淺談重型商用車非接觸式四輪定位

高恩壯 于彥權(quán) 秦文博 王鵬理

（一汽解放汽車有限公司,長(zhǎng)春130011）

1 前言

目前非接觸式四輪定位檢測(cè)技術(shù)在國(guó)內(nèi)卡車制造企業(yè)中鮮有應(yīng)用案例，主要原因是采用該技術(shù)的設(shè)備造價(jià)高昂，且多為進(jìn)口產(chǎn)品，無(wú)論是在議價(jià)權(quán)還是售后服務(wù)方面都令很多國(guó)內(nèi)用戶望而卻步。筆者所在的企業(yè)是國(guó)內(nèi)率先引進(jìn)該技術(shù)的企業(yè)之一，在非接觸式四輪定位的應(yīng)用方面有著豐富的經(jīng)驗(yàn)，取得的一些成果填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)行業(yè)空白。

2 重型商用車四輪定位

重型商用車在生產(chǎn)活動(dòng)中要進(jìn)行多項(xiàng)功能性檢測(cè)，其中四輪定位是十分耗時(shí)的檢測(cè)工作，加之檢測(cè)后需要調(diào)整且軸組多樣，因此采用傳統(tǒng)四輪定位檢測(cè)手段的工廠只能將其列為抽檢項(xiàng)。

隨著國(guó)內(nèi)高速物流運(yùn)輸?shù)目焖侔l(fā)展，重型商用車的“吃胎跑偏”問(wèn)題也逐步被汽車生產(chǎn)企業(yè)和用戶所重視，而四輪定位是解決“吃胎跑偏”的關(guān)鍵手段，因此非接觸式四輪定位檢測(cè)技術(shù)在這種背景下開(kāi)始得到應(yīng)用。

2.1 重型商用車四輪定位檢測(cè)項(xiàng)

重型商用車常有多個(gè)車橋，車輪數(shù)量眾多，需檢測(cè)和調(diào)整的項(xiàng)目更多。重型商用車采用的非獨(dú)立懸架決定了車輪外傾角、主銷后傾角等參數(shù)通常無(wú)法或難以調(diào)整，這類參數(shù)的控制更依賴于設(shè)計(jì)匹配和制造加工精度，或者在零部件狀態(tài)進(jìn)行少量的抽檢作為質(zhì)量反饋。以常見(jiàn)的8×4重型載貨汽車為例，需要檢測(cè)的四輪定位參數(shù)如表1所示。

表1 8×4重型載貨汽車四輪定位檢測(cè)參數(shù)

2.2 四輪定位參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定

重型商用車通常在不同工況下運(yùn)行，公路運(yùn)輸型車輛如牽引車常被用于高速、長(zhǎng)途物流運(yùn)輸，工程運(yùn)輸型車輛如自卸車則多在非鋪裝路面作業(yè)，因此各類車型的四輪定位參數(shù)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)差異化制定。

例如，某工廠生產(chǎn)的重型商用車分為4個(gè)平臺(tái)系列，每個(gè)平臺(tái)又對(duì)應(yīng)數(shù)種汽車類別，因此各個(gè)四輪定位參數(shù)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)可按表2所示方法制定。

表2 前束標(biāo)準(zhǔn)制定 mm/m

3 四輪定位參數(shù)調(diào)整方法簡(jiǎn)介

3.1 雙后橋平行度的調(diào)整

重型商用車多采用雙聯(lián)驅(qū)動(dòng)橋，完成四輪定位檢測(cè)后也需作必要的調(diào)整。

3.1.1 雙后橋調(diào)整的基本方法

雙后橋的調(diào)整相對(duì)于前橋具有工作強(qiáng)度大、操作空間小、耗時(shí)長(zhǎng)的特點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)重型商用車的雙后橋多采用倒置鋼板彈簧形式的平衡懸架，調(diào)整時(shí)操作者需拆卸連接下推力桿與車橋的2個(gè)螺栓，在靠近車橋側(cè)安裝墊片，穿入螺栓后擰緊。如圖1所示。

圖1 雙后橋墊片添加位置及懸架結(jié)構(gòu)

3.1.2 懸架形式對(duì)后橋調(diào)整的影響

重型商用車除了配備常見(jiàn)的板簧懸架，還有空氣懸架，其通常分為復(fù)合式空氣懸架和全空氣懸架[1]。全空氣懸架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)為推力桿，彈性功能僅由氣囊承擔(dān)，如圖2所示。因此采用這種懸架的雙后橋或者單后橋也是可加墊調(diào)整的。

圖2 全空氣懸架

3.1.3 加墊調(diào)整的原理

由于車輛平衡座與車架剛性固定，即推力桿一端是不可移動(dòng)的，添加墊片后會(huì)對(duì)車橋產(chǎn)生沿推力桿軸向的作用力，使車橋產(chǎn)生繞對(duì)側(cè)推力桿連接點(diǎn)的微量旋轉(zhuǎn)，達(dá)到抵消過(guò)量推進(jìn)角的效果。

調(diào)整某一車橋時(shí)，墊片通常只添加在左側(cè)或右側(cè)。如檢測(cè)結(jié)果顯示車輛的第1驅(qū)動(dòng)橋相對(duì)于車輛幾何中心線向左偏斜，則墊片應(yīng)當(dāng)添加在該車橋的左側(cè)，并使其產(chǎn)生繞右側(cè)連接點(diǎn)的順時(shí)針微量轉(zhuǎn)動(dòng)的效果，如圖3所示。

圖3 第1驅(qū)動(dòng)橋調(diào)整示意

3.2 雙前橋平行度的調(diào)整

部分重型商用車還采用雙前橋轉(zhuǎn)向，雙前橋平行度的調(diào)整是十分必要的。

3.2.1 雙前橋轉(zhuǎn)向原理

車輛雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理是轉(zhuǎn)向機(jī)的搖臂分別帶動(dòng)第1轉(zhuǎn)向橋縱拉桿和過(guò)渡拉桿，前者使第1橋轉(zhuǎn)向，后者還與轉(zhuǎn)向助力缸共同為過(guò)渡搖臂提供助力，過(guò)渡搖臂再帶動(dòng)第2轉(zhuǎn)向橋縱拉桿實(shí)現(xiàn)第2橋的轉(zhuǎn)向[2]，如圖4所示。

圖4 雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示意

3.2.2 雙前橋平行度調(diào)整原理

整車裝配過(guò)程中第2橋縱拉桿兩端的管箍呈松開(kāi)狀態(tài)，以便于拉桿與過(guò)渡搖臂、轉(zhuǎn)向梯形臂的安裝，因此車輛下線后的雙前橋同步值通常遠(yuǎn)超合格范圍。第1橋、第2橋同側(cè)車輪間甚至呈現(xiàn)出肉眼可見(jiàn)的偏斜，如圖5所示。這種車輛行進(jìn)時(shí)第2橋車輪處于明顯的“邊滾邊滑”的狀態(tài)，影響到正常行駛，必須進(jìn)行調(diào)整。

圖5 雙前橋同步未調(diào)整之前的狀態(tài)

在車輛的調(diào)整階段，4個(gè)激光器分別對(duì)準(zhǔn)雙前橋的4個(gè)車輪，實(shí)施監(jiān)測(cè)，如圖6所示。同步的調(diào)整是在第1橋的前束調(diào)整完畢后進(jìn)行的，操作者通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)第2橋縱拉桿實(shí)現(xiàn)拉桿長(zhǎng)度的變化，進(jìn)而帶動(dòng)轉(zhuǎn)向梯形臂使第2橋車輪轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，最終將同步值調(diào)整到合格范圍內(nèi)。

圖6 同步值檢測(cè)

3.3 前束預(yù)調(diào)整方法的應(yīng)用

整車生產(chǎn)活動(dòng)中，車橋通常在底盤(pán)零部件工廠生產(chǎn)制造，然后運(yùn)送到總裝廠進(jìn)行裝配。車橋工廠的生產(chǎn)作業(yè)中會(huì)對(duì)車橋前束進(jìn)行檢測(cè)并預(yù)調(diào)整至合格范圍。

但車橋狀態(tài)和整車狀態(tài)下的前束檢測(cè)有很大的區(qū)別，主要是整車狀態(tài)是對(duì)車輪的測(cè)量，且車輪有較大載荷，而車橋狀態(tài)時(shí)無(wú)車輪和載荷；車橋廠和總裝廠采用的檢測(cè)設(shè)備不同。

車橋工廠采用的檢測(cè)設(shè)備較為簡(jiǎn)易，操作使用和調(diào)整都很方便，作業(yè)節(jié)拍短，車橋前束調(diào)整作業(yè)如圖7所示。

圖7 車橋前束調(diào)整作業(yè)

總裝廠進(jìn)行四輪定位檢測(cè)調(diào)整時(shí)會(huì)遇到車輛前束一次檢測(cè)合格率低的問(wèn)題，如果通過(guò)對(duì)車橋前束調(diào)整數(shù)據(jù)與整車前束檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析摸索出二者存在的關(guān)系，在車橋狀態(tài)時(shí)將前束調(diào)整到合理的區(qū)間，會(huì)對(duì)前束檢測(cè)一次合格率的提升有所幫助。

以某6×4牽引車為例，該車型產(chǎn)量較大，在原前束標(biāo)準(zhǔn)下的前束檢測(cè)一次合格率僅為45.66%。根據(jù)某月份該型車輛整車狀態(tài)未調(diào)整前的前束數(shù)據(jù)，繪制出頻數(shù)和頻率分布圖，如圖8所示，橫坐標(biāo)為被拆分成多個(gè)區(qū)間的前束，主、次縱坐標(biāo)分別為各區(qū)間對(duì)應(yīng)的頻數(shù)和頻率。

圖8 原標(biāo)準(zhǔn)下的整車前束檢測(cè)分布

樣本數(shù)量為4 225臺(tái)，分布在前束合格區(qū)間為0.1～2 mm/m的車輛數(shù)量為1 929臺(tái)。分析車橋的前束預(yù)調(diào)量發(fā)現(xiàn)，當(dāng)整車前束位于0.1～2 mm/m時(shí)，車橋前束基本分 布在7′50″～10′30″，而車橋廠為該型車橋制定的前束標(biāo)準(zhǔn)為0′0″～6′50″。

在與車橋工廠作標(biāo)準(zhǔn)對(duì)接后，車橋工廠為該型車橋制定新的調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)一周時(shí)間的運(yùn)行，再次對(duì)該車型前束一次合格率統(tǒng)計(jì)分析。統(tǒng)計(jì)樣本為978臺(tái)，前束位于合格區(qū)間的車輛數(shù)量為723臺(tái)，一次合格率提升至73.93%，如圖9所示。本次車橋預(yù)調(diào)量對(duì)提升整車前束一次合格率效果顯著，可將這種方法推廣到其他型號(hào)的車橋和車型上。

圖9 新標(biāo)準(zhǔn)下的整車前束檢測(cè)分布

4 車輛狀態(tài)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響

4.1 檢測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與說(shuō)明

選取某6×4牽引車進(jìn)行23次四輪定位檢測(cè)，該車被編號(hào)為1號(hào)車，檢測(cè)數(shù)據(jù)如表3所示。其中第1～17次為車輛未經(jīng)路試時(shí)的檢測(cè)，稱為靜檢，第18～23次為車輛分別進(jìn)行路試后作的檢測(cè)，稱為動(dòng)檢。其中靜檢還分成3個(gè)階段，見(jiàn)表3中的備注1～3。

4.2 檢測(cè)參數(shù)分析

4.2.1 后橋推進(jìn)角的分析

該車的23次檢測(cè)中，第1后橋推進(jìn)角D1和第2后橋推進(jìn)角D2的均值相差僅為0.02 mm/m,標(biāo)準(zhǔn)差很小且很接近，表明這2組數(shù)據(jù)波動(dòng)幅度小，變化走勢(shì)基本相同，如圖10所示。

圖10 后橋推進(jìn)角檢測(cè)數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)

車輛完成動(dòng)檢之后，即第17次之后的測(cè)量結(jié)果表明，該車的第1、第2后橋推進(jìn)角有減小的趨勢(shì)。前17次檢測(cè)中，第1后橋和第2后橋推進(jìn)角的均值分別為1.28 mm/m和1.34 mm/m，其后的6次檢測(cè)均值分別為1.09 mm/m和1.01 mm/m。

按照推進(jìn)角檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為±3 mm/m，雙后橋的靜檢、動(dòng)檢的均值差異分別為0.19 mm/m和0.33 mm/m，約占標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間的3.17%和5.50%?？烧J(rèn)為動(dòng)檢路試對(duì)后橋這種近乎剛性連接、自由度低的結(jié)構(gòu)影響較小。雖然路試經(jīng)過(guò)的扭曲路面對(duì)于車輛行走系統(tǒng)如車架、車橋、懸架、車輪等部件的應(yīng)力釋放有一定的作用，但對(duì)后橋推進(jìn)角影響可以忽略不計(jì)。

4.2.2 雙后橋平行度的分析

車輛雙后橋平行度DP的計(jì)算方法為第1后橋推進(jìn)角D1與第2后橋推進(jìn)角D2之差，其23次檢測(cè)數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)如圖11所示。表3中顯示雙后橋平行度的標(biāo)準(zhǔn)差僅為0.099，為表3中所列舉的4個(gè)檢測(cè)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差的最小值。

圖11 雙后橋平行度檢測(cè)數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)

表3 1號(hào)車6×4牽引車四輪定位檢測(cè)數(shù)據(jù) mm/m

前17次檢測(cè)均值為-0.06 mm/m，后6次均值為0.075 mm/m，考慮到該參數(shù)為計(jì)算值，取絕對(duì)值分析更有意義。按照此邏輯其動(dòng)檢前后均值變化量?jī)H為0.015 mm/m，即動(dòng)檢對(duì)該參數(shù)的影響同樣微乎其微。

4.2.3 前橋前束的分析

通過(guò)繪制前橋前束檢測(cè)數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)圖可知，在第18次檢測(cè)之后，該車的前束數(shù)值趨于減小，第12～17次的檢測(cè)數(shù)據(jù)有較大幅度的波動(dòng)，這6次檢測(cè)數(shù)據(jù)是方向盤(pán)平衡器分別位于方向盤(pán)輪輻的左側(cè)和右側(cè)極限位置時(shí)測(cè)量出來(lái)的，如圖12、圖13所示。

圖12 前束檢測(cè)數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)

圖13 平衡器位于輪輻左側(cè)極限示意

方向盤(pán)平衡器的不同安裝位置可能會(huì)對(duì)前束檢測(cè)數(shù)值產(chǎn)生影響，表4為方向盤(pán)處于不同轉(zhuǎn)角時(shí)，方向盤(pán)平衡器分別位于輪輻左右側(cè)極限位置時(shí)監(jiān)測(cè)到的方向盤(pán)轉(zhuǎn)角。通過(guò)對(duì)比分析，二者存在線性關(guān)系，擬合圖像如圖14所示。

表4 平衡器極限位置對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)角 (°)

圖14 平衡器極限位置時(shí)右側(cè)與左側(cè)轉(zhuǎn)角的關(guān)系

分析認(rèn)為，該車的前束應(yīng)位于0.8～1.1 mm/m附近。23次檢測(cè)過(guò)程中，車輛狀態(tài)、車輪位置均不同，前束測(cè)量值也不會(huì)是唯一值，而是一個(gè)區(qū)間量。

前束測(cè)量時(shí)，方向盤(pán)轉(zhuǎn)角、行駛角都可能影響左右單前束值，進(jìn)而影響總前束，但這種影響方式較為復(fù)雜。以方向盤(pán)由對(duì)中位置順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)（不超過(guò)15°）為例，各參數(shù)變化如表5所示。

表5 方向盤(pán)轉(zhuǎn)角對(duì)檢測(cè)參數(shù)的影響

因此調(diào)整時(shí)，方向盤(pán)平衡器極限安放位置會(huì)對(duì)應(yīng)較大的方向盤(pán)轉(zhuǎn)角，而檢測(cè)系統(tǒng)采用這個(gè)錯(cuò)誤的參數(shù)，并計(jì)算出錯(cuò)誤的前束值?？烧J(rèn)為平衡器處于極限位置時(shí)測(cè)得的前束值為0.36 mm/m或0.44 mm/m等值不應(yīng)被采用。

從前束調(diào)整的機(jī)理來(lái)講，轉(zhuǎn)動(dòng)橫拉桿時(shí)，兩側(cè)車輪前端會(huì)產(chǎn)生繞轉(zhuǎn)向主銷向汽車幾何中心線側(cè)靠攏或遠(yuǎn)離的運(yùn)動(dòng)，調(diào)整完畢后，將拉桿上的卡箍鎖緊。前束呈趨勢(shì)性增大或減小變化，可能是卡箍鎖止?fàn)顟B(tài)不良或者拉桿結(jié)構(gòu)形變所致，該問(wèn)題成因復(fù)雜，此處不作討論。前橋及結(jié)構(gòu)如圖15所示。

圖15 車輛前橋及卡箍

為繼續(xù)探索動(dòng)檢前后對(duì)前束的影響，選取4臺(tái)重型商用車進(jìn)行檢測(cè)，4臺(tái)車分別編號(hào)為2號(hào)～5號(hào)。試驗(yàn)結(jié)果如表6、表7所示。

表6 重卡2的四輪定位檢測(cè)數(shù)據(jù) mm/m

表7 3號(hào)～5號(hào)車的前束檢測(cè)數(shù)據(jù) mm/m

結(jié)果表明，4臺(tái)車的前束在動(dòng)檢前后未發(fā)生大的變化；2號(hào)車的前束比雙后橋平行度的檢測(cè)數(shù)據(jù)波動(dòng)大，原因是車輛前輪的轉(zhuǎn)向功能使其在運(yùn)動(dòng)中具有更多的自由度和更大的靈活性，造成了動(dòng)檢前后的檢測(cè)數(shù)據(jù)更大的波動(dòng)。

4.2.4 方向盤(pán)轉(zhuǎn)角、行駛角與前束的關(guān)系

非接觸式四輪定位檢測(cè)系統(tǒng)在進(jìn)行第1橋參數(shù)調(diào)整時(shí)，顯示器會(huì)呈現(xiàn)方向盤(pán)平衡器轉(zhuǎn)角、前束和行駛角3個(gè)參數(shù)的動(dòng)態(tài)數(shù)值，如圖16所示。

圖16 方向盤(pán)平衡器轉(zhuǎn)角、前束和行駛角動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

表5中的內(nèi)容表明，行駛角和前束對(duì)方向盤(pán)轉(zhuǎn)角變化的敏感程度不一樣。表8為1號(hào)車在第5次靜檢調(diào)整前束和行駛角時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)采集到的方向盤(pán)轉(zhuǎn)角、前束和行駛角的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。

表8 方向盤(pán)轉(zhuǎn)角、前束和行駛角動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)

根據(jù)表格中采集的數(shù)據(jù)，分別繪制方向盤(pán)轉(zhuǎn)角與行駛角、前束的變化趨勢(shì)圖，如圖17和圖18所示。

圖18 方向盤(pán)轉(zhuǎn)角與前束變化趨勢(shì)

圖17顯示，方向盤(pán)轉(zhuǎn)角與行駛角呈交替變化，方向盤(pán)轉(zhuǎn)角的波峰、波谷分別與行駛角的波谷、波峰基本對(duì)應(yīng)。橫坐標(biāo)處于1～9和51～72序時(shí)，此時(shí)方向盤(pán)轉(zhuǎn)角介于±5°，行駛角也較小，均值為-1.61 mm/m。

圖17 方向盤(pán)轉(zhuǎn)角與行駛角變化趨勢(shì)

圖18顯示，前束變化幅度較為緩和，橫坐標(biāo)處于1～9和51～72序時(shí)，前束值處于較為平穩(wěn)的波動(dòng)狀態(tài)，均值為1.12 mm/m，與第5次靜檢結(jié)果很接近。

在控制方向盤(pán)轉(zhuǎn)角為±5°的基礎(chǔ)上，再將行駛角±1.5 mm/m作為約束條件，二者交集對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)為54～61序，即上表中第54～61組數(shù)據(jù)。這8組數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的前束均值為1.12 mm/m，標(biāo)準(zhǔn)差為0.012。

因此前橋參數(shù)調(diào)整時(shí)，必須將方向盤(pán)轉(zhuǎn)角和行駛角都納入到前束測(cè)量及評(píng)價(jià)中，這樣才能調(diào)整出準(zhǔn)確、合理的前束值。

5 結(jié)束語(yǔ)

四輪定位是解決卡車“吃胎跑偏”問(wèn)題的重要手段，但囿于國(guó)內(nèi)零部件加工制造精度，重型商用車的裝配一致性與國(guó)外知名品牌相比仍有較大差異。同時(shí)重型商用車是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，車輛的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)、載荷、車輪規(guī)格及氣壓、運(yùn)行工況等各種因素都可能會(huì)影響四輪定位參數(shù)，因此解決“吃胎跑偏”問(wèn)題需要大量的數(shù)據(jù)驗(yàn)證和支撐，需要工程技術(shù)人員不斷的學(xué)習(xí)和探索。