麥弗遜式前懸架輪胎外傾角偏差的研究與解決

馮東明、謝琦林、張京、陳洪東

（廣汽乘用車有限公司 510000）

1 前言

近年來(lái)的IQS（Initial Quality Study）新車質(zhì)量調(diào)研數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，以操控性為代表的車輛駕駛體驗(yàn)越來(lái)越受到汽車用戶的重視與關(guān)注。作為整車制造下線檢測(cè)所需的重要參數(shù)，車輪外傾角直接影響整車操控性能。

麥弗遜式獨(dú)立懸架因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低和舒適性尚可等優(yōu)勢(shì)而得到廣泛應(yīng)用。但在當(dāng)下的汽車制造過程中，扔存在多種因素會(huì)導(dǎo)致車輪外傾角數(shù)據(jù)偏差。本文以實(shí)際產(chǎn)品為例，針對(duì)麥弗遜式前懸架輪胎外傾偏差問題，詳細(xì)介紹了其組成機(jī)理、影響因素及相關(guān)改善措施，為在實(shí)踐中解決類似問題提供參考借鑒。

2 麥弗遜式前懸架車輪外傾角機(jī)理及影響因素

2.1 車輪外傾角概念及作用

車輪外傾角是指車輪在安裝后，其端面向外傾斜，即車輪所處平面和縱向垂直平面間的夾角。輪胎頂端向內(nèi)傾斜為負(fù)外傾，向外傾斜為正外傾。該角度的變化能直接改變輪胎與地面的接觸點(diǎn)和接觸面積，直接影響輪胎的抓地力及磨損情況。當(dāng)外傾角過大，或左右不等時(shí)，將導(dǎo)致車輛抓地力不足且輪胎向正外傾角較大的一邊偏磨。此外，外傾角還能改變整車質(zhì)量在車輪軸承上的受力分布，避免軸承因單邊受力產(chǎn)生異常磨損。

圖1 某乘用車麥弗遜式獨(dú)立前懸架的組成

2.2 麥弗遜式懸架結(jié)構(gòu)與外傾角的關(guān)系

某乘用車的麥弗遜式獨(dú)立前懸架的全部組成部件如圖1 所示。麥弗遜式前懸架主要由車身、減振器、轉(zhuǎn)向節(jié)、前下擺臂、前副車架、制動(dòng)盤和輪胎等部件組成。此結(jié)構(gòu)為無(wú)主銷結(jié)構(gòu)，由減振器兼做轉(zhuǎn)向主銷，減振器的上安裝點(diǎn)中心與下擺臂外端的球鉸鏈中心的連線為主銷軸線，承受來(lái)自于車身抖動(dòng)和地面沖擊的上下預(yù)應(yīng)力，轉(zhuǎn)向節(jié)可繞著它轉(zhuǎn)動(dòng)。麥弗遜式前懸架的特點(diǎn)是主銷位置和前輪定位角隨著車輪的上下跳動(dòng)而變化。而通過適當(dāng)調(diào)整和布置桿系，可使車輪的定位參數(shù)變化極小。

由于輪胎、制動(dòng)盤的軸線方向與轉(zhuǎn)向節(jié)是相互平行的，所以輪胎的外傾角就可簡(jiǎn)化為轉(zhuǎn)向節(jié)端面的外傾角。至此，解決轉(zhuǎn)向節(jié)端面Y 向擺動(dòng)也就成為了解決輪胎外傾角偏差的主要研究方向。

3 外傾角偏差主要影響因素及次序排行

通過對(duì)麥弗遜式前懸架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，得知影響外傾角偏差主要有3 方面的因素，即車身設(shè)計(jì)精度、零部件加工精度以及零部件裝配精度（圖2）。

圖2 麥弗遜式前懸架結(jié)構(gòu)分析

綜合參考賈紅偉、章駿所著《麥弗遜式懸架車輪外傾角偏差的分析》[1]一文中的理論計(jì)算結(jié)果及軟件實(shí)際仿真分析，得知減振器與轉(zhuǎn)向節(jié)的零件加工精度，以及兩者間裝配夾角的精度，對(duì)車輪外傾角的影響最大。制造過程的公差在累積之后，會(huì)遠(yuǎn)大于車輪外傾角的設(shè)計(jì)公差。如何控制制造過程中的誤差，使車輪外傾角達(dá)到設(shè)計(jì)要求，是整車制造企業(yè)需要考慮的問題之一。根據(jù)仿真計(jì)算結(jié)果可知，影響該車型車輪外傾角的因素次序如圖3 和圖4 所示。

圖3 麥弗遜式前懸架結(jié)構(gòu)分析

圖4 麥弗遜式前懸架各部件對(duì)車輪傾角的影響程度

4 前輪外傾角偏差問題解決方法

4.1 精度管控

根據(jù)關(guān)鍵零部件的詳情，以及車身關(guān)鍵尺寸進(jìn)行精度管控，保證各關(guān)鍵尺寸符合圖紙及數(shù)模要求。

4.2 裝配工藝優(yōu)化

該車型前懸架通過鐵鏈吊裝進(jìn)行組裝作業(yè)，吊裝到位后對(duì)減振器與轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)行螺栓緊固操作。由于作業(yè)過程中減振器軸線與轉(zhuǎn)向節(jié)端面夾角不固定，故而裝配后該夾角大小不可控。針對(duì)此問題進(jìn)行工藝優(yōu)化，導(dǎo)入夾角固定裝置，在減振器與轉(zhuǎn)向節(jié)連接螺栓進(jìn)行緊固前，利用該裝置固定減振器軸線與轉(zhuǎn)向節(jié)端面夾角，從而提高裝配一致性。

4.3 趨勢(shì)管控

若以上2 個(gè)改善方向均已得到保證，但依舊存在因車輪傾角數(shù)值波動(dòng)導(dǎo)致檢驗(yàn)結(jié)果不合格的現(xiàn)象?？啥ㄆ谑占囕唭A角每日均值、零件精度、車身精度和裝配夾角數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)整合及趨勢(shì)分析，得出當(dāng)前車輪傾角數(shù)據(jù)趨勢(shì)與何種關(guān)鍵尺寸趨勢(shì)一致，從而加強(qiáng)管控該關(guān)鍵尺寸的精度。

以某型車左前輪外傾偏差為例，該車型前輪外傾角標(biāo)準(zhǔn)為-20'±30'。若車輪傾角均值偏差為10'，不良率約為0.23%。當(dāng)外傾角均值偏差5'時(shí)，不良率約為0.06%。

該車型車輪傾角均值由11月30日的-10'變化至12月15日的-20'，左前減振器安裝孔精度則由-0.1 mm 波動(dòng)至+1.0 mm 附近。同時(shí)，該車型前輪傾角均值由1月14日的-20'變化至1月23日的-15'，左前減振器安裝孔精度則由+1.1 mm波動(dòng)至+0.1 mm，兩者變化趨勢(shì)一致。

根據(jù)得到的變化趨勢(shì)進(jìn)行理論分析，當(dāng)減振器安裝孔在Y方向正向波動(dòng)時(shí)，會(huì)帶動(dòng)減振器與轉(zhuǎn)向節(jié)總成繞下擺臂球鉸鏈中心向內(nèi)旋轉(zhuǎn)，車輪傾角有變小的趨勢(shì)。理論分析結(jié)果與實(shí)際關(guān)聯(lián)趨勢(shì)一致，從而得出車身需加強(qiáng)減振器安裝孔精度趨勢(shì)管控，以達(dá)到穩(wěn)定車輪傾角數(shù)據(jù)的目的。

5 結(jié)語(yǔ)

前輪傾角數(shù)據(jù)偏差問題由于涉及零部件較多、公差帶較長(zhǎng)和系統(tǒng)分析較為復(fù)雜等因素，當(dāng)遇到此類問題時(shí)，解決起來(lái)總會(huì)覺得千頭萬(wàn)緒，無(wú)從下手。

本文以某型汽車麥弗遜式前懸架為例，從懸架結(jié)構(gòu)出發(fā)，對(duì)于相關(guān)零部件、車身、裝配精度等關(guān)鍵影響因素進(jìn)行分析，并提出了3 種對(duì)于量產(chǎn)車可行的問題改善方案，以期為后續(xù)車型裝配工藝開發(fā)及質(zhì)量管控提供參考。