Automobile Technology & Material
浅谈重型商用车非接触式四轮定位……………高恩壮 于彦权 秦文博 王鹏理Brief Discussion on Non-contact Wheel Alignment of Heavy Commercial Vehicle … … … … … … … Gao Enzhuang, Yu Yanquan, Qin Wenbo, Wang Pengli
（一汽解放汽车有限公司,长春 130011）
摘要：重点介绍非接触式四轮定位应用于重型商用车检测过程中取得的一些经验和收获，包括四轮定位检测参数标准的制定、双后桥平行度的加垫调整原理及方法、双前桥转向机构的原理及平行度调整方法、车桥前束预调整方法在生产领域的应用以及通过试验探索车辆在不同状态下对各参数检测数据的影响等。
关键词：四轮定位 非接触式 检测中图分类号：U472.9 文献标识码：B 10.19710/J.cnki.1003-8817.20210069 DOI:
1 前言
目前非接触式四轮定位检测技术在国内卡车制造企业中鲜有应用案例，主要原因是采用该技术的设备造价高昂，且多为进口产品，无论是在议价权还是售后服务方面都令很多国内用户望而却步。笔者所在的企业是国内率先引进该技术的企业之一，在非接触式四轮定位的应用方面有着丰富的经验，取得的一些成果填补了国内行业空白。
2 重型商用车四轮定位
重型商用车在生产活动中要进行多项功能性检测，其中四轮定位是十分耗时的检测工作，加之检测后需要调整且轴组多样，因此采用传统四轮定位检测手段的工厂只能将其列为抽检项。
随着国内高速物流运输的快速发展，重型商用车的“吃胎跑偏”问题也逐步被汽车生产企业和用户所重视，而四轮定位是解决“吃胎跑偏”的关键手段，因此非接触式四轮定位检测技术在这种背景下开始得到应用。
2.1 重型商用车四轮定位检测项
重型商用车常有多个车桥，车轮数量众多，需检测和调整的项目更多。重型商用车采用的非独立悬架决定了车轮外倾角、主销后倾角等参数通常无法或难以调整，这类参数的控制更依赖于设计匹配和制造加工精度，或者在零部件状态进行作者简介：高恩壮（1990—），男，助理工程师，硕士学位，研究方向汽车电气工艺与检测。
参考文献引用格式：
高恩壮，于彦权，秦文博，等.浅谈重型商用车非接触式四轮定位[J].汽车工艺与材料, 2021（8）：32-39.
GAO E, YU Y, QIN W, et al. Brief Discussion on Non-contact Wheel Alignment of Heavy Commercial Vehicle [J]. Automobile Technology & Materi ⁃ al, 2021(8): 32-39.
8×4
少量的抽检作为质量反馈。以常见的 重型载1
货汽车为例，需要检测的四轮定位参数如表 所示。
2.2 四轮定位参数标准的制定
重型商用车通常在不同工况下运行，公路运输型车辆如牵引车常被用于高速、长途物流运输，工程运输型车辆如自卸车则多在非铺装路面作业，因此各类车型的四轮定位参数的检测标准应当差异化制定。
4
例如，某工厂生产的重型商用车分为 个平台系列，每个平台又对应数种汽车类别，因此各个四
2
轮定位参数的检测标准可按表 所示方法制定。3 四轮定位参数调整方法简介
3.1 双后桥平行度的调整
重型商用车多采用双联驱动桥，完成四轮定位检测后也需作必要的调整。
3.1.1
双后桥调整的基本方法双后桥的调整相对于前桥具有工作强度大、操作空间小、耗时长的特点。目前国内重型商用车的双后桥多采用倒置钢板弹簧形式的平衡悬
2
架，调整时操作者需拆卸连接下推力杆与车桥的个螺栓，在靠近车桥侧安装垫片，穿入螺栓后拧
1
紧。如图 所示。3.1.2
悬架形式对后桥调整的影响重型商用车除了配备常见的板簧悬架，还有空气悬架，其通常分为复合式空气悬架和全空气
悬架[1]。全空气悬架的导向机构为推力杆，弹性功
2
能仅由气囊承担，如图 所示。因此采用这种悬架的双后桥或者单后桥也是可加垫调整的。3.1.3
加垫调整的原理由于车辆平衡座与车架刚性固定，即推力杆一端是不可移动的，添加垫片后会对车桥产生沿推力杆轴向的作用力，使车桥产生绕对侧推力杆连接点的微量旋转，达到抵消过量推进角的效果。调整某一车桥时，垫片通常只添加在左侧或
1
右侧。如检测结果显示车辆的第 驱动桥相对于车辆几何中心线向左偏斜，则垫片应当添加在该车桥的左侧，并使其产生绕右侧连接点的顺时针
3
微量转动的效果，如图 所示。
3.2 双前桥平行度的调整
部分重型商用车还采用双前桥转向，双前桥平行度的调整是十分必要的。
3.2.1
双前桥转向原理车辆双前桥转向系统工作原理是转向机的摇
1
臂分别带动第 转向桥纵拉杆和过渡拉杆，前者使
1
第 桥转向，后者还与转向助力缸共同为过渡摇臂
2
提供助力，过渡摇臂再带动第 转向桥纵拉杆实现
2 4
桥的转向[2]，如图
第 所示。3.2.2
双前桥平行度调整原理
2
整车装配过程中第 桥纵拉杆两端的管箍呈松开状态，以便于拉杆与过渡摇臂、转向梯形臂的安装，因此车辆下线后的双前桥同步值通常远超
1 2
合格范围。第 桥、第 桥同侧车轮间甚至呈现出
5
肉眼可见的偏斜，如图 所示。这种车辆行进时第
2
桥车轮处于明显的“边滚边滑”的状态，影响到正常行驶，必须进行调整。在车辆的调整阶段，4
个激光器分别对准双前
4 6
桥的 个车轮，实施监测，如图 所示。同步的调
1
整是在第 桥的前束调整完毕后进行的，操作者通
2
过转动第 桥纵拉杆实现拉杆长度的变化，进而带
2
动转向梯形臂使第 桥车轮转动一定的角度，最终将同步值调整到合格范围内。3.3 前束预调整方法的应用整车生产活动中，车桥通常在底盘零部件工厂生产制造，然后运送到总装厂进行装配。车桥工厂的生产作业中会对车桥前束进行检测并预调整至合格范围。
但车桥状态和整车状态下的前束检测有很大的区别，主要是整车状态是对车轮的测量，且车轮有较大载荷，而车桥状态时无车轮和载荷；车桥厂和总装厂采用的检测设备不同。
车桥工厂采用的检测设备较为简易，操作使用和调整都很方便，作业节拍短，车桥前束调整作
7
业如图 所示。
总装厂进行四轮定位检测调整时会遇到车辆前束一次检测合格率低的问题，如果通过对车桥前束调整数据与整车前束检测数据进行统计分析摸索出二者存在的关系，在车桥状态时将前束调整到合理的区间，会对前束检测一次合格率的提升有所帮助。
6×4
以某 牵引车为例，该车型产量较大，在原
45.66%。
前束标准下的前束检测一次合格率仅为根据某月份该型车辆整车状态未调整前的前束数
8
据，绘制出频数和频率分布图，如图 所示，横坐标为被拆分成多个区间的前束，主、次纵坐标分别为各区间对应的频数和频率。
4 225
样本数量为 台，分布在前束合格区
0.1 2 mm/m 1 929
间为 ～ 的车辆数量为 台。分析车桥的前束预调量发现，当整车前束位于
0.1 2 mm/m 7′50″
～ 时，车桥前束基本分布在 ～
10′30″
，而车桥厂为该型车桥制定的前束标准
0′0″ 6′50″
为 ～ 。
在与车桥工厂作标准对接后，车桥工厂为该型车桥制定新的调整标准，经过一周时间的运行，再次对该车型前束一次合格率统计分析。统
978
计样本为 台，前束位于合格区间的车辆数量
723 73.93% 9
为 台，一次合格率提升至 ，如图 所示。本次车桥预调量对提升整车前束一次合格
4车辆状态对检测结果的影响4.1 检测数据统计与说明
6×4 23
选取某 牵引车进行 次四轮定位检测，
1 3
该车被编号为 号车，检测数据如表 所示。其中
1～17
第 次为车辆未经路试时的检测，称为静检，
18～23
第 次为车辆分别进行路试后作的检测，称
3 3
为动检。其中静检还分成 个阶段，见表 中的备
1～3。
注
4.2 检测参数分析
4.2.1
后桥推进角的分析
23 1 D1
该车的 次检测中，第 后桥推进角 和第2 D2 0.02 mm/m,标准
后桥推进角 的均值相差仅为
2
差很小且很接近，表明这 组数据波动幅度小，变
10
化走势基本相同，如图 所示。
17
车辆完成动检之后，即第 次之后的测量结
1、第2
果表明，该车的第 后桥推进角有减小的趋
17 1 2
势。前 次检测中，第 后桥和第 后桥推进角的
1.28 mm/m 1.34 mm/m，其后的6
均值分别为 和 次检
1.09 mm/m 1.01 mm/m。
测均值分别为 和
率效果显著，可将这种方法推广到其他型号的车桥和车型上。按照推进角检测标准为±3 mm/m
，双后桥的
0.19 mm/m
静检、动检的均值差异分别为 和
0.33 mm/m，约占标准区间的3.17%和5.50%。可认
为动检路试对后桥这种近乎刚性连接、自由度低的结构影响较小。虽然路试经过的扭曲路面对于车辆行走系统如车架、车桥、悬架、车轮等部件的应力释放有一定的作用，但对后桥推进角影响可以忽略不计。
4.2.2
双后桥平行度的分析
1车辆双后桥平行度DP的计算方法为第 后桥D1 2 D2 23
推进角 与第 后桥推进角 之差，其 次检测
11 3
数据的变化趋势如图 所示。表 中显示双后桥
0.099，为表 3 4
平行度的标准差仅为 中所列举的个检测参数标准差的最小值。
17次检测均值为-0.06 mm/m，后6
前 次均值为
0.075 mm/m，考虑到该参数为计算值，取绝对值分析
更有意义。按照此逻辑其动检前后均值变化量仅为
0.015 mm/m，即动检对该参数的影响同样微乎其微。4.2.3
前桥前束的分析通过绘制前桥前束检测数据变化趋势图可
18
知，在第 次检测之后，该车的前束数值趋于减
12～17
小，第 次的检测数据有较大幅度的波动，这
6
次检测数据是方向盘平衡器分别位于方向盘轮
12、
辐的左侧和右侧极限位置时测量出来的，如图
13
图 所示。方向盘平衡器的不同安装位置可能会对前束
4
检测数值产生影响，表为方向盘处于不同转角时，方向盘平衡器分别位于轮辐左右侧极限位置时监测到的方向盘转角。通过对比分析，二者存
14
在线性关系，拟合图像如图 所示。0.8～1.1 mm/m
分析认为，该车的前束应位于
附近。23
次检测过程中，车辆状态、车轮位置均不同，前束测量值也不会是唯一值，而是一个区间量。
前束测量时，方向盘转角、行驶角都可能影响左右单前束值，进而影响总前束，但这种影响方式较为复杂。以方向盘由对中位置顺时针转动（不15°）为例，各参数变化如表5
超过 所示。
因此调整时，方向盘平衡器极限安放位置会对应较大的方向盘转角，而检测系统采用这个错误的参数，并计算出错误的前束值。可认为平衡
0.36 mm/m
器处于极限位置时测得的前束值为 或
0.44 mm/m
等值不应被采用。从前束调整的机理来讲，转动横拉杆时，两侧车轮前端会产生绕转向主销向汽车几何中心线侧靠拢或远离的运动，调整完毕后，将拉杆上的卡箍锁紧。前束呈趋势性增大或减小变化，可能是卡箍锁止状态不良或者拉杆结构形变所致，该问题成因
15
复杂，此处不作讨论。前桥及结构如图 所示。4台
为继续探索动检前后对前束的影响，选取
重型商用车进行检测，4 2号～5
台车分别编号为
6、表7
号。试验结果如表 所示。
结果表明，4
台车的前束在动检前后未发生大
的变化；2
号车的前束比双后桥平行度的检测数据波动大，原因是车辆前轮的转向功能使其在运动中具有更多的自由度和更大的灵活性，造成了动检前后的检测数据更大的波动。
4.2.4
方向盘转角、行驶角与前束的关系
1
非接触式四轮定位检测系统在进行第 桥参数调整时，显示器会呈现方向盘平衡器转角、前束
3 16
和行驶角 个参数的动态数值，如图 所示。
5
表 中的内容表明，行驶角和前束对方向盘转
8 1 5次
角变化的敏感程度不一样。表 为 号车在第静检调整前束和行驶角时，检测系统采集到的方向盘转角、前束和行驶角的动态数据。根据表格中采集的数据，分别绘制方向盘转角
17 18
与行驶角、前束的变化趋势图，如图 和图 所示。
17
图 显示，方向盘转角与行驶角呈交替变化，方向盘转角的波峰、波谷分别与行驶角的波
1～9 51～72
谷、波峰基本对应。横坐标处于 和 序
时，此时方向盘转角介于±5°，行驶角也较小，均值为-1.61 mm/m。
18
图 显示，前束变化幅度较为缓和，横坐标处
1～9 51～72
于 和 序时，前束值处于较为平稳的波动
1.12 mm/m，与第5
状态，均值为 次静检结果很接近。
在控制方向盘转角为±5°的基础上，再将行驶角±1.5 mm/m
作为约束条件，二者交集对应的横坐
54～61 54~61 8组
标为 序，即上表中第 组数据。这
1.12 mm/m，标准差为0.012。
数据对应的前束均值为因此前桥参数调整时，必须将方向盘转角和行驶角都纳入到前束测量及评价中，这样才能调整出准确、合理的前束值。
5 结束语
四轮定位是解决卡车“吃胎跑偏”问题的重要
手段，但囿于国内零部件加工制造精度，重型商用车的装配一致性与国外知名品牌相比仍有较大差异。同时重型商用车是一个复杂的系统，车辆的静态、动态、载荷、车轮规格及气压、运行工况等各种因素都可能会影响四轮定位参数，因此解决“吃胎跑偏”问题需要大量的数据验证和支撑，需要工程技术人员不断的学习和探索。
参考文献：
[1] 高恩壮, 郭建辉, 彭政瑜.
空气悬架在国产牵引车上的应用[J]. 农业装备与车辆工程, 2017, 55(2): 36-40.
[2] 高恩壮.三轴重型汽车转向特性及其控制方法研究[D].
西安: 长安大学, 2017.