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        開發(fā)底盤柔性化平臺驗證定義四輪定位目標(biāo)值

        2021-12-23 08:48:33張兵趙麗于興林
        時代汽車 2021年23期

        張兵 趙麗 于興林

        摘 要:傳統(tǒng)的四輪定位名義值一般基于Adams計算結(jié)果,后期經(jīng)過實車驗證、測量鎖定目標(biāo)值,而四輪定位公差則基于尺寸工程分析、及對標(biāo)。但是在前期計算、對標(biāo)及后期驗證之間,缺少系統(tǒng)驗證方法。本文詳細(xì)闡述通過開發(fā)底盤柔性化驗證平臺并借助此平臺確定四輪定位目標(biāo)值,以及零部件公差與四輪定位角度之間聯(lián)系、敏感度分析方法。

        關(guān)鍵詞:四輪定位目標(biāo) 底盤柔性化驗證平臺 尺寸工程

        Development of Chassis Platform to Verify and Define Four Wheel Alignment Requirement Value

        Zhang Bing,Zhao Li,Yu Xinglin

        Abstract:Four-wheel Alignment requirement value is directly related to the handling stability of the vehicle. The traditional nominal value of four-wheel alignment is generally based on the Adams calculation results, which is verified by the real vehicle and measured at the later phase. However, there is a lack of systematic verification method between the early calculation and the later phase verification. This paper elaborates the target value and tolerance locking method of four-wheel alignment and sensitivity contributes by developing and manufacturing the chassis comprehensive verification platform.

        Key words:four-wheel alignment target, platform of chassis flexibility verification, dimensional engineering

        1 引言

        隨著汽車行業(yè)的發(fā)展,汽車操縱穩(wěn)定性、安全性能的逐漸變成了感知質(zhì)量的一部分。而四輪定位與其直接相關(guān)。在底盤開發(fā)過程中,目標(biāo)值的設(shè)定根據(jù)虛擬仿真分析結(jié)合對試驗車輛四輪定位實際測量及對標(biāo)庫。由于零件尺寸偏差、襯套剛度、載荷等因素的存在,無論虛擬計算還是實車驗證,往往與理論的結(jié)果存在偏差。

        通過某企業(yè)試制階段5843臺四輪定位合格率分析,平均通過率83%,距標(biāo)準(zhǔn)值相差較大。因此鎖定四輪定位名義值及早期發(fā)現(xiàn)問題的根因意義較大,本文通過對后輪外傾角的定義方法、影響因子、試驗、測試方法等展開闡述。

        2 傳統(tǒng)的四輪定位目標(biāo)值定義方法

        2.1 設(shè)計階段四輪定位定義

        汽車廠對于四輪定位目標(biāo)值定義方法基于計算及對標(biāo)或經(jīng)驗。其中名義值確定方法借助于Adams軟件進(jìn)行理論計算,定義四輪定位名義值,如圖1。而公差值的定義基于計算、對標(biāo)及經(jīng)驗。

        2.2 試制各階段對四輪定位目標(biāo)驗證

        在試制階段均進(jìn)行實車試驗場環(huán)境及K&C試驗臺上驗證,為保證數(shù)據(jù)統(tǒng)計的需要,至少完成25臺四輪定位結(jié)果實測,在試制階段評估四輪定位的名義值及公差與定義值的差異,在VP結(jié)束后,輸出首版修訂參考值。在TT階段鎖定終版四輪定位參數(shù),并向生產(chǎn)、質(zhì)量等部門輸出。

        2.3 存在的問題

        由于采用軟件仿真計算本身的局限性,導(dǎo)致四輪定位名義值與標(biāo)準(zhǔn)值始終存在偏差。在后期驗證階段,采取實車道路驗證及在K&C試驗臺的驗證方式,由于零部件制造公差等存在,導(dǎo)致生產(chǎn)線測量四輪定位值與理論計算值存在偏差,且無法精準(zhǔn)分析根因。

        設(shè)計開發(fā)底盤柔性化四輪定位驗證平臺(以下簡稱“平臺”)來驗證名義值及鎖定四輪定位敏感因子,很有意義。

        3 基于底盤柔性化四輪定位驗證平臺確定四輪定位名義值

        3.1 平臺的結(jié)構(gòu)特點

        與四輪定位相關(guān)車身及懸架零部件設(shè)計成O公差模塊,試驗中可直接讀取四輪定位名義值;模塊可實現(xiàn)長度調(diào)整;模塊和零部件相互替換;車體定位、固定在升降架上,且可沿Z向舉升、降落,可進(jìn)行垂直向下模式測量四輪定位測量測量K&C各種參數(shù);車體及懸架零部件模塊總成可脫離升降架,前后滾動,進(jìn)行滾動模式測量四輪定位;車體及懸架零部件模塊總成可脫離升降架且可完整移出平臺,移動到K&C試驗臺上繼續(xù)進(jìn)行其它試驗; 配備電子四輪定位測量儀,模塊升起到一定高度后,在安全機(jī)構(gòu)鎖止后,保證人員的操作空間。如圖2所示。

        重量傳感器可沿著Z向,向上移動,給車輪反向壓力,模擬不同軸荷對四輪定位參數(shù)的影響,同時托盤也可X/Y向調(diào)整,兼容不同軸距及輪距車型,實現(xiàn)平臺柔性化設(shè)計,如圖3所示。懸架模塊或真實零部件需定位托盤小車上,如圖4所示。開發(fā)輪芯高度裝置,精確標(biāo)定輪芯高度,如圖5所示。

        3.2 基于平臺四輪定位名義值標(biāo)定方法

        測量模式是模塊帶車輪總成滾動測量方法,如圖6所示。首先標(biāo)定模塊+車輪總重量,如有偏差,需要通過配重增減重量,且匹配好四輪定位測量儀。測量之前首先斷開車身模塊與升降架的聯(lián)接,如配置是空氣彈簧,則通過氣閥充放氣,直到把輪芯高度調(diào)到理論位置。如配置是螺旋彈簧,則通過配重把輪芯高度調(diào)到理論位置。

        3.3 四輪定位測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計及名義值確定方法

        采用滾動測量方法測量不同類別25臺份后輪外傾角數(shù)據(jù)并取得平均值,見表1。

        對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布分析,正態(tài)分布又稱為高斯分布若隨機(jī)變量X服從一個數(shù)學(xué)期望為μ,標(biāo)準(zhǔn)方差為σ2的高斯分布,記為:X~N(μ·σ)2,則其概率密度為:

        (1)

        數(shù)學(xué)期望μ決定了正態(tài)分布的位置,而標(biāo)準(zhǔn)差σ決定了分布的范圍。而μ=0,σ=1的正態(tài)分布稱為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布[1]。

        對后輪外傾角左右差進(jìn)行舉例,見圖7。對于符合正態(tài)分布的組成環(huán)以及封閉環(huán),都具有以下規(guī)律s:99.9937%的尺寸分布在m-4σ和m+4σ范圍內(nèi),后輪外傾角左平均值為-0°47′,右側(cè)為0°54′,左右差為7′。

        圖7表明,Cp值為5.65,公差帶按中值集中,反映模塊總成在臺架上驗證的可靠性、精準(zhǔn)性非常高,此值可以作為四輪定位設(shè)計值修訂的依據(jù),同時可作為生產(chǎn)線四輪定位測量調(diào)整工位的標(biāo)準(zhǔn)值及質(zhì)量、售后部們的驗收值。

        4 零部件公差變化對四輪定位影響分析及優(yōu)化思路

        本段落詳細(xì)闡述虛擬建模計算與基于平臺驗證結(jié)果差異。

        4.1 尺寸工程3D模擬計算

        以后輪外傾角左右差計算情況進(jìn)行分析(計算的輸入、輸出條件略)

        后輪外傾角左右差4sigma=0.513°大于標(biāo)準(zhǔn)值:0.33°;超差概率1%,大于標(biāo)準(zhǔn)值0;CPK=0.855,不滿足CPK≥11.33。計算結(jié)果表明,現(xiàn)有的后懸架結(jié)構(gòu)無法滿足后輪外傾角標(biāo)準(zhǔn)值要求,且其穩(wěn)定性較差,見表2。

        影響外傾角左右差的首要貢獻(xiàn)因子是下擺臂與副車架安裝點的位置度,貢獻(xiàn)度為6.5%,需針對性整改產(chǎn)品結(jié)構(gòu),見表3。

        4.2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化思路

        后懸下擺臂通過φ14.1孔與M14的螺栓光桿部分與副車架自定位進(jìn)行自定位配合,此結(jié)構(gòu)導(dǎo)致無法滿足后輪外傾角要求。需釋放公差。而敏感因子表3結(jié)果表明,對下擺臂或副車架的整改,可有效解決問題。腰型孔+偏芯螺栓的結(jié)構(gòu)是長度調(diào)節(jié)的常規(guī)方式,在此可引入此方法,見圖8。

        4.3 零部件公差變化對四輪定位敏感度物理驗證

        計算可分析出在零部件公差變化對四輪定位的影響及敏感度。但無法回避襯套的剛度變化、零部件變形等因素。因此,基于模塊+襯套等組合能更加真實模擬零部件公差變化對四輪定位敏感度。

        底盤零部件及關(guān)聯(lián)的車身相關(guān)部位設(shè)計成可調(diào)結(jié)構(gòu)來模擬公差變化,車體安裝點設(shè)計成Z向可調(diào),車體擺臂安裝點設(shè)計成X/Y/Z向可調(diào),控制臂設(shè)計成長度可調(diào)結(jié)構(gòu)。此處以某控制臂舉例,選擇恰當(dāng)位置并斷開,設(shè)計連接結(jié)構(gòu),并在連接塊之間裝配調(diào)整墊片,用緊固螺釘連接,連接塊與兩球銷連線垂直,可實現(xiàn)±3之內(nèi)調(diào)整,來模擬零部件公差在±3之內(nèi)變化。如圖9所示。

        零部件依次按+1;+2;+3;-1;-2;-3;0的厚度增減墊片,每個模塊增或減一次墊片,測量一次四輪定位值,直至完成所有測量。

        在設(shè)計下擺臂模塊時,為保證測量結(jié)果準(zhǔn)確,模塊采取自定位結(jié)構(gòu)(非偏芯螺栓結(jié)構(gòu)),下擺臂模塊設(shè)計為φ14.1的圓孔來匹配M14的螺栓。根據(jù)每次測量的值,在平面圖中作圖并標(biāo)識點,待所有測量點完成后,連線。

        下面以后懸下擺臂公差變化對四輪定位的影響進(jìn)行闡述,見圖10。

        圖10表明,當(dāng)完成長度值-3;-2;-1;0;+1;+2;+3且后,測量的角度從-0°15′過度到-0°73′。測量的7個點連成線后,近似一條直線,基本符合二元一次方程。

        Y=-9.7X-44 (2)

        函數(shù)斜率K為負(fù)數(shù),表明隨長度的增加,角度值在減小。K值為-9.7,反映出斜率較大,長度的變化對角度的影響較敏感。

        當(dāng)長度減小2mm后,接近USL,說明當(dāng)其它零部件均達(dá)到理論值的情況下,下擺臂的公差超過±2的情況下,無法滿足后輪外傾角要求。

        以上僅僅以驗證下擺臂長度對四輪定位公差的影響,也可以驗證更多控制臂組合后,長度(零部件公差)變化對四輪定位公差的影響。

        此分析手段可定量驗證出所有零部件的對四輪定位影響及敏感度。根據(jù)分析結(jié)果,對重點零部件進(jìn)行入廠質(zhì)量驗收控制及當(dāng)整車四輪定位測量時候,出現(xiàn)超差現(xiàn)象后,可快速找到根因。

        5 “平臺”結(jié)合K&C,測試動態(tài)四輪定位值

        在完成平臺的一系列驗證后,模塊+車輪總成可以通過上下坡臺,移出基礎(chǔ)平臺,并移動到K&C實驗臺上,進(jìn)行進(jìn)一步測試、試驗。在K&C試驗臺上,測定慣量、方向轉(zhuǎn)動及懸架上下跳對四輪定位值。在K&C實驗臺上,也可做基于全模塊件或半模塊的K&C參數(shù)實驗。

        此節(jié)以輪跳對外傾角的影響進(jìn)行舉例,如圖11所示。其中藍(lán)色的曲線及直線是實車測量結(jié)果,紅色的曲線及直線是模塊在K&C測量結(jié)果。兩直線的斜率K完全一致,曲線的弧形也基本一致,反映出該車制造水平比較高,接近設(shè)計水平。

        6 結(jié)論及反思

        平臺解決了僅靠計算、對標(biāo)或經(jīng)驗及生產(chǎn)多臺試驗車輛來驗證四輪定位目標(biāo)的局限,可更早期,更精準(zhǔn)鎖定四輪定位參數(shù)。

        可適應(yīng)柔性化拓展,驗證不同種類的車輛驗證,可減少大量試驗車輛,節(jié)約投資成本。

        可直接測試出底盤及下車體相關(guān)零部件公差變化對四輪定位敏感度貢獻(xiàn)量化分析。

        當(dāng)控制臂模塊中部切斷后,用緊固件連接后,剛度有可能衰減,在模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計時候,需要重視并規(guī)避。

        部分控制臂壓裝的是液壓襯套,隨著驗證次數(shù)的增加,出現(xiàn)性能衰減現(xiàn)象,將對四輪定位的測量值出現(xiàn)<5′的誤差,后續(xù)需要展開液壓襯套剛度衰減試驗并在四輪定位試驗中,進(jìn)行補(bǔ)償。

        參考文獻(xiàn):

        [1]李華偉.汽車尺寸公差尺寸鏈分析方法及流程.機(jī)械工程師.2017-3.

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