开发底盘柔性化平台验证定义四轮定位目标值

张兵　赵丽　于兴林

摘 要：传统的四轮定位名义值一般基于Adams计算结果，后期经过实车验证、测量锁定目标值，而四轮定位公差则基于尺寸工程分析、及对标。但是在前期计算、对标及后期验证之间，缺少系统验证方法。本文详细阐述通过开发底盘柔性化验证平台并借助此平台确定四轮定位目标值，以及零部件公差与四轮定位角度之间联系、敏感度分析方法。

关键词：四轮定位目标 底盘柔性化验证平台 尺寸工程

Development of Chassis Platform to Verify and Define Four Wheel Alignment Requirement Value

Zhang Bing，Zhao Li，Yu Xinglin

Abstract：Four-wheel Alignment requirement value is directly related to the handling stability of the vehicle. The traditional nominal value of four-wheel alignment is generally based on the Adams calculation results， which is verified by the real vehicle and measured at the later phase. However， there is a lack of systematic verification method between the early calculation and the later phase verification. This paper elaborates the target value and tolerance locking method of four-wheel alignment and sensitivity contributes by developing and manufacturing the chassis comprehensive verification platform.

Key words：four-wheel alignment target， platform of chassis flexibility verification， dimensional engineering

1 引言

随着汽车行业的发展，汽车操纵稳定性、安全性能的逐渐变成了感知质量的一部分。而四轮定位与其直接相关。在底盘开发过程中，目标值的设定根据虚拟仿真分析結合对试验车辆四轮定位实际测量及对标库。由于零件尺寸偏差、衬套刚度、载荷等因素的存在，无论虚拟计算还是实车验证，往往与理论的结果存在偏差。

通过某企业试制阶段5843台四轮定位合格率分析，平均通过率83%，距标准值相差较大。因此锁定四轮定位名义值及早期发现问题的根因意义较大，本文通过对后轮外倾角的定义方法、影响因子、试验、测试方法等展开阐述。

2 传统的四轮定位目标值定义方法

2.1 设计阶段四轮定位定义

汽车厂对于四轮定位目标值定义方法基于计算及对标或经验。其中名义值确定方法借助于Adams软件进行理论计算，定义四轮定位名义值，如图1。而公差值的定义基于计算、对标及经验。

2.2 试制各阶段对四轮定位目标验证

在试制阶段均进行实车试验场环境及K&C试验台上验证，为保证数据统计的需要，至少完成25台四轮定位结果实测，在试制阶段评估四轮定位的名义值及公差与定义值的差异，在VP结束后，输出首版修订参考值。在TT阶段锁定终版四轮定位参数，并向生产、质量等部门输出。

2.3 存在的问题

由于采用软件仿真计算本身的局限性，导致四轮定位名义值与标准值始终存在偏差。在后期验证阶段，采取实车道路验证及在K&C试验台的验证方式，由于零部件制造公差等存在，导致生产线测量四轮定位值与理论计算值存在偏差，且无法精准分析根因。

设计开发底盘柔性化四轮定位验证平台（以下简称“平台”）来验证名义值及锁定四轮定位敏感因子，很有意义。

3 基于底盘柔性化四轮定位验证平台确定四轮定位名义值

3.1 平台的结构特点

与四轮定位相关车身及悬架零部件设计成O公差模块，试验中可直接读取四轮定位名义值;模块可实现长度调整;模块和零部件相互替换;车体定位、固定在升降架上，且可沿Z向举升、降落，可进行垂直向下模式测量四轮定位测量测量K&C各种参数;车体及悬架零部件模块总成可脱离升降架，前后滚动，进行滚动模式测量四轮定位;车体及悬架零部件模块总成可脱离升降架且可完整移出平台，移动到K&C试验台上继续进行其它试验; 配备电子四轮定位测量仪，模块升起到一定高度后，在安全机构锁止后，保证人员的操作空间。如图2所示。

重量传感器可沿着Z向，向上移动，给车轮反向压力，模拟不同轴荷对四轮定位参数的影响，同时托盘也可X/Y向调整，兼容不同轴距及轮距车型，实现平台柔性化设计，如图3所示。悬架模块或真实零部件需定位托盘小车上，如图4所示。开发轮芯高度装置，精确标定轮芯高度，如图5所示。

3.2 基于平台四轮定位名义值标定方法

测量模式是模块带车轮总成滚动测量方法，如图6所示。首先标定模块+车轮总重量，如有偏差，需要通过配重增减重量，且匹配好四轮定位测量仪。测量之前首先断开车身模块与升降架的联接，如配置是空气弹簧，则通过气阀充放气，直到把轮芯高度调到理论位置。如配置是螺旋弹簧，则通过配重把轮芯高度调到理论位置。

3.3 四轮定位测量数据统计及名义值确定方法

采用滚动测量方法测量不同类别25台份后轮外倾角数据并取得平均值，见表1。

对测量数据进行正态分布分析，正态分布又称为高斯分布若随机变量X服从一个数学期望为μ，标准方差为σ2的高斯分布，记为：X～N（μ·σ）2，则其概率密度为：

（1）

数学期望μ决定了正态分布的位置，而标准差σ决定了分布的范围。而μ=0，σ=1的正态分布称为标准正态分布[1]。

对后轮外倾角左右差进行举例，见图7。对于符合正态分布的组成环以及封闭环，都具有以下规律s：99.9937%的尺寸分布在m-4σ和m+4σ范围内，后轮外倾角左平均值为-0°47′，右侧为0°54′，左右差为7′。

图7表明，Cp值为5.65，公差带按中值集中，反映模块总成在台架上验证的可靠性、精准性非常高，此值可以作为四轮定位设计值修订的依据，同时可作为生产线四轮定位测量调整工位的标准值及质量、售后部们的验收值。

4 零部件公差变化对四轮定位影响分析及优化思路

本段落详细阐述虚拟建模计算与基于平台验证结果差异。

4.1 尺寸工程3D模拟计算

以后轮外倾角左右差计算情况进行分析（计算的输入、输出条件略）

后轮外倾角左右差4sigma=0.513°大于标准值：0.33°;超差概率1%，大于标准值0;CPK=0.855，不满足CPK≥11.33。计算结果表明，现有的后悬架结构无法满足后轮外倾角标准值要求，且其稳定性较差，见表2。

影响外倾角左右差的首要贡献因子是下摆臂与副车架安装点的位置度，贡献度为6.5%，需针对性整改产品结构，见表3。

4.2 产品结构优化思路

后悬下摆臂通过φ14.1孔与M14的螺栓光杆部分与副车架自定位进行自定位配合，此结构导致无法满足后轮外倾角要求。需释放公差。而敏感因子表3结果表明，对下摆臂或副车架的整改，可有效解决问题。腰型孔+偏芯螺栓的结构是长度调节的常规方式，在此可引入此方法，见图8。

4.3 零部件公差变化对四轮定位敏感度物理验证

计算可分析出在零部件公差变化对四轮定位的影响及敏感度。但无法回避衬套的刚度变化、零部件变形等因素。因此，基于模块+衬套等组合能更加真实模拟零部件公差变化对四轮定位敏感度。

底盘零部件及关联的车身相关部位设计成可调结构来模拟公差变化，车体安装点设计成Z向可调，车体摆臂安装点设计成X/Y/Z向可调，控制臂设计成长度可调结构。此处以某控制臂举例，选择恰当位置并断开，设计连接结构，并在连接块之间装配调整垫片，用紧固螺钉连接，连接块与两球销连线垂直，可实现±3之内调整，来模拟零部件公差在±3之内变化。如图9所示。

零部件依次按+1;+2;+3;-1;-2;-3;0的厚度增减垫片，每个模块增或减一次垫片，测量一次四轮定位值，直至完成所有测量。

在设计下摆臂模块时，为保证测量结果准确，模块采取自定位结构（非偏芯螺栓结构），下摆臂模块设计为φ14.1的圆孔来匹配M14的螺栓。根据每次测量的值，在平面图中作图并标识点，待所有测量点完成后，连线。

下面以后悬下摆臂公差变化对四轮定位的影响进行阐述，见图10。

图10表明，当完成长度值-3;-2;-1;0;+1;+2;+3且后，测量的角度从-0°15′过度到-0°73′。测量的7个点连成线后，近似一条直线，基本符合二元一次方程。

Y=-9.7X-44 （2）

函数斜率K为负数，表明随长度的增加，角度值在減小。K值为-9.7，反映出斜率较大，长度的变化对角度的影响较敏感。

当长度减小2mm后，接近USL，说明当其它零部件均达到理论值的情况下，下摆臂的公差超过±2的情况下，无法满足后轮外倾角要求。

以上仅仅以验证下摆臂长度对四轮定位公差的影响，也可以验证更多控制臂组合后，长度（零部件公差）变化对四轮定位公差的影响。

此分析手段可定量验证出所有零部件的对四轮定位影响及敏感度。根据分析结果，对重点零部件进行入厂质量验收控制及当整车四轮定位测量时候，出现超差现象后，可快速找到根因。

5 “平台”结合K&C，测试动态四轮定位值

在完成平台的一系列验证后，模块+车轮总成可以通过上下坡台，移出基础平台，并移动到K&C实验台上，进行进一步测试、试验。在K&C试验台上，测定惯量、方向转动及悬架上下跳对四轮定位值。在K&C实验台上，也可做基于全模块件或半模块的K&C参数实验。

此节以轮跳对外倾角的影响进行举例，如图11所示。其中蓝色的曲线及直线是实车测量结果，红色的曲线及直线是模块在K&C测量结果。两直线的斜率K完全一致，曲线的弧形也基本一致，反映出该车制造水平比较高，接近设计水平。

6 结论及反思

平台解决了仅靠计算、对标或经验及生产多台试验车辆来验证四轮定位目标的局限，可更早期，更精准锁定四轮定位参数。

可适应柔性化拓展，验证不同种类的车辆验证，可减少大量试验车辆，节约投资成本。

可直接测试出底盘及下车体相关零部件公差变化对四轮定位敏感度贡献量化分析。

当控制臂模块中部切断后，用紧固件连接后，刚度有可能衰减，在模块结构设计时候，需要重视并规避。

部分控制臂压装的是液压衬套，随着验证次数的增加，出现性能衰减现象，将对四轮定位的测量值出现<5′的误差，后续需要展开液压衬套刚度衰减试验并在四轮定位试验中，进行补偿。

参考文献：

[1]李华伟.汽车尺寸公差尺寸链分析方法及流程.机械工程师.2017-3.