1、BJ1027 皮卡轮胎偏磨故障分析与研究北汽福田汽车股份有限公司 技术研究院 汽车一所 祝少春 杨学【摘要】针对 BJ1027 皮卡轮胎偏磨的问题，进行了大量的市场调查，在此基础上，通过相关检测与试验、数据统计分析、理论分析计算及对比同类产品，确定了轮胎正常磨损与否主要取决于其在车辆运动过程中相对于地面的横向滑移量这一观点。对于 BJ1027 皮卡，由于前束在车轮跳动时的较大变化增大了轮胎的横向滑移，从而导致了轮胎偏磨现象。关键词：轮胎偏磨 前束变化 转向梯型 断开点一问题描述与故障模式BJ1027 皮卡是我公司自行开发的乘用车。该款车投放市场后，皮卡轮胎偏磨时有发生。市场调查数据显示：皮卡轮
2、胎异常磨损数量占售出车辆的 3。其中偏磨现象较为严重。通过对收集到的大量资料进行分析，得出轮胎磨损的故障模式主要有以下三种情况：1、两前轮外侧偏磨率占吃胎故障比例的80；2、单个前轮偏磨， （左轮或右轮偏磨） ；3、胎面中线外侧间断规律性磨损；图 1 为轮胎磨损的典型故障二故障诊断1、原因初步分析BJ1027 皮卡前悬架是双横臂独立悬架结构，由于独立悬架的特点，前轮定位参数可调，且这些定位参数值在车辆的运动中是在不断变化的，前束及轮距的变化将对轮胎的磨损产生重要影响。轮胎偏磨是一个系统问题，影响轮胎磨损的因素很多，如：车架质量、车架刚度、轮胎气压、四轮定位及整车装调控制，等等，偏磨往往是由多种
3、原因造成的。外侧偏磨 间断规律性磨损图 1图 2 车轮磨损因果分析图图 2 列出了可能产生的故障原因。2、故障样车的检测与试验采用理论分析与对比分析相结合的方式，我们选取了 4 台故障样车；1 台无故障样车；田野车、桑塔纳各 1 台作为对比车辆，按以下项目进行检测与试验。1） 、故障车辆车况检查、故障程度描述、驾驶状态体验；2） 、整车姿态及相关整车参数检测；3） 、前轮定位参数动态测试（空载半载满载三种状态） ；4） 、车架三坐标检测；5） 、重要零部件拆检；6） 、车轮动平衡检测；检测与试验数据见附表一和附表二。3、数据分析及故障诊断通过表一、表二可以看出，造成 BJ1027 皮卡车轮胎偏
4、磨的主要原因如下：1）车轮跳动过程中，前束变化太大，BJ1027 皮卡从空载半载满载，前束变化 7mm；从满载至车轮悬空时前束变化 50-80mm。而田野车与桑塔纳前束变化不大，从满载至车轮悬空时，田野车约 7mm，桑塔纳在 5mm 以内；2）BJ1027 皮卡车轮外倾角偏大，并且不稳定；3）BJ1027 皮卡在使用了一段时间以后，车身有不同程度的沉降，说明扭杆产生一定的塑变；4）轮胎气压偏高，实测为 350-400Kpa（规定要求：前后轮均为 300Kpa。 ） ；5）BJ1027 皮卡方向机固定位置比长城皮卡低约 7mm，此差值影响转向梯型的平面高度；6）方向机安装点与随动臂安装点理论上应
5、在同一高度上，而 BJ1027 皮卡实测值相差 5mm 左右。该因素不仅影响转向梯型的平面高度，而且影响转向梯型空间平面，使转向梯型产生扭曲。通过对检测数据进行分析，认为轮胎偏磨的根本原因是车辆行驶时，前束变化量过大；而造成前束变化量过大的原因是转向梯型高度位置偏低。为此，我们进行了悬架与转向系统的运动分析，并进行了理论计算，得出 BJ1027皮卡转向梯型断开点位置偏低 17.8 mm。三、悬架与转向系统的运动分析1、前束变化太大的根源造成前束变化太大的原因是悬架系统与转向系统的运动不协调。根本因素是转向梯型断开点位置不对，图 3 是 BJ1027 皮卡的转向传动系统，P1、P2、N1、N2
6、四点构成了转向梯型，M1、M2 为转向梯型断开点。对于转向节臂N1、N2 点，在悬架运动过程中，一方面要随车轮作四连杆运动，一方面要绕 M1 作圆弧运动，见图 4。二种运动轨迹不吻合，造成前束变化太大，轮胎发生偏磨。2、确定转向梯型断开点的位置对于悬架系统与转向系统的运动，由于悬架系统在车架上的安装已经确定，要使悬架系统与转向系统的运动协调一致，可适当调整转向梯型，主要是确定转向梯型断开点的理论位置。通过大量的计算，我门发现转向梯型断开点在高度方向上的位置对运动轨迹有重大影响，表三列出了不同的断开点高度下的前束变化量。图 3表三 不同的断开点高度下的前束变化量断开点距车架零线距离 -40 -4
7、5 -48 -50 -52 -55 -67.8前束变化量 16.46 10.74 9.28 5.80 9.62 16.05 35.5注：前束变化量为车轮在正常行驶状态下，上下跳动 40mm 时的变化量表三中-67.8 为现生产车的断开点距车架零线距离，对应的前束变化量为 35.5 mm，当断开点距车架零线距离在 50mm 时，前束变化量最低，为 5.80 mm，实际上，现生产车转向梯型断开点比理论位置偏低 17.8mm。调整断开点位置后，前束变化量可控制在 6 mm 以内，保证车辆不发生非正常磨损。3、调整后前轮定位参数的变化调整转向梯型断开点高度后，前轮定位其它参数及轮距变化量将发生变动，前
8、轮定位参数的选取对汽车的使用性能、特别是平顺性、操纵稳定性影响非常大，在数据分析中我们发现 BJ1027 皮卡车轮外倾角偏大，这也是造成轮胎外侧偏磨的主要原因，在分析计算中，我们经过反复调整，大胆尝试负的车轮外倾角，最终确定了新的前轮定位参数，并使前轮定位参数的变化量在车轮正常跳动范围内达到最佳。表四为利用悬架运动学分析软件 ，按调整后的前轮定位参数计算得出的转向梯型断开点在距车架零线 50mm 时的前轮定位参数变化值。从该表中看出，各种角度变化量均比较小，结果比较理想。表四参数参数值主销后倾角主销内倾角车轮外倾角车轮前束角1/2 轮距变化理论值（新的定位参数）145 1040 -10 -2
9、0 mm车轮上下跳动 40mm时的最大值274811076 -0.112 -0.094+0.270 mm车轮上下跳动 40mm时的最小值125210649 -0.519 -0.352-1.469 mm车轮上下跳动 40mm时的变化值1.496 0.427 0.407-0.258(5.80 mm)1.739 mm4、分析结果验证a）根据分析计算结果，我们对转向梯型进行了改进，根据系统分析，改制转向横拉杆最为简单方便，可将转向梯型断开点位置提高17mm。按此方案改制了一台转向横拉杆，并进行装车验证，故障样车从空载半载满载，前束变化仅 05mm；从满载至车轮悬空时前束变化仅mm。b）对三台偏磨严重的
10、故障样车，我们更换了改制后横拉杆，并对前轮定位参数及轮胎气压进行了调整，经 5000Km 路试后轮胎完好，没有发生异常磨损。四、解决问题的措施1、改进横拉杆结构，提高转向梯形断开点的位置，使车轮跳动时，前束变动量最小。图 42、调整前轮定位参数如下：车轮外倾角：-1010；主销后倾角：1 4515；主销内倾角：10 4010；前束：-2 mm 0；3、重新标定 205R70/14 轮胎气压：前轮气压为 250Kpa，后轮为 310Kpa，并在仪表板上设置警示牌。在此应特别注意：该气压为装车后的气压，测量气压时应在冷态下测量；4、严格控制扭杆塑变，确保在扭杆 50 万次疲劳受命期内，车身前部下沉
11、量不高于8mm；5、严格控制车架上悬架安装点位置精度；6、规范整车姿态和前轮定位调整：（1）前轮定位调整前必须首先进行整车姿态检查；（2）整车姿态检查以下项目：（a）前悬架左右高度差不大于 3mm；（b）后悬架左右高度差不大于 3mm；（c）左右轴距控制在 L=30252.5mm；（d）前后轮对角线差3mm；7、动平衡量控制在 500gmm 以内；8、为预防再发生，工艺部门根据纠正措施对工艺进行调整，并强调：（1）应将前轮定位调整等关键工序作为重点，加强管理；（2）强化装调技工的技术培训，提高他们对前轮定位及其重要性的认识，使之熟练掌握装调工艺，以保证装调质量的稳定；（3）对车架、悬架、转向、
12、轮胎各关键零部件的控制要素进行严格控制，对供应商的胎具、夹具等进行认证，并定期检查；五、结束语按以上解决措施，我们对市场上存在轮胎偏磨的车辆重新进行了技术调整，经市场信息反馈，该问题已经从根本上得到了解决。 表一 皮卡轮胎偏磨故障模式、检测数据、比较分析一览表测试车辆检测项目1 号车 2 号车 3 号车 5 号车 6 号车 田野车（ 4 号车） 桑塔纳 比较分析出厂日期 2001.09.25 2002.02.01 2001.04.12 2002.10.22 2002.02.01 2000.08.15故障模式3500 公里，胎冠外侧轻微磨损7478 公里，左右前轮胎冠外侧严重磨损，外侧花纹已磨平
13、13059 公里，正常磨损22824 公里，胎冠外侧严重磨损5838 公里，胎冠外侧严重磨损20000 公里，正常磨损车用轮胎 205/70R14（韩泰） 205/70R14（韩泰） 195/70R14C（北轮） 205/70R14（韩泰） 205/70R14（韩泰） 205/70R14（长城）驾驶状态描述：方向较沉，轻微向右跑偏，小角度回正不良。方向较沉，轻微向右跑偏。点刹车右跑偏，高速缓刹，左前侧有下沉趋势方向较沉，轻微向右跑偏。方向轻便，回正良好，直线行驶性好。前束变化：空载半载满载（mm）014 7.2 -0.31410.5 -0.7 6.9-0.3 -7.2 4.41.2 -0.31
14、2.55.7 -1.15 1.751.25 -8.7-8.2-7.5悬空后的前束（mm） -54 -50 -70 -80 -55 -6 -13前束变化大,车身沉降：左/右 不下沉 下沉 16/24 下沉 9/9 下沉 28/28 下沉 30/28 不下沉前轮胎气压：左 /右 Kpa 380/400 400/380 400/380 400/400 400/400 250/250后轮胎气压：左 /右 Kpa 350/400 400/350 400/350 380/400 410/410 310/310左 2.6 3.23.7 2.42.7 3.3 3.3 3.44.2 2.7 3.03.6 2.9
15、3.14.1 1.5 1.7 2.5 1.00.81.2主销后倾角：空载半载满载（） 右 3.0 3.84.1 2.42.7 3.5 3.3 3.74.6 3.1 3.33.9 2.63.24.0 2.3 2.5 3.4 1.31.11.5左 0.4 0.10.0 0.00.0 0.2 -0.9-1.1 -1.4 0.5 0.60.3 0.40.10.2 0.5 0.4 0.9 -0.7-1.0-1.1车轮外倾角：空载半载满载（） 右 0.5 0.50.7 0.70.2 0.5 0.2 0.00.5 0.4-0.3 0.4 0.50.30.6 0.7 0.3 0.2 -0.5-0.6-0.6车
16、轮外倾角偏大，作适当调整。左右轴距差 右边长 8 右边长 8 左边长 6 右边长 5 左边长 6表二 BJ1027 皮卡、长城车架三坐标测量数据对比表测量点 1027 皮卡理论值 1027 皮卡新车架测量值 长城新车架 测量值 测量值对比上摆臂安装点前点D1、D2XD1= XD2= -50.9 YD1=-357YD2= 357 ZD1= ZD2=132.3 XD1= -52.8 XD2= -53.4YD1=-357.5 YD2=358.6ZD1=132.2 ZD2=131.1XD1= -41.5 XD2=-47.2YD1= -356.4 YD2=358.5ZD1= 135.8 ZD2=134.
17、2上摆臂安装点后点E1、 E2X E1= X E2= 64.58Y E1=-357Y E2= 357Z E1= Z E2=122.2XE1=62.69 X.E2=61.99 YE1=-357 YE2=359.2ZE1=122.69 ZE2=121.3XE1=73 XE2= 67.8YE1=-356 YE2=358ZE1=118 ZE2=121.21.1027 皮卡上摆臂安装点较长城皮卡靠前约 6.5 mm (此差值对主销后倾角会产生影响)2.1027 皮卡实测 X 值较理论值靠前约2mm下摆臂安装点中点A1、A2XA1= XA2= -4.2 Y A1=-245Y A2= 245Z A1= Z
18、A2=-116.7 XA1=-4.2 XA2= -4.19YA1=-245 YA2=245.1ZA1=-116.7 ZA2=-116.7XA1=-4.18 XA2=-4.18YA1=-244.1 YA2=244.1ZA1=-116.69 ZA2=-116.7仅 Y 方向相差 1mm方向机安装点前点B1X B1=-360Y B1=-350 Z B1=2 XB1=-363 YB1=-351 ZB1=-2.7 XB1=-356.6YB1= -348.6 ZB1= 9.3 方向机安装点后点B2X B2=-275 Y B2=-350 Z B2=32.78 XB1=-277.2 YB2=-351.3 ZB
19、2=26.9 XB2= -277.9 YB2=-348.2 ZB2=38.8 方向机安装点上平面点 B3X B3= -341 Y B3= -266 Z B3= 80 XB3=-341.4 YB3=-268 ZB3=74.9 XB3=-341 YB3=-269.4ZB3=83.05 1.1027 皮卡方向机固定位置较长城皮卡低约 7mm2.1027 皮卡方向机固定位置较长城皮卡靠前约 4mm随动臂安装点前点C2X C2= -360 Y C2= 350 Z C2= 2 XC2= -362.5YC2=352.5ZC2=-7.4XC2= -357.2YC2=350.1ZC2=6.2随动臂安装点后点C3X C3= -280 Y C3= 350 Z C3= 31 XC3= -281.9YC3=352.5Z C3=21.3XC3=-277.96 YC3=350.8ZC3=36.8随动臂安装点上点C1X C1= -381 Y C1= 350 Z C1= 60.2 XC3= -382.2YC3=352.9ZC3=50.1XC1= -379.1YC1=351ZC1=64.61027 皮卡随动臂固定位置较长城皮卡低约4mm
