輕型客車跑偏問題的分析與改進(jìn)

姚謝鈞，陳德玲，趙軍峰

（上海汽車集團股份有限公司商用車技術(shù)中心，上?！?00041）

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輕型客車跑偏問題的分析與改進(jìn)

姚謝鈞，陳德玲，趙軍峰

（上海汽車集團股份有限公司商用車技術(shù)中心，上海200041）

摘要：針對某輕型客車在直線行駛中跑偏問題進(jìn)行分析，結(jié)合計算機模擬仿真，找出其最大影響因素是麥弗遜懸架螺旋彈簧力中心線的位置偏差；提出改進(jìn)方案，并對實施措施進(jìn)行驗證。結(jié)果表明，車輛跑偏現(xiàn)象明顯得到改善。

關(guān)鍵詞：輕型客車；跑偏；麥弗遜懸架；螺旋彈簧

汽車在直線行駛時的穩(wěn)定性是影響車輛安全性、舒適性的重要指標(biāo)。車輛直線行駛穩(wěn)定性問題通常稱為車輛跑偏，可表現(xiàn)為車輛直線行駛時方向盤零位存在力矩、駕駛員為保證車輛直線行駛需施加一個反向力矩，車輛這樣長時間行駛極易使駕駛員疲勞，引起用戶抱怨，降低汽車品牌形象。本文結(jié)合國內(nèi)某款寬體輕客車型，對其跑偏問題進(jìn)行分析，找到了車輛跑偏的根本原因，并采取整車路試的方法檢驗了方案的實施效果，為解決車輛同類跑偏問題提供參考。

1　車輛跑偏原因分析

1.1車輛跑偏現(xiàn)象與試驗方法

車輛跑偏一般指車輛直線行駛中方向盤無轉(zhuǎn)角或力矩輸入情況下，車輛自身產(chǎn)生一個橫擺角速度，使車輛行進(jìn)方向產(chǎn)生改變。因此，為保證車輛直線行進(jìn)方向不變，駕駛員需持續(xù)、額外給方向盤提供一個反向力矩，即方向盤在中間位置時，左右轉(zhuǎn)向力矩有較明顯的差異。需要明確的是，車輛跑偏與車輛偏移是車輛直線行駛穩(wěn)定性所包含的兩個不同的概念，如圖1所示。本文針對跑偏問題進(jìn)行分析。

相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)[1]中車輛的直線行駛穩(wěn)定性僅作為轉(zhuǎn)向系的附加文字要求，且只針對非獨立前懸架車輛要求臺架側(cè)滑試驗。因此，對于前獨立懸架車輛的直線行駛穩(wěn)定性檢測，主機廠一般進(jìn)行整車路試或下線檢測，用于檢測相關(guān)設(shè)計值或制造誤差是否滿足整車技術(shù)要求，檢測數(shù)據(jù)通常受多方面因素影響，既有車輛本身因素如四輪定位參數(shù)[2]，包括絕對值與左右輪差值，以及輪胎帶束層殘余應(yīng)力（PRAT）[3]等；又有外界因素，如路面不平度、側(cè)向風(fēng)[4]等。因此，為盡量排除外界因素，整車試驗一般在專業(yè)試車場內(nèi)一定的外界氣候和路面條件下進(jìn)行。試驗分主客觀試驗。主觀試驗：在方向盤無外力作用下，車輛在一定時速下直線行駛一定距離后，將車輛橫向偏移距離作為判斷依據(jù)；客觀試驗：將車輛直線行駛時方向盤轉(zhuǎn)矩作為判斷依據(jù)。

針對某寬體輕客改型車型出現(xiàn)的跑偏問題，隨機抽取6輛下線車輛采用主客觀試驗確認(rèn)。

1）主觀試驗數(shù)據(jù)與結(jié)論如表1所示。

表1　主觀試驗結(jié)果

2）客觀試驗。選取問題車輛與正常車輛各一輛，進(jìn)行道路跑偏客觀試驗對比。試驗在跑偏測試專用道路上進(jìn)行，試驗道路為長直道，總長度600 m，路面橫向坡度從左向右傾斜降低（即左高右低），傾斜角度由0.25°、1°、2°三級遞增構(gòu)成，每段長200 m。試驗方法為駕駛員保持車輛直線行駛通過整條試驗道路，測量設(shè)備記錄方向盤相應(yīng)坡度下的力矩，見圖2。每輛車完成三次路試后取方向盤轉(zhuǎn)矩均值作為試驗結(jié)果，見表2。正常車輛在試驗道路行進(jìn)時，駕駛員為保證車輛在傾斜的試驗路面直線行駛，需對方向盤逆時針方向（即向左）施加一個轉(zhuǎn)動力矩（數(shù)值為負(fù)），且此力矩值隨路面傾斜角度的增加而增加。問題車輛在道路開始的0.25°坡度路況下，需對方向盤施加順時針力矩（數(shù)值為正）以保持直線行駛，表明其有向左跑偏趨勢，后續(xù)的1°與2°坡度下，問題車輛與正常車輛的方向盤力矩絕對值也表明了車輛直線行駛能力的具體差異。

經(jīng)平直路面試驗，將正常車輛在水平路面直線行駛時方向盤力矩標(biāo)準(zhǔn)定為＜0.2 N·m。

表2　客觀試驗結(jié)果　N·m

1.2根本原因分析

首先針對跑偏的一般因素進(jìn)行分析排查。問題車輛的四輪定位參數(shù)均合格，且更多樣本的統(tǒng)計分析表明，通常影響跑偏的左右輪后傾角差值、車輪外傾角差值等四輪定位參數(shù)值與此款車型的跑偏無相關(guān)性。因此，正常車輛與問題車輛的正交試驗是判斷問題所在的快速有效方法。經(jīng)反復(fù)試驗，鎖定前麥弗遜懸架螺旋彈簧為問題零件。進(jìn)一步的多樣本螺旋彈簧問題件與合格件臺架對比試驗，以分析彈簧各參數(shù)對跑偏問題的貢獻(xiàn)量[5]，所需彈簧測量參數(shù)見圖3；貢獻(xiàn)量的計算采用Minitab軟件[6]DOE模塊，見圖4；得出具有最顯著效應(yīng)的參數(shù)為彈簧力中心線[7]整車x向的分力即力中心線x向偏移，結(jié)論如圖5所示。通常麥弗遜懸架彈簧的橫向（整車y向）傾角或偏移量與懸架側(cè)向力補償有關(guān)[8]，大量技術(shù)文獻(xiàn)和設(shè)計資料均有介紹，但x向的偏移量研究在相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)或設(shè)計指導(dǎo)中均較少關(guān)注。

圖6為此款車型麥弗遜問題懸架左側(cè)后視圖，其彈簧的力中心線設(shè)計在主銷外側(cè)以滿足減振器側(cè)向力補償要求。其x向（整車前后方向）分力Fx作用在減振器下彈簧盤，此分力產(chǎn)生一個繞主銷的轉(zhuǎn)動力矩Mx，引起單側(cè)車輪的轉(zhuǎn)向。如左右彈簧的力中心線前后偏移在車輛兩側(cè)不對稱，則左右Mx無法抵消。在此基礎(chǔ)上，左右兩側(cè)Fx差值過大，將使兩側(cè)車輪的轉(zhuǎn)動力矩Mx形成一個值超過回正力矩的前輪轉(zhuǎn)向合力矩ΣMx，使得車輛行駛中跑偏[9]。通常因制造公差、設(shè)計因素（一般麥弗遜減振器為對稱件設(shè)計，左右件不能互換；本例中，兩側(cè)前減振器設(shè)計為同一零件可左右互換，以降低開發(fā)制造成本），彈簧力中心線在車輛兩側(cè)偏移值絕大部分情況下不可能對稱，如彈簧制造公差過大或力中心線位置較離散，則將產(chǎn)生引起車輛跑偏的ΣMx。

將以上初步分析運用ADAMS/Chassis仿真[10]驗證，模型如圖7所示。相應(yīng)修改模型中硬點和參數(shù)，具體為修改spring_seat_lower，spring_seat_upper的x方向數(shù)值，且左右螺旋彈簧反向修改以模擬整車實際裝配。仿真采用100 km/h直線行駛，輸出結(jié)論見圖8。其中實線為原車模型，虛線為彈簧力中心線偏移模型。仿真結(jié)論表明，螺旋彈簧力中心線的偏移，將導(dǎo)致車輛直線行駛時方向盤產(chǎn)生跑偏力矩與轉(zhuǎn)角進(jìn)而造成車輛跑偏，與實際路試情況相符。

2　改進(jìn)方案與實施效果

2.1改進(jìn)方案

經(jīng)以上分析，左右螺旋彈簧力中心線位置的x向偏差值過大是引起車輛跑偏的根本原因。改進(jìn)方案為約束彈簧力中心線的x向位置公差。此款車型麥弗遜懸架左右減振器支柱為同一零件左右安裝，其熱卷彈簧[11]力中心線x向偏移公差值越小，解決跑偏問題效果越好，但制造難度和成本上升。因此，平衡成本與性能的合理取值是關(guān)鍵。原車彈簧上硬點x向公差帶（-15，3）、下硬點公差帶（-8，10）需減小。通過ADAMS仿真分析螺旋彈簧x向硬點位置對方向盤力矩的影響，確定彈簧上硬點公差帶（-12，0）、下硬點公差帶（-4，8），可將方向盤中間位置力矩降低至正常車輛水平即＜0.2 N·m，此公差值進(jìn)一步降低將引發(fā)成本的急劇上升，同時通過螺旋彈簧調(diào)試件的力中心線臺架試驗，確認(rèn)了制造可行性，此時相應(yīng)的彈簧x向分力Fx＜500 N。

2.2方案實施效果

如表3和表4所示，整車主客觀路試結(jié)論表明，按改進(jìn)方案實施后，問題車輛跑偏值顯著降低，均達(dá)到了合格標(biāo)準(zhǔn)。

表3　主觀路試驗證結(jié)論*

表4　客觀路試驗證結(jié)論*N·m

3　結(jié)束語

針對車輛跑偏問題，通過整車、零件試驗，并采用試驗設(shè)計方法和ADAMS/Chassis仿真，排查各項因素后確定了前麥弗遜懸架左右螺旋彈簧力中心線x向偏差是車輛跑偏的根本原因，影響了車輛行駛的安全性和舒適性。通過約束螺旋彈簧力中心線的位置公差，有效地解決了車輛跑偏問題，為解決車輛同類跑偏問題提供了參考。

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修改稿日期：2015-09-09

Analysis and Improvement on Light Bus Off-tracking Problem

Yao Xiejun, Chen Deling, Zhao Junfeng
（Commercial Vehicle Technical Center, SAICMotor Corporation Limited, Shanghai 200041, China）

Abstract：The authors analyze the light bus off-trackingproblemin the straight line driving, combine with the computer simulation, and find out that the biggest influence factor is the deviation of McPherson suspension coil spring force center. Then theypropose the improvement scheme and validate the implement measures . The road test result shows that the vehicle off-trackingphenomenon has been improved obviously.

Key words:light bus; off-tracking; McPherson suspension; coil spring

中圖分類號：U463.33

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1006-3331（2016）02-0052-04

作者簡介：姚謝鈞（1982-），男，工程師；懸架系統(tǒng)主管；主要從事汽車懸架研究開發(fā)工作。