宋文韜 焦寶磊

（上汽通用五菱汽車股份有限公司 青島分公司，山東 青島 266000）

【摘 要】轉(zhuǎn)彎直徑對車輛轉(zhuǎn)向的靈活性有著較為直接的影響，但在日常生活中因不容易被發(fā)現(xiàn)而常被大眾忽視。文章結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)過程中的相關(guān)經(jīng)驗，對影響車輛轉(zhuǎn)彎直徑的原因和控制方式進行探討。

【關(guān)鍵詞】最小轉(zhuǎn)彎直徑；四輪定位；最大轉(zhuǎn)向角；轉(zhuǎn)向橫拉桿；前束；轉(zhuǎn)向齒條；中位標記

【中圖分類號】U463.41 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）06-0069-05

0 引言

有車的朋友可以做這樣一個試驗：在保證車輛及人員安全的情況下，先將車輪擺正，然后使方向盤從居中位置分別向左和向右打到極限位置，觀察方向盤向兩側(cè)的轉(zhuǎn)向圈數(shù)是不是相同。相信有部分車主會發(fā)現(xiàn)，方向盤向左和向右的轉(zhuǎn)向圈數(shù)會存在一定的差異，有的甚至可能會相差半圈以上。

當方向盤左、右兩側(cè)轉(zhuǎn)向圈數(shù)差異不大時，其對車輛轉(zhuǎn)向性能的影響并不太明顯，用戶也很難注意到這點差異；但是，當左、右轉(zhuǎn)向圈數(shù)相差過大時，車輛就會表現(xiàn)出向一側(cè)轉(zhuǎn)向時靈活性較好，但向另一側(cè)轉(zhuǎn)向時靈活性不夠好的現(xiàn)象。

以上描述的問題其實就是整車系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)彎直徑控制問題。上述問題的根源，就在于整機廠在對車輛進行四輪定位時，沒有兼顧好對轉(zhuǎn)向器的調(diào)整，由此導致車輛左、右轉(zhuǎn)彎直徑出現(xiàn)較大的差異。

1 轉(zhuǎn)向中心、最大轉(zhuǎn)向角及轉(zhuǎn)向梯形

車輛以離心力可以忽略不計的極低車速轉(zhuǎn)彎行駛時，使輪胎不發(fā)生側(cè)向滑移，各車輪必須圍繞一個共同的點進行轉(zhuǎn)彎，此交點稱為汽車轉(zhuǎn)向中心。從圖1中可以看出，汽車轉(zhuǎn)向時內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)向輪的偏轉(zhuǎn)角α大于外側(cè)轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角β，其中αmax、βmax分別是內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪最大轉(zhuǎn)向角，O是轉(zhuǎn)向中心。

由前軸、轉(zhuǎn)向橫拉桿及左、右梯形臂組成的梯形，稱為轉(zhuǎn)向梯形，如圖2（a）所示，線N-N是汽車縱向中心線。

目前，市場上的許多微型客車的前懸架為麥弗遜式獨立懸架，在獨立懸架中，由于左、右輪獨立運動，因此轉(zhuǎn)向橫拉桿需為分段式結(jié)構(gòu)，同時轉(zhuǎn)向橋也是斷開式的，前軸與轉(zhuǎn)向節(jié)之間通過下控制臂相連，因此轉(zhuǎn)向梯形也是分段式，如圖2（b）所示。在理想狀態(tài)下，圖2中的轉(zhuǎn)向梯形應該是等腰梯形。

圖3為某型微客左轉(zhuǎn)向橫拉桿局部圖，該車型的橫拉桿分成3個部分，中間部分為齒條，齒條的兩端是左、右轉(zhuǎn)向橫拉桿，轉(zhuǎn)向橫拉桿由桿體和接頭2部分組成。

2 最小轉(zhuǎn)彎直徑及其測量方式

在平整地面上，車輛在最大轉(zhuǎn)向角狀態(tài)下以最低的穩(wěn)定速度轉(zhuǎn)彎時，外側(cè)前轉(zhuǎn)向輪輪胎中心面與地面接觸點形成的軌跡圓直徑中的較大者，稱為最小轉(zhuǎn)彎直徑。

轉(zhuǎn)彎直徑直接影響汽車的機動性。最小轉(zhuǎn)彎直徑越小，汽車的機動性就越強，汽車轉(zhuǎn)向所需的場地就越小，但是最小轉(zhuǎn)彎直徑過小，會使車輛轉(zhuǎn)向時側(cè)翻的風險上升。轉(zhuǎn)彎直徑與汽車的軸距、輪距及轉(zhuǎn)向輪的最大轉(zhuǎn)向角直接有關(guān)。軸距、輪距越大，轉(zhuǎn)彎直徑也越大；轉(zhuǎn)向輪的最大轉(zhuǎn)向角越大，轉(zhuǎn)彎直徑就越小。

由于轉(zhuǎn)向輪的左、右最大轉(zhuǎn)向角一般有所不同，因此有左轉(zhuǎn)彎直徑和右轉(zhuǎn)彎直徑。

國標《汽車最小轉(zhuǎn)彎直徑、最小轉(zhuǎn)彎通道圓直徑和外擺值測量方法》（GB/T 12540—2009）中規(guī)定了對最小轉(zhuǎn)彎直徑的測量方式，在此簡述如下：在車身上前車輪胎面中心上方安裝行駛軌跡顯示裝置后，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)到極限位置并保持不變，使車輛以較低車速穩(wěn)定行駛一周，使測點在地面上形成封閉的軌跡圓。用鋼卷尺測量外側(cè)前轉(zhuǎn)向輪的軌跡圓直徑，測量時在相互垂直的2個方向測量出最大值，以此2個方向測值的算術(shù)平均值作為試驗結(jié)果。車輛應向左轉(zhuǎn)和向右轉(zhuǎn)各測量1次，記錄試驗結(jié)果，這2個試驗結(jié)果就是該車的左、右轉(zhuǎn)彎直徑。如果左、右轉(zhuǎn)方向測得的試驗結(jié)果之差在0.1 m以內(nèi)，則取左、右轉(zhuǎn)試驗結(jié)果的平均值作為該車最小轉(zhuǎn)彎直徑的最終結(jié)果，否則以左、右轉(zhuǎn)試驗結(jié)果的較大值作為最終結(jié)果。

需要注意的是，在測量最小轉(zhuǎn)彎直徑時如果不考慮左、右轉(zhuǎn)彎直徑差值是否超過0.1 m，只是簡單地取兩者的均值作為最小轉(zhuǎn)彎直徑值，這是不嚴謹?shù)摹?/p>

3 四輪定位過程對轉(zhuǎn)彎直徑的影響

轉(zhuǎn)彎直徑與汽車的軸距、輪距及轉(zhuǎn)向輪的最大轉(zhuǎn)向角直接有關(guān)。對一臺成品車來講，輪距軸距等參數(shù)已經(jīng)確定，那么唯一能夠直接影響轉(zhuǎn)彎直徑的參數(shù)就是轉(zhuǎn)向輪的最大轉(zhuǎn)向角。理想狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向梯形中可以影響到車輪轉(zhuǎn)向角的部件相對中心線N-N完全對稱，此時，當轉(zhuǎn)向齒條在轉(zhuǎn)向齒輪的帶動下從初始位置分別向左和向右運動的極限行程相同時，車輛左、右轉(zhuǎn)向時內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪最大轉(zhuǎn)向角相同（如圖4所示），即

αL-max=αR-max

βR-max=βL-max

這時車輛的左、右轉(zhuǎn)彎直徑相等。同時，轉(zhuǎn)向齒條從初始位置分別向左和向右運動的極限行程相同，對齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器來說也就意味著轉(zhuǎn)向盤從初始位置分別向左和向右轉(zhuǎn)到極限位置的轉(zhuǎn)向圈數(shù)相同。也就是說，若不考慮所有的誤差和公差，當車輛轉(zhuǎn)向盤向左和向右的轉(zhuǎn)向圈數(shù)完全相等時，車輛的左、右轉(zhuǎn)彎直徑相等。

汽車四輪定位主要指的是轉(zhuǎn)向輪定位，定位參數(shù)包括主銷后傾、主銷內(nèi)傾、前輪外傾和前輪前束。主銷后傾、主銷內(nèi)傾和前輪外傾通常在前軸、下控制臂、前懸掛和車架等裝配到一起之后就可形成，不需進行調(diào)整，整機廠在通過設(shè)備檢測此3個參數(shù)合格后，只需對車輛的前輪前束值進行調(diào)整即可完成轉(zhuǎn)向輪定位。

前束值調(diào)整是通過改變左、右轉(zhuǎn)向橫拉桿長度來進行的，調(diào)整后兩車輪前端略向內(nèi)偏。左、右兩車輪的后方距離A與前方距離B之差（A-B）稱為前輪前束值，一般前束值為0～12 mm（如圖5所示）。圖中1和2實際上就是齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器殼體的左、右端面，作用是限制轉(zhuǎn)向齒條向右和向左移動的極限行程。為了便于理解，我們將轉(zhuǎn)向齒輪、轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向盤挪到與中心線N-N重合的位置，此時左、右限位點1和2關(guān)于線N-N對稱，轉(zhuǎn)向齒條的總行程中位點位于轉(zhuǎn)向齒條自身中點3。

不難理解，當齒條中點3處于中心線N-N上時，此時調(diào)整前束后左轉(zhuǎn)向橫拉桿長度H1與右轉(zhuǎn)向橫拉桿長度H2是相同的，轉(zhuǎn)向齒條從初始位置向右移動的極限行程L1與向左移動的極限行程L2相同，轉(zhuǎn)向盤向兩側(cè)的轉(zhuǎn)向圈數(shù)也相同。我們設(shè)定：

H1=H2=h；L1=L2=l

我們將轉(zhuǎn)向齒條移動時左、右橫拉桿在縱向上的位移分量忽略不計，設(shè)轉(zhuǎn)向齒條移動到左極限時從左限位點1到左轉(zhuǎn)向橫拉桿球頭銷4的總長為HL：

HL=H1+L1+L2=h+2l

轉(zhuǎn)向齒條移動到右極限時從右限位點2到右轉(zhuǎn)向橫拉桿球頭銷5的總長為HR：

HR=H2+L2+L1=h+2l

可見HL與HR相等，此時車輛左、右轉(zhuǎn)向時內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪最大轉(zhuǎn)向角相同，左、右轉(zhuǎn)彎直徑也相同：

αL-max=αR-max，βR-max=βL-max

但是如果在調(diào)整前，轉(zhuǎn)向齒條偏離了總行程的中位點，那么調(diào)整完前束之后車輛左、右轉(zhuǎn)向橫拉桿就會呈現(xiàn)一邊長一邊短（如圖6所示）。在調(diào)整前束前，若齒條從行程中點向左偏離一個尺寸δ，此時調(diào)整前束之后各段尺寸關(guān)系如下：

左轉(zhuǎn)向橫拉桿長度變短：

H1=H1-δ=h-δ

右轉(zhuǎn)向橫拉桿長度變長：

H2=H2+δ=h+δ

轉(zhuǎn)向齒條從初始位置向右移動的極限行程變長（轉(zhuǎn)向盤右轉(zhuǎn)向圈數(shù)增多）：

L1=L1+δ=l+δ

轉(zhuǎn)向齒條從初始位置向左移動的極限行程變短（轉(zhuǎn)向盤左轉(zhuǎn)向圈數(shù)減少）：

L2=L2-δ=l-δ

轉(zhuǎn)向齒條移動到左極限時從左限位點1到左轉(zhuǎn)向橫拉桿球頭銷4的總長HL：

HL=H1+L1+L2=h+2l-δ=HL-δ

轉(zhuǎn)向齒條移動到右極限時從右限位點2到右轉(zhuǎn)向橫拉桿球頭銷5的總長HR：

HR=H2+L2+L1=h+2l+δ=HR+δ

由此可見，此時HR將與HL產(chǎn)生差異，其差值為2δ。此時，車輛轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)到左極限位置時左轉(zhuǎn)向橫拉桿會比正常狀態(tài)（即調(diào)整前束前齒條中點處于其總行程中點）短一個δ的距離，而轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)到右極限位置時右轉(zhuǎn)向橫拉桿會比正常狀態(tài)長一個δ的距離，這時內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪最大轉(zhuǎn)向角與正常狀態(tài)時相比會產(chǎn)生如下變化：

αL-max<αL-max；βR-max<βR-max

此時，左轉(zhuǎn)向的內(nèi)、外輪最大轉(zhuǎn)向角變小，車輛左轉(zhuǎn)彎直徑會增大。

αR-max>αR-max；βL-max>βL-max

此時右轉(zhuǎn)向的內(nèi)外輪最大轉(zhuǎn)向角增大，車輛右轉(zhuǎn)彎直徑會減小。

綜上可知，如果沒有將轉(zhuǎn)向齒條調(diào)整到左、右極限行程相同的位置時就進行前束調(diào)整，就會造成車輛的左、右轉(zhuǎn)彎直徑出現(xiàn)差異，并且是轉(zhuǎn)向圈數(shù)少的一側(cè)轉(zhuǎn)彎直徑大，轉(zhuǎn)向圈數(shù)多的一側(cè)轉(zhuǎn)彎直徑小。當然，這個差值δ不會太大，通常其數(shù)值不會超過單側(cè)轉(zhuǎn)向橫拉桿的調(diào)整余量，否則會出現(xiàn)一側(cè)轉(zhuǎn)向橫拉桿調(diào)整到極限但是前束值仍然不合格的現(xiàn)象。

但是，差值δ對最小轉(zhuǎn)彎直徑的影響還是很顯著的。最小轉(zhuǎn)彎直徑值是車輛的公告參數(shù)之一，根據(jù)國標中對最小轉(zhuǎn)彎直徑的測量要求可知，當左、右轉(zhuǎn)彎直徑差值超過0.1 m時，最小轉(zhuǎn)彎直徑就要取左、右轉(zhuǎn)彎直徑的較大者。企業(yè)在生產(chǎn)過程中如果沒有有效的監(jiān)控，量產(chǎn)車中很容易就會出現(xiàn)左、右轉(zhuǎn)彎直徑值相差超過0.1 m的情況，如果差值過大使得最小轉(zhuǎn)彎直徑取值超出公告值要求，就可能會給車企帶來麻煩。

4 在前束調(diào)整過程中兼顧對轉(zhuǎn)彎直徑的控制

事實上，轉(zhuǎn)向齒條包含在轉(zhuǎn)向器殼體中，在前束調(diào)整時其行程中點不容易被直接找到，而檢查每一臺車的左、右轉(zhuǎn)向圈數(shù)對大批量生產(chǎn)來說也不可取，因此對轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向齒條行程中點的對中控制主要還是由零件本身和四輪定位設(shè)備來保證。

通常的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器左、右轉(zhuǎn)向橫拉桿在裝車前會進行預調(diào)節(jié)，以使左、右轉(zhuǎn)向橫拉桿長度基本一致；當車輛進入四輪定位工序時，車輛兩個前轉(zhuǎn)向輪處于浮動盤上，定位開始時，電機拖動浮動盤上的輥子旋轉(zhuǎn)，帶動車輪旋轉(zhuǎn)，隨后設(shè)備對中機構(gòu)從2個車輪內(nèi)側(cè)或外側(cè)扶正輪胎。在對中壓力作用下，2個前輪在浮動盤上擺動到左、右初始前束值大致相等的位置，使車輛轉(zhuǎn)向梯形接近于等腰梯形，此時因左、右橫拉桿長度基本一致，對中力會反推轉(zhuǎn)向齒條向行程中位靠攏，隨后員工將前束調(diào)整到合格范圍內(nèi)。理論上講，當設(shè)備及零件精度足夠高，且人員操作正常時，車輛四輪定位完成的同時轉(zhuǎn)向齒條應正好處于左、右行程相等的狀態(tài)，且誤差不足以導致左、右轉(zhuǎn)彎直徑差值超過0.1 m。但實際上，設(shè)備精度及零件精度都難以達到這種高度，而且越是大批量生產(chǎn)型企業(yè)，人員非正常操作的現(xiàn)象就越難杜絕，比如還沒等設(shè)備對中完成就開始進行前束調(diào)整等。極端時就會出現(xiàn)車輛的四輪定位合格了，但是左、右轉(zhuǎn)向橫拉桿一長一短并且差異很大，車輛的左、右轉(zhuǎn)彎直徑差異也很大。圖7所示就是較典型的調(diào)整不當?shù)霓D(zhuǎn)向橫拉桿狀態(tài)，該車左、右轉(zhuǎn)彎直徑差值已經(jīng)接近1 m。

這里需要注意的是，并不是說當左、右轉(zhuǎn)向橫拉桿調(diào)整狀態(tài)不一致時車輛的左、右轉(zhuǎn)彎直徑就會不一樣，因為轉(zhuǎn)向梯形中的前軸、轉(zhuǎn)向節(jié)等部件所在的零件總成是要裝配到車架的不同區(qū)域上的，通常車架的尺寸公差帶要比零件大得多，在考慮了各部分累計公差后，也會出現(xiàn)橫拉桿左、右側(cè)調(diào)整狀態(tài)不一樣的情況，只是各種公差累計造成的差異一般不會使轉(zhuǎn)向橫拉桿出現(xiàn)圖7中所示的狀態(tài)。相比之下，通過確認轉(zhuǎn)向盤的左、右轉(zhuǎn)向圈數(shù)來判斷左、右轉(zhuǎn)彎直徑是否一致的方式要更加準確。

既然設(shè)備精度及零部件精度等不利因素太多，使得通過設(shè)備直接精確控制前束和轉(zhuǎn)彎直徑變得不可行，因此主機廠可在轉(zhuǎn)向器本體上增加中位標記線（點），以輔助員工調(diào)整前束值時可以兼顧到對轉(zhuǎn)彎直徑的控制。在機械轉(zhuǎn)向器上常采用當轉(zhuǎn)向齒條處于行程中點時，在轉(zhuǎn)向器殼體與轉(zhuǎn)向軸連接處筆直的劃一條標識線（齊縫線）。車輛在定位設(shè)備對中力作用下初步找正，以保證轉(zhuǎn)向盤向兩側(cè)的轉(zhuǎn)向圈數(shù)大致相同，再將齊縫線在轉(zhuǎn)向軸上的部分與殼體上的部分對齊，然后調(diào)整前束即可保證方向盤左、右轉(zhuǎn)向圈數(shù)相等，從而保證了左、右轉(zhuǎn)彎直徑的一致性。圖8（a）所示為機械轉(zhuǎn)向器上的齊縫線。

但是，這種在轉(zhuǎn)向器上畫標識線的方法精確性較差，不適合使用在中、高端車型上，尤其是目前EPS（電子助力轉(zhuǎn)向）配置越來越普及，EPS轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向輕便，響應迅速，轉(zhuǎn)向盤極限位置回轉(zhuǎn)圈數(shù)較機械轉(zhuǎn)向器要少，對左、右轉(zhuǎn)彎直徑一致性的要求也更高。某EPS車型為了提高對轉(zhuǎn)彎直徑的控制，該車型的轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向中間軸連接端的花鍵存在一扁方平面，轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向齒條在裝配到一起的時候有著嚴格的角度要求，以保證轉(zhuǎn)向齒條處于行程中位的時候，轉(zhuǎn)向軸扁方平面朝著一個指定方向；轉(zhuǎn)向中間軸與轉(zhuǎn)向立柱及與EPS電機的連接端安裝角度也通過設(shè)計防錯進行保證，是唯一的；EPS轉(zhuǎn)向管柱連方向盤端刻有標記；當管柱處于向左、向右轉(zhuǎn)向圈數(shù)都相等的位置時，標記點會朝向正上方，此時再調(diào)整四輪定位，即可保證方向盤左、右轉(zhuǎn)向圈數(shù)相同，如圖8（b）所示。

5 總結(jié)

在日常生活中，轉(zhuǎn)彎直徑對汽車行駛狀態(tài)的影響可能并不顯著，人們甚至很難發(fā)覺，但隨著百姓生活水平的逐漸提高，人們對車輛的要求已不僅僅是方便出行那么簡單，車主對車輛各項參數(shù)性能的要求也越來越苛刻，國家各檢測機構(gòu)對整車公告參數(shù)的卡控也越來越嚴，給企業(yè)帶來的緊迫感也越來越強烈。正是因為用戶開始逐漸關(guān)注因左、右轉(zhuǎn)彎直徑控制不良帶來的一系列問題，所以才有了企業(yè)對這項工作的研究與改進。以客戶關(guān)注為導向，積極開展自身相關(guān)工作的控制與提升，這將是整個汽車制造行業(yè)的大勢所在。

參 考 文 獻

[1]關(guān)文達，吳明，張凱良.汽車構(gòu)造[M].第2版.北京：清華大學出版社，2009.

[2]日本自動車技術(shù)會.汽車工程手冊5：底盤設(shè)計篇[M].中國汽車工程學會組，譯.北京：北京理工大學出版社，2010.

[3]GB/T 12540—2009，汽車最小轉(zhuǎn)彎直徑、最小轉(zhuǎn)彎通道圓直徑和外擺值測量方法[S].

[責任編輯：陳澤琦]

【作者簡介】宋文韜，男，山東青島人，本科，上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司助理工程師，從事汽車底盤零部件質(zhì)量改進提升工作；焦寶磊，男，山東臨沂人，本科，上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司工程師，從事汽車動力及底盤零部件質(zhì)量改進提升工作。