徐通 譚二錕 王思宇 張?chǎng)?尚光明

一汽解放汽車有限公司 吉林省長(zhǎng)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(cè)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(cè)。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(cè)、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(chǎng)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(zhǎng)、I桿的長(zhǎng)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(jiǎn)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(cè)量合格并附有測(cè)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(cè)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，通常孔的直徑比名義值大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(zhǎng)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(jiǎn)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(jiǎn)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(cè)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(zhǎng)和軸距

板簧的半弦長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)度。

圖4 V桿長(zhǎng)度調(diào)整結(jié)構(gòu)示意圖

這種調(diào)整方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，但是在調(diào)整桿體長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(cè)工位的四輪定位儀測(cè)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(chǎng)條件，將測(cè)試總長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)；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(cè)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(zhǎng)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(cè)、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)。