一种麦弗逊式悬架外倾角二维偏差分析方法与流程

本发明涉及汽车悬架技术领域，尤其涉及一种麦弗逊式悬架外倾角二维偏差分析方法。

背景技术：

麦弗逊式悬架是当今世界用的最广泛的轿车前悬挂之一，如图1所示，麦弗逊式悬架由减震器1、上控制臂2、下控制臂4、副车架3及制动器总成5组成，绝大部分车型还会加上横向稳定杆。麦弗逊式悬架结构简单，所以它轻量、响应速度快，并且在一个下摇臂和支柱的几何结构下能自动调整车轮外倾角，让其能在过弯时自适应路面，让轮胎的接地面积最大化，从而在轻型汽车、轿车尤其是前置前驱动轿车上得到了广泛应用。但是由于其构造为直筒式，对左右方向的冲击缺乏阻挡力，抗刹车点头作用较差，悬挂刚度较弱，稳定性差，转弯侧倾明显。

悬架外倾角是指车轮中心面6与道路平面垂线7之间的夹角，定义为：由车辆前方看轮胎中心线与垂线直线所成的角度，向车身外为正，向车身内部为负，外倾角的不同能改变轮胎与地面的接触点及施力点，直接影响轮胎的抓地力及磨耗状况，从而影响汽车的行进方向，如果左右轮的外倾角不相等，则会出现汽车行驶跑偏的问题。因此，对外倾角的偏差进行分析，确保车辆悬架系统依次装配外倾角合格率达到要求，具有一定的实际意义。

现有的对外倾角的偏差进行分析的方法一般是借助三维偏差软件建模和分析，这种方法不仅成本高、建模周期长，而且效率低下，脱离了三维仿真软件，该工作将无法展开。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种麦弗逊式悬架外倾角二维偏差分析方法，能够在没有三维仿真软件的情况下，快速高效地对悬架外倾角的偏差进行分析，从而解决车辆外倾角一次性过线率低的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种麦弗逊式悬架外倾角二维偏差分析方法法，依次包括以下步骤：

(1)创建悬架外倾角测量模型；

(2)根据悬架的装配关系，定义各个零件在空间的装配位置；

(3)利用空间解析几何方法，推导出后轮外倾角的计算公式，利用该计算公式，并根据零件在空间的装配位置，将影响外倾角偏差的零部件偏差分为两部分，根据经验选择这两部分零部件的公差；

(4)计算悬架外倾角偏差：

将各零部件的公差输入悬架外倾角计算公式，得出悬架外倾角，并对外倾角进行分析，若不满足需求，则对某一链环的公差进行调整，直至外倾角符合要求。

优选的，所述步骤(1)中，创建悬架外倾角测量模型时，以车辆左后侧车轮的中心为原点建立空间直角坐标系，其中，车辆前进方向为x轴的正向，垂直向上的方向为y轴的正向，从原点到副驾驶的方向为z轴的正向，定义左后侧车轮的中心为e点，主销轴线与车轮轴线在后视图上的交点为d点。

优选的，所述步骤(2)中，定义各个零件在空间的装配位置时，按照以下原则定义：

零件在空间有6个自由度，即沿3个坐标轴的平动和3个绕坐标轴的转动，首先用基准a约束三个自由度，再加一个基准b对其约束2个自由度，再来一个基准c约束一个自由度，那个零件在空间就有一个完全确定的位置，通常采用6个约束点来限制零件的6个自由度，即3-2-1原则。

优选的，所述步骤(3)中，利用空间解析几何方法，推导出后轮外倾角的计算公式为：其中，ye表示e点在y向的坐标值，yd表示d点在y向的坐标值，ze表示e点在z向的坐标值，zd表示d点在z向的坐标值；由该计算公式可看出，外倾角γ与e点、d点在y轴和z轴的坐标值有关，当e点坐标值确定后，对后轮外倾角产生影响的仅为d点的坐标值，d点为主销轴线与车轮轴线在后视图上的交点，与车身上副车架安装点、副车架上车身安装点及摆臂安装点、摆臂上轮毂支架安装点、轮毂支架上摆臂安装点的公差有关；

根据后轮外倾角计算公式，及该悬架的制造及装配工艺，将影响外倾角偏差的零件分为两部分，一是由于车身、副车架、摆臂和制动器总成的制造及装配引起的y向偏差，这一部分偏差包括副车架安装点公差、前部车身安装点公差、后部车身安装点公差、上摆臂安装点公差、下摆臂安装点公差及制动器总成安装点公差；二是由于制动盘和三代轴承的制造及装配引起的全跳动偏差，这一部分偏差包括制动盘盘面跳动公差、制动盘盘面垂直度公差及三代轴承与制动盘、制动支架梁匹配面之间的跳动公差；随后根据经验选择上述公差值。

优选的，所述步骤(4)包括以下步骤：

①计算y向偏差造成的外倾角γ1，其中，y1表示y向偏差的公差，利用组成y向偏差的各个公差的正态分布曲线计算，h1表示e点和d点在z轴的高度差；

②计算全跳动偏差造成的外倾角γ2，其中，x2表示全跳动偏差的公差，利用组成全跳动偏差的各个公差的正态分布曲线计算，h2表示e点和d点在y轴的高度差；

③计算后悬架外倾角γ，

④当计算出的后悬架外倾角偏差γ＝±0.5°时，调整引起外倾角偏差的各个零部件的偏差，直至悬架外倾角偏差γ＝±0.59°。

本发明通过悬架外倾角测量模型及各个零件在空间的装配位置，来推导出后轮外倾角计算公式，利用该计算公式分析零件制造及装配偏差对悬架外倾角偏差的影响，有效地解决车轮外倾角一次性过线率低的问题，无需借助三位偏差软件，具有成本低及效率高的优点。

附图说明

图1为本发明所述麦弗逊后悬架的结构示意图；

图2为本发明所述外倾角测量模型图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明在计算时，假设所有参与匹配的公差分配规律遵循正态分布规律，参与匹配的公差来源于输入图纸，部分未知图纸和数据参数公差通过假设而来，参与计算的零件基于刚性假设，除零件本身的制造公差外，不考虑其他的系统或偶然误差，不考虑工装夹具磨损及变形，不考虑装配力、热膨胀、重力，不考虑重力影响。

基于以上假设情况，本发明公开了一种麦弗逊式悬架外倾角二维偏差分析方法，依次包括以下步骤：

(1)创建悬架外倾角测量模型；

如图2所示，以车辆左后侧车轮的中心为原点建立空间直角坐标系，其中，车辆前进方向为x轴的正向，垂直向上的方向为y轴的正向，从原点到副驾驶的方向为z轴的正向，定义左后侧车轮的中心为e点，主销轴线与车轮轴线在后视图上的交点为d点。

(2)根据悬架的装配关系，定义各个零件在空间的装配位置；

零件在空间有6个自由度，即3个沿坐标轴的平动和3个绕坐标轴的转动，首先用基准m约束三个自由度，再加一个基准n对其约束2个自由度，再来一个基准p约束一个自由度，那个零件在空间就有一个完全确定的位置，通常采用6个约束点来限制零件的6个自由度，即3-2-1原则。

(3)利用空间解析几何方法，推导出后轮外倾角计算公式，利用该计算公式，并根据零件在空间的装配位置，将影响外倾角偏差的零件分为两部分，根据经验选择这两部分零件的公差；利用空间解析几何方法，推导出后轮外倾角计算公式为：其中，ye表示e点在y向的坐标值，yd表示d点在y向的坐标值，ze表示e点在z向的坐标值，zd表示d点在z向的坐标值；由该计算公式可看出，外倾角γ与e点、d点在y轴和z轴的坐标值有关，当e点坐标值确定后，对后轮外倾角产生影响的仅为d点的坐标值，d点为主销轴线与车轮轴线在后视图上的交点，与车身上副车架安装点、副车架上车身安装点及摆臂安装点、摆臂上轮毂支架安装点、轮毂支架上摆臂安装点的公差有关。

根据后轮外倾角计算公式，及该后悬架的制造及装配工艺，将影响外倾角偏差的零件分为两部分，一是由于车身、副车架、摆臂和制动器总成的制造及装配引起的y向偏差，这一部分偏差包括副车架安装点公差、前部车身安装点公差、后部车身安装点公差、上摆臂安装点公差、下摆臂安装点公差及制动器总成安装点公差；二是由于制动盘和三代轴承的制造及装配引起的全跳动偏差，这一部分偏差包括制动盘盘面跳动公差、制动盘盘面垂直度公差及三代轴承与制动盘、制动支架梁匹配面之间的跳动公差；随后根据经验选择上述公差值。

(4)计算悬架外倾角偏差：

由于概率法能够使各组成链环得到较宽松的公差值，在满足装配功能需求下节省成本，因此本发明中采用概率法计算悬架外倾角偏差，概率法计算公式为：

其中，yn表示各个链环的公差，由步骤(3)可知，影响后轮外倾角偏差的因素有两部分，因此按两条链环计算偏差，即y1表示车身、副车架、摆臂和制动器总成的制造及装配引起的y向偏差，y2表示制动盘和三代轴承的制造及装配引起的全跳动偏差，具体计算过程如下：

①计算y向偏差造成的外倾角γ1，其中，y1表示y向偏差的公差，利用组成y向偏差的各个公差的正态分布曲线计算，h1表示e点和d点在z轴的高度差；

②计算全跳动偏差造成的外倾角γ2，其中，x2表示全跳动偏差的公差，利用组成全跳动偏差的各个公差的正态分布曲线计算，h2表示e点和d点在y轴的高度差；

③计算后悬架外倾角γ，

④当计算出的后悬架外倾角偏差γ＝±0.5°时，调整引起外倾角偏差的各个零部件的偏差，直至后悬架外倾角偏差γ＝±0.59°。

实施例一

以下以h臂多连杆独立悬架结构为例对本发明的技术方案进行进一步描述。

步骤(3)中的y向偏差和全跳动偏差的公差值分别如表1和表2所示：

表1

表2

根据表1可计算出y向偏差的公差y1＝3.64mm，e点和d点在z轴的高度差h1＝389.63mm，此高度差根据h臂多连杆独立悬架结构的装配结构决定，为现有数据，则

根据表2可计算出全跳动偏差的公差x2＝0.0286mm，e点和d点在y轴的高度差h2＝79.57mm，此高度差根据h臂多连杆独立悬架结构的装配结构决定，为现有数据，则

则后悬架外倾角然后对此外倾角进行分析，当目标设计公差为±0.5°时，上述后悬架外倾角γ符合百分率99.49％，但不满足99.9％的理论设计要求，若要满足，则调整引起悬架外倾角偏差的各个零部件的偏差；当目标设计公差为±0.59°时，则上述悬架外倾角γ符合百分率99.9％的理论设计要求。

本发明能够在没有三维仿真软件的情况下，快速高效地对悬架外倾角的偏差进行分析，从而解决车辆外倾角一次性过线率低的问题，具有成本低及效率高的优点。