m+1輪調(diào)整補(bǔ)償值為： ，后橋左、右外傾角和左、右前束角須通過(guò)此公式分開(kāi)計(jì)算和設(shè)置補(bǔ)償。

5 應(yīng)用實(shí)例

我們以某款車(chē)型為例，整車(chē)后橋外傾角要求為-70'±20'，但由于環(huán)境的非預(yù)期變化，總裝發(fā)現(xiàn)整車(chē)后橋外傾不合格率近期明顯增大（如圖9所示）。通過(guò)本文方法，在樣本量為n=100的條件下，計(jì)算得到Offset（后橋右外傾角）=47.4，重新設(shè)置補(bǔ)償值后，整車(chē)后橋外傾一次合格率從91%提升為99.9%，補(bǔ)償后的最佳估計(jì)值逼近目標(biāo)中值（如圖10所示）。

同樣以某款車(chē)型后橋前束角為例，設(shè)計(jì)要求為4'±5'，由于前束角公差帶范圍小，起步生產(chǎn)時(shí)整車(chē)后橋前束一次合格率僅為2.13%，在排除過(guò)失誤差后，取樣本量n為300，計(jì)算得到Offset（后橋左前束角）=20.7，在后橋設(shè)置補(bǔ)償值后，跟蹤2200臺(tái)整車(chē)后橋，左前束角一次合格率提升為55.34%，觀察其頻率分布直方圖（如圖11所示），較為符合正太分布形態(tài)，與本文的分析和假設(shè)吻合，公差范圍基本涵蓋了最大概率區(qū)間，同樣如圖12補(bǔ)償后的前束角最佳估計(jì)值逼近目標(biāo)中值。通過(guò)合適的樣本量和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，能夠最大限度地提升整車(chē)后橋四輪定位一次合格率，在總裝高產(chǎn)能情況下使用本文方法能夠起到良好優(yōu)化效果。

6 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了多連桿后橋四輪定位測(cè)量和調(diào)整的原理，對(duì)比了整車(chē)四輪定位與后橋四輪定位的差異，分析了四輪定位測(cè)量過(guò)程中主要的系統(tǒng)誤差和過(guò)失誤差的來(lái)源，提出了一種對(duì)多連桿后橋四輪定位調(diào)整設(shè)備進(jìn)行閉環(huán)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)姆椒?。通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證，本方法能夠最大限度地提升總裝車(chē)間后橋四輪定位一次合格率，對(duì)于總裝車(chē)間產(chǎn)能提升有較好的參考價(jià)值。

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