商用車行駛跑偏調(diào)校結(jié)構(gòu)與方法的研究

徐通 譚二錕 王思宇 張鑫 尚光明

一汽解放汽車有限公司 吉林省長春市 130011

1 前言

商用車行駛跑偏售后問題的發(fā)生頻次較高，影響駕駛感受，嚴(yán)重時(shí)伴有吃胎現(xiàn)象。行駛跑偏的原因復(fù)雜，除輪胎氣壓、裝載不均勻、轉(zhuǎn)向拉桿變形等使用原因之外，行駛跑偏還與出廠時(shí)車輛的零件尺寸偏差和裝配誤差密切相關(guān)。

按照GB7258《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》中要求的側(cè)滑臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)滿足側(cè)滑量≤5m/km時(shí)，仍不能避免跑偏現(xiàn)象。目前量產(chǎn)車輛和售后問題車輛通常通過四輪定位儀檢測是否滿足車輛出廠車輪定位參數(shù)要求。為了一進(jìn)步分析實(shí)際跑偏量、車輪定位參數(shù)、零部件尺寸偏差之間的關(guān)系，急需研究一種行駛跑偏調(diào)校結(jié)構(gòu)與方法。

2 難點(diǎn)問題分析

2.1 偏差影響解析困難

汽車行駛系結(jié)構(gòu)復(fù)雜，從車架到車輪包含了很多層級(jí)裝配關(guān)系，最終形成空間尺寸鏈，裝配誤差累積包含了零部件自身制造偏差和裝配時(shí)的定位偏差。國產(chǎn)自主商用車的車架和懸架零部件的裝配方式大多采用螺栓、過孔裝配，一般情況安裝孔的直徑比螺栓的公稱直徑大1～2mm。這種裝配方式造成零部件的定位誤差大，裝配結(jié)果受到陣列孔的最大實(shí)體尺寸和位置度共同影響，無法準(zhǔn)確預(yù)測。進(jìn)而無法從最終的誤差累積結(jié)果中，將單一零部件在整車坐標(biāo)方向上的偏差的影響準(zhǔn)確分離開，也難以將其量化。

2.2 尺寸偏差的模擬和調(diào)校困難

懸架系統(tǒng)零部件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)強(qiáng)度和耐久性的要求很高，導(dǎo)致其加工制造工藝復(fù)雜，尺寸公差控制比較困難。準(zhǔn)備不同尺寸公差目標(biāo)值（范圍）的試驗(yàn)樣件很難一次滿足要求。加工、檢測、篩選都需要耗費(fèi)很多企業(yè)資源，增加問題研究的成本。

這些試驗(yàn)件結(jié)構(gòu)與原產(chǎn)品件相同，沒有專門設(shè)計(jì)的調(diào)整結(jié)構(gòu)，尺寸狀態(tài)的變化只能依賴于樣件拆換。

2.3 懸架零部件的拆換困難

商用車的懸架零部件具有體積、重量、連接扭矩大的特點(diǎn)，安裝和拆卸對(duì)工具、場地、安全防護(hù)等的要求很高。操作人員的體力、經(jīng)驗(yàn)和能力也十分重要。主機(jī)廠往往為了優(yōu)先保證完成產(chǎn)量目標(biāo)，很難協(xié)調(diào)上述企業(yè)資源，容易影響研究項(xiàng)目的進(jìn)度。

對(duì)于裝配下線的整車，受駕駛室、外飾和總裝裝配零件的遮擋影響，與車架連接的各種支架的拆裝就更加困難。

3 解決措施

為了解決上述難點(diǎn)問題，分析實(shí)際跑偏量、車輪定位參數(shù)、零部件尺寸偏差之間的關(guān)系，本文提出下列解決措施：

（1）系統(tǒng)性的開發(fā)定位結(jié)構(gòu)

為了盡量減少原有的螺栓、過孔裝配方式帶來的誤差，在從車架到車橋的尺寸鏈上的每一個(gè)零件連接處都設(shè)置定位裝配結(jié)構(gòu)。零件裝配定位基準(zhǔn)的選擇應(yīng)盡量保持與零件的加工基準(zhǔn)相一致，減少基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換引入的誤差。

（2）開發(fā)設(shè)計(jì)調(diào)整裝配的位置和具體結(jié)構(gòu)

對(duì)于過程能力較低的、尺寸保證困難的尺寸開發(fā)設(shè)計(jì)相應(yīng)的調(diào)整裝配結(jié)構(gòu)，例如鋼板彈簧的半弦長、I桿的長度、V桿大端車橋安裝點(diǎn)Y向位置等。這些尺寸的偏差對(duì)跑偏的影響也是需要重點(diǎn)研究的問題，后文會(huì)有詳細(xì)介紹。

調(diào)整裝配結(jié)構(gòu)能夠相對(duì)獨(dú)立地模擬出車輪在某個(gè)整車坐標(biāo)方向上的偏差，并具有足夠的調(diào)整范圍。調(diào)整操作應(yīng)盡量簡單便捷，不需要拆卸懸架零部件。

（3）準(zhǔn)備數(shù)據(jù)件和數(shù)據(jù)車

用于裝配跑偏試驗(yàn)車的底盤零部件（車架、懸架、車橋等）均嚴(yán)格按照GD&T圖的要求測量合格并附有測量報(bào)告，將這種零件稱為數(shù)據(jù)件。采用數(shù)據(jù)件裝配形成的試驗(yàn)車輛即為數(shù)據(jù)車。利用數(shù)據(jù)車進(jìn)行路試和測量分析時(shí)，能夠追溯到零部件的尺寸偏差。

4 具體結(jié)構(gòu)和方法

下面以一款裝備鋼板彈簧非獨(dú)立懸架的6×4重型牽引車為例，介紹具體的調(diào)校結(jié)構(gòu)與方法。該車型的懸架結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示：

圖1 前懸架結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 平衡懸架結(jié)構(gòu)示意圖

由于在平衡懸架系統(tǒng)中，中橋和后橋的裝配連接結(jié)構(gòu)相似，以下涉及平衡懸架的論述均以后橋?yàn)槔右哉f明。

4.1 定位裝配結(jié)構(gòu)

4.1.1 前懸架相關(guān)的定位結(jié)構(gòu)

根據(jù)從車架到前橋的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和裝配尺寸鏈，介紹下列零部件連接處的定位結(jié)構(gòu)：

（1）車架與鋼板彈簧支架

鋼板彈簧前、后支架分別通過兩個(gè)定位螺栓與車架縱梁連接?？v梁上的安裝孔由數(shù)控沖孔設(shè)備加工，沖頭與凹模尺寸已形成系列化，通?？椎闹睆奖让x值大0.1～0.15mm。定位螺栓光桿定位部分的直徑比安裝孔直徑的名義值小0.1～0.2mm。其余的安裝孔依然設(shè)計(jì)成裝配過孔，保證螺栓的通過性。

（2）鋼板彈簧與減振器下支架

左右板簧的中心螺栓頭部與減振器下支架上的孔形成定位裝配。為了保證定位精度，中心螺栓頭部和定位孔的配合間隙由現(xiàn)生產(chǎn)的1.0mm減少到0.1mm。

（3）減振器下支架與前軸

與上文（2）中鋼板彈簧與減振器下支架定位結(jié)構(gòu)相同。

4.1.2 平衡懸架相關(guān)的定位結(jié)構(gòu)

根據(jù)從車架到后橋的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和裝配尺寸鏈，介紹下列零部件連接處的定位結(jié)構(gòu)：

（a）車架與平衡懸架橫梁

整體鑄造的平衡懸架橫梁需要通過多個(gè)陣列孔與縱梁腹面連接，由于平衡懸架橫梁零件本身尺寸精度較高，可以在左、右兩側(cè)陣列孔中分別選取兩個(gè)孔采用定位螺栓連接，可以保證平衡懸架局部左右縱梁的相對(duì)位置，進(jìn)一步保證平衡懸架大支架和I桿的裝配精度。

（b）平衡懸架橫梁與V桿

由于V桿小端頭Y向距離較難保證，偏差能夠達(dá)到±2mm，而平衡懸架橫梁上的安裝孔位置精度可達(dá)到±0.3mm，為了保證裝配，此時(shí)不能都使用圓形孔定位。需要在一個(gè)小端頭安裝孔處設(shè)置圓形孔做主定位孔，另一個(gè)小端頭安裝孔處設(shè)置長圓孔做副定位孔。

（c）V桿與后橋

后橋在Y向的位置主要受V桿影響。在V桿大端頭的車橋安裝孔中選取一個(gè)通過定位螺栓裝配即可，其余孔可保持裝配過孔。

（d）車架與平衡懸架大支架

車架縱梁與平衡懸架大支架的定位方式和板簧支架、平衡懸架橫梁等相同，需要注意的是此處涉及螺栓穿過多層板連接，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)不同零件上的孔相互遮蔽的“雙眼皮”現(xiàn)象，為了保證定位螺栓能夠順利穿過并且定位可靠，需要增大定位連接處加強(qiáng)板的孔徑。

（e）平衡懸架大支架與I桿

根據(jù)平衡懸架運(yùn)動(dòng)特性可知，I桿在Y、Z方向上的偏差對(duì)后橋位置的影響很小，但是定位裝配可減少I桿裝配時(shí)位置竄動(dòng)，有利于改善接頭橡膠部分的受力不均。I桿和平衡懸架大支架的安裝孔均由機(jī)加工形成，相對(duì)位置精度較高，可以采用兩個(gè)定位螺栓裝配。

（f）I桿與后橋

I桿與后橋的定位裝配方式與上文（e）中所述相同。

4.2 常見的調(diào)整結(jié)構(gòu)

目前在車輛生產(chǎn)制造和售后服務(wù)過程中存在一些較為成熟的調(diào)整結(jié)構(gòu)，對(duì)于其具體結(jié)構(gòu)不再贅述，僅簡要說明該結(jié)構(gòu)與車輪定位參數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系：

（1）轉(zhuǎn)向橫拉桿和前輪前束

松開轉(zhuǎn)向橫拉桿兩端卡箍可以調(diào)整兩球頭間距，可以調(diào)整轉(zhuǎn)向橋的車輪前束，是車輪定位參數(shù)調(diào)整中最簡單、直接的方式。

（2）斜鐵和主銷后傾角

在板簧和前軸之間墊斜鐵可以調(diào)整左、右車輪銷后傾角差值。

下面兩種常見的調(diào)整結(jié)構(gòu)，通常四輪定位儀不能直接顯示出的調(diào)整帶來的變化，需要間接測量車輪相對(duì)于車架的位置變化：

（3）墊板與板簧弧高

在鋼板彈簧下方增加墊板，通過不同厚度的墊板可以補(bǔ)償左右兩側(cè)鋼板彈簧弧高的差值，可以進(jìn)一步調(diào)整不同的偏差范圍。

（4）輪輞法蘭墊片和兩前輪對(duì)稱中心Y向位置

在車輪與制動(dòng)鼓之間增加法蘭墊片，當(dāng)左右兩側(cè)法蘭墊片的厚度不同并且總厚度不變時(shí)，可以模擬前橋?qū)ΨQ中心Y向位置變化。令左側(cè)墊片厚度為T，右側(cè)為T，則兩前輪對(duì)稱中心Y向位置的變化量為y=(T-T)/2，正負(fù)號(hào)代表偏差方向。

例如：左右分別采用10mm厚的法蘭墊片，兩前輪對(duì)稱中心Y向位置不變；左側(cè)采用5mm厚的法蘭墊片、右側(cè)采用15mm，總厚度還是20mm，但是兩前輪對(duì)稱中心Y向位置向右側(cè)偏移5mm。

4.3 專用的調(diào)整結(jié)構(gòu)

除常見的調(diào)整結(jié)構(gòu)之外，還需要一些專用的調(diào)整結(jié)構(gòu)替換原產(chǎn)品件，模擬零部件裝配在整車坐標(biāo)方向上的積累誤差，并能直接影響車輪定位參數(shù)。

（1）板簧半弦長和軸距

板簧的半弦長是指前端卷耳中心到中心螺栓在前后兩個(gè)卷耳中心連線方向上的距離。車輛左、右板簧半弦長不同會(huì)導(dǎo)致前橋相對(duì)車架發(fā)生傾斜，即一個(gè)車輪向前而另一個(gè)車輪向后。因此半弦長偏差對(duì)前橋和中橋的軸距有影響。

如圖3所示，一種偏心輪調(diào)整結(jié)構(gòu)，板簧銷的一端與圓形法蘭連接，并與圓形法蘭偏心設(shè)置。在調(diào)整時(shí)通過外六角頭轉(zhuǎn)動(dòng)圓形法蘭，圓形法蘭受到Z向滑槽的限制，帶動(dòng)板簧銷沿長圓孔在X方向移動(dòng)，然后通過板簧帶動(dòng)前橋發(fā)生偏斜，來模擬半弦長的變化帶來的影響。

圖3 前板簧銷位置調(diào)整結(jié)構(gòu)示意圖

用這種偏心輪調(diào)整結(jié)構(gòu)替換原來的板簧前支架和板簧銷，可以不必再制造不同半弦長的板簧試驗(yàn)樣件。

（2）V桿大端車橋安裝點(diǎn)Y向位置和后橋?qū)ΨQ中心Y向位置

根據(jù)該車型的懸架結(jié)構(gòu)特性，后橋Y向的位置由V桿大端車橋安裝點(diǎn)確定。V桿與平衡懸架橫梁形成一個(gè)三角形結(jié)構(gòu)，改變一側(cè)桿體長度即可改變車橋安裝點(diǎn)在Y向的位置。如圖4所示，螺桿的兩端螺紋旋向相反，松開卡箍，通過外六角轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿，可以調(diào)節(jié)桿體的長度。

圖4 V桿長度調(diào)整結(jié)構(gòu)示意圖

這種調(diào)整方式結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，但是在調(diào)整桿體長度時(shí)會(huì)同時(shí)改變車橋安裝點(diǎn)X方向的位置。由于后橋X方向位置由V桿和兩根I桿共同控制，在I桿不變的前提下，V桿的桿體長度變化不對(duì)引起后橋相對(duì)車架發(fā)生大角度傾斜。這種調(diào)整結(jié)構(gòu)仍然是可接受的。

（3）I桿長度和后橋推進(jìn)角

車橋左右兩側(cè)分別通過I桿與平衡懸架大支架連接，是一種平行四邊形結(jié)構(gòu)，左右I桿長度不同會(huì)引起后橋相對(duì)車架發(fā)生傾斜，進(jìn)而影響后橋的推進(jìn)角。

I桿長度調(diào)整的結(jié)構(gòu)和方法與V桿相同，不再附圖說明。

5 調(diào)校后的驗(yàn)證

5.1 驗(yàn)證方法介紹

試驗(yàn)主要分以下幾個(gè)步驟：

（1）準(zhǔn)備數(shù)據(jù)件并裝配具備定位結(jié)構(gòu)和調(diào)整結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)車，按照出廠標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整到合格狀態(tài)；

（2）利用整車下線檢測工位的四輪定位儀測量車輪定位參數(shù)并輸出報(bào)告；

（3）利用本文所述的調(diào)整結(jié)構(gòu)，改變車輪方向偏差或車輪定位參數(shù)；

（4）進(jìn)行跑偏路試，利用跑偏儀（一種高精度GPS設(shè)備）記錄實(shí)際跑偏量和跑偏方向；

（5）繪制實(shí)際跑偏量、車輪定位參數(shù)、調(diào)整機(jī)構(gòu)模擬的偏差量之間的關(guān)系曲線。

5.2 路試方法介紹：

參考GB/T38679《車輛行駛跑偏試驗(yàn)方法》，并結(jié)合實(shí)際車型和現(xiàn)場條件，將測試總長度定為100m，車輛以60±2km/h的車速勻速行駛40m找正直線行駛的參考方向，然后駕駛員松開方向盤并保持車速不變行駛60m，在長度終點(diǎn)跑偏儀自動(dòng)記錄實(shí)際跑偏量和跑偏方向。在下面的案例中，向右跑偏記為正值，向左跑偏記為負(fù)值。

對(duì)于同一種尺寸偏差模擬狀態(tài)，跑偏量需要取25～35次試驗(yàn)的平均值來減少隨機(jī)誤差。

5.3 試驗(yàn)案例分享

下面為前橋和后橋試驗(yàn)的部分案例：

（1）前橋Y向調(diào)整

通過輪輞法蘭墊片調(diào)整兩前輪對(duì)稱中心Y向位置，保持其他參數(shù)不變。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖5所示，對(duì)稱中心偏向-Y方向（左側(cè)）時(shí)，偏差量對(duì)跑偏量的影響大于對(duì)稱中心偏向+Y方向（右側(cè)）時(shí)的情況。

圖5 跑偏量與兩前輪對(duì)稱中心Y向位置的關(guān)系

（2）后橋I桿調(diào)整

可調(diào)整長度的I桿裝配于車輛的右側(cè)，左側(cè)保持原產(chǎn)品件不變。當(dāng)調(diào)整量為正值表示桿體加長；反之，負(fù)值表示桿體縮短。調(diào)整時(shí)須保持其他參數(shù)不變。

每次調(diào)整I桿后均檢測車輛的四輪定位參數(shù)。俯視車輛，呈現(xiàn)左車輪向后、右車輪向前的趨勢(shì)時(shí)，推進(jìn)角記為正值，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖6所示?？梢钥闯鐾七M(jìn)角隨著I桿的縮短而增大，調(diào)整的效果明顯。

圖6 后橋推進(jìn)角與I桿調(diào)整量的關(guān)系

（3）后橋V桿調(diào)整

調(diào)整結(jié)構(gòu)位于后橋V桿右側(cè)的桿體上，桿體加長時(shí)V桿大端頭往-Y方向（左側(cè)）移動(dòng)；反之，桿體縮短時(shí)V桿大端頭往+Y方向（右側(cè)）移動(dòng)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖7所示，跑偏量隨V桿大端頭Y向位置的變化存在波動(dòng)，無明顯規(guī)律。

圖7 霧霾天氣

圖7 跑偏量與后橋?qū)ΨQ中心Y向位置的關(guān)系

6 結(jié)束語

本文為行駛跑偏問題的研究提供了一套尺寸調(diào)校結(jié)構(gòu)和驗(yàn)證方法。利用上述這些結(jié)構(gòu)模擬不同尺寸偏差時(shí)可以大副減少不同尺寸樣件制造、檢測、篩選、拆換的費(fèi)用和工時(shí)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以清晰直觀反應(yīng)實(shí)際跑偏量、車輪定位參數(shù)、零部件尺寸偏差之間的關(guān)系，為行駛跑偏問題的進(jìn)一步深入研究提供可靠的數(shù)據(jù)支持。后續(xù)可以繼續(xù)優(yōu)化這些結(jié)構(gòu)，并設(shè)計(jì)更為復(fù)雜的多偏差組合情況下的跑偏試驗(yàn)。