開發底盤柔性化平臺驗證定義四輪定位目標值

張兵　趙麗　于興林

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

關鍵詞：四輪定位目標 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

隨著汽車行業的發展，汽車操縱穩定性、安全性能的逐漸變成了感知質量的一部分。而四輪定位與其直接相關。在底盤開發過程中，目標值的設定根據虛擬仿真分析結合對試驗車輛四輪定位實際測量及對標庫。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，往往與理論的結果存在偏差。

通過某企業試制階段5843臺四輪定位合格率分析，平均通過率83%，距標準值相差較大。因此鎖定四輪定位名義值及早期發現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 傳統的四輪定位目標值定義方法

2.1 設計階段四輪定位定義

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

2.2 試制各階段對四輪定位目標驗證

在試制階段均進行實車試驗場環境及K&C試驗臺上驗證，為保證數據統計的需要，至少完成25臺四輪定位結果實測，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，并向生產、質量等部門輸出。

2.3 存在的問題

由于采用軟件仿真計算本身的局限性，導致四輪定位名義值與標準值始終存在偏差。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，導致生產線測量四輪定位值與理論計算值存在偏差，且無法精準分析根因。

設計開發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 平臺的結構特點

與四輪定位相關車身及懸架零部件設計成O公差模塊，試驗中可直接讀取四輪定位名義值;模塊可實現長度調整;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，可進行垂直向下模式測量四輪定位測量測量K&C各種參數;車體及懸架零部件模塊總成可脫離升降架，前后滾動，進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試驗臺上繼續進行其它試驗; 配備電子四輪定位測量儀，模塊升起到一定高度后，在安全機構鎖止后，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的影響，同時托盤也可X/Y向調整，兼容不同軸距及輪距車型，實現平臺柔性化設計，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。開發輪芯高度裝置，精確標定輪芯高度，如圖5所示。

3.2 基于平臺四輪定位名義值標定方法

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，直到把輪芯高度調到理論位置。如配置是螺旋彈簧，則通過配重把輪芯高度調到理論位置。

3.3 四輪定位測量數據統計及名義值確定方法

采用滾動測量方法測量不同類別25臺份后輪外傾角數據并取得平均值，見表1。

對測量數據進行正態分布分析，正態分布又稱為高斯分布若隨機變量X服從一個數學期望為μ，標準方差為σ2的高斯分布，記為：X～N（μ·σ）2，則其概率密度為：

（1）

數學期望μ決定了正態分布的位置，而標準差σ決定了分布的范圍。而μ=0，σ=1的正態分布稱為標準正態分布[1]。

對后輪外傾角左右差進行舉例，見圖7。對于符合正態分布的組成環以及封閉環，都具有以下規律s：99.9937%的尺寸分布在m-4σ和m+4σ范圍內，后輪外傾角左平均值為-0°47′，右側為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、精準性非常高，此值可以作為四輪定位設計值修訂的依據，同時可作為生產線四輪定位測量調整工位的標準值及質量、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化思路

本段落詳細闡述虛擬建模計算與基于平臺驗證結果差異。

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°大于標準值：0.33°;超差概率1%，大于標準值0;CPK=0.855，不滿足CPK≥11.33。計算結果表明，現有的后懸架結構無法滿足后輪外傾角標準值要求，且其穩定性較差，見表2。

影響外傾角左右差的首要貢獻因子是下擺臂與副車架安裝點的位置度，貢獻度為6.5%，需針對性整改產品結構，見表3。

4.2 產品結構優化思路

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行自定位配合，此結構導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+偏芯螺栓的結構是長度調節的常規方式，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。

底盤零部件及關聯的車身相關部位設計成可調結構來模擬公差變化，車體安裝點設計成Z向可調，車體擺臂安裝點設計成X/Y/Z向可調，控制臂設計成長度可調結構。此處以某控制臂舉例，選擇恰當位置并斷開，設計連接結構，并在連接塊之間裝配調整墊片，用緊固螺釘連接，連接塊與兩球銷連線垂直，可實現±3之內調整，來模擬零部件公差在±3之內變化。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。

在設計下擺臂模塊時，為保證測量結果準確，模塊采取自定位結構（非偏芯螺栓結構），下擺臂模塊設計為φ14.1的圓孔來匹配M14的螺栓。根據每次測量的值，在平面圖中作圖并標識點，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行闡述，見圖10。

圖10表明，當完成長度值-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）

函數斜率K為負數，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。

當長度減小2mm后，接近USL，說明當其它零部件均達到理論值的情況下，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。根據分析結果，對重點零部件進行入廠質量驗收控制及當整車四輪定位測量時候，出現超差現象后，可快速找到根因。

5 “平臺”結合K&C，測試動態四輪定位值

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，移出基礎平臺，并移動到K&C實驗臺上，進行進一步測試、試驗。在K&C試驗臺上，測定慣量、方向轉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參數實驗。

此節以輪跳對外傾角的影響進行舉例，如圖11所示。其中藍色的曲線及直線是實車測量結果，紅色的曲線及直線是模塊在K&C測量結果。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，接近設計水平。

6 結論及反思

平臺解決了僅靠計算、對標或經驗及生產多臺試驗車輛來驗證四輪定位目標的局限，可更早期，更精準鎖定四輪定位參數。

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

可直接測試出底盤及下車體相關零部件公差變化對四輪定位敏感度貢獻量化分析。

當控制臂模塊中部切斷后，用緊固件連接后，剛度有可能衰減，在模塊結構設計時候，需要重視并規避。

部分控制臂壓裝的是液壓襯套，隨著驗證次數的增加，出現性能衰減現象，將對四輪定位的測量值出現<5′的誤差，后續需要展開液壓襯套剛度衰減試驗并在四輪定位試驗中，進行補償。

參考文獻：

[1]李華偉.汽車尺寸公差尺寸鏈分析方法及流程.機械工程師.2017-3.