汽車(chē)方向盤(pán)安裝不正原因分析及解決措施

張吉，何暢，趙向青，費(fèi)二威

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汽車(chē)方向盤(pán)安裝不正原因分析及解決措施

張吉，何暢，趙向青，費(fèi)二威

（中國(guó)第一汽車(chē)集團(tuán)有限公司研發(fā)總院，吉林 長(zhǎng)春 130011）

通過(guò)對(duì)車(chē)輛方向盤(pán)安裝不正問(wèn)題的原因進(jìn)行分析，闡述了方向盤(pán)安裝不正對(duì)車(chē)輛的影響，提出整車(chē)廠生產(chǎn)線和售后市場(chǎng)如何預(yù)防和解決方向盤(pán)安裝不正的問(wèn)題。

方向盤(pán)；安裝；車(chē)輛跑偏；干涉；異響

1 前言

當(dāng)今社會(huì)汽車(chē)已成為人們必不可少的交通工具，科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，帶動(dòng)汽車(chē)生產(chǎn)速度和制造水平的迅猛發(fā)展。隨著汽車(chē)產(chǎn)品市場(chǎng)占有量的不斷增加，汽車(chē)產(chǎn)品一些問(wèn)題的出現(xiàn)是在所難免的。比如，汽車(chē)因方向盤(pán)安裝不正，將可能導(dǎo)致車(chē)輛行駛跑偏，輕則啃胎影響輪胎使用壽命，重則發(fā)生爆胎事故影響用戶(hù)生命安全。將車(chē)輛存在的一些安全隱患識(shí)別出來(lái)，將極大地提高車(chē)輛的行駛安全。本文通過(guò)對(duì)汽車(chē)方向盤(pán)安裝是否正確進(jìn)行分析，進(jìn)而可初步判斷車(chē)輛四輪定位參數(shù)是否存在問(wèn)題，使車(chē)輛用戶(hù)及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決。

2 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

乘用車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由方向盤(pán)、轉(zhuǎn)向柱、轉(zhuǎn)向中間軸、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向節(jié)帶制動(dòng)器腳總成、車(chē)輪及輪胎等零部件組成，如圖1。有人習(xí)慣將轉(zhuǎn)向節(jié)帶制動(dòng)器腳總成、車(chē)輪及輪胎等劃歸行駛系統(tǒng)中，本文重點(diǎn)闡述方向盤(pán)安裝不正對(duì)車(chē)輛的影響，故專(zhuān)業(yè)劃分方式不在本文討論范圍內(nèi)。

圖1

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理[1]：駕駛員按駕駛意圖操縱方向盤(pán)，通過(guò)轉(zhuǎn)向柱和中間軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)向器輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將輸入軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)化為齒條的軸向移動(dòng)，齒條帶動(dòng)轉(zhuǎn)向拉桿和轉(zhuǎn)向節(jié)臂，推動(dòng)（或拉動(dòng)）車(chē)輪使其繞主銷(xiāo)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而完成車(chē)輛的轉(zhuǎn)向動(dòng)作。整個(gè)轉(zhuǎn)向過(guò)程建立了人的眼睛、大腦、手和腳以及車(chē)輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。按GB17675法規(guī)要求，目前市場(chǎng)上應(yīng)用的汽車(chē)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各零部件之間均通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)連接。

3 轉(zhuǎn)向梯形

汽車(chē)轉(zhuǎn)向梯形[2]的設(shè)計(jì)對(duì)車(chē)輪轉(zhuǎn)向和輪胎磨損有著重要影響。而阿克曼原理是：汽車(chē)在行駛過(guò)程中，每個(gè)車(chē)輪的行駛軌跡，都必須完全符合它的自然運(yùn)動(dòng)軌跡，從而保證輪胎與地面處于純滾動(dòng)而無(wú)滑移現(xiàn)象，如圖2所示。

圖2

由阿克曼理論得知，車(chē)輪的內(nèi)轉(zhuǎn)角大于外轉(zhuǎn)角。為了保證汽車(chē)的駕駛穩(wěn)定性，汽車(chē)在轉(zhuǎn)向梯形設(shè)計(jì)時(shí)都有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)向不足的特性，為保證該特性外輪轉(zhuǎn)角一般均小于阿克曼轉(zhuǎn)角。在不考慮零部件制造誤差、裝配誤差等因素的前提下，由懸架硬點(diǎn)布置的對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)性質(zhì)，左、右前輪的內(nèi)、外轉(zhuǎn)角特性是相同的，即當(dāng)左轉(zhuǎn)向時(shí)，左前輪為內(nèi)輪，右前輪為外輪，兩輪的轉(zhuǎn)角關(guān)系由轉(zhuǎn)向梯形的尺寸關(guān)系決定；而當(dāng)右轉(zhuǎn)向時(shí)，右前輪為內(nèi)輪，左前輪為外輪，兩輪的轉(zhuǎn)角關(guān)系與左轉(zhuǎn)向時(shí)的內(nèi)、外輪關(guān)系一致。如圖3所示，深色虛線代表左轉(zhuǎn)向，淺色虛線代表右轉(zhuǎn)向，因此分別在左、右轉(zhuǎn)向極限位置時(shí)，有：

圖3

轉(zhuǎn)向梯形中左、右車(chē)輪的極限轉(zhuǎn)角是對(duì)稱(chēng)的，左、右車(chē)輪在左、右轉(zhuǎn)向過(guò)程中，分別扮演不同的“內(nèi)輪”和“外輪”角色，因此駕駛員向左和向右轉(zhuǎn)向時(shí)，最小轉(zhuǎn)彎直徑也是相同的。

4 方向盤(pán)安裝位置對(duì)轉(zhuǎn)向梯形的影響

汽車(chē)在整車(chē)廠裝配過(guò)程中，先將前懸架總成（包括副車(chē)架、控制臂、轉(zhuǎn)向節(jié)、輪轂軸承、制動(dòng)器、彈簧、減振器等）與車(chē)身地板裝配，然后將事先分裝好的儀表板總成（已裝配好轉(zhuǎn)向柱和轉(zhuǎn)向中間軸）安裝到駕駛室內(nèi)，連接轉(zhuǎn)向中間軸和轉(zhuǎn)向器輸入軸，再將方向盤(pán)安裝到轉(zhuǎn)向柱上，最后安裝車(chē)輪及其他部件。

一些整車(chē)廠在安裝方向盤(pán)時(shí)，靠工人肉眼判斷車(chē)輪處于直行狀態(tài)后，將置于水平位置的方向盤(pán)安裝到轉(zhuǎn)向柱上，使方向盤(pán)和車(chē)輪都處于車(chē)輛“直線行駛”狀態(tài)，殊不知這種安裝方式可能存在較大的偏差。假設(shè)車(chē)輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中間位置的角傳動(dòng)比為16:1，即方向盤(pán)轉(zhuǎn)16°，車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)1°。而在安裝方向盤(pán)時(shí)，肉眼是無(wú)法識(shí)別車(chē)輪是否有偏轉(zhuǎn)1°～2°的誤差的，如果車(chē)輪偏轉(zhuǎn)2°，按比例換算將造成方向盤(pán)有32°的偏差，方向盤(pán)左、右極限轉(zhuǎn)角則產(chǎn)生64°的差異。這對(duì)于用戶(hù)來(lái)說(shuō)影響是較大的，輕則影響最小轉(zhuǎn)彎半徑，重則引起車(chē)輛跑偏、底盤(pán)干涉產(chǎn)生異響等問(wèn)題。

在四輪定位調(diào)整工位，正確的操作順序是：①將4個(gè)車(chē)輪姿態(tài)調(diào)整正確，即左、右車(chē)輪對(duì)稱(chēng)且處于直線行駛狀態(tài)；②通過(guò)水平儀確認(rèn)方向盤(pán)是否水平，如發(fā)現(xiàn)方向盤(pán)偏轉(zhuǎn)較大（比如，超出公差值±2°以外，主要考慮零部件制造誤差和裝配誤差的影響），則需重新安裝方向盤(pán)使其處于水平。當(dāng)然也不排除有受方向盤(pán)和轉(zhuǎn)向柱連接花鍵齒數(shù)制約的情況，如36齒花鍵，每錯(cuò)開(kāi)一齒則相差10°。遇到這種情況，方向盤(pán)偏差在10°以?xún)?nèi)的，直接轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)將其調(diào)整至水平，然后通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)向拉桿長(zhǎng)度以保證車(chē)輪前束值，具體問(wèn)題還得根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行取舍。當(dāng)方向盤(pán)偏轉(zhuǎn)較大需要重新安裝方向盤(pán)時(shí)，在重新安裝過(guò)程中切莫使車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，否則需重新將車(chē)輪姿態(tài)調(diào)正。③將置于水平位置的方向盤(pán)固定，調(diào)整四輪定位其他參數(shù)至設(shè)計(jì)允許值。

圖4

但個(gè)別整車(chē)廠在四輪定位調(diào)整時(shí)，發(fā)現(xiàn)方向盤(pán)安裝不正確，卻不重新調(diào)整方向盤(pán)，而是直接將錯(cuò)誤位置的方向盤(pán)調(diào)至水平位置并固定，然后通過(guò)調(diào)整左右轉(zhuǎn)向拉桿長(zhǎng)度來(lái)保證車(chē)輪前束值。這種操作方式，從車(chē)輛外觀看，方向盤(pán)和車(chē)輪都處于直線行駛狀態(tài)，但事實(shí)上底盤(pán)轉(zhuǎn)向梯形是扭曲的，轉(zhuǎn)向左、右極限轉(zhuǎn)角也會(huì)出現(xiàn)一邊多、一邊少的問(wèn)題，如圖4。這可能導(dǎo)致在方向盤(pán)向一側(cè)“打死”情況下，底盤(pán)零部件出現(xiàn)如磕碰、刮擦、吃胎等問(wèn)題，行駛過(guò)程中也有出現(xiàn)跑偏問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)。

5 如何保證方向盤(pán)正確安裝

萬(wàn)事皆有源，首先要控制好源頭。在整車(chē)廠裝配時(shí)，應(yīng)保證方向盤(pán)中間位置與轉(zhuǎn)向器齒條中間位置相對(duì)應(yīng)，如圖5。圖中所示為轉(zhuǎn)向器單側(cè)（兩側(cè)結(jié)構(gòu)基本相同）齒條限位結(jié)構(gòu)示意圖，當(dāng)兩側(cè)的轉(zhuǎn)向拉桿內(nèi)球頭中心，相對(duì)于車(chē)輛中心左右對(duì)稱(chēng)時(shí)，即轉(zhuǎn)向器齒條處于中間位置，此時(shí)轉(zhuǎn)向器向左和向右的齒條行程是一樣的，即：S1= S2。當(dāng)齒條向一側(cè)移動(dòng)至極限位置，轉(zhuǎn)向器殼體上的結(jié)構(gòu)限制了齒條移動(dòng)，因而也限制了方向盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)，方向盤(pán)向左和向右轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)就是由轉(zhuǎn)向器齒條的左、右極限移動(dòng)距離決定的。因此，只要轉(zhuǎn)向器齒條處于中間位置時(shí)正確安裝方向盤(pán)，方向盤(pán)左、右轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)必定一致。從車(chē)輛外觀看，方向盤(pán)安裝正確的車(chē)輛，駕駛員分別向左和向右“打死”方向盤(pán)，其方向盤(pán)的狀態(tài)基本是對(duì)稱(chēng)的。

圖5

將方向盤(pán)中間位置與轉(zhuǎn)向器齒條中間位置對(duì)應(yīng)安裝，比較可靠的方法是在安裝方向盤(pán)前，先通過(guò)可驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向柱轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)備（代替方向盤(pán)與轉(zhuǎn)向柱連接），分別測(cè)量左、右轉(zhuǎn)向的極限轉(zhuǎn)角，然后通過(guò)設(shè)備內(nèi)部的計(jì)算程序找到轉(zhuǎn)向角全行程的中點(diǎn)[3]，并驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向柱旋轉(zhuǎn)使其轉(zhuǎn)至車(chē)輛直線行駛位置，然后取下設(shè)備再安裝方向盤(pán)，此時(shí)可保證方向盤(pán)的直線行駛位置與轉(zhuǎn)向器的中間位置相對(duì)應(yīng)，保證左、右轉(zhuǎn)向極限轉(zhuǎn)角的一致性。不排除因花鍵齒位置的影響，導(dǎo)致方向盤(pán)向一側(cè)微調(diào)，以保證其處于水平公差范圍內(nèi)的可能性。接下來(lái)再對(duì)車(chē)輛的四輪定位參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，此時(shí)可將方向盤(pán)的水平位置作為基準(zhǔn)，調(diào)整其他四輪定位參數(shù)至設(shè)計(jì)值范圍內(nèi)。四輪定位調(diào)整后，左、右拉桿剩余螺紋長(zhǎng)度基本相當(dāng)，如圖6所示，一般允許相差2個(gè)螺距以?xún)?nèi)（視具體車(chē)型而定，目前市場(chǎng)車(chē)型轉(zhuǎn)向拉桿前束調(diào)整處螺紋規(guī)格M14×1.5系列的居多）。

圖6

如整車(chē)廠因某種原因，短期內(nèi)無(wú)法通過(guò)計(jì)算轉(zhuǎn)角設(shè)備確定轉(zhuǎn)向中間位置，則需按正確的四輪定位調(diào)整順序進(jìn)行操作（前文已提及），當(dāng)發(fā)現(xiàn)方向盤(pán)安裝不對(duì)中時(shí)需立即取下重新安裝，方向盤(pán)安裝正確后再對(duì)四輪定位參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

圖7為方向盤(pán)中間水平位置與轉(zhuǎn)向器中間位置未對(duì)應(yīng)安裝的狀態(tài)，可以看到方向盤(pán)即使處于水平位置，但轉(zhuǎn)向器兩側(cè)內(nèi)球頭球心相對(duì)車(chē)輛中心面不對(duì)稱(chēng)（向一側(cè)偏移Δ），即轉(zhuǎn)向器齒條整體向一側(cè)偏移Δ，此時(shí)方向盤(pán)左、右極限轉(zhuǎn)角必然不會(huì)相等，從外觀上看，左、右轉(zhuǎn)向極限位置的方向盤(pán)是不對(duì)稱(chēng)的。

圖7

售后市場(chǎng)上出現(xiàn)諸如跑偏、底盤(pán)異響、轉(zhuǎn)向極限干涉等問(wèn)題，要首先判斷是否是由于方向盤(pán)安裝不正確所導(dǎo)致的。最簡(jiǎn)單有效的判斷辦法是：車(chē)輛原地怠速情況下，分別向左和向右轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)至極限位置，確認(rèn)左、右轉(zhuǎn)向極限轉(zhuǎn)角是否一致，如不一致則先將方向盤(pán)重新調(diào)整至正確位置，然后重新調(diào)整四輪定位后，再對(duì)其他因素進(jìn)行排查。如果方向盤(pán)位置調(diào)正至左、右極限轉(zhuǎn)角一致的狀態(tài)，四輪定位調(diào)整后，左、右轉(zhuǎn)向拉桿剩余螺紋長(zhǎng)度應(yīng)基本一致，則轉(zhuǎn)向盤(pán)至轉(zhuǎn)向器的裝配關(guān)系是沒(méi)有問(wèn)題的；如轉(zhuǎn)向盤(pán)左、右極限轉(zhuǎn)角調(diào)整一致，而四輪定位調(diào)整后轉(zhuǎn)向拉桿剩余螺紋長(zhǎng)不一致，則需進(jìn)一步排查是否因前懸架裝配或個(gè)別樣件質(zhì)量問(wèn)題等原因所致。

6 總結(jié)

通過(guò)對(duì)車(chē)輛方向盤(pán)安裝不正確的原因進(jìn)行分析，提出正確安裝方向盤(pán)方法和四輪定位正確的調(diào)整順序，闡述了整車(chē)廠如何正確安裝方向盤(pán)，以及售后市場(chǎng)如何排查和解決方向盤(pán)安裝不正的問(wèn)題。

[1] 余志生.汽車(chē)?yán)碚揫M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009:176-177.

[2] 王望予.汽車(chē)設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004:249-253.

[3] 張海源,黃巨成,古紅曉,朱釗.汽車(chē)生產(chǎn)線方向盤(pán)對(duì)中方案探討[J]. 汽車(chē)實(shí)用技術(shù)2018,3:145-159.

Analysis and Resolution of Abnormal Steering Wheel Assembling

Zhang Ji, Zhao Xiangqing, He Chang, Fei Erwei

（General R&D Institute of China FAW Group Co., Ltd., Jilin Changchun 130011）

Analyzing the reasons for abnormal position steering wheel assembling, describing the effects to vehicles because of abnormal position of steering wheel, referring how to put forward and solve the problems for abnormal position of steering wheel in assembling line and the market.

steering wheel; assembling; vehicle pull; interference; abnormal noise

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1671-7988(2018)22-250-03

U471.2

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1671-7988(2018)22-250-03

U471.2

張吉，高級(jí)工程師，主任工程師，主要研究方向：乘用車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.22.089