劉任忠 王清山 饒立群 孫志明 牛劭剛

摘 ?要：針對(duì)某非承載式SUV在道路試驗(yàn)過程中發(fā)生的制動(dòng)右偏現(xiàn)象，分析導(dǎo)致制動(dòng)右偏的各種因素，排查制動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)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(diǎn)位置精度超出設(shè)計(jì)公差。然后將故障車輛前懸架的硬點(diǎn)帶入ADAMS模型進(jìn)行仿真分析，仿真分析結(jié)果與故障車輛制動(dòng)跑偏方向一致，確認(rèn)真因?yàn)閼壹馨惭b點(diǎn)位置精度不滿足設(shè)計(jì)要求。通過深入調(diào)查發(fā)現(xiàn)是由于車架橫梁在生產(chǎn)過程中缺少工裝，導(dǎo)致車架精度較差，后續(xù)車架生產(chǎn)過程中增加工裝約束，保證車架精度，解決了制動(dòng)跑偏問題。

關(guān)鍵詞：制動(dòng)右偏；ADAMS模型；車架精度

中圖分類號(hào)：U463.2 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：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(huì)按照駕駛員規(guī)定的方向直線行駛，而制動(dòng)跑偏就是車輛在制動(dòng)過程中，偏離直線行駛狀態(tài)，自動(dòng)偏左或偏右行駛。若汽車制動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)這種跑偏情況就會(huì)使汽車在行駛過程中安全性能降低，甚至導(dǎo)致嚴(yán)重的交通安全事故。

導(dǎo)致車輛制動(dòng)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(gè)方面，一是汽車左、右車輪，特別是前軸左、右車輪（轉(zhuǎn)向輪）制動(dòng)器的制動(dòng)力不相等，二是制動(dòng)時(shí)懸架導(dǎo)向桿系與轉(zhuǎn)向系拉桿在運(yùn)動(dòng)學(xué)上的不協(xié)調(diào)（互相干涉）[1]。針對(duì)某非承載式SUV在道路試驗(yàn)中出現(xiàn)向右制動(dòng)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(dòng)跑偏的因素

2.1 ? 汽車制動(dòng)系統(tǒng)

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

2.2 ? 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出現(xiàn)故障也會(huì)導(dǎo)致車輛跑偏，比如轉(zhuǎn)向拉桿球頭出現(xiàn)松曠，轉(zhuǎn)向器的間隙過大，轉(zhuǎn)向響應(yīng)的靈敏度降低等等，出現(xiàn)上述類似問題，都需要對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整、改善，嚴(yán)重時(shí)甚至需要更換相應(yīng)零部件。另外，現(xiàn)在大部分汽車都采用電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，即EPS，通常需要接受轉(zhuǎn)角傳感器發(fā)出的方向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)，根據(jù)轉(zhuǎn)角信號(hào)以及車速確認(rèn)助力轉(zhuǎn)矩或回正力矩，如果轉(zhuǎn)角傳感器未進(jìn)行校準(zhǔn)0位，車輛在直線行駛時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致EPS向右（或向左）產(chǎn)生回正力矩，影響車輛直線行駛，同時(shí)也造成車輛制動(dòng)跑偏。

2.3 ? 汽車懸架系統(tǒng)

懸架系統(tǒng)引起的車輛制動(dòng)跑偏原因較為復(fù)雜：如四輪定位超差、懸架安裝點(diǎn)的精度不符合要求，或者懸架系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)副出現(xiàn)卡滯、松動(dòng)等，均會(huì)導(dǎo)致車輛正常行駛時(shí)制動(dòng)跑偏。例如，圖1為汽車制動(dòng)跑偏時(shí)受力分析，雖然方向盤沒有動(dòng)，但由于懸架系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各處的間隙以及零部件的彈性變形，轉(zhuǎn)向輪仍然會(huì)產(chǎn)生向右轉(zhuǎn)動(dòng)的角度導(dǎo)致向右跑偏[3]。

2.4 ? 其它因素

其它還有很多因素都可能會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)跑偏，比如輪胎、輪荷、道路路面等[4]。汽車在正常行駛時(shí)進(jìn)行制動(dòng)以后，除了需要制動(dòng)系統(tǒng)提供制動(dòng)力以外，輪胎和地面的附著力也是一個(gè)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(huì)導(dǎo)致輪胎與地面附著系數(shù)存在差異，進(jìn)而導(dǎo)致制動(dòng)跑偏。而且同軸上左右兩輪的載荷相差過大，會(huì)導(dǎo)致左右車輪產(chǎn)生的制動(dòng)力相差過大，也會(huì)導(dǎo)致跑偏情況出現(xiàn)。另外，當(dāng)車輛行駛在崎嶇、泥濘或者雨雪路面時(shí)，如果緊急制動(dòng)，很容易引起跑偏現(xiàn)象，雖然這種情況不是由汽車制動(dòng)系統(tǒng)的問題，但也是制動(dòng)跑偏的一個(gè)影響因素，所以駕駛員也應(yīng)當(dāng)注意。

3 ? ?制動(dòng)跑偏的原因分析及改進(jìn)措施

3.1 ? 汽車制動(dòng)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(shí)，車身寬度為1.85m，緩踩制動(dòng)踏板長距離制動(dòng)時(shí)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(dòng)，車輛停止以后向右偏出3.5m寬的試驗(yàn)車道，試驗(yàn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為制動(dòng)過程中任何部位（不計(jì)入車寬的部位除外）不允許超出試驗(yàn)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(dòng)，車輛停止以后向右跑偏量0.7m，超出試驗(yàn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)允許向右跑偏量0.5m。

3.2 ? 診斷汽車的制動(dòng)系統(tǒng)

左、右車輪制動(dòng)力差異過大是導(dǎo)致汽車出現(xiàn)制動(dòng)跑偏的一個(gè)重要原因，同時(shí)也可以直接反映汽車制動(dòng)跑偏是否是由制動(dòng)系統(tǒng)的零部件出現(xiàn)故障導(dǎo)致。GB 7258-2017對(duì)新車輛前軸和后軸的制動(dòng)力有以下要求[5]：1、前軸的制動(dòng)率βF≥60%，不平衡率γF≤20%；2、后軸的制動(dòng)率βR≥20%，但當(dāng)后軸的制動(dòng)率βR≥60%時(shí)，要求后軸的不平衡率γR≤24%；當(dāng)后軸的制動(dòng)率βR＜60%時(shí)，要求后軸的不平衡率γR＜8%（此時(shí)不平衡率的計(jì)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(dāng)βR≥60%時(shí)，

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

當(dāng)βR＜60%時(shí)，

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(dòng)過程中左前輪、右前輪、左后輪和右后輪的最大制動(dòng)力；Fx'FL和Fx'FR分別是此次制動(dòng)過程中前軸左右輪制動(dòng)力差值最大時(shí)的制動(dòng)力，F(xiàn)x'RL和Fx'RR分別是此次制動(dòng)過程中后軸左右輪制動(dòng)力差值最大時(shí)的制動(dòng)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(shí)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(dòng)力的設(shè)備測試3次問題車輛的制動(dòng)力，測試結(jié)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(dòng)過程中，前后軸的制動(dòng)率和不平衡率均符合要求，因此可以推斷車輛的制動(dòng)跑偏問題并非由制動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障導(dǎo)致的。在前輪制動(dòng)力中，左側(cè)制動(dòng)力普遍偏大，該影響因素與車輛制動(dòng)跑偏方向（向右）相反，絕非制動(dòng)跑偏的影響因素；在后輪制動(dòng)力中，左右制動(dòng)力稍有差別通常不會(huì)造成制動(dòng)跑偏。

3.3 ? 診斷汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

由于故障車輛是從工廠下線車輛，出現(xiàn)制動(dòng)跑偏故障時(shí)行駛里程較短，大約100km，通過拆裝和駕駛車輛調(diào)查確認(rèn)，轉(zhuǎn)向拉桿球頭并未出現(xiàn)松曠，轉(zhuǎn)向器的間隙滿足設(shè)計(jì)要求，轉(zhuǎn)向響應(yīng)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(zhuǎn)角在EPS理論0位的-3.5°～ +3.5°范圍內(nèi)都可以對(duì)轉(zhuǎn)角傳感器進(jìn)行標(biāo)0。為了確認(rèn)制動(dòng)跑偏是否是由轉(zhuǎn)角傳感器未標(biāo)0引起的，將故障車輛進(jìn)行轉(zhuǎn)角傳感器標(biāo)0后，在直線行駛過程中未出現(xiàn)跑偏，但緩踩制動(dòng)后車輛仍向右跑偏。通過調(diào)查故障車輛以上影響制動(dòng)跑偏的因素，確認(rèn)車輛制動(dòng)跑偏并非由轉(zhuǎn)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(rèn)車輛制動(dòng)跑偏是否由懸架系統(tǒng)引起，首先對(duì)故障車輛的懸架參數(shù)進(jìn)行測量，測量結(jié)果如表2所示。通過對(duì)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(duì)調(diào)以后，故障車輛仍出現(xiàn)制動(dòng)右偏問題。

為了深入調(diào)查制動(dòng)跑偏原因，對(duì)懸架安裝硬點(diǎn)三坐標(biāo)進(jìn)行測量確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)左下擺臂安裝點(diǎn)位置精度（+6）超出設(shè)計(jì)公差（±1.5），不滿足設(shè)計(jì)要求。將前懸架的硬點(diǎn)帶入ADAMS模型進(jìn)行仿真分析，分析結(jié)果如圖2所示，其中規(guī)定左、右車輪向內(nèi)側(cè)偏轉(zhuǎn)的角度為正。從圖2的曲線中可以看出，汽車開始制動(dòng)以后，隨著制動(dòng)力增大，左、右前輪均向外側(cè)開始偏轉(zhuǎn)，并且右前輪向外側(cè)偏轉(zhuǎn)的角度變化更大，車輛制動(dòng)時(shí)向右跑偏，與故障車輛制動(dòng)跑偏表現(xiàn)相同，因此懸架安裝點(diǎn)位置精度不滿足設(shè)計(jì)要求為導(dǎo)致故障車輛發(fā)生制動(dòng)跑偏的主要原因。

3.5 ? 改進(jìn)措施

通過對(duì)相關(guān)系統(tǒng)的逐步排查，最終確定是由于車架前懸架安裝點(diǎn)位置精度不滿足設(shè)計(jì)要求導(dǎo)致車輛制動(dòng)右偏。經(jīng)過去工廠深入調(diào)查車架的生產(chǎn)過程，發(fā)現(xiàn)首批調(diào)試下線車輛車架橫梁工裝缺失，導(dǎo)致車架精度較差，缺少工裝的橫梁如圖3中②號(hào)零件。為了解決制動(dòng)跑偏問題，對(duì)生產(chǎn)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(diǎn)的位置精度）在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)以后，車輛再未出現(xiàn)制動(dòng)跑偏現(xiàn)象。

4 ? ?結(jié)論

車輛出現(xiàn)制動(dòng)跑偏問題會(huì)使車輛安全性能降低，嚴(yán)重時(shí)可能造成交通事故，產(chǎn)生制動(dòng)跑偏的因素有很多。本文通過對(duì)故障車輛的制動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)的調(diào)查分析，故障車輛的制動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)，但通過測試前懸架安裝硬點(diǎn)的三坐標(biāo)，發(fā)現(xiàn)左下擺臂安裝點(diǎn)位置精度（+6）超出設(shè)計(jì)公差（±1.5），不滿足設(shè)計(jì)要求。將前懸架的安裝硬點(diǎn)帶入ADAMS模型進(jìn)行仿真分析，發(fā)現(xiàn)隨著制動(dòng)力增大，左、右前輪均向外側(cè)開始偏轉(zhuǎn)，并且右前輪向外側(cè)偏轉(zhuǎn)的角度變化更大，車輛制動(dòng)時(shí)向右跑偏，與故障車輛制動(dòng)跑偏表現(xiàn)相同。因此懸架安裝點(diǎn)位置精度不滿足設(shè)計(jì)要求為導(dǎo)致故障車輛發(fā)生制動(dòng)跑偏的主要原因。對(duì)后續(xù)生產(chǎn)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(diǎn)的位置精度）在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)以后，車輛未出現(xiàn)制動(dòng)跑偏問題，保證車輛行駛安全。

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