劉云泊 顧承揚(yáng)

摘 要：總裝車間整車四輪定位檢測和調(diào)整一直是瓶頸工位，為提高生產(chǎn)效率，文章通過分析后橋四輪定位誤差來源，提出了一種后橋四輪定位閉環(huán)動態(tài)補(bǔ)償方法。該方法以最小二乘法原理為基礎(chǔ)計算整車后橋四輪定位最佳估計值，并對后橋四輪定位進(jìn)行補(bǔ)償。經(jīng)過批量生產(chǎn)驗證，本方法能夠最大限度地提升總裝車間整車后橋四輪定位檢測一次合格率，對總裝效能提升有較好效果。

關(guān)鍵詞：多連桿后橋；四輪定位；誤差分析；補(bǔ)償

中圖分類號：U463 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：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

四輪定位是影響整車性能的關(guān)鍵指標(biāo)，如果調(diào)整不當(dāng)會造成汽車跑偏、轉(zhuǎn)向沉重、輪胎磨損、懸架配件磨損、油耗增高等，極端情況下甚至存在安全隱患[1]。本文通過分析四輪定位檢測的誤差來源，應(yīng)用補(bǔ)償系統(tǒng)誤差的方式來提高整車生產(chǎn)節(jié)拍。市場上不乏介紹四輪定位的技術(shù)資料，但資料大多適用于售后維修，談及整車批量生產(chǎn)的不多。總裝車間常常遇到整車四輪定位調(diào)整比例高而影響生產(chǎn)節(jié)拍的問題。李琦等[2]通過分析前束角、外傾角的線性關(guān)系，采用作圖法來提升技師的調(diào)整效率。周顯明[3]提出了整車四輪定位補(bǔ)償?shù)膬?yōu)化方法。熊冉[4]、周誠等[5]討論了后橋裝配四輪定位預(yù)調(diào)整方法，本文在此基礎(chǔ)上做了進(jìn)一步分析和歸納，提出了一種可操作性強(qiáng)、實際驗證有效的后橋四輪定位閉環(huán)動態(tài)誤差補(bǔ)償方法。

1 后橋四輪定位技術(shù)要求

上汽大眾后橋結(jié)構(gòu)分為兩大類：扭力梁后橋、多連桿后橋。扭力梁結(jié)構(gòu)的后橋結(jié)構(gòu)四輪定位不可調(diào)，多連桿后橋四輪定位可調(diào)。本文主要研究四輪定位可調(diào)整的多連桿后橋。后橋四輪定位檢測主要包含外傾角和前束角。

1.1 后橋外傾角定義

外傾角是車輪徑向平面和輪胎接地點(diǎn)垂直線的偏離角，偏離引擎方向為正外傾角，反之為負(fù)外傾角（如圖1所示），負(fù)外傾角提高了外圈車輪的側(cè)向力，較小的正外傾角可減輕輪胎在拱環(huán)路面上的磨損[6]。

1.2 后橋前束角定義

在車輛直線行駛中，車輪徑向平面偏離行駛直線的角度值為前束角，左右兩輪前端距離小于后端距離為正前束角，反之為負(fù)前束角（如圖2所示）。

2 后橋四輪定位調(diào)整方式

上汽大眾多連桿后橋四輪定位調(diào)整均采用了類似的結(jié)構(gòu)（如圖3所示）。

外傾角調(diào)節(jié)點(diǎn)為后副車架與上橫向?qū)U的偏心螺栓連接點(diǎn)，前束角調(diào)節(jié)點(diǎn)為后副車架與下橫向?qū)U的偏心螺栓連接點(diǎn)。他們的調(diào)整方式均為通過旋轉(zhuǎn)偏心螺栓，帶動對應(yīng)的偏心墊片同步旋轉(zhuǎn)，使偏心螺栓法蘭與偏心墊片同時受側(cè)面凸臺擠壓，產(chǎn)生的反作用力讓偏心螺栓沿著法蘭徑向偏移，從而產(chǎn)生后橋前束角和外傾角變化的效果。

2.1 后橋四輪定位預(yù)調(diào)整

后橋四輪定位預(yù)調(diào)整目的是為了減輕整車調(diào)整的工作量，通常集成在后橋裝配線完成，它對設(shè)備的自動化程度、精度、穩(wěn)定性、工藝柔性等都有很高的質(zhì)量要求，因此業(yè)內(nèi)的全自動后橋裝配四輪定位調(diào)整設(shè)備大多被外資品牌壟斷。后橋調(diào)整臺通過加載模擬實車裝配，將后橋四輪定位預(yù)調(diào)整到目標(biāo)值，全過程無人工干預(yù)。調(diào)整步驟如圖4：

①后橋定位：裝配流水線將后橋送入四輪定位調(diào)整臺定位夾緊。

②模擬整車加載并檢測：在后橋上預(yù)裝標(biāo)準(zhǔn)彈簧，模擬整車重量并加載，通過反復(fù)壓縮彈簧行程來模擬汽車底盤顛簸實況，在釋放應(yīng)力后測量后橋四輪定位參數(shù)。

③后橋四輪定位預(yù)調(diào)整：分別調(diào)整后橋前束角（左、右）和外傾角（左、右），調(diào)整臺通過電動調(diào)整槍旋轉(zhuǎn)偏心螺栓角度使其達(dá)到目標(biāo)值。

④鎖定擰緊：在后橋前束角和外傾角調(diào)整到合格范圍后，調(diào)整槍鎖定偏心螺栓的偏心角度，同時擰緊槍擰緊對應(yīng)的螺母。

⑤后橋檢測：調(diào)整完成后復(fù)測后橋四輪定位，合格后下線。

2.2 整車后橋四輪定位調(diào)整

雖然后橋裝配四輪定位已預(yù)調(diào)整合格，但由于實際生產(chǎn)中不確定的影響因素過多，總裝技術(shù)規(guī)范定義需對檢測不合格的整車四輪定位進(jìn)行二次調(diào)整。具體調(diào)整步驟如圖5：

①整車定位：整車行駛到轉(zhuǎn)轂臺上定位。

②四輪定位檢測：車輪轉(zhuǎn)動并開啟光柵檢測整車四輪定位。

③調(diào)整四輪定位：操作工松脫四輪定位對應(yīng)的擰緊螺母，分別調(diào)整偏心螺栓使后橋前束角和外傾角至整車合格范圍內(nèi)，然后鎖定擰緊螺母。

④整車檢測：調(diào)整完成后復(fù)測整車四輪定位。

由于整車上底盤操作空間有限，后橋外傾角調(diào)整一直非常困難，費(fèi)力且耗時。雖然前束角有調(diào)整空間，但其公差范圍較小，通常調(diào)整比例也非常高。因此若不合格率過高，會直接影響總裝車間四輪定位生產(chǎn)節(jié)拍。

3 后橋四輪定位誤差來源分析

總裝車間整車底盤合裝的前提是后橋裝配四輪定位已調(diào)整合格，然而即使后橋四輪定位100%滿足技術(shù)要求，在整車上檢測仍可能存在一定不合格率，為優(yōu)化此問題我們首先要分析誤差來源，先排除不良因素產(chǎn)生的過失誤差，再補(bǔ)償系統(tǒng)誤差。

3.1 系統(tǒng)誤差來源分析

系統(tǒng)誤差是由測量過程中某些恒定因素造成的，它的產(chǎn)生原因可以是條件、方法、工具、習(xí)慣等因素[7]。經(jīng)分析系統(tǒng)誤差主要來源以下幾個方面。

3.1.1 兩者測量方式不同產(chǎn)生系統(tǒng)誤差

后橋裝配四輪定位測量是通過接觸式探頭在剎車盤制動面采點(diǎn)取樣，整車后橋四輪定位是通過非接觸式光柵對輪胎側(cè)面進(jìn)行采點(diǎn)取樣，兩者的定位基準(zhǔn)、取樣方式、測量特征、調(diào)整和擰緊的方式均不同（如表1所示），因此存在系統(tǒng)誤差。

3.1.2 后橋與車身裝配相對位置產(chǎn)生的誤差

后橋與車身合裝時螺栓與中間連接孔是間隙配合的，不同車輛的相對位置存在微小偏差。理論上后橋中心軸垂線應(yīng)與整車中心軸重合，而實際裝車由于零件及吊裝線制造公差、后橋合裝過程中的隨機(jī)因素等，后橋中心軸垂線會與整車中心軸存在夾角a（如圖6所示），對整車后橋四輪定位測量產(chǎn)生影響。

3.1.3 后橋裝配各散件尺寸公差產(chǎn)生的誤差

多連桿后橋總成是由后副車架、上橫向?qū)U、轉(zhuǎn)向橫拉桿、縱向擺臂、下橫向?qū)U、車輪支架、剎車盤、輪轂軸承等零件裝配而成，零件裝配面存在制造公差，且各連桿間通過彈性橡膠支承裝配連接，裝配組合后會帶來隨機(jī)系統(tǒng)誤差。

3.2 過失誤差來源分析

從后橋裝配到整車四輪定位檢測下線，涉及裝配、物流、檢測等多個制造環(huán)節(jié)，只有在排除過失誤差來源后，對后橋四輪定位調(diào)整臺補(bǔ)償優(yōu)化才能起到立竿見影的效果。通過筆者幾年來對多個車型的跟蹤和研究，從后橋裝配廠和總裝車間兩個方面總結(jié)了以下幾個主要的過失誤差來源（如圖7所示）。

①不同車型整車的技術(shù)狀態(tài)不同（如整車載荷、軸距、底盤高度等），即使同一車型也存在兩驅(qū)和四驅(qū)，因此后橋應(yīng)按不同細(xì)分車型分開設(shè)置補(bǔ)償值。

②后橋主體結(jié)構(gòu)件、連桿或?qū)?yīng)的橡膠支承等關(guān)鍵散件供貨狀態(tài)發(fā)生變更，可能會導(dǎo)致產(chǎn)生較大偏差，則有必要重新調(diào)整補(bǔ)償設(shè)置。

③后橋四輪定位偏心螺栓預(yù)裝位置。后橋裝配的左右結(jié)構(gòu)是對稱的，四輪定位偏心螺栓在設(shè)備自動調(diào)整擰緊前是通過手工預(yù)裝的，不同操作工會有不同習(xí)慣，如果偏心螺栓法蘭長軸的預(yù)裝角度不同，會影響后橋調(diào)整臺的調(diào)整效率，其作為初始調(diào)整點(diǎn)也會影響整車四輪定位第一次檢測的離散度，我們需要在后橋裝配時盡量保證偏心螺栓預(yù)裝角度一致且左右對稱。

④后橋在模擬整車裝配載荷時，需按照實車狀態(tài)選擇正確剛度的彈簧和對應(yīng)的加載力。

⑤如果總裝車間有兩條以上裝配線生產(chǎn)同一車型時，應(yīng)分線體進(jìn)行補(bǔ)償設(shè)置。

⑥在整車四輪定位檢測前，須保證整車載荷、胎壓符合技術(shù)規(guī)范。

⑦所有檢測設(shè)備和工裝都須定期標(biāo)定。

以上因素的變化均有可能帶來四輪定位檢測過失誤差，在設(shè)置后橋四輪定位預(yù)調(diào)整補(bǔ)償前須有效排除這些不良因素影響。

4 后橋四輪定位閉環(huán)動態(tài)誤差補(bǔ)償方法

整車四輪定位是最終的目標(biāo)質(zhì)量參數(shù)，我們期望將整車四輪定位的檢測值，最大限度地調(diào)整至公差帶要求范圍內(nèi)，從而提高整車四輪定位一次合格率。在排除過失誤差后，從整車數(shù)據(jù)分析中發(fā)現(xiàn)，不合格趨偏離方向基本一致且較為集中，測量結(jié)果主要受到同一測量環(huán)境中系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的影響，因此我們根據(jù)一定樣本量計算最佳估計值，并將偏移量作為補(bǔ)償值設(shè)置進(jìn)后橋四輪定位調(diào)整設(shè)備的Offset功能中。當(dāng)后續(xù)環(huán)境變化導(dǎo)致整車后橋四輪定位合格率降低時，我們在排除過失誤差后，可不斷進(jìn)行補(bǔ)償設(shè)置，以此形成閉環(huán)動態(tài)誤差補(bǔ)償機(jī)制，保證總裝車間后橋四輪定位檢測工位始終高效運(yùn)行。

后橋四輪定位預(yù)調(diào)整設(shè)備精度比整車要求高一個數(shù)量級，為了便于計算我們簡化了數(shù)學(xué)模型，近似認(rèn)為后橋四輪定位在調(diào)整后的實際值就是目標(biāo)中值。因此在整車四輪定位檢測環(huán)境和后橋輸入條件相同的條件下，我們采用最小二乘法預(yù)測預(yù)測整車四輪定位最佳估計值。最小二乘法是提供“觀測組合”的主要工具之一， 它依據(jù)對某事件的大量觀測而獲得“最佳”結(jié)果或“最可能”表現(xiàn)形式。最小二乘法在有限的數(shù)據(jù)上建立一個科學(xué)合理的數(shù)學(xué)模型，尋找“最接近”這些觀測點(diǎn)的直線，通過最小誤差的平方和尋找數(shù)據(jù)的最佳擬合函數(shù)，使誤差的平方和最小[8]。

設(shè)最佳估計值為θ，且令函數(shù) ，n為自然數(shù)，由此可以得到各次測量偏差的平方和Φ（θ）是最佳估計值θ的函數(shù)，我們需要求出Φ（θ）的最小值Φ（θ）min。對Φ（θ）求導(dǎo)得 ，令 ，則 ，對 再次求導(dǎo)得 ，因此當(dāng) 時， 可以取得最小值，根據(jù)最小二乘法原理， 就是在相同條件下多次測量結(jié)果的最佳值。

設(shè)整車四輪定位調(diào)整目標(biāo)值為c，第i臺整車首次檢測的四輪定位角為βi，在樣本量為n的條件下，其最佳估計值為β。設(shè)后橋四輪定位檢測設(shè)備與總裝車間檢測設(shè)備第一次對標(biāo)偏移量為Δ1，第m次對標(biāo)偏移量為Δm。（m為自然數(shù)） （n為自然數(shù)）則第1輪補(bǔ)償調(diào)整值為， 設(shè)后橋四輪定位設(shè)備第m輪補(bǔ)償值為offset（m），第m+1輪調(diào)整所使用的整車四輪定位參數(shù)是基于第m輪調(diào)整的偏移量設(shè)置，則第m+1輪調(diào)整補(bǔ)償值為： ，后橋左、右外傾角和左、右前束角須通過此公式分開計算和設(shè)置補(bǔ)償。

5 應(yīng)用實例

我們以某款車型為例，整車后橋外傾角要求為-70'±20'，但由于環(huán)境的非預(yù)期變化，總裝發(fā)現(xiàn)整車后橋外傾不合格率近期明顯增大（如圖9所示）。通過本文方法，在樣本量為n=100的條件下，計算得到Offset（后橋右外傾角）=47.4，重新設(shè)置補(bǔ)償值后，整車后橋外傾一次合格率從91%提升為99.9%，補(bǔ)償后的最佳估計值逼近目標(biāo)中值（如圖10所示）。

同樣以某款車型后橋前束角為例，設(shè)計要求為4'±5'，由于前束角公差帶范圍小，起步生產(chǎn)時整車后橋前束一次合格率僅為2.13%，在排除過失誤差后，取樣本量n為300，計算得到Offset（后橋左前束角）=20.7，在后橋設(shè)置補(bǔ)償值后，跟蹤2200臺整車后橋，左前束角一次合格率提升為55.34%，觀察其頻率分布直方圖（如圖11所示），較為符合正太分布形態(tài)，與本文的分析和假設(shè)吻合，公差范圍基本涵蓋了最大概率區(qū)間，同樣如圖12補(bǔ)償后的前束角最佳估計值逼近目標(biāo)中值。通過合適的樣本量和動態(tài)補(bǔ)償，能夠最大限度地提升整車后橋四輪定位一次合格率，在總裝高產(chǎn)能情況下使用本文方法能夠起到良好優(yōu)化效果。

6 結(jié)語

本文介紹了多連桿后橋四輪定位測量和調(diào)整的原理，對比了整車四輪定位與后橋四輪定位的差異，分析了四輪定位測量過程中主要的系統(tǒng)誤差和過失誤差的來源，提出了一種對多連桿后橋四輪定位調(diào)整設(shè)備進(jìn)行閉環(huán)動態(tài)補(bǔ)償?shù)姆椒?。通過實踐驗證，本方法能夠最大限度地提升總裝車間后橋四輪定位一次合格率，對于總裝車間產(chǎn)能提升有較好的參考價值。

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