公交大客車獨立懸架前橋的車輪定位分析及調整方法

北京公共交通控股（集團）有限公司 孫 鵬 呂則江

公交大客車獨立懸架前橋的車輪定位分析及調整方法

北京公共交通控股（集團）有限公司 孫 鵬 呂則江

公交大客車應用獨立懸架前橋越來越多，如何正確維護、調整獨立懸架前橋已成為亟待解決的問題。目前，北京公交在用的12米、18米等車型裝配的獨立懸架前橋主要有RL-85EC（ZF品牌）和VN75（青年車橋品牌）兩種型號。

獨立懸架前橋的優點是車橋輕量化，非懸掛質量小，使車身受到的沖擊減少，提高了車輛行駛平順性和車輪附著性能；左右車輪單獨跳動，互不相干，減少了車身的傾斜和震動。

但獨立懸架系統結構復雜，特別是前橋定位技術與非獨立懸架的區別較大，對維修人員操作技術要求較高，而對獨立懸架前橋的定位調整，從設備應用到人員培訓需進行專項研究和資金投入。

1 獨立懸架前橋在應用中遇到的問題和誤區

北京公交首批投入運營的獨立懸架前橋的公交車，累計運行達到12萬公里時，部分車輛出現轉向沉重、跑偏、不歸位或輪胎過度磨損現象，司機反映駕駛時車輛有顛簸、搖擺等情況；獨立懸架前橋的機件間相互接觸不但影響轉向時內、外輪轉向角度及轉向前束，而且在轉向助力的作用下，還會將橫拉桿擠壓變形，造成損壞。結合保養制度規定，當更換獨立懸架前橋上的易損部件或者出現上述故障時，就應檢查車輪定位值，需要進行四輪定位檢測。維修人員開始按照以往的調整經驗進行前束測量及上線側滑檢測，對獨立懸架橫、直拉桿調整還延續非獨立懸架的調整方法，即調整任意一根橫拉桿的長度，從而完成前束調整“0-1mm”的標準，但是行駛一段時間后，車輛故障依然存在。

究其原因，為了滿足駕駛的穩定性要求，獨立懸架前橋橫拉桿由三根短拉桿組成，調整任意一根橫拉桿，都能輕松完成“0”前束調整，但這樣調整卻直接破壞了獨立懸架的其它特性參數。

為了進一步解決公交車輛獨立懸架前橋在使用過程中的維護、調整問題，需要對獨立懸架系統進行研究和分析，并提出解決方案。

2 車輪定位概述

汽車的轉向車輪、轉向節和前軸三者之間的安裝具有一定的相對位置，這種具有一定相對位置的安裝叫做轉向車輪定位，也稱前輪定位。前輪定位包括主銷后傾角、主銷內傾角、前輪外傾角和前輪前束（亦可用前束角表示）。這是對兩個轉向前輪而言，對兩個后輪來說也同樣存在與后軸之間安裝的相對位置，稱后輪定位。前輪定位和后輪定位總稱為四輪定位。

車輪定位的作用是使汽車保持穩定的直線行駛和轉向輕便，提高車輛行駛穩定性，并減少汽車在行駛中輪胎和轉向機件的磨損。由于各汽車生產廠家對四輪定位原設計不同，使車輪定位各有不同，并有可調部分和不可調部分之分。

3 獨立懸架前橋前束定位調整分析

前橋是轉向橋，它除了能夠承受各方向的力和力矩外，還能使裝在車橋兩端車輪偏轉一定的角度，以實現汽車的轉向，保證汽車所需要的行駛方向。由于獨立懸架前橋有著特殊結構，用非獨立懸架前橋的傳統調整方法則無法正確調整前輪前束。

通常情況下，車輛的前束為正前束或“0”前束，北京公交采用的兩種型號前橋均采用“0”前束設計。

3.1 前束標準狀態（“0”前束）

依據前橋特性參數，繪制出標準狀態如圖1所示。

圖1 “0”前束標準狀態

從圖1中可以看到，轉向搖臂上中間橫拉桿球頭和轉向搖臂軸形成直線的延長線（以下簡稱轉向搖臂延長線）與車身中心線形成的角度關系。轉向搖臂延長線與車身中心線的夾角為22°，且左、右兩個夾角相等并對稱。

標準狀態車輪最大轉向角及轉向前束如圖2所示。

圖2 標準狀態下最大左轉向狀態

圖2 為標準狀態下左轉向時，最大內、外輪轉向角及最大轉向前束的標準特性參數值。

3.2 正負前束狀態（超標準狀態）

前束超出標準狀態時，通常會有兩種情況出現：一種是負前束值過大，另一種是正前束值過大。這兩種情況通常稱之為負前束和正前束。在這兩種情況中，還存在著單輪負前束和單輪正前束的狀態。

當獨立懸架前橋的前束超出標準狀態時，調整三根橫拉桿中任意一根橫拉桿的長短，都能實現“0”前束的調整。但調整后雖能滿足“0”前束的要求，卻破壞了獨立懸架前橋其它的特性參數值，如車輪內轉角和轉向前束等。

假設左、右兩根橫拉桿等長，但長于標準值。其它參數處于標準狀態，即左、右轉向搖臂延長線與車身中心線的夾角（22°）及中間橫拉桿長度處于標準狀態。

負前束狀態如圖3所示。

圖3 負前束狀態

如圖3，由于左、右橫拉桿長于標準值而其他參數不變，因此形成負前束狀態。

圖4為負前束調整后的“0”前束狀態。該“0”前束的調整是通過縮短中間橫拉桿長度方法實現的，但此時轉向搖臂延長線與車身中線的夾角變為12°，小于標準值。

圖4 調整中間橫拉桿后的“0”前束狀態

調整中間橫拉桿實現“0”前束后，車輪外輪轉向角及轉向前束值都不符合標準（圖5）。當負前束值增大到一定數值時，右橫拉桿會與中間橫拉桿右端球頭發生接觸，在這種狀態運行的車輛極易造成獨立懸架轉向機件的損壞。

圖5 最大左轉向狀態

如果左、右轉向搖臂延長線與車身中心線的夾角為22°，但左、右橫拉桿等長且小于標準值，就會形成正前束狀態。其調“0”原理與負前束時的問題類似，不再贅述。

3.3 單輪正負前束

假設左橫拉桿過長且超出標準值，其它參數處于標準狀態，即左、右轉向搖臂延長線與車身中心線夾角（22°）、中間橫拉桿及右橫拉桿長度都處于標準狀態。

由于左橫拉桿過長而其他參數不變，因此形成單輪負前束狀態，如圖6所示。

圖6 單輪負前束狀態

圖7 為按照以往的經驗通過縮短中間橫拉桿長度方法實現的“0”前束，但此時左轉向搖臂與車身中線的夾角變為15°，小于標準值。

圖7 單輪負前束調整后的“0”前束狀態

圖8 為調整后的最大左轉向狀態，其最大外輪轉角及轉向前束值都不符合標準值。

圖8 單輪負前束調整后的最大左轉向狀態

因為單輪負前束狀態，左、右橫拉桿長度不相等，故失去了左、右轉向時的對稱性，導致了最大左、右轉向狀態的特性參數不同，所以還需要對單輪負前束調整后的最大右轉向角進行分析。

調整后最大右轉向狀態如圖9所示。

圖9 單輪負前束調整后的最大右轉向狀態

從圖9中可以看出，調整后外輪轉向角及轉向前束值都不符合標準值。通過對比圖8和圖9，可以明顯看出左、右外輪轉向角及轉向前束對應數值不等。

如果左、右轉向搖臂延長線與車身中心線的夾角為22°，中間橫拉桿和右橫拉桿長度均為標準狀態，但由于左橫拉桿過短而小于標準值，就會形成單輪正前束初始狀態，其調“0”原理與單輪負前束時的問題類似，也不贅述。

4 獨立懸架前橋的調整方法

通過以上分析，傳統的調整方法和技術手段雖能滿足調整獨立懸架前橋“0”前束的要求，但調整后的外輪轉向角及轉向前束值均不符合標準值。

由于獨立懸架車橋結構的特殊性，在維護和調整中需要借助儀器或專用設備，常用四輪定位儀對獨立懸架車橋進行定位檢測，并依托四輪定位儀進行定位調整。

4.1 準備工作

為保證車輛定位后的調整質量，在定位前需要做一些必要的車輛檢查和儀器設備檢查。

（1）車輛檢查。一是輪胎氣壓應符合技術標準，目測輪胎磨損情況。要求同軸輪胎花紋相同，且磨損情況基本相同，各輪輞無變形、無磨損；二是檢查車橋各連接件。要求獨立懸架系統安裝牢固，各零部件完好，空氣懸架氣囊、推力桿連接良好，轉向拉桿安裝牢固，拉桿球頭無松曠，拉桿鎖止機構有效。

（2）設備檢查。四輪定位儀屬于精密測試設備，內有敏感元件，在使用過程中應輕拿輕放，切勿亂扔亂摔，否則可能使外殼變形，甚至導致內部元件出現故障，影響正常使用。

4.2 檢測過程

在完成四輪定位前的各項準備工作后，根據四輪定位儀的提示和操作內容，逐步進行各項檢測（圖10）。

檢測主要包括前束角、前輪外傾角、主銷后傾角、主銷內傾角等基本特性參數，利用四輪定位儀的功能還可測量輪距、軸距數值。

4.3 調整規律

在完成四輪定位檢測后，開始對超出特性參數的部位進行調整，應按照四輪定位儀顯示的實時數據進行調整。

在定位調整時，要遵循先位置后角度的調整規律，即要先確定車橋位置，然后再進行角度調整。在角度調整時，要先調整車輪外傾角，再調整前束角，其原因是車橋位置與定位角度之間相互牽連，相互制約。遵循調整規律，可避免重復勞動，能夠提高工作效率。

4.4 調整后的檢查

（1）定位參數檢查。定位調整后，需要使用四輪定位儀進行定位檢測，以驗證定位調整結果。如果檢測結果超出標準范圍，還需回到上一步重新進行調整。

（2）最大轉向角檢查。獨立懸架前橋在定位調整后，對最大轉角的檢查非常重要，由于北京公交車輛使用了ZF轉向機及轉向助力系統，在車輪旋轉到最大轉向角時應停止助力。在定位調整時，很可能破壞轉向助力控制系統的正常工作，引起轉向系統機件損壞，造成機械故障，所以在定位調整后，要啟動發動機檢查最大左、右轉向角的卸荷情況，確保在最大左、右轉向角時轉向助力控制系統處于卸荷狀態。

（3）路試檢查。在完成以上檢查及調整工作后，需要進行路試檢查。在路試中要注意車輛運行狀況，直線行駛是否跑偏，左、右轉向后是否能夠自動回正等操控性檢查。

5 總結

（1）通過綜合分析獨立懸架前橋前束值超差的原因及誤調整帶來的影響，說明不能用非獨立懸架前橋的傳統調整方法對獨立懸架車橋進行車輪定位調整。

（2）針對獨立懸架前橋的參數特性和技術特點，運用四輪定位的調整原則和方法，結合公交車輛特點制定車輪定位的檢測流程和技術標準，對被測車輛的前束值和各車輪定位角進行正確的調整。

（3）通過對獨立懸架前橋車輪定位的正確調整，能夠減少輪胎的異常磨損，保證車輛的操控可靠性，確保轉向機構的安全性和平穩性。

（4）對獨立懸架前橋車輪定位的調整要結合公交車輛的保養制度和檢查標準，加強獨立懸架前橋使用狀態的預判，循序漸進地做好獨立懸架前橋車輪定位的檢查和調整。需要強調的是，前期的正確維護和檢測比故障出現后的調整更為重要。

圖10 四輪定位檢測流程圖