汽車生產線方向盤對中方案探討

張海源，黃巨成，古紅曉，朱釗

（奇瑞商用車（安徽）有限公司，安徽 蕪湖 241006）

前言

方向盤通過花鍵與轉向軸連接，其功能是將駕駛員作用到轉向盤邊緣上的力轉變為轉矩后傳遞給轉向軸，用來控制車輛的行駛方向[1]。

當今在轎車的生產線裝配方向盤時，裝配者需要對方向盤進行對中定位操作，以確保方向盤相對于轉向輪左轉極限與右轉極限的角度相同，保證方向盤在中間位置時，車輛能夠保持直線行駛。如果方向盤裝配不居中，會導致車輛在直行過程中，方向盤向一側偏轉一定的角度，會引起駕駛員刻意去修正方向盤的角度進而引起車輛跑偏[2]，引起客戶抱怨。

生產線上裝配方向盤時，如果裝配工操作不熟練，不僅裝配工時較長，裝配精度也會相應降低。所以本文針對方向盤的裝配方法進行探討。

1　人工對中

人工對中裝配包括手工對中和輔具方向盤對中。

1.1　手工對中

人工對中應用工位在車輛已經從裝配線上駛下，在做四輪定位前。

手工對中即操作工將方向盤分別向左、向右打死，觀察方向盤分別在轉向機行程內的左右極限位置處于組合開關的相對位置，是否左右一致。如果不一致將方向盤從轉向管柱拆掉重新裝配，重復上述調整方法。

此種裝配方法精度差，誤差在±10°；工時長，生產節拍約 60s。為此，生產線為提高精度與縮短生產節拍，增加了輔具方向盤。

1.2　輔具方向盤對中

輔具方向盤對中需要在生產線上增加一個輔具方向盤。提前用輔具方向盤調整方向盤與車輪的相對位置。與上述手工調節不同的是，輔具方向盤上面有刻線等明顯標志。

例如某車型的（方向盤總圈數為3圈）調整方法：

（1）使用方向盤調整輔具（圖 1），將方向盤向左打到底，調整方向盤輔具的起點位于儀表的正前方，如圖2；

（2）反方向打方向盤約1.5圈，使輔具的終點線第二次與輔具方向盤的基點線相重合；

（3）拔出方向盤輔具，水平方向裝配商品化方向盤于轉向管柱上。

圖1　方向盤調整輔具

圖2　標記點調整位置

兩種人工對中方法是初期生產線裝配方向盤時采用的，主要是利用人工肉眼觀察對中裝配。由于主觀因素起決定性作用，所以裝配誤差一般比較大，±10°。返工率高，生產線耗時較長，生產節拍約為60s。如果此處為新裝配工的話，耗時會更長。

2　設備對中

方向盤對中設備是應用在車輛生產線中，方向盤裝配工位位于裝配輪胎之前。

圖3　方向盤對中設備（伺服電機）

圖4　方向盤對中設備（支撐支架）

方向盤對中設備的工作原理是：用一個花鍵套筒與轉向柱的輸入軸上端的花鍵連接，通過伺服電機驅動套筒轉動轉向管柱，先左轉至極限位置，然后再右轉至極限位置，通過伺服電機脈沖計算旋轉的角度，然后設備中心計算出總角度的中間角度，得出居中位置后，設備槍頭內置“撞針”動作在轉向管柱輸入軸上端面標刻記號，下一工位根據此記號安裝方向盤，同時需要方向盤花鍵處有刻線標記（或者缺少一齒）。如此即可保證方向盤左、右旋轉極限角度相等。[2]

圖5　方向盤標記

方向盤標記或者缺齒位置位于花鍵的齒頂處，有利于保證裝配的精度。

此種對中設備缺點：

（1）當設備在轉向管柱上端面刻線時，刻線位于花鍵齒頂處，此時裝配方向盤時則會出現最大誤差5°；

（2）加裝設備槍頭及定位支撐桿機構時容易與車身干涉，造成車輛面漆劃傷；

（3）定位支撐桿的相對尺寸較大，不利于操作人員使用。

（4）方向盤對中設備使用的工位具有特殊性，必須在輪胎裝配之前使用。此時需要的設備伺服電機功率較小，重量較小，較輕便。

此種類型的方向盤對中設備，在各大主機廠的生產車間應用廣泛。鑒于上述缺陷，設計開發一種通過轉向系統各零部件之間的配合來保證方向盤居中的裝配方法-刻線標記。

3　刻線標記

鑒于設備對中方案中存在設備沉重、易刮擦車漆。選取一種在轉向管柱與方向盤做標記對中，取消方向盤對中設備。具體實施方案如下：

圖6　轉向機輸入軸

圖7　轉向管柱下節叉

（1）轉向機輸入軸外花鍵做盲齒處理（圖 6），轉向管柱下節叉內花鍵做盲齒配合轉向機輸入軸（圖7）。

圖8　轉向管柱輸入軸刻線標記

圖9　方向盤刻線標記

（2）轉向管柱輸入軸中間位置刻線（圖 8），方向盤花鍵標記（圖9）。

（3）轉向管柱刻線與下節叉盲齒角度要求，精度為±5°（圖10）。

圖10　轉向管柱刻線與下節叉盲齒中心線夾角示意圖

定位原理：當轉向管柱與轉向機輸入軸裝配固定時，因為此處配合花鍵有盲齒，所以管柱與轉向機的固定位置具有唯一性。即車輪擺正時，轉向管柱的位置已經固定了，此時轉向管柱輸入軸上端面的刻線應該與車輛的Y軸平行并指向車輛前進方向。然后將方向盤與轉向管柱裝配，將方向盤標記與管柱輸入軸對正，裝配完成后，方向盤位于中間位置，車輛保持直線行駛。[3]

我處某款七座SUV車型的方向盤對中采用刻線標記。有效縮短了工時，有效縮短 EHPV（設計單車工時）[4]；降低了方向盤對中的誤差。

此方案的缺陷為管柱輸入軸上端面刻線設備的精度要求非常高，設備的刻線精度不能大于5°。如果大于5°刻線對中的作用就失效了，需要人工進行對中矯正。誤差與生產節拍都不能保證。

4　總結

針對上述三種裝配方向盤方法的陳述，人工裝配消耗工時時長最多。設備對中要求方向盤裝配工位必須在輪胎裝配工位之前。雖然提高了裝配精度，但是存在設備沉重且存在易刮擦車漆的風險。刻線標記的對中方式，操作簡便，操作工位靈活。但是對管柱刻線設備的精度要求過高，需要轉向管柱生產廠家花費大量資金購入精度較高的刻線設備。

綜上所述，刻線標記的方向盤對中方案的精度最高、操作最方便。達到提高生產效率，縮短工時，提高方向盤對中效率與精度。減少因為方向盤不正導致車輛跑偏的售后抱怨。

[1] 劉濤,汽車設計[M].北京,北京大學出版社,2008.

[2] 楊東偉,李夢奇.方向柱對中技術[J],2012.

[3] 陳家瑞等. 汽車構造[M].北京,機械工業出版社,2011.

[4] 余志生,汽車理論[M].北京,機械工業出版社,2009.