后悬架车轮定位参数调整机构分析及设计

摘要：车轮定位参数是评价汽车操稳性的重要指标之一，但由于零部件制造公差和装配公差的限制，很难保证生产车辆的车轮定位参数都在合理的范围。本文主要针对某车型后悬架车轮外倾角和前束角的分析计算，介绍车轮定位参数调整机构的设计原理及调整方法，以使所生产车辆的车轮定位参数都在合理范围。

关键词：车轮定位参数;后悬架;调整机构;原理

前言

车轮定位参数包括主销后倾角、主销内倾角、外倾角和前束角，其作用是使汽车保持稳定的直线行驶能力和转向轻便，并减少汽车在行驶中轮胎和转向机构零件的磨损。由于零部件制造公差和装配公差，需要设置车轮参数的调整机构，以保证出厂的车辆车轮定位参数都在合理的范围。此外，车辆在长时间使用过程中，由于零部件磨损及橡胶件变形，均会引起车轮定位参数的变化，需要有调整机构进行修正。一般乘用车的后悬架主要调整外倾角和前束角，本文主要就这两个方面进行论述。

1.外倾角和前束角定义

外倾角的定义为：车轮中心平面相对铅垂线的夹角，向外倾斜为正，向内倾斜为负，如图1所示：

图1外倾角示意图                          图2前束角示意图

前束角定义为：汽车纵向中心平面与车轮中心平面与地面交线的夹角，向内为正，向外为负，如图2所示。

2.车轮定位参数调整机构分析及设计

2.1 偏心螺栓偏心量选取及评价指标

偏心螺栓偏心量应合理选择，过大，容易出现力矩返松，过小，不能满足调整需求。其评价指标为：偏心螺栓偏心量应能满足克服极限公差后仍可调整0.5°±0.1°，初步选定偏心螺栓的偏心量为5.3mm，如图3所示：

图3 偏心螺栓偏心量确定及配合孔位尺寸确定

偏心螺栓选定之后，应注意与之配合的孔位尺寸的确定，应满足配合孔位的中心距不小于偏心量的2倍，以使偏心螺栓在调整时可以自由旋转，而不至于损伤螺纹。

2.2 调整量分析及计算

在进行调整量分析之前应先确定车轮设计状态的定位参数。一般根据设计车轴荷及悬架结构形式在数据库中对比分析确定初步定位参数，然后利用ADAMS分析软件进行动力学分析确定后悬架设计参数为：外倾角-29′（-0.483°），前束角为14′（0.233°），如图4所示：

图4 后悬架外倾角和前束角动力学分析

在CATIA软件中将后悬架数模按照设计参数进行约束装配，并根据经验初步设定后下控制臂与副车架的连接点为调整点，要求各连接点约束正确，更改调整量后车轮可以随之运动，以便进行外倾角和前束角的测量，如图5所示：

图5 后悬架车轮定位参数分析模型

分别将偏心螺栓调整到最外侧和最内侧，测量外倾角和前束角的变化量，如表1所示：

表1

因此，外倾角调整量为±0.514°，前束角调整量为±1.178°

2.3 累计公差分析

根据经验确定各零部件制造公差及装配公差，运用蒙特卡洛算法模拟真实装配，进行3DCS偏差仿真分析，得出外倾角及前束角最大累计公差量及影响因素，如图6所示：

图6外倾角和前束角累计公差及影响因素分析

根据分析结果，外倾角最大累计公差为±0.5°，最敏感影响因素为上控制臂安装点公差;前束角最大累计公差为±0.6°，最敏感影响因素为下控制臂安装点公差。

2.4 调整量判定

根据累计公差分析结果计算，并与评价指标进行对比分析，判定调整量是否满足要求，如表2所示：

表2

序号

项目

外倾角

前束角

备注

1

设计值

-0.483°

0.233°

2

调整量

±0.514°

±1.178°

3

累计公差

±0.5°

±0.6°

4

克服累计公差后剩余调整量

±0.014°

±0.578°

5

评价指标

0.5°±0.1°

0.5°±0.1°

6

判定结果

不满足

满足

由表中数据可知，外倾角调整量不满足设计要求，需增加一个外倾角调整点，以增大外倾角调整量。

2.5 调整点选择及设计

根据3DCS偏差仿真分析，影响外倾角最敏感因素为上控制臂安装点公

差，因此将调整点设计在上控制臂上，根据周边环境，结合操作方便性，将调整点设计在上控制臂与副车架连接点处，如图7所示：

图7调整点选取

将前束角调整到设计位置，在此基础上分析外倾角的调整量，如表3所示：

表3

外倾角调整量为±1.236°，前束角调整量为±0.004°，外倾角累计公差为±0.5°，克服累计公差后剩余调整量为±0.736°，不满足评价指标0.5°±0.1°的要求。将外倾角调整量减小1mm，按以上方法重新分析计算后外倾角调整量为±1.003°，克服累计公差后剩余调整量为±0.503°，满足评价指标。

由以上分析可知，在对外倾角调整的时候，前束角几乎不发生变化，因此在对车轮参数进行调整时，需先调整前束角至合理范围，再对外倾角进行调整。

2.6 偏心螺栓刻度线设定

偏心螺栓刻度线的设定一般有两种形式：等角度设定和等偏心量设定。等角度设定，即刻度线之间角度相等，但每格调整量不一致;等偏心量设定，即刻度线之间角度不相等，但每格调整量一致。具体采用哪种形式，以调整方便为原则。下面以等偏心量（前束）为例进行说明，如图8所示：

图8偏心螺栓刻度线设定

从中心线往两侧各有6格，其各格偏心调整量依次为1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、5.3mm。

前束调整点（即下控制臂处调整点）前五格每格调整量为13.3′，最后一格调整量为4′。

3.结论

通过对该车型后悬架车轮定位参数调整量的分析，得出外倾角调整范围较小，不满足工程设计要求，进一步对比分析，增加外倾角调整点，方案可行，避免后期整改浪费人力、物力，对于汽车企业来讲，最重要的是即节省了时间又能保证良好的品质。

参考文献：

[1]刘惟信.汽车设计.北京：清华大学出版社.2001.

[2]王宵锋.汽车底盘设计.北京：清华大学出版社.2010.

[3]刘品，李哲.机械精度设计与检测基础.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社.2009（6）.

[4]陈军.MSC.ADAMS技术与工程分析实例.北京：中国水利水电出版社.2008.

作者简介：蔡礼刚（1983-），男，湖北省襄阳市人，工作单位：长城汽车股份有限公司，职务：副总监，研究方向：汽车底盘设计。