麦弗逊式前悬架轮胎外倾角偏差的研究与解决

冯东明、谢琦林、张京、陈洪东

（广汽乘用车有限公司 510000）

1 前言

近年来的IQS（Initial Quality Study）新车质量调研数据发现，以操控性为代表的车辆驾驶体验越来越受到汽车用户的重视与关注。作为整车制造下线检测所需的重要参数，车轮外倾角直接影响整车操控性能。

麦弗逊式独立悬架因结构简单、成本低和舒适性尚可等优势而得到广泛应用。但在当下的汽车制造过程中，扔存在多种因素会导致车轮外倾角数据偏差。本文以实际产品为例，针对麦弗逊式前悬架轮胎外倾偏差问题，详细介绍了其组成机理、影响因素及相关改善措施，为在实践中解决类似问题提供参考借鉴。

2 麦弗逊式前悬架车轮外倾角机理及影响因素

2.1 车轮外倾角概念及作用

车轮外倾角是指车轮在安装后，其端面向外倾斜，即车轮所处平面和纵向垂直平面间的夹角。轮胎顶端向内倾斜为负外倾，向外倾斜为正外倾。该角度的变化能直接改变轮胎与地面的接触点和接触面积，直接影响轮胎的抓地力及磨损情况。当外倾角过大，或左右不等时，将导致车辆抓地力不足且轮胎向正外倾角较大的一边偏磨。此外，外倾角还能改变整车质量在车轮轴承上的受力分布，避免轴承因单边受力产生异常磨损。

图1 某乘用车麦弗逊式独立前悬架的组成

2.2 麦弗逊式悬架结构与外倾角的关系

某乘用车的麦弗逊式独立前悬架的全部组成部件如图1 所示。麦弗逊式前悬架主要由车身、减振器、转向节、前下摆臂、前副车架、制动盘和轮胎等部件组成。此结构为无主销结构，由减振器兼做转向主销，减振器的上安装点中心与下摆臂外端的球铰链中心的连线为主销轴线，承受来自于车身抖动和地面冲击的上下预应力，转向节可绕着它转动。麦弗逊式前悬架的特点是主销位置和前轮定位角随着车轮的上下跳动而变化。而通过适当调整和布置杆系，可使车轮的定位参数变化极小。

由于轮胎、制动盘的轴线方向与转向节是相互平行的，所以轮胎的外倾角就可简化为转向节端面的外倾角。至此，解决转向节端面Y 向摆动也就成为了解决轮胎外倾角偏差的主要研究方向。

3 外倾角偏差主要影响因素及次序排行

通过对麦弗逊式前悬架的结构进行分析，得知影响外倾角偏差主要有3 方面的因素，即车身设计精度、零部件加工精度以及零部件装配精度（图2）。

图2 麦弗逊式前悬架结构分析

综合参考贾红伟、章骏所著《麦弗逊式悬架车轮外倾角偏差的分析》[1]一文中的理论计算结果及软件实际仿真分析，得知减振器与转向节的零件加工精度，以及两者间装配夹角的精度，对车轮外倾角的影响最大。制造过程的公差在累积之后，会远大于车轮外倾角的设计公差。如何控制制造过程中的误差，使车轮外倾角达到设计要求，是整车制造企业需要考虑的问题之一。根据仿真计算结果可知，影响该车型车轮外倾角的因素次序如图3 和图4 所示。

图3 麦弗逊式前悬架结构分析

图4 麦弗逊式前悬架各部件对车轮倾角的影响程度

4 前轮外倾角偏差问题解决方法

4.1 精度管控

根据关键零部件的详情，以及车身关键尺寸进行精度管控，保证各关键尺寸符合图纸及数模要求。

4.2 装配工艺优化

该车型前悬架通过铁链吊装进行组装作业，吊装到位后对减振器与转向节进行螺栓紧固操作。由于作业过程中减振器轴线与转向节端面夹角不固定，故而装配后该夹角大小不可控。针对此问题进行工艺优化，导入夹角固定装置，在减振器与转向节连接螺栓进行紧固前，利用该装置固定减振器轴线与转向节端面夹角，从而提高装配一致性。

4.3 趋势管控

若以上2 个改善方向均已得到保证，但依旧存在因车轮倾角数值波动导致检验结果不合格的现象。可定期收集车轮倾角每日均值、零件精度、车身精度和装配夹角数据，通过数据整合及趋势分析，得出当前车轮倾角数据趋势与何种关键尺寸趋势一致，从而加强管控该关键尺寸的精度。

以某型车左前轮外倾偏差为例，该车型前轮外倾角标准为-20'±30'。若车轮倾角均值偏差为10'，不良率约为0.23%。当外倾角均值偏差5'时，不良率约为0.06%。

该车型车轮倾角均值由11月30日的-10'变化至12月15日的-20'，左前减振器安装孔精度则由-0.1 mm 波动至+1.0 mm 附近。同时，该车型前轮倾角均值由1月14日的-20'变化至1月23日的-15'，左前减振器安装孔精度则由+1.1 mm波动至+0.1 mm，两者变化趋势一致。

根据得到的变化趋势进行理论分析，当减振器安装孔在Y方向正向波动时，会带动减振器与转向节总成绕下摆臂球铰链中心向内旋转，车轮倾角有变小的趋势。理论分析结果与实际关联趋势一致，从而得出车身需加强减振器安装孔精度趋势管控，以达到稳定车轮倾角数据的目的。

5 结语

前轮倾角数据偏差问题由于涉及零部件较多、公差带较长和系统分析较为复杂等因素，当遇到此类问题时，解决起来总会觉得千头万绪，无从下手。

本文以某型汽车麦弗逊式前悬架为例，从悬架结构出发，对于相关零部件、车身、装配精度等关键影响因素进行分析，并提出了3 种对于量产车可行的问题改善方案，以期为后续车型装配工艺开发及质量管控提供参考。