針對某型號微型貨車前輪距超差問題的分析與研究

宋文韜　王淑慧

摘 要：某型號微型載貨汽車出現(xiàn)了前輪距超出設(shè)計(jì)范圍下限的問題，筆者及團(tuán)隊(duì)針對此問題，對影響到車輛前輪距的原因和改進(jìn)方式進(jìn)行了分析與研究。

關(guān)鍵詞：輪距 公告參數(shù) 前螺旋彈簧 三坐標(biāo)建模

Analysis and Research on the Out-of-tolerance Problem of the Front Wheelbase of a Certain Type of Minivan

Song Wentao Wang Shuhui

Abstract：A certain type of mini-truck has a problem that the front wheelbase exceeds the lower limit of the design range. In response to this problem， the author and the team have analyzed and studied the reasons and improvement methods that affect the front wheelbase of the vehicle.

Key words：wheelbase， announcement parameters， helical spring， three-coordinate modeling

1 引言

筆者企業(yè)在對某型處于開發(fā)階段的微型貨車的主要尺寸進(jìn)行測量時(shí)，發(fā)現(xiàn)前輪距有低于設(shè)計(jì)范圍下限的問題。其設(shè)計(jì)前輪距為1386mm，參照相關(guān)國標(biāo)及《國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì)、公安部關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)車輛公告管理和注冊登記有關(guān)事項(xiàng)的通知（國經(jīng)貿(mào)產(chǎn)業(yè)[2002]768號）》中的規(guī)定，汽車輪距的公差允許范圍為±1%，即該車型前輪距理論范圍是1372.14～1399.86mm。團(tuán)隊(duì)總計(jì)抽測該型車20余臺(tái)，其中一臺(tái)前輪距1370mm，低于下限值;其余車輛測值均在1386mm之下，未有超過。該車型前輪距計(jì)劃上報(bào)的公告值即為其理論值1386mm，輪距值不合格將影響車輛的注冊登記，因此亟待解決。

2 車型前懸架結(jié)構(gòu)

該型貨車前懸架為麥弗遜式獨(dú)立懸架，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為分段式，前軸與轉(zhuǎn)向節(jié)之間通過下控制臂相連（如圖1），是行業(yè)內(nèi)常見的布置結(jié)構(gòu)。該車型是在同平臺(tái)微型客車車身基礎(chǔ)上改制成貨車結(jié)構(gòu)，其前懸架結(jié)構(gòu)也繼承自客車車型，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)較成熟。

3 前輪距及其測量方式

按照國標(biāo)《GB/T 3730.3-1992 汽車和掛車的術(shù)語及其定義 車輛尺寸》和《GB/T 12673-2019 汽車主要尺寸測量方法》中的定義，前輪距是車輛兩前輪胎在地面上留下軌跡的中心線間的距離，見圖2。

在《GB/T 12673-1990》中，要求應(yīng)在車輛載荷狀態(tài)處于空車狀態(tài)，即車輛處于整備質(zhì)量狀態(tài)時(shí)測量輪距，而《GB/T 12673-2019》中去掉了輪距測量時(shí)的車輛載荷要求。為保持一致性，本文所有輪距測值均是在車輛處于整備質(zhì)量狀態(tài)下測得。

4 故障車底盤三坐標(biāo)測量建模

為了快速找到實(shí)車與設(shè)計(jì)狀態(tài)的具體差異，團(tuán)隊(duì)使用了便攜式三坐標(biāo)對車輛底盤系統(tǒng)進(jìn)行測量建模，將實(shí)測得到的基礎(chǔ)模型與車型數(shù)模進(jìn)行比對，從而快速發(fā)現(xiàn)、識(shí)別了多個(gè)關(guān)鍵影響因素。模型整體對比如圖3、圖4所示，圖中紅色基礎(chǔ)模型是實(shí)測狀態(tài)，灰色/綠色實(shí)體是數(shù)模狀態(tài)。

經(jīng)比對后發(fā)現(xiàn)，前軸上擺臂安裝孔位置合格，擺臂與前軸連接處狀態(tài)符合數(shù)模;控制臂、前減振支柱及轉(zhuǎn)向/制動(dòng)部件、支撐桿桿體等的實(shí)測模型相對數(shù)模呈現(xiàn)下擺狀態(tài)，但將數(shù)模旋轉(zhuǎn)后可與實(shí)測模型重合，因此可排除前軸、控制臂、支撐桿、減振支柱及轉(zhuǎn)向部件等的尺寸及外形問題。

模型對比顯示，前懸掛減振支柱下端向下伸出長度比數(shù)模長約18mm，推動(dòng)控制臂、支撐桿下擺，繼而帶動(dòng)前懸及轉(zhuǎn)向部件向內(nèi)側(cè)擺動(dòng)，在轉(zhuǎn)向節(jié)處內(nèi)擺約5mm。理論分析，前懸掛伸長量與前螺旋彈簧受力后的壓縮量直接相關(guān)，在車重不變的情況下，彈簧壓縮量越小，車輛落地前懸掛壓縮后的長度相對與理論狀態(tài)就越長，進(jìn)而導(dǎo)致輪距變小。因此問題初步鎖定為：除車架及部分支撐件尺寸超差外，車輛在整備質(zhì)量狀態(tài)時(shí)，前螺旋彈簧壓縮量不足，導(dǎo)致左右前懸及減振支柱向外的擺動(dòng)角度未達(dá)理論狀態(tài)。

5 問題分析解決

針對三坐標(biāo)建模對比發(fā)現(xiàn)的問題點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)在開展調(diào)查分析并開展若干驗(yàn)證，并制定控制措施。

5.1 支撐桿底座上的撐桿過孔位置超高

數(shù)模對比顯示支撐桿底座位置的撐桿軸線位置下偏4.4～4.9mm，抑制控制臂上擺，見圖5。分析為支撐桿底座上的支撐桿過孔位置下移導(dǎo)致。通過對支撐桿底座進(jìn)行單件三坐標(biāo)測量，證實(shí)支撐桿過孔高度超上限約4～5mm。

團(tuán)隊(duì)隨后聯(lián)合供應(yīng)商對底座模具進(jìn)行修模，并將整改后的樣件再次進(jìn)行單件三坐標(biāo)測量，確認(rèn)整改后的零件過孔高度已達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5.2 車架縱梁Z向翹曲

支撐桿底座車身安裝支架實(shí)測高于數(shù)模1mm;實(shí)車縱梁高于支撐桿底座車身安裝支架，有約2mm段差，以上兩點(diǎn)說明前車架縱梁向上翹曲約3mm，見圖6。

5.3 對前螺旋彈簧的相關(guān)分析

在將支撐桿底座與前車架相關(guān)問題點(diǎn)整改完成后，團(tuán)隊(duì)抽測8臺(tái)車，仍有一臺(tái)前輪距值為1370.5mm，低于下限。團(tuán)隊(duì)繼續(xù)對前螺旋彈簧的相關(guān)影響因素展開分析確認(rèn)。

將彈簧從自由高度壓縮到定高度H（等同于空載時(shí)彈簧理論剩余量）時(shí)所需的負(fù)荷力定義為P值，給定合格范圍，對P值在合格范圍中值以上的彈簧做青色標(biāo)記（負(fù)荷力大），中值以下的做白色標(biāo)記（負(fù)荷力小），以此給彈簧分組。理論和實(shí)測證明，裝青標(biāo)組彈簧的車輛，其前輪距要明顯小于白標(biāo)組。

5.3.1 分供方的影響及差異分析

前螺旋彈簧有兩家分供方，對前輪距有顯著影響，如圖7所示，A、B為兩家分供方，每家彈簧均分白標(biāo)/青標(biāo)兩組，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，配白標(biāo)彈簧的車輛前輪距大于青標(biāo)彈簧，且A分供方的彈簧裝車后的前輪距明顯大于裝B分供方彈簧的車輛。

團(tuán)隊(duì)對A、B分供方的前彈簧開展對比分析，發(fā)現(xiàn)B彈簧在空載負(fù)荷時(shí)比A彈簧多出一沿直徑方向的150N分力，從前懸架結(jié)構(gòu)上分析，此分力增加了對輪胎的側(cè)向壓力，造成輪胎外傾角增大，從而使輪距變小，如圖8。進(jìn)一步對兩家彈簧及生產(chǎn)檢驗(yàn)過程進(jìn)行比對，發(fā)現(xiàn)以下問題：

①彈簧檢測工裝與設(shè)計(jì)要求不符：檢測工裝缺少減震器上下彈簧支座仿形，檢測過程負(fù)荷力加載方向與彈簧理論工作軸心不同軸，影響檢測結(jié)果準(zhǔn)確性，如圖9。

②彈簧自由高度公差設(shè)置不合理：圖紙中未注明彈簧自由高度公差要求。供應(yīng)商自行增加±3mm的公差要求，導(dǎo)致部分零件出現(xiàn)力值超標(biāo)。

團(tuán)隊(duì)聯(lián)合彈簧分供方及前懸掛分總成供應(yīng)商開展改進(jìn)工作，將自由高度公差取消，并重新確定了彈簧負(fù)荷力參數(shù)的測量方法;前懸掛供應(yīng)商及兩家分供方的三家實(shí)驗(yàn)室按照SGMW（上汽通用五菱）認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)對彈簧檢測工裝進(jìn)行統(tǒng)一。

5.3.2 數(shù)模與圖紙的差異

在將前述相關(guān)問題點(diǎn)整改完成后，團(tuán)隊(duì)再次測量前輪距值，測量結(jié)果全部在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)，但仍處于中值1386mm之下，如圖10。團(tuán)隊(duì)遂對該車型前輪距理論值進(jìn)行設(shè)計(jì)校核。在校核時(shí)發(fā)現(xiàn)，前彈簧在負(fù)荷力達(dá)到P值時(shí)的剩余高度H值實(shí)測值符合圖紙要求，但不符合數(shù)模尺寸，確認(rèn)發(fā)現(xiàn)前彈簧H值尺寸數(shù)模比圖紙短13mm，即數(shù)模狀態(tài)的前彈簧壓縮量比設(shè)計(jì)要求多，輪胎外擺過大，導(dǎo)致數(shù)模狀態(tài)下的前輪距測值過大，不符合理論設(shè)計(jì)狀態(tài)，也就是說，實(shí)際設(shè)計(jì)狀態(tài)下的前輪距理論值無法達(dá)到1386mm。

綜上，團(tuán)隊(duì)結(jié)合最新校核的數(shù)據(jù)，將該車型前輪距理論值修正為1378mm，合格范圍1364.22mm～1391.78mm，并同步更新公告參數(shù)值。

6 總結(jié)

團(tuán)隊(duì)在處理本次問題過程中雖然發(fā)現(xiàn)了部分零部件的不合格因素，但主要原因仍是設(shè)計(jì)布置階段的校核出現(xiàn)了偏差，而汽車的輪距、外廓尺寸等是公告中的重要參數(shù)，這提示我們需要從設(shè)計(jì)開發(fā)到生產(chǎn)監(jiān)控的各個(gè)環(huán)節(jié)均予以認(rèn)真對待。

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