某非承載式SUV制動跑偏故障分析

劉任忠 王清山 饒立群 孫志明 牛劭剛

摘 ?要：針對某非承載式SUV在道路試驗過程中發(fā)生的制動右偏現(xiàn)象，分析導致制動右偏的各種因素，排查制動系統(tǒng)、轉向系統(tǒng)、懸架參數(shù)和零部件以及車架精度后，發(fā)現(xiàn)左下擺臂安裝點位置精度超出設計公差。然后將故障車輛前懸架的硬點帶入ADAMS模型進行仿真分析，仿真分析結果與故障車輛制動跑偏方向一致，確認真因為懸架安裝點位置精度不滿足設計要求。通過深入調查發(fā)現(xiàn)是由于車架橫梁在生產過程中缺少工裝，導致車架精度較差，后續(xù)車架生產過程中增加工裝約束，保證車架精度，解決了制動跑偏問題。

關鍵詞：制動右偏；ADAMS模型；車架精度

中圖分類號：U463.2 ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1005-2550（2023）04-0068-04

Analysis of Brake Deviation Fault in a Non load Bearing SUV

LIU Ren-zhong， WANG Qing-shan， RAO Li-qun， SUN Zhi-ming， NIU Shao-gang

（ Zhengzhou Nissan Automobile Co.，Ltd， Zhengzhou 441004， China ）

Abstract： In response to the braking right deviation phenomenon of a non load bearing SUV during road testing， various factors causing braking right deviation were analyzed. After investigating the braking system， steering system， suspension parameters and components， as well as the accuracy of the frame， it was found that the installation point accuracy of the left lower swing arm exceeded the design tolerance. Then， the hard points of the front suspension of the faulty vehicle were brought into the ADAMS model for simulation analysis. The simulation analysis results were consistent with the brake deviation direction of the faulty vehicle， confirming that the true cause of the malfunction is that the suspension installation point accuracy did not meet the design requirements. Through in-depth investigation， it was found that the lack of tooling during the production process of the frame crossbeam resulted in poor frame accuracy. In the subsequent frame production process， tooling constraints were added to ensure frame accuracy and solve the problem of brake deviation.

Key Words： Brake Right Deviation; ADAMS Model; Frame Accuracy

1 ? ?引言

汽車在行駛過程通常會按照駕駛員規(guī)定的方向直線行駛，而制動跑偏就是車輛在制動過程中，偏離直線行駛狀態(tài)，自動偏左或偏右行駛。若汽車制動系統(tǒng)出現(xiàn)這種跑偏情況就會使汽車在行駛過程中安全性能降低，甚至導致嚴重的交通安全事故。

導致車輛制動跑偏問題的原因有很多，車輛出現(xiàn)狀態(tài)穩(wěn)定或批量性的跑偏現(xiàn)象通常來源兩個方面，一是汽車左、右車輪，特別是前軸左、右車輪（轉向輪）制動器的制動力不相等，二是制動時懸架導向桿系與轉向系拉桿在運動學上的不協(xié)調（互相干涉）[1]。針對某非承載式SUV在道路試驗中出現(xiàn)向右制動跑偏問題，采用排除法確定真因，并提出解決方案。

2 ? ?影響汽車制動跑偏的因素

2.1 ? 汽車制動系統(tǒng)

一般情況下，汽車在行駛中利用制動系統(tǒng)制動時，如果只考慮車輪的運動為滾動和抱死狀態(tài)，當制動力較小時，即車輪未抱死時，車輛的制動力主要取決于制動器的制動力；當制動力較大時，即車輪抱死拖滑，車輛的制動力主要取決于地面制動力。汽車行駛時，如果同軸左右制動器產生的制動力大小差異過大，就會導致汽車在制動過程中出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象。可能原因是制動鉗總成活塞卡滯，制動盤、摩擦片異常磨損、制動油管堵塞、有氣泡等[2]。

2.2 ? 汽車轉向系統(tǒng)

汽車轉向系統(tǒng)出現(xiàn)故障也會導致車輛跑偏，比如轉向拉桿球頭出現(xiàn)松曠，轉向器的間隙過大，轉向響應的靈敏度降低等等，出現(xiàn)上述類似問題，都需要對轉向系統(tǒng)進行調整、改善，嚴重時甚至需要更換相應零部件。另外，現(xiàn)在大部分汽車都采用電動助力轉向系統(tǒng)，即EPS，通常需要接受轉角傳感器發(fā)出的方向盤轉角信號，根據(jù)轉角信號以及車速確認助力轉矩或回正力矩，如果轉角傳感器未進行校準0位，車輛在直線行駛時可能會導致EPS向右（或向左）產生回正力矩，影響車輛直線行駛，同時也造成車輛制動跑偏。

2.3 ? 汽車懸架系統(tǒng)

懸架系統(tǒng)引起的車輛制動跑偏原因較為復雜：如四輪定位超差、懸架安裝點的精度不符合要求，或者懸架系統(tǒng)運動副出現(xiàn)卡滯、松動等，均會導致車輛正常行駛時制動跑偏。例如，圖1為汽車制動跑偏時受力分析，雖然方向盤沒有動，但由于懸架系統(tǒng)和轉向系統(tǒng)各處的間隙以及零部件的彈性變形，轉向輪仍然會產生向右轉動的角度導致向右跑偏[3]。

2.4 ? 其它因素

其它還有很多因素都可能會導致制動跑偏，比如輪胎、輪荷、道路路面等[4]。汽車在正常行駛時進行制動以后，除了需要制動系統(tǒng)提供制動力以外，輪胎和地面的附著力也是一個重要因素。如果同軸上輪胎的氣壓和花紋磨損程度出現(xiàn)不一致，會導致輪胎與地面附著系數(shù)存在差異，進而導致制動跑偏。而且同軸上左右兩輪的載荷相差過大，會導致左右車輪產生的制動力相差過大，也會導致跑偏情況出現(xiàn)。另外，當車輛行駛在崎嶇、泥濘或者雨雪路面時，如果緊急制動，很容易引起跑偏現(xiàn)象，雖然這種情況不是由汽車制動系統(tǒng)的問題，但也是制動跑偏的一個影響因素，所以駕駛員也應當注意。

3 ? ?制動跑偏的原因分析及改進措施

3.1 ? 汽車制動跑偏問題描述

某非承載式SUV以80km/h以上車速在車道中間行駛時，車身寬度為1.85m，緩踩制動踏板長距離制動時車輛向右跑偏。具體表現(xiàn)形式如下：1、車輛以100km/h車速在車道中間直線行駛，然后以0.3g減速度制動，車輛停止以后向右偏出3.5m寬的試驗車道，試驗評價標準為制動過程中任何部位（不計入車寬的部位除外）不允許超出試驗車道。2、車輛以80km/h車速在車道中間直線行駛，然后以0.6g減速度制動，車輛停止以后向右跑偏量0.7m，超出試驗評價標準允許向右跑偏量0.5m。

3.2 ? 診斷汽車的制動系統(tǒng)

左、右車輪制動力差異過大是導致汽車出現(xiàn)制動跑偏的一個重要原因，同時也可以直接反映汽車制動跑偏是否是由制動系統(tǒng)的零部件出現(xiàn)故障導致。GB 7258-2017對新車輛前軸和后軸的制動力有以下要求[5]：1、前軸的制動率βF≥60%，不平衡率γF≤20%；2、后軸的制動率βR≥20%，但當后軸的制動率βR≥60%時，要求后軸的不平衡率γR≤24%；當后軸的制動率βR＜60%時，要求后軸的不平衡率γR＜8%（此時不平衡率的計算方式與之前不同）。

βF =（FxFL+FxFR ）/[（GFL+GFR）g]×100% ? ? （1）

γF =（|Fx'FL+Fx'FR| ）/FxF*×100% ? ? ? （2）

βR =（FxRL+FxRR ）/[（GRL+GRR）g]×100% ? （3）

當βR≥60%時，

γR =（|Fx'RL+Fx'RR| ）/FxR*×100% ? ? ? （4）

當βR＜60%時，

γR =（|Fx'RL+Fx'RR| ）/[（GRL+GRR）g]×100%（5）

其中，F(xiàn)xFL、FxFR、FxRL和FxRR分別是一次制動過程中左前輪、右前輪、左后輪和右后輪的最大制動力；Fx'FL和Fx'FR分別是此次制動過程中前軸左右輪制動力差值最大時的制動力，F(xiàn)x'RL和Fx'RR分別是此次制動過程中后軸左右輪制動力差值最大時的制動力，F(xiàn)xF*是Fx'FL和Fx'FR中較大值，F(xiàn)xR*是Fx'RL和Fx'RR中較大值；GFL、GFR、GRL和GRR分別是車輛靜止時左前輪、右前輪、左后輪和右后輪的荷重；g為重力加速度。

使用車輛下線檢測制動力的設備測試3次問題車輛的制動力，測試結果如表1所示。

通過表1的測試數(shù)據(jù)中可以看出，在3次制動過程中，前后軸的制動率和不平衡率均符合要求，因此可以推斷車輛的制動跑偏問題并非由制動系統(tǒng)出現(xiàn)故障導致的。在前輪制動力中，左側制動力普遍偏大，該影響因素與車輛制動跑偏方向（向右）相反，絕非制動跑偏的影響因素；在后輪制動力中，左右制動力稍有差別通常不會造成制動跑偏。

3.3 ? 診斷汽車的轉向系統(tǒng)

由于故障車輛是從工廠下線車輛，出現(xiàn)制動跑偏故障時行駛里程較短，大約100km，通過拆裝和駕駛車輛調查確認，轉向拉桿球頭并未出現(xiàn)松曠，轉向器的間隙滿足設計要求，轉向響應靈敏。另外，由于該車輛裝有EPS系統(tǒng)，并且該EPS系統(tǒng)的0位精度為±3.5°，即方向盤轉角在EPS理論0位的-3.5°～ +3.5°范圍內都可以對轉角傳感器進行標0。為了確認制動跑偏是否是由轉角傳感器未標0引起的，將故障車輛進行轉角傳感器標0后，在直線行駛過程中未出現(xiàn)跑偏，但緩踩制動后車輛仍向右跑偏。通過調查故障車輛以上影響制動跑偏的因素，確認車輛制動跑偏并非由轉向系統(tǒng)故障引起的。

3.4 ? 診斷汽車的懸架系統(tǒng)

為了確認車輛制動跑偏是否由懸架系統(tǒng)引起，首先對故障車輛的懸架參數(shù)進行測量，測量結果如表2所示。通過對比可知，表2中懸架的基本參數(shù)未出現(xiàn)明顯異常。然后將正常車輛和故障車輛的彈性元件、擺臂對調以后，故障車輛仍出現(xiàn)制動右偏問題。

為了深入調查制動跑偏原因，對懸架安裝硬點三坐標進行測量確認，發(fā)現(xiàn)左下擺臂安裝點位置精度（+6）超出設計公差（±1.5），不滿足設計要求。將前懸架的硬點帶入ADAMS模型進行仿真分析，分析結果如圖2所示，其中規(guī)定左、右車輪向內側偏轉的角度為正。從圖2的曲線中可以看出，汽車開始制動以后，隨著制動力增大，左、右前輪均向外側開始偏轉，并且右前輪向外側偏轉的角度變化更大，車輛制動時向右跑偏，與故障車輛制動跑偏表現(xiàn)相同，因此懸架安裝點位置精度不滿足設計要求為導致故障車輛發(fā)生制動跑偏的主要原因。

3.5 ? 改進措施

通過對相關系統(tǒng)的逐步排查，最終確定是由于車架前懸架安裝點位置精度不滿足設計要求導致車輛制動右偏。經(jīng)過去工廠深入調查車架的生產過程，發(fā)現(xiàn)首批調試下線車輛車架橫梁工裝缺失，導致車架精度較差，缺少工裝的橫梁如圖3中②號零件。為了解決制動跑偏問題，對生產的車架橫梁增加工裝約束，保證車架精度（尤其是前懸架安裝點的位置精度）在設計要求范圍內以后，車輛再未出現(xiàn)制動跑偏現(xiàn)象。

4 ? ?結論

車輛出現(xiàn)制動跑偏問題會使車輛安全性能降低，嚴重時可能造成交通事故，產生制動跑偏的因素有很多。本文通過對故障車輛的制動系統(tǒng)、轉向系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)的調查分析，故障車輛的制動系統(tǒng)、轉向系統(tǒng)以及懸架系統(tǒng)的懸架參數(shù)、彈性元件和擺臂均滿足設計，但通過測試前懸架安裝硬點的三坐標，發(fā)現(xiàn)左下擺臂安裝點位置精度（+6）超出設計公差（±1.5），不滿足設計要求。將前懸架的安裝硬點帶入ADAMS模型進行仿真分析，發(fā)現(xiàn)隨著制動力增大，左、右前輪均向外側開始偏轉，并且右前輪向外側偏轉的角度變化更大，車輛制動時向右跑偏，與故障車輛制動跑偏表現(xiàn)相同。因此懸架安裝點位置精度不滿足設計要求為導致故障車輛發(fā)生制動跑偏的主要原因。對后續(xù)生產車輛通過增加車架前懸架橫梁工裝約束，保證車架精度（尤其是前懸架安裝點的位置精度）在設計要求范圍內以后，車輛未出現(xiàn)制動跑偏問題，保證車輛行駛安全。

參考文獻：

[1]余志生.汽車理論[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.

[2]韓振宇.汽車制動跑偏原因分析及故障診斷[J].汽車與駕駛維修（維修版），2017（05）：69.

[3]陸增斌.汽車制動跑偏原因分析及故障診斷[J].時代汽車，2019（11）：144-145.

[4]嚴瑜琳.汽車制動跑偏影響因素探究[J].科技風，2020（8）：123.

[5]公安部.機動車運行安全技術條件：GB 7258-2017[S]. 北京：中國標準出版社，2017：26-27.