汽车方向盘安装不正原因分析及解决措施

张吉，何畅，赵向青，费二威



汽车方向盘安装不正原因分析及解决措施

张吉，何畅，赵向青，费二威

（中国第一汽车集团有限公司研发总院，吉林 长春 130011）

通过对车辆方向盘安装不正问题的原因进行分析，阐述了方向盘安装不正对车辆的影响，提出整车厂生产线和售后市场如何预防和解决方向盘安装不正的问题。

方向盘；安装；车辆跑偏；干涉；异响

1 前言

当今社会汽车已成为人们必不可少的交通工具，科学技术水平的不断提高，带动汽车生产速度和制造水平的迅猛发展。随着汽车产品市场占有量的不断增加，汽车产品一些问题的出现是在所难免的。比如，汽车因方向盘安装不正，将可能导致车辆行驶跑偏，轻则啃胎影响轮胎使用寿命，重则发生爆胎事故影响用户生命安全。将车辆存在的一些安全隐患识别出来，将极大地提高车辆的行驶安全。本文通过对汽车方向盘安装是否正确进行分析，进而可初步判断车辆四轮定位参数是否存在问题，使车辆用户及时发现问题并解决。

2 转向系统结构

乘用车转向系统主要由方向盘、转向柱、转向中间轴、转向器、转向节带制动器脚总成、车轮及轮胎等零部件组成，如图1。有人习惯将转向节带制动器脚总成、车轮及轮胎等划归行驶系统中，本文重点阐述方向盘安装不正对车辆的影响，故专业划分方式不在本文讨论范围内。

图1

转向系统工作原理[1]：驾驶员按驾驶意图操纵方向盘，通过转向柱和中间轴带动转向器输入轴转动，通过齿轮齿条传动机构，将输入轴的旋转运转化为齿条的轴向移动，齿条带动转向拉杆和转向节臂，推动（或拉动）车轮使其绕主销转动，进而完成车辆的转向动作。整个转向过程建立了人的眼睛、大脑、手和脚以及车辆转向系统的闭环控制系统。按GB17675法规要求，目前市场上应用的汽车，转向系统各零部件之间均通过机械结构连接。

3 转向梯形

汽车转向梯形[2]的设计对车轮转向和轮胎磨损有着重要影响。而阿克曼原理是：汽车在行驶过程中，每个车轮的行驶轨迹，都必须完全符合它的自然运动轨迹，从而保证轮胎与地面处于纯滚动而无滑移现象，如图2所示。

图2

由阿克曼理论得知，车轮的内转角大于外转角。为了保证汽车的驾驶稳定性，汽车在转向梯形设计时都有适当的转向不足的特性，为保证该特性外轮转角一般均小于阿克曼转角。在不考虑零部件制造误差、装配误差等因素的前提下，由悬架硬点布置的对称结构性质，左、右前轮的内、外转角特性是相同的，即当左转向时，左前轮为内轮，右前轮为外轮，两轮的转角关系由转向梯形的尺寸关系决定；而当右转向时，右前轮为内轮，左前轮为外轮，两轮的转角关系与左转向时的内、外轮关系一致。如图3所示，深色虚线代表左转向，浅色虚线代表右转向，因此分别在左、右转向极限位置时，有：

图3

转向梯形中左、右车轮的极限转角是对称的，左、右车轮在左、右转向过程中，分别扮演不同的“内轮”和“外轮”角色，因此驾驶员向左和向右转向时，最小转弯直径也是相同的。

4 方向盘安装位置对转向梯形的影响

汽车在整车厂装配过程中，先将前悬架总成（包括副车架、控制臂、转向节、轮毂轴承、制动器、弹簧、减振器等）与车身地板装配，然后将事先分装好的仪表板总成（已装配好转向柱和转向中间轴）安装到驾驶室内，连接转向中间轴和转向器输入轴，再将方向盘安装到转向柱上，最后安装车轮及其他部件。

一些整车厂在安装方向盘时，靠工人肉眼判断车轮处于直行状态后，将置于水平位置的方向盘安装到转向柱上，使方向盘和车轮都处于车辆“直线行驶”状态，殊不知这种安装方式可能存在较大的偏差。假设车辆转向系统中间位置的角传动比为16:1，即方向盘转16°，车轮转动1°。而在安装方向盘时，肉眼是无法识别车轮是否有偏转1°～2°的误差的，如果车轮偏转2°，按比例换算将造成方向盘有32°的偏差，方向盘左、右极限转角则产生64°的差异。这对于用户来说影响是较大的，轻则影响最小转弯半径，重则引起车辆跑偏、底盘干涉产生异响等问题。

在四轮定位调整工位，正确的操作顺序是：①将4个车轮姿态调整正确，即左、右车轮对称且处于直线行驶状态；②通过水平仪确认方向盘是否水平，如发现方向盘偏转较大（比如，超出公差值±2°以外，主要考虑零部件制造误差和装配误差的影响），则需重新安装方向盘使其处于水平。当然也不排除有受方向盘和转向柱连接花键齿数制约的情况，如36齿花键，每错开一齿则相差10°。遇到这种情况，方向盘偏差在10°以内的，直接转动方向盘将其调整至水平，然后通过调整转向拉杆长度以保证车轮前束值，具体问题还得根据实际情况进行取舍。当方向盘偏转较大需要重新安装方向盘时，在重新安装过程中切莫使车轮转动，否则需重新将车轮姿态调正。③将置于水平位置的方向盘固定，调整四轮定位其他参数至设计允许值。

图4

但个别整车厂在四轮定位调整时，发现方向盘安装不正确，却不重新调整方向盘，而是直接将错误位置的方向盘调至水平位置并固定，然后通过调整左右转向拉杆长度来保证车轮前束值。这种操作方式，从车辆外观看，方向盘和车轮都处于直线行驶状态，但事实上底盘转向梯形是扭曲的，转向左、右极限转角也会出现一边多、一边少的问题，如图4。这可能导致在方向盘向一侧“打死”情况下，底盘零部件出现如磕碰、刮擦、吃胎等问题，行驶过程中也有出现跑偏问题的风险。

5 如何保证方向盘正确安装

万事皆有源，首先要控制好源头。在整车厂装配时，应保证方向盘中间位置与转向器齿条中间位置相对应，如图5。图中所示为转向器单侧（两侧结构基本相同）齿条限位结构示意图，当两侧的转向拉杆内球头中心，相对于车辆中心左右对称时，即转向器齿条处于中间位置，此时转向器向左和向右的齿条行程是一样的，即：S1= S2。当齿条向一侧移动至极限位置，转向器壳体上的结构限制了齿条移动，因而也限制了方向盘的转动，方向盘向左和向右转动圈数就是由转向器齿条的左、右极限移动距离决定的。因此，只要转向器齿条处于中间位置时正确安装方向盘，方向盘左、右转动的圈数必定一致。从车辆外观看，方向盘安装正确的车辆，驾驶员分别向左和向右“打死”方向盘，其方向盘的状态基本是对称的。

图5

将方向盘中间位置与转向器齿条中间位置对应安装，比较可靠的方法是在安装方向盘前，先通过可驱动转向柱转动的设备（代替方向盘与转向柱连接），分别测量左、右转向的极限转角，然后通过设备内部的计算程序找到转向角全行程的中点[3]，并驱动转向柱旋转使其转至车辆直线行驶位置，然后取下设备再安装方向盘，此时可保证方向盘的直线行驶位置与转向器的中间位置相对应，保证左、右转向极限转角的一致性。不排除因花键齿位置的影响，导致方向盘向一侧微调，以保证其处于水平公差范围内的可能性。接下来再对车辆的四轮定位参数进行调整，此时可将方向盘的水平位置作为基准，调整其他四轮定位参数至设计值范围内。四轮定位调整后，左、右拉杆剩余螺纹长度基本相当，如图6所示，一般允许相差2个螺距以内（视具体车型而定，目前市场车型转向拉杆前束调整处螺纹规格M14×1.5系列的居多）。

图6

如整车厂因某种原因，短期内无法通过计算转角设备确定转向中间位置，则需按正确的四轮定位调整顺序进行操作（前文已提及），当发现方向盘安装不对中时需立即取下重新安装，方向盘安装正确后再对四轮定位参数进行调整。

图7为方向盘中间水平位置与转向器中间位置未对应安装的状态，可以看到方向盘即使处于水平位置，但转向器两侧内球头球心相对车辆中心面不对称（向一侧偏移Δ），即转向器齿条整体向一侧偏移Δ，此时方向盘左、右极限转角必然不会相等，从外观上看，左、右转向极限位置的方向盘是不对称的。

图7

售后市场上出现诸如跑偏、底盘异响、转向极限干涉等问题，要首先判断是否是由于方向盘安装不正确所导致的。最简单有效的判断办法是：车辆原地怠速情况下，分别向左和向右转动方向盘至极限位置，确认左、右转向极限转角是否一致，如不一致则先将方向盘重新调整至正确位置，然后重新调整四轮定位后，再对其他因素进行排查。如果方向盘位置调正至左、右极限转角一致的状态，四轮定位调整后，左、右转向拉杆剩余螺纹长度应基本一致，则转向盘至转向器的装配关系是没有问题的；如转向盘左、右极限转角调整一致，而四轮定位调整后转向拉杆剩余螺纹长不一致，则需进一步排查是否因前悬架装配或个别样件质量问题等原因所致。

6 总结

通过对车辆方向盘安装不正确的原因进行分析，提出正确安装方向盘方法和四轮定位正确的调整顺序，阐述了整车厂如何正确安装方向盘，以及售后市场如何排查和解决方向盘安装不正的问题。

[1] 余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社,2009:176-177.

[2] 王望予.汽车设计[M].北京:机械工业出版社,2004:249-253.

[3] 张海源,黄巨成,古红晓,朱钊.汽车生产线方向盘对中方案探讨[J]. 汽车实用技术2018,3:145-159.

Analysis and Resolution of Abnormal Steering Wheel Assembling

Zhang Ji, Zhao Xiangqing, He Chang, Fei Erwei

（General R&D Institute of China FAW Group Co., Ltd., Jilin Changchun 130011）

Analyzing the reasons for abnormal position steering wheel assembling, describing the effects to vehicles because of abnormal position of steering wheel, referring how to put forward and solve the problems for abnormal position of steering wheel in assembling line and the market.

steering wheel; assembling; vehicle pull; interference; abnormal noise

B

1671-7988(2018)22-250-03

U471.2

B

1671-7988(2018)22-250-03

U471.2

张吉，高级工程师，主任工程师，主要研究方向：乘用车转向系统开发。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.22.089