浅析如何提升总装车间后桥四轮定位一次合格率

刘云泊 顾承扬

摘 要：总装车间整车四轮定位检测和调整一直是瓶颈工位，为提高生产效率，文章通过分析后桥四轮定位误差来源，提出了一种后桥四轮定位闭环动态补偿方法。该方法以最小二乘法原理为基础计算整车后桥四轮定位最佳估计值，并对后桥四轮定位进行补偿。经过批量生产验证，本方法能够最大限度地提升总装车间整车后桥四轮定位检测一次合格率，对总装效能提升有较好效果。

关键词：多连杆后桥；四轮定位；误差分析；补偿

中图分类号：U463 文献标识码：B 文章编号：1671-7988（2018）17-256-05

Abstract： The four-wheel alignment detection and adjustment of the vehicle in the assembly shop is always a bottleneck station. In order to improve the production efficiency， this paper proposes a rear-wheel-axle four-wheel positioning closed-loop dynamic compensation method by analyzing the source of rear axle four-wheel positioning error.This method uses the principle of least squares method to calculate the best estimate of the rear wheel four-wheel alignment of the vehicle and dynamically compensates for the four-wheel alignment of the rear axle.After mass production verification， the method can maximize the qualification rate of the vehiclerear axle four-wheel alignment test in the assembly shop， and has a better effect on the improvement of the assembly efficiency.

Keywords： multi-link rear suspension； wheel alignment； error analysis； compensation

CLC NO.： U463 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）17-256-05

引言

四輪定位是影响整车性能的关键指标，如果调整不当会造成汽车跑偏、转向沉重、轮胎磨损、悬架配件磨损、油耗增高等，极端情况下甚至存在安全隐患[1]。本文通过分析四轮定位检测的误差来源，应用补偿系统误差的方式来提高整车生产节拍。市场上不乏介绍四轮定位的技术资料，但资料大多适用于售后维修，谈及整车批量生产的不多。总装车间常常遇到整车四轮定位调整比例高而影响生产节拍的问题。李琦等[2]通过分析前束角、外倾角的线性关系，采用作图法来提升技师的调整效率。周显明[3]提出了整车四轮定位补偿的优化方法。熊冉[4]、周诚等[5]讨论了后桥装配四轮定位预调整方法，本文在此基础上做了进一步分析和归纳，提出了一种可操作性强、实际验证有效的后桥四轮定位闭环动态误差补偿方法。

1 后桥四轮定位技术要求

上汽大众后桥结构分为两大类：扭力梁后桥、多连杆后桥。扭力梁结构的后桥结构四轮定位不可调，多连杆后桥四轮定位可调。本文主要研究四轮定位可调整的多连杆后桥。后桥四轮定位检测主要包含外倾角和前束角。

1.1 后桥外倾角定义

外倾角是车轮径向平面和轮胎接地点垂直线的偏离角，偏离引擎方向为正外倾角，反之为负外倾角（如图1所示），负外倾角提高了外圈车轮的侧向力，较小的正外倾角可减轻轮胎在拱环路面上的磨损[6]。

1.2 后桥前束角定义

在车辆直线行驶中，车轮径向平面偏离行驶直线的角度值为前束角，左右两轮前端距离小于后端距离为正前束角，反之为负前束角（如图2所示）。

2 后桥四轮定位调整方式

上汽大众多连杆后桥四轮定位调整均采用了类似的结构（如图3所示）。

外倾角调节点为后副车架与上横向导杆的偏心螺栓连接点，前束角调节点为后副车架与下横向导杆的偏心螺栓连接点。他们的调整方式均为通过旋转偏心螺栓，带动对应的偏心垫片同步旋转，使偏心螺栓法兰与偏心垫片同时受侧面凸台挤压，产生的反作用力让偏心螺栓沿着法兰径向偏移，从而产生后桥前束角和外倾角变化的效果。

2.1 后桥四轮定位预调整

后桥四轮定位预调整目的是为了减轻整车调整的工作量，通常集成在后桥装配线完成，它对设备的自动化程度、精度、稳定性、工艺柔性等都有很高的质量要求，因此业内的全自动后桥装配四轮定位调整设备大多被外资品牌垄断。后桥调整台通过加载模拟实车装配，将后桥四轮定位预调整到目标值，全过程无人工干预。调整步骤如图4：

①后桥定位：装配流水线将后桥送入四轮定位调整台定位夹紧。

②模拟整车加载并检测：在后桥上预装标准弹簧，模拟整车重量并加载，通过反复压缩弹簧行程来模拟汽车底盘颠簸实况，在释放应力后测量后桥四轮定位参数。

③后桥四轮定位预调整：分别调整后桥前束角（左、右）和外倾角（左、右），调整台通过电动调整枪旋转偏心螺栓角度使其达到目标值。

④锁定拧紧：在后桥前束角和外倾角调整到合格范围后，调整枪锁定偏心螺栓的偏心角度，同时拧紧枪拧紧对应的螺母。

⑤后桥检测：调整完成后复测后桥四轮定位，合格后下线。

2.2 整车后桥四轮定位调整

虽然后桥装配四轮定位已预调整合格，但由于实际生产中不确定的影响因素过多，总装技术规范定义需对检测不合格的整车四轮定位进行二次调整。具体调整步骤如图5：

①整车定位：整车行驶到转毂台上定位。

②四轮定位检测：车轮转动并开启光栅检测整车四轮定位。

③调整四轮定位：操作工松脱四轮定位对应的拧紧螺母，分别调整偏心螺栓使后桥前束角和外倾角至整车合格范围内，然后锁定拧紧螺母。

④整车检测：调整完成后复测整车四轮定位。

由于整车上底盘操作空间有限，后桥外倾角调整一直非常困难，费力且耗时。虽然前束角有调整空间，但其公差范围较小，通常调整比例也非常高。因此若不合格率过高，会直接影响总装车间四轮定位生产节拍。

3 后桥四轮定位误差来源分析

总装车间整车底盘合装的前提是后桥装配四轮定位已调整合格，然而即使后桥四轮定位100%满足技术要求，在整车上检测仍可能存在一定不合格率，为优化此问题我们首先要分析误差来源，先排除不良因素产生的过失误差，再补偿系统误差。

3.1 系统误差来源分析

系统误差是由测量过程中某些恒定因素造成的，它的产生原因可以是条件、方法、工具、习惯等因素[7]。经分析系统误差主要来源以下几个方面。

3.1.1 两者测量方式不同产生系统误差

后桥装配四轮定位测量是通过接触式探头在刹车盘制动面采点取样，整车后桥四轮定位是通过非接触式光栅对轮胎侧面进行采点取样，两者的定位基准、取样方式、测量特征、调整和拧紧的方式均不同（如表1所示），因此存在系统误差。

3.1.2 后桥与车身装配相对位置产生的误差

后桥与车身合装时螺栓与中间连接孔是间隙配合的，不同车辆的相对位置存在微小偏差。理论上后桥中心轴垂线应与整车中心轴重合，而实际装车由于零件及吊装线制造公差、后桥合装过程中的随机因素等，后桥中心轴垂线会与整车中心轴存在夹角a（如图6所示），对整车后桥四轮定位測量产生影响。

3.1.3 后桥装配各散件尺寸公差产生的误差

多连杆后桥总成是由后副车架、上横向导杆、转向横拉杆、纵向摆臂、下横向导杆、车轮支架、刹车盘、轮毂轴承等零件装配而成，零件装配面存在制造公差，且各连杆间通过弹性橡胶支承装配连接，装配组合后会带来随机系统误差。

3.2 过失误差来源分析

从后桥装配到整车四轮定位检测下线，涉及装配、物流、检测等多个制造环节，只有在排除过失误差来源后，对后桥四轮定位调整台补偿优化才能起到立竿见影的效果。通过笔者几年来对多个车型的跟踪和研究，从后桥装配厂和总装车间两个方面总结了以下几个主要的过失误差来源（如图7所示）。

①不同车型整车的技术状态不同（如整车载荷、轴距、底盘高度等），即使同一车型也存在两驱和四驱，因此后桥应按不同细分车型分开设置补偿值。

②后桥主体结构件、连杆或对应的橡胶支承等关键散件供货状态发生变更，可能会导致产生较大偏差，则有必要重新调整补偿设置。

③后桥四轮定位偏心螺栓预装位置。后桥装配的左右结构是对称的，四轮定位偏心螺栓在设备自动调整拧紧前是通过手工预装的，不同操作工会有不同习惯，如果偏心螺栓法兰长轴的预装角度不同，会影响后桥调整台的调整效率，其作为初始调整点也会影响整车四轮定位第一次检测的离散度，我们需要在后桥装配时尽量保证偏心螺栓预装角度一致且左右对称。

④后桥在模拟整车装配载荷时，需按照实车状态选择正确刚度的弹簧和对应的加载力。

⑤如果总装车间有两条以上装配线生产同一车型时，应分线体进行补偿设置。

⑥在整车四轮定位检测前，须保证整车载荷、胎压符合技术规范。

⑦所有检测设备和工装都须定期标定。

以上因素的变化均有可能带来四轮定位检测过失误差，在设置后桥四轮定位预调整补偿前须有效排除这些不良因素影响。

4 后桥四轮定位闭环动态误差补偿方法

整车四轮定位是最终的目标质量参数，我们期望将整车四轮定位的检测值，最大限度地调整至公差带要求范围内，从而提高整车四轮定位一次合格率。在排除过失误差后，从整车数据分析中发现，不合格趋偏离方向基本一致且较为集中，测量结果主要受到同一测量环境中系统误差和随机误差的影响，因此我们根据一定样本量计算最佳估计值，并将偏移量作为补偿值设置进后桥四轮定位调整设备的Offset功能中。当后续环境变化导致整车后桥四轮定位合格率降低时，我们在排除过失误差后，可不断进行补偿设置，以此形成闭环动态误差补偿机制，保证总装车间后桥四轮定位检测工位始终高效运行。

后桥四轮定位预调整设备精度比整车要求高一个数量级，为了便于计算我们简化了数学模型，近似认为后桥四轮定位在调整后的实际值就是目标中值。因此在整车四轮定位检测环境和后桥输入条件相同的条件下，我们采用最小二乘法预测预测整车四轮定位最佳估计值。最小二乘法是提供“观测组合”的主要工具之一， 它依据对某事件的大量观测而获得“最佳”结果或“最可能”表现形式。最小二乘法在有限的数据上建立一个科学合理的数学模型，寻找“最接近”这些观测点的直线，通过最小误差的平方和寻找数据的最佳拟合函数，使误差的平方和最小[8]。

设最佳估计值为θ，且令函数 ，n为自然数，由此可以得到各次测量偏差的平方和Φ（θ）是最佳估计值θ的函数，我们需要求出Φ（θ）的最小值Φ（θ）min。对Φ（θ）求导得 ，令 ，则 ，对 再次求导得 ，因此当 时， 可以取得最小值，根据最小二乘法原理， 就是在相同条件下多次测量结果的最佳值。

设整车四轮定位调整目标值为c，第i台整车首次检测的四轮定位角为βi，在样本量为n的条件下，其最佳估计值为β。设后桥四轮定位检测设备与总装车间检测设备第一次对标偏移量为Δ1，第m次对标偏移量为Δm。（m为自然数） （n为自然数）则第1轮补偿调整值为， 设后桥四轮定位设备第m轮补偿值为offset（m），第m+1轮调整所使用的整车四轮定位参数是基于第m轮调整的偏移量设置，则第m+1轮调整补偿值为： ，后桥左、右外倾角和左、右前束角须通过此公式分开计算和设置补偿。

5 应用实例

我们以某款车型为例，整车后桥外倾角要求为-70'±20'，但由于环境的非预期变化，总装发现整车后桥外倾不合格率近期明显增大（如图9所示）。通过本文方法，在样本量为n=100的条件下，计算得到Offset（后桥右外倾角）=47.4，重新设置补偿值后，整车后桥外倾一次合格率从91%提升为99.9%，补偿后的最佳估计值逼近目标中值（如图10所示）。

同样以某款车型后桥前束角为例，设计要求为4'±5'，由于前束角公差带范围小，起步生产时整车后桥前束一次合格率仅为2.13%，在排除过失误差后，取样本量n为300，计算得到Offset（后桥左前束角）=20.7，在后桥设置补偿值后，跟踪2200台整车后桥，左前束角一次合格率提升为55.34%，观察其频率分布直方图（如图11所示），较为符合正太分布形态，与本文的分析和假设吻合，公差范围基本涵盖了最大概率区间，同样如图12补偿后的前束角最佳估计值逼近目标中值。通过合适的样本量和动态补偿，能够最大限度地提升整车后桥四轮定位一次合格率，在总装高产能情况下使用本文方法能够起到良好优化效果。

6 结语

本文介绍了多连杆后桥四轮定位测量和调整的原理，對比了整车四轮定位与后桥四轮定位的差异，分析了四轮定位测量过程中主要的系统误差和过失误差的来源，提出了一种对多连杆后桥四轮定位调整设备进行闭环动态补偿的方法。通过实践验证，本方法能够最大限度地提升总装车间后桥四轮定位一次合格率，对于总装车间产能提升有较好的参考价值。

参考文献

[1] 徐观.汽车四轮定位仪检定方法与装置的研究[D].吉林大学：2006： 10-11.

[2] 李琦，吴静.宝马Integral Ⅴ式后桥四轮定位调整的车间应对策略[J].汽车维护与修理，2017（08B）：81-83.

[3] 周显明.补偿值法在汽车生产领域的应用[J].汽车工程师，2017（7）： 49-51.

[4] 熊冉.车轮外倾角在车辆生产中的监控与优化[J].汽车实用技术， 2016（10）：167-170.

[5] 周诚，马庭松，卞桢斌.汽车后桥检测调整技术的应用与分析[J].安徽电子信息职业技术学院学报，2012，11（03）：19-22.

[6] 耿彤.德国汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2011：139-140.

[7] 钱政，王中宇，刘桂礼.测量误差分析与数据处理[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008：23-25.

[8] 贾小勇，白欣.最小二乘法的创立及其思想方法[J].西北大学学报（自然科学版），2016，36（3）：507-511.