車輪外傾角在車輛生產中的監控與優化

熊 冉

（北京奔馳汽車有限公司，北京 100176）

車輪外傾角在車輛生產中的監控與優化

熊 冉

（北京奔馳汽車有限公司，北京 100176）

提出了一種針對橋裝配四輪定位模擬設備的校準方法，該方法充分考慮了車輛外傾角的實際狀況，通過實際驗證，該方法可有效提高外傾角預估數據的準確性。此后，針對無外傾角調整機構的多連桿懸架，提出了一種通過副車架上控制臂安裝孔的位置調整實現后輪外傾角的優化，該方法可有效降低對懸架部件的尺寸精度要求，降低質量風險。

橋裝配；四輪定位；車輪外傾角；多連桿懸架

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2016.10.053

CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)10-167-04

引言

在現代汽車中，四輪定位對于車輛的操縱穩定性、行駛安全性、輪胎及懸架襯套的使用壽命都具有重要的影響。據資料統計表明，由車輪定位參數不準確引起的故障占整車故障的30%左右[1]。四輪定位與懸架系統的設計密切相關,很多高檔車為了最大限度的實現后輪外傾角在車輛全壽命周期內的穩定性，不設置后輪外傾角調整機構。由于外傾角相關的尺寸鏈較長，對懸架零部件和車身的制造精度、以及后橋裝配精度提出了更加嚴格的質量控制要求，增加了工程技術難度和生產制造成本。

1、四輪定位與多連桿后橋結構

1.1 四輪定位與車輪外傾角

四輪定位指以后輪平均推進方向為定位基準，來測量和校正四輪相關的定位角度，使車輛在行駛時，車輪、懸架系統元件以及轉向系統元件能保持適當的幾何關系[2]。四輪定位參數主要包括車輪前束、車輪外傾角、主銷內傾角和主銷后傾角。其中，車輪外傾角是指在汽車的橫向平面內，車輪中心平面與縱向垂直平面之間的夾角。當車輪頂部向汽車外部傾斜時角度為正，反之為負[3]。

合理設置車輪外傾角可以起到減小作用于轉向節上的負載，防止車輪松脫，減小轉向操縱力，防止因載荷作用而引起不必要的外傾角等方面的作用。

1.2 多連桿后懸架及四輪定位調整方式

多連桿懸架是由三根或三根以上桿件連接組成，桿件承受側向力和縱向力，桿件數量的增多能夠增強懸架對車輪的控制，使車輪運動保持良好的軌跡。當該結構被用于前懸架時，多連桿懸架可以在車輪轉向時減輕不足轉向，使轉向更加準確。當被用于后懸架時，多連桿懸架在汽車轉向時可以改變前束值，使后輪有一定的隨前輪轉向能力，同時達到良好的操縱性和平順性[4]。

如圖2為某車型五連桿后橋結構。副車架作為懸架的載體，具有較高的抗彎曲強度，前后端通過四個壓裝襯套與車身后地板相連。彈簧連桿、上控制臂、扭力桿、橫拉桿及推力臂五根控制臂外端通過球鉸鏈與后轉向節相連，內端與副車架通過橡膠襯套連接。通過各連桿長度的精確匹配，保證四輪定位參數在車輪跳動過程中具有良好的動態特性。車輪所受的大部分縱向力、側向力及其力矩，均由這五個控制臂傳遞給車身。

后橋作為非轉向輪，僅有車輪前束和外傾角兩個車輪定位參數。前束的調整一般通過前橫拉桿內端的偏心螺栓實現，如圖3所示。很多高檔車型，為保證車輛全壽命周期內的后輪外傾角的穩定性，不設置外傾角調整機構，且前束的調整對外傾角的影響很小。成品車輛的外傾角僅依靠相關零部的加工精度和橋裝配精度保證，質量控制難度較大。

2、四輪定位設備及檢測方法

四輪定位檢測技術經歷了從幾何中心線定位，到推力線定位，再到完全四輪定位三個發展階段[5,6]。由于四輪定位對車輛行駛安全性所起的重要作用，四輪定位已成為車輛生產過程中質量控制的重要環節。根據生產環節的不同，可分為橋裝配廠四輪定位模擬檢測和整車廠實車四輪定位檢測兩種類型。

2.1 橋裝配廠四輪定位模擬檢測

對于無外傾角調節機構的后橋，一旦出現成品車輛外傾角不合格的現象，只能通過更換整個后橋的方式解決，嚴重影響生產效率。現在普遍采用的方法是在橋裝配過程中，增加四輪定位預調整和檢測工位，通過專業設備對懸架在使用過程中的受力情況進行模擬，并對可調節的四輪定位參數進行預調整和檢測。該方法可以有效減少整車廠四輪定位調整的工作量，提高生產效率。此外，對預調整后的定位參數實施監控也是保證成品車輛下線質量的重要手段。

四輪定位模擬檢測設備一般通過伺服電機驅動彈簧，以實現對懸架載荷力的模擬。通過輪邊支撐機構的上下移動實現對懸架高度的模擬。所有四輪定位參數均在設計載荷狀態下進行調整和測量。對于后輪外傾角無法調節的后橋結構，在前束值調整完畢后，該設備自動進行后橋外傾角的監控，如判定超差，自動報警。此外，為保證四輪定位參數的模擬精度，此類設備一般都預留offset參數，用戶可根據該參數對四輪定位預估值進行修正。

2.2 整車廠實車四輪定位檢測

（1）車輛的檢測狀態

車輪外傾角受后橋載荷狀態的影響。當后橋載荷變大時，車輪上部有向內側傾斜的趨勢，外傾角數值將變小。同理，當載荷變小時，外傾角將變大。常用的載荷狀態有以下三種：

◇ K0狀態：車輛的設計狀態，橋的裝配過程及四輪定位模擬檢測均采用此狀態。

◇ FF狀態：整車整備狀態。

◇ PL狀態：整車下線狀態。與FF狀態相比，油箱僅加注少量燃油。

K0狀態是四輪定位檢測的基準狀態，四輪定位模擬設備通過對懸架施加理論作用力實現對K0狀態的模擬。整車生產過程受到生產節拍的限制，無法將每輛車的質量狀態都修正為K0狀態，往往采用PL狀態直接進行四輪定位參數的調整與檢測。

（2）PL狀態外傾角公差要求的確定

PL狀態的外傾角公差一般通過K0狀態的外傾角公差轉化得到。較普遍的做法是，對PL狀態與K0狀態的成品車輛進行大量的外傾角數據測量，結合工程師的實際經驗，通過反復嘗試，確定合理的offset參數，保證橋裝配廠四輪定位的準確性。此外，K0狀態外傾角與后橋高度緊密相關，如圖4所示，PL狀態外傾角公差需要考慮后橋高度的影響。此外，橋裝配廠的公差帶寬度一般嚴于整車廠的公差，以保證產品質量的可靠性。

（3）整車廠四輪定位測試臺

圖5為整車生產廠使用的四輪定位檢測設備。該設備除常規四輪定位功能外，還具有大燈標定、通訊系統標定、MPC攝像頭校準、車距控制系統調整等多項功能。除車輪前束值需人工調整外，整個測量過程自動化運行。在測量過程中，外傾角公差要求基于車輛高度測量數據計算得到。

3、四輪定位模擬設備的校準方法

橋裝配廠四輪定位模擬檢測設備可通過offset值進行測量值的修正。由于整車廠與橋裝配廠四輪定位檢測的載荷狀態不同，offset無法通過數據對比直接獲得，需要進行數據分析間接獲得，offset值的準確性取決于工程師的實際經驗。為解決此問題，下面提出了一種offset計算方法，其主要思想是通過尋找外傾角測量值的修正參數，最大限度實現整車廠和橋裝配廠的外傾角均值相對于公差帶的相對位置保持一致，如圖6所示。

設整車廠外傾角樣本數為n，第i個樣本點的外傾角數值為,對于每個樣本點的公差上限值、理論值、下限值分別為。設對應的橋裝配廠樣本數值、公差帶上限值、理論值和下限值分別為。

① 數據的篩選

對橋裝配廠和整車廠的后橋外傾角數據進行分析，去除異樣的樣本點（即該數據明顯較其它數據大或小的樣本點），以增加公差帶矯正的準確性。對篩選后的n個樣本點進行排序。

② 計算整車廠外傾角樣本到公差中線的均值

③ 計算整車廠外傾角公差帶寬的均值

④ 計算整車廠外傾角均值相對于公差帶的位置XP

⑤ 求解最佳的橋裝配廠外傾修正參數Δ（即offset變化量）

設TY為橋裝配廠公差帶寬度。外傾值偏移Δ后，樣本均值相對于公差帶的位置YP有：

令XP=YP，可解得：

下面通過實例對該方法的有效性進行驗證。在某車型的試制中，有3輛試制車左后輪外傾角超差，其余車輛左后外傾角均處在下公差線附近，如圖11所示。通過調閱橋裝配廠四輪定位模擬數據，發現左后輪外傾數據處于中值附近，如圖12所示，與實車情況存在較大偏差。橋裝配廠四輪定位模擬設備無法對外傾角進行有效監控，車輛生產存在質量風險。

采用了上述offset值修正方法，采用上述方法對15輛試制車輛外傾角數據進行計算，得到左、右側外傾角最優下移量為Δ=15.72’。修正后的橋裝配廠WAM外傾檢測結果如圖13。通過對比圖7和圖8，調整后的橋裝配廠外傾值較好的預估了車輛的實際外傾角參數，有效解決了橋裝配廠四輪定位模擬設備的準確性問題，驗證了該方法的有效性。

4、外傾角的優化方法

對于無車輪外傾角調節機構的多連桿后橋結構，一旦出現下線車輛四輪定位超差，只能通過更換整個后橋的方式解決，極大的影響車輛的生產效率和報廢成本。由于外傾角相關的尺寸鏈一般較長，涉及的零部件較多，在優化車輛外傾角的過程中，需要綜合考慮各方面的因素，并結合零部件的生產工藝考慮技術方案的可行性，盡量減少尺寸調整產生的成本提高及其它負面影響。對于多連桿后懸架結構，可采用對后副車架上控制臂安裝孔的位置調整實現對成品車輛外傾角的優化，以降低生產風險，如圖10所示。此方案的優點有以下幾方面：

◇ 上控制臂安裝角度接近Y向，如圖11所示，主要影響車輪外傾角，對前束的影響較小。

◇ 若實現相同的外傾角變化量，上控制臂安裝孔位移動量較小。

◇ 安裝支架孔心位置由加工設備沖頭位置決定，沖頭位置調整較為方便。

◇ 上控制臂僅起懸架導向和承載作用，無其它部件安裝點，對車輛其他功能無影響。

針對第三部分中提到的左后輪外傾超差問題，采用此方法進行了外傾角的優化。將后副車架焊接支架孔心位置向外側調整1mm，調整后的車輛實際生產數據如圖12所示，可以看出外傾角數據得到了有效地改善，提高了成品車輛四輪定位檢測的合格率，降低了產品的質量風險。

5、結語

本文介紹了橋裝配過程中四輪定位模擬檢測設備的工作原理。與成品車輛四輪定位檢測進行對比，闡述了載荷狀態差異對于車輪外傾角的影響。提出了一種計算四輪定位模擬檢測設備offset值的方法，該方法可有效提高四輪定位參數模擬的準確性，保證成品車輛質量狀態。對于外傾角無法調節的多連桿后橋，提出了一種通過副車架上控制臂安裝孔位的調整實現后輪外傾角的優化，并通過實際案例驗證了該方法的有效性。

[1] 夏士國,劉功洲. 現代汽車的車輪定位及其檢修[J]. 汽車維護與修理, 1998(6).

[2] 陸耀迪. 汽車四輪定位基礎教程[M]. 北京：機械工業出版社, 2014: 52.

[3] 崔勝民.汽車車輪定位參數檢測方法的研究[D]. 哈爾濱: 哈爾濱工業大學. 2005:9.

[4] 戴逢權，多連桿懸架系統性能仿真研究[D]. 武漢:武漢理工大學, 2011:12.

[5] 郭鋒.輪胎磨損與車輪定位關系研究和探討[D].沈陽:東北大學. 2007: 53.

[6] 雷玉泉.現代汽車四輪定位技術的研究與探討[D].上海:上海海事大學. 2006.

Monitoring and optimization of wheel camber in vehicle production

Xiong Ran
( Beijing Benz Automotive Co , Ltd., Beijing 100176 )

A calibration method for wheel alignment equipment in axle assembly process has been introduced.The actual condition of vehicle camber has been fully considered. The effectiveness of this method has been proved by practical verification. After that, as to multi-link suspension with no camber angle adjustment mechanism, putting forward a camber optimization method by moving hole position of camber arm bracket in the rear sub-frame. This method sharply reduced the suspension opponent’s dimension accuracy requirement and vehicle quality risk.

axle assembly; wheel alignment; camber; multi-link suspension

U467.3

A

1671-7988(2016)10-167-04

熊冉，（1984.12-），男，職稱： 中級工程師，就職于北京奔馳汽車有限公司研發中心。北京奔馳研發中心主任工程師。研究方向：底盤技術方向（橋裝配、副車架、輪胎等）。