CN109388834B - 一种麦弗逊式悬架主销倾角偏差的分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种麦弗逊式悬架主销倾角偏差的分析方法。所述方法包括：在前悬主平面内构建包含摇臂组成环的第一闭环尺寸链，构建包含摇臂组成环、主销组成环和分别平行于整车坐标系的三个坐标轴的三个组成环的第二闭环尺寸链，进行自变量、因变量和不变量设置，利用尺寸链偏差分析的直接线性法，消除中间变量摇臂转角偏差，得到以自变量偏差表示的主销倾角偏差，以对主销倾角偏差影响大的第一闭环尺寸链的自变量偏差作为功能尺寸进行重点控制。本发明以二维方法分析三维偏差，简化了计算方法，节省了前期理论分析的时间；闭环尺寸链中的每个组成环均可以等效为一个向量，使尺寸链中的各角度有了实际意义，便于进行实际控制。

Description

一种麦弗逊式悬架主销倾角偏差的分析方法
技术领域
本发明涉及汽车底盘装配偏差分析领域，具体涉及一种麦弗逊式悬架主销倾角偏差的分析方法。
背景技术
随着中国汽车工业的发展，越来越多的企业和技术人员开始关注汽车的操纵稳定性。在汽车底盘***中，主销内倾角、主销后倾角、车轮外倾角和车轮前束角等四轮定位参数对汽车操纵稳定性影响最为显著。合理的四轮定位参数可以使汽车转向轻便，并具备一定的转向回正特性，还可以减少轮胎的磨损。目前，主销倾角的姿态主要通过设计阶段进行控制。然而在生产制造的过程中，各零件不可避免的存在制造偏差，从而导致主销倾角与理论值之间存在差异。
麦弗逊(MacPherson)悬架是目前常见的一种独立悬架形式，一般应用在车辆的前轮。简单地说，麦弗逊式悬架主要由弹簧、避震器以及摇臂等组成。现有技术对麦弗逊式悬架的主销倾角偏差的分析，一般是通过建立三维尺寸链进行计算，计算较为复杂，且所建立的三维尺寸链在整车坐标系下二维投影的角度并没有实际的物理意义，不便于进行实际控制。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种麦弗逊式悬架主销倾角偏差的分析方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种麦弗逊式悬架主销倾角偏差的分析方法，包括：
以前悬的零件与前悬主平面相交所成的几何图形的中心为尺寸链节点，以摇臂与副车架的安装横孔的轴线与前悬主平面的交点为尺寸链节点，在前悬主平面内构建第一闭环尺寸链，其中一个组成环为摇臂组成环，所述前悬主平面为车轮轴线与避震器轴线所张成的平面；
以第一闭环尺寸链的每一组成环的长度及每一组成环相对于前一组成环的转角为变量，并进行自变量、因变量和不变量设置，将摇臂组成环相对于前一组成环的转角即摇臂转角设置为因变量，利用尺寸链偏差分析的直接线性法，得到摇臂转角偏差随自变量偏差变化的表达式；
构建由组成环L1、L2、L3、L4、L5依次相连组成的第二闭环尺寸链，其中，L2为摇臂组成环，L3为主销组成环，L1、L4、L5分别平行于整车坐标系的三个坐标轴x、y、z，尺寸链节点前悬上安装点和尺寸链节点前摇臂横安装孔的中心点通过首尾相接的L4、L5、L1连接；
设置L1、L2、L4、L5的长度及L2相对于前一组成环的转角即摇臂转角为自变量，设置L3的长度及其相对于前一组成环的转角即主销倾角为因变量，设置L1、L4、L5相对于各自的前一组成环的转角为不变量，利用尺寸链偏差分析的直接线性法，得到主销倾角偏差随自变量偏差变化的表达式；
将第一闭环尺寸链的摇臂转角偏差分解到整车坐标系的三个坐标轴x、y、z，将第二闭环尺寸链的摇臂转角偏差用第一闭环尺寸链的摇臂转角偏差代替，得到不包含摇臂转角偏差的主销倾角偏差表达式，以对主销倾角偏差影响大的自变量偏差作为功能尺寸进行重点控制。
进一步地，第一闭环尺寸链包含以下6个尺寸链节点：前悬与摇臂安装球铰的球心，转向节与避震器的下安装螺栓与前悬主平面相交所成几何图形的中心点，避震器的两个安装螺栓连线的中点，过两个螺栓中点向避震器轴线所做垂线的垂足，避震器与车身的安装点，摇臂与副车架安装横孔的轴线与前悬主平面的交点。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过在前悬主平面内构建包含摇臂组成环的第一闭环尺寸链，构建包含摇臂组成环、主销组成环和分别平行于整车坐标系的三个坐标轴的三个组成环的第二闭环尺寸链，以二维方法分析三维偏差，简化了计算方法，降低了偏差分析的复杂程度，节省了前期理论分析的时间；尺寸链中的每个组成环均可以等效为一个向量，使尺寸链中的各角度有了实际意义，便于进行实际控制。
附图说明
图1为第一闭环尺寸链示意图；
图2为第二闭环尺寸链示意图。
图1中，A-前悬与摇臂安装球铰的球心，B-转向节与避震器的下安装螺栓与前悬主平面相交所成的几何图形的中心点，C-避震器的两个安装螺栓连线的中点，D-过两个螺栓中点向避震器轴线所做垂线的垂足，E-避震器与车身的安装点，F-摇臂与副车架的安装横孔的轴线与前悬主平面的交点。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例一种麦弗逊式悬架主销倾角偏差的分析方法，包括：
步骤101，以前悬的零件与前悬主平面相交所成的几何图形的中心为尺寸链节点，以摇臂与副车架的安装横孔的轴线与前悬主平面的交点为尺寸链节点，在前悬主平面内构建第一闭环尺寸链，其中一个组成环为摇臂组成环，所述前悬主平面为车轮轴线与避震器轴线所张成的平面；
在本步骤中，将车轮轴线与避震器轴线所张成的平面定义为前悬主平面。当然，定义的前提是所述车轮轴线与避震器轴线共面。在定义的前悬主平面内构建第一闭环尺寸链，构建方法是：对于与前悬主平面相交的前悬的零件，以相交所成的几何图形的中心为尺寸链节点；对于不与前悬主平面相交的前悬的零件，要进行一些几何处理，比如，摇臂与副车架的安装横孔的中心点不在前悬主平面上，以摇臂与副车架的安装横孔的轴线与前悬主平面的交点为尺寸链节点。连接位于前悬主平面的尺寸链节点即可得到第一闭环尺寸链。第一闭环尺寸链的每个组成环均可以等效为一个向量，向量的长度和方向分别表示该向量所代表物理量的尺寸和方向。因此，第一闭环尺寸链中的各角度有了实际意义，便于进行实际控制。第一闭环尺寸链中的一个组成环为摇臂组成环，即用该组成环的长度表示摇臂的尺寸，用该组成环的方向表示摇臂旋转轴线的方向。第一闭环尺寸链中设置摇臂组成环是为了分析摇臂转角偏差与前悬的各零件制造偏差之间的关系。
步骤102，以第一闭环尺寸链的每一组成环的长度及每一组成环相对于前一组成环的转角为变量，并进行自变量、因变量和不变量设置，将摇臂组成环相对于前一组成环的转角即摇臂转角设置为因变量，利用尺寸链偏差分析的直接线性法，得到用自变量偏差表示的摇臂转角偏差的表达式；
本步骤对第一闭环尺寸链进行自变量、因变量和不变量设置，将摇臂转角设置为因变量，然后利用尺寸链偏差分析的直接线性法，得到用自变量偏差表示的摇臂转角偏差的表达式。尺寸链偏差分析中的直接线性法属于比较成熟的现有技术，这里不作详细介绍。
步骤103，构建由组成环L1、L2、L3、L4、L5依次相连组成的第二闭环尺寸链，其中，L2为摇臂组成环，L3为主销组成环，L1、L4、L5分别平行于整车坐标系的三个坐标轴x、y、z，尺寸链节点前悬上安装点和尺寸链节点前摇臂横安装孔的中心点通过首尾相接的L4、L5、L1连接；
本步骤在构建第二闭环尺寸链时，以前悬的上下两个安装点之间的连线表示主销。除了摇臂组成环L2和主销组成环L3，第二闭环尺寸链还包括分别平行于整车坐标系的三个坐标轴x、y、z的组成环L1、L4、L5。L4、L5、L1依次首尾相接后将前悬上安装点和摇臂横安装孔的中心点连接起来，前悬上安装点和摇臂横安装孔的中心点是第二闭环尺寸链的两个尺寸链节点，如图2所示。L1、L4、L5的长度变化可以表征两个安装硬点的任意相对位置，L1、L4、L5的长度偏差等于两个安装硬点的位置度偏差与安装部位的橡胶材料压缩量的和。
本步骤中的整车坐标系是常用的一种三维直角坐标系，其原点与车辆的质心重合，当车辆在水平路面上处于静止状态时，x轴平行于地面，指向车辆前方为正向，z轴为竖直方向，向上为正向，y轴垂直于x轴和z轴，指向驾驶员左侧为正向(y轴的方向也可以根据x轴和z轴的方向由右手法则得到)。
步骤104，设置L1、L2、L4、L5的长度及L2相对于前一组成环的转角即摇臂转角为自变量，设置L3的长度及其相对于前一组成环的转角即主销倾角为因变量，设置L1、L4、L5相对于各自的前一组成环的转角为不变量，利用尺寸链偏差分析的直接线性法，得到主销倾角偏差随自变量偏差变化的表达式；
本步骤首先对第二闭环尺寸链的变量类型进行设置。因为主销倾角偏差是本发明所要分析的对象，所以设置主销组成环L3的长度及其相对于前一组成环的转角为因变量，L3相对于前一组成环的转角就是主销倾角。摇臂转角偏差是分析主销倾角偏差的中间变量，所以将摇臂组成环L2相对于前一组成环的转角设置为自变量。L1、L4、L5分别平行于整车坐标系的三个坐标轴，它们的长度变化表征安装硬点的位置度变化，所以设置L1、L4、L5的长度为自变量，设置L1、L4、L5相对于各自的前一组成环的转角为不变量。变量设置完后，利用尺寸链偏差分析的直接线性法，得到主销倾角偏差随自变量偏差变化的表达式。
步骤105，将第一闭环尺寸链的摇臂转角偏差分解到整车坐标系的三个坐标轴x、y、z，将第二闭环尺寸链的摇臂转角偏差用第一闭环尺寸链的摇臂转角偏差代替，得到不包含摇臂转角偏差的主销倾角偏差表达式，以对主销倾角偏差影响大的自变量偏差作为功能尺寸进行重点控制。
在本步骤中，首先将第一闭环尺寸链的摇臂转角偏差分解到整车坐标系的三个坐标轴x、y、z(分解方法是用第一闭环尺寸链的摇臂转角偏差分别乘以摇臂的旋转轴线同三个坐标轴夹角的余弦)；然后用第一闭环尺寸链的摇臂转角偏差代替第二闭环尺寸链的摇臂转角偏差。因为在步骤102中第一闭环尺寸链的摇臂转角偏差已用第一闭环尺寸链的自变量偏差表示，所以进行以上替换后消除了主销倾角偏差分析表达式中的中间变量—摇臂转角偏差。最后根据该表达式，找出对主销倾角偏差影响大的自变量偏差，以所述自变量偏差表示的零件制造偏差作为功能尺寸进行重点控制。根据直接线性法得到的表达式是一个线性表达式，表达式中系数(也称敏感系数)的绝对值大的自变量对因变量的影响大。
作为一种可选实施例，第一闭环尺寸链包含以下6个尺寸链节点：前悬与摇臂安装球铰的球心，转向节与避震器的下安装螺栓与前悬主平面相交所成的几何图形的中心点，避震器的两个安装螺栓连线的中点，过两个螺栓中点向避震器轴线所做垂线的垂足，避震器与车身的安装点，摇臂与副车架的安装横孔的轴线与前悬主平面的交点。
本实施例给出了在前悬主平面内构建的一个具体的第一闭环尺寸链，第一闭环尺寸链的6个尺寸链节点都位于前悬主平面内，如图1所示，6个尺寸链节点分别为：A-前悬与摇臂安装球铰的球心，B-转向节与避震器的下安装螺栓与前悬主平面相交所成的几何图形的中心点，C-避震器的两个安装螺栓连线的中点，D-过两个螺栓中点向避震器轴线所做垂线的垂足，E-避震器与车身的安装点，F-摇臂与副车架的安装横孔的轴线与前悬主平面的交点。有向线段AB、BC、CD、DE、EF和FA分别为第一闭环尺寸链的6个组成环L1'、L2'、L3'、L4'、L5'和L6'。
下面给出本发明的一个应用实例。
在前悬主平面内构建由6个组成环L1'、L2'、L3'、L4'、L5'和L6'组成的第一闭环尺寸链，如图1所示，其中，L6'为摇臂组成环。以L1'、L2'、L3'、L4'、L5'、L6'表示6个组成环的长度，θ′1、θ′2、θ′3、θ′4、θ′5、θ′6表示各组成环相对于上一组成环的转角(逆时针)。将L1'、L2'、L3'、L4'和θ′1、θ′2、θ′3、θ′4设置为自变量，将L5'和θ′5、θ′6设置为因变量，将L6'设置为不变量。根据尺寸链偏差分析的直接线性法，得到摇臂转角偏差随八个自变量偏差变化的表达式：
Δθ′6＝-0.8854ΔL'1-0.6387ΔL'2-0.5909ΔL'3-0.6138ΔL'4
+0.8518Δθ′1+0.5287Δθ′2-1.3564Δθ′3+0.5268Δθ′4
式中，“Δ”表示偏差，如Δθ′6为摇臂转角偏差；每项偏差前的系数称为敏感系数。
构建由5个组成环L1、L2、L3、L4、L5组成的第二闭环尺寸链，如图2所示，其中，L2为摇臂组成环，L3为主销组成环，L1、L4、L5分别平行整车坐标系的三个坐标轴x、y、z。用L1、L2、L3、L4、L5分别表示5个组成环的长度，用θ1、θ2、θ3、θ4、θ5分别表示5个组成环相对于前一组成环的转角。将L1、L2、L4、L5和θ2设置为自变量，将主销组成环的长度L3和主销倾角θ3设置为因变量，将θ1、θ4、θ5设置为不变量。根据尺寸链偏差分析的直接线性法，得到主销倾角偏差随各自变量偏差变化的表达式。将第一闭环尺寸链中得到的摇臂转角偏差分解到整车坐标系的三个坐标轴x、y、z，并代替第二闭环尺寸链的摇臂转角偏差，从而消除主销倾角偏差中的中间变量—摇臂转角偏差,得到最终的主销倾角偏差与各自变量偏差的关系式，如表1、表2所示。
表1用摇臂转角偏差表示的主销倾角偏差
ΔL1 ΔL2 ΔL4 ΔL5 Δθ2x Δθ2y Δθ2z
Δθ3x -0.455 0.002 -0.003 0.0367 -1.1588 0.0001 0.0128
Δθ3y 0.0029 -0.4630 0.4701 0.1056 0.0010 -1.0103 0.0368
Δθ3z 0.0085 0.0279 -0.0280 -0.0070 0.0030 0.0006 -1.0025
表2消除中间变量摇臂转角偏差后的主销倾角偏差
ΔL1 ΔL2 ΔL4 ΔL5 ΔL'1 ΔL'2 ΔL'3 ΔL'4 Δθ1' Δθ2' Δθ3' Δθ4'
Δθ3x -0.450 0.002 0 0.037 1.025 0.739 0.684 0.710 -0.99 -0.61 1.570 -0.610
Δθ3y 0.003 -0.460 0.470 0.106 0.007 0.005 0.005 0.005 -0.010 0 0.011 0
Δθ3z 0.009 0.028 -0.030 -0.010 -0.130 -0.100 -0.090 -0.090 0.129 0.080 -0.200 0.080
表1、2中的数字为敏感系数，Δθ3y表示主销内倾角偏差，Δθ3z表示主销后倾角偏差。由表2可知，Δθ′3对主销后倾角偏差Δθ3z的影响较大，摇臂长度偏差ΔL2对主销内倾角偏差Δθ3y的影响较大，可将这两项尺寸列为需重点控制的功能尺寸，这两项功能尺寸均位于前悬主平面内。
上述仅对本发明中的几种具体实施例加以说明，但并不能作为本发明的保护范围，凡是依据本发明中的设计精神所做出的等效变化或修饰或等比例放大或缩小等，均应认为落入本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种麦弗逊式悬架主销倾角偏差的分析方法，其特征在于，包括：
以前悬的零件与前悬主平面相交所成的几何图形的中心为尺寸链节点，以摇臂与副车架的安装横孔的轴线与前悬主平面的交点为尺寸链节点，在前悬主平面内构建第一闭环尺寸链，其中一个组成环为摇臂组成环，所述前悬主平面为车轮轴线与避震器轴线所张成的平面；
以第一闭环尺寸链的每一组成环的长度及每一组成环相对于前一组成环的转角为变量，并进行自变量、因变量和不变量设置，将摇臂组成环相对于前一组成环的转角即摇臂转角设置为因变量，利用尺寸链偏差分析的直接线性法，得到摇臂转角偏差随自变量偏差变化的表达式；
构建由组成环L1、L2、L3、L4、L5依次相连组成的第二闭环尺寸链，其中，L2为摇臂组成环，L3为主销组成环，L1、L4、L5分别平行于整车坐标系的三个坐标轴x、y、z，尺寸链节点前悬上安装点和尺寸链节点前摇臂横安装孔的中心点通过首尾相接的L4、L5、L1连接；
设置L1、L2、L4、L5的长度及L2相对于前一组成环的转角即摇臂转角为自变量，设置L3的长度及其相对于前一组成环的转角即主销倾角为因变量，设置L1、L4、L5相对于各自的前一组成环的转角为不变量，利用尺寸链偏差分析的直接线性法，得到主销倾角偏差随自变量偏差变化的表达式；
将第一闭环尺寸链的摇臂转角偏差分解到整车坐标系的三个坐标轴x、y、z，将第二闭环尺寸链的摇臂转角偏差用第一闭环尺寸链的摇臂转角偏差代替，得到不包含摇臂转角偏差的主销倾角偏差表达式，以对主销倾角偏差影响大的自变量偏差作为功能尺寸进行重点控制；
所述第一闭环尺寸链包含以下6个尺寸链节点：前悬与摇臂安装球铰的球心，转向节与避震器的下安装螺栓与前悬主平面相交所成几何图形的中心点，避震器的两个安装螺栓连线的中点，过两个螺栓中点向避震器轴线所做垂线的垂足，避震器与车身的安装点，摇臂与副车架安装横孔的轴线与前悬主平面的交点。
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