摘要：針對某輕型載貨汽車在下線道路檢測過程中發(fā)生的制動跑偏現(xiàn)象，分析導(dǎo)致制動跑偏的各項因素，排查整車參數(shù)、轉(zhuǎn)向懸架參數(shù)、整車氣壓及反應(yīng)時間后確定真因為制動力矩不一致。進一步分析導(dǎo)致車輛制動力矩不一致的各項因素鎖定為制動鼓內(nèi)表面跳動不合格。

1 前言

制動時車輛自動向左或向右偏駛稱為“制動跑偏”，是造成交通事故的主要原因之一，嚴重影響車輛的安全性，也是困擾汽車行業(yè)的技術(shù)難題之一。

導(dǎo)致車輛制動跑偏問題的原因多種多樣，狀態(tài)穩(wěn)定及批量性的跑偏現(xiàn)象主要來源于2個方面，左右制動力矩不一致及轉(zhuǎn)向懸架干涉導(dǎo)致的桿系變形。針對某輕型載貨汽車在下線后路試過程中發(fā)生的向左制動跑偏問題，分析導(dǎo)致制動跑偏的各項因素，采用排除法確定真因，并提出解決方案。

2 問題描述

GB 7258—2017要求輕型載貨汽車以30 km/h的初速度制動，制動過程中任何部位（不計入車寬的部位除外）不允許超出3 m寬的試驗通道邊緣線。車輛試驗時初始在車道的中間行駛，車身寬度為2 m，則車輛允許跑偏量0.5 m。GB 12676—2014要求輕型載貨汽車以60 km/h的初速度緊急制動的O型試驗中，車輛不偏離3.7 m寬的試驗跑道，車輛允許跑偏量0.85 m。該車輛以30 km/h初速度制動，向左跑偏量為0.6 m；以60 km/h初速度緊急制動，向左跑偏量為2 m，且輕踩制動較重踩制動跑偏嚴重，不滿足法規(guī)要求。

3 原因分析

從整車結(jié)構(gòu)分析，總結(jié)前期處理的各類跑偏問題的經(jīng)驗，歸結(jié)出車輛制動跑偏問題的各種因素，主要分為4類，整車參數(shù)、轉(zhuǎn)向懸架參數(shù)、系統(tǒng)壓力及建壓時間、制動力矩，每個類別里再分別細分為各項常見問題因素，以魚骨圖的形式表示見圖1。針對上述4類分別進行排查，查找導(dǎo)致車輛跑偏的真因。本車輛首先分別解除前后橋制動分別測試，僅有后橋制動時，由于后橋為雙胎，并且非轉(zhuǎn)向輪，各車速測試車輛均不跑偏；僅有前軸制動時，車輛跑偏嚴重，故問題來源鎖定于前軸。

圖1 制動跑偏因素魚骨圖

3.1 整車參數(shù)

整車參數(shù)中各因素導(dǎo)致的跑偏現(xiàn)象主要為行駛跑偏并且向左跑偏及向右跑偏均可能產(chǎn)生，但是制動時跑偏現(xiàn)象會更為明顯，類似于放大作用。各因素相對方便排查，通過簡單測量即可逐項排除。本車輛直線行駛不跑偏，可排除前后橋平行度、輪胎氣壓等因素。對于輪胎偏距、車架變形等可以在水平地面上尋找基準點進行測量排查。

3.2 轉(zhuǎn)向懸架參數(shù)

轉(zhuǎn)向懸架干涉量來源于車輛初始設(shè)計狀態(tài)，涉及了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與懸架系統(tǒng)各鉸接點位置、配合間隙、零件剛度等，尤其是轉(zhuǎn)向節(jié)上節(jié)臂球頭銷點位置及縱拉桿與轉(zhuǎn)向搖臂連接點位置的整車布置將嚴重影響轉(zhuǎn)向懸架桿系變形量，此問題是批量性制動跑偏的一項重要因素。此因素導(dǎo)致的制動跑偏一般存在緊急制動時，方向盤打手并且制動減速度越大，制動跑偏越嚴重的現(xiàn)象。此問題車輛狀態(tài)為輕踩制動較重踩制動跑偏嚴重，故排除此項因素。轉(zhuǎn)向懸架參數(shù)中各間隙值可以實車調(diào)整，減震器、板簧均可以左右調(diào)換進行實車測試。前軸總成的定位參數(shù)大部分為轉(zhuǎn)向節(jié)機加尺寸控制無法進行實車調(diào)整，通過實車測量，本車輛各參數(shù)均符合技術(shù)條件要求，見表1。

表1 車輛四輪定位參數(shù)等測量值


3.3 氣壓及反應(yīng)時間

如果兩側(cè)制動系統(tǒng)氣壓及反應(yīng)時間不一致，將產(chǎn)生明顯的跑偏現(xiàn)象。通過VBOX+壓力傳感器進行實車測量。此車型氣室進氣管路為非對稱布置，左側(cè)氣室進氣管路較右側(cè)短880 mm，故左側(cè)氣室建壓更快，最終左右氣室最大壓力相同，見圖2。此差異可導(dǎo)致急踩制動時發(fā)生向左制動跑偏，對于緩踩制動無明顯影響。故將車輛氣室進氣管路盡量布置為對稱方案，但布置空間受限于發(fā)動機、氣喇叭等因素，最終方案將左右差值減小至120 mm，氣壓測試結(jié)果見圖3。重新測試以30 km/h初速度制動，向左跑偏量為0.6 m；以60 km/h初速度緊急制動，向左跑偏量為1.5 m，跑偏現(xiàn)象有改善但仍不滿足法規(guī)要求。此因素對于制動跑偏問題相關(guān)性較小。


圖2 原車前軸左右氣室建壓曲線

圖3 優(yōu)化后前軸左右氣室建壓曲線

3.4 制動力矩

通過轉(zhuǎn)轂試驗臺和制動器性能試驗臺測量車輛輪邊制動力，可以直觀發(fā)現(xiàn)前輪左右制動力差別較大，左側(cè)明顯大于右側(cè)，后輪基本一致。對比測量數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，制動氣室輸入氣壓低時左右制動力偏差要大于氣壓高時制動力偏差，與實車輕踩制動較重、踩制動跑偏嚴重現(xiàn)象吻合。故確認本車輛制動跑偏問題真因為前軸左右制動力矩差別過大。

3.4.1 轉(zhuǎn)轂試驗臺測量

氣壓調(diào)節(jié)一致，制動間隙調(diào)節(jié)一致，可直接通過轉(zhuǎn)轂試驗臺測量，得出氣壓與制動力關(guān)系曲線見表2、圖4。

表2 前輪制動力轉(zhuǎn)轂測量


圖4 全過程制動力曲線

3.4.2 制動器性能試驗臺測量

將左右輪制動器總成及制動鼓帶輪轂總成拆下后進行初速60 km/h的制動器性能試驗，測量數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)制動過程中左側(cè)制動器力矩始終大于右側(cè)，并且右側(cè)制動力矩小于開發(fā)驗證過程中臺架試驗數(shù)值見表3及圖5。

表3 前輪制動力矩臺架測量


圖5 前輪左右制動力矩

3.4.3 制動力矩不一致的原因

通過試驗得出前輪左右制動力矩差別較大，通過理論分析，導(dǎo)致制動力矩不一致的原因主要為制動鼓與蹄片的貼合狀態(tài)與摩擦系數(shù)。摩擦系數(shù)為摩擦片自身屬性，可通過小樣試驗進行測量，同批次摩擦片摩擦系數(shù)一致性較好，可排除此項。制動鼓與蹄片的貼合狀態(tài)可通過制動器觀察孔的制動間隙測量得出，測量時可同時旋轉(zhuǎn)車輪，測量制動間隙一致性。本車輛同一制動器在觀察孔處測量不同制動鼓位置數(shù)值差別較大，最大差值0.8 mm，超出技術(shù)條件要求的差值應(yīng)小于0.3 mm。故判斷此車輛制動力矩不一致的原因為制動鼓與蹄片貼合不良。

制動器總成裝配完成后需經(jīng)過外圓加工工藝，保證外圓面跳動相對于制動器中軸線小于0.15 mm，經(jīng)多輪檢測均符合要求，并且車輛已經(jīng)經(jīng)過一定磨合，摩擦片外圓面磨合狀態(tài)相對較好，故判斷制動鼓內(nèi)表面跳動不合格。通過三坐標測量，跳動數(shù)值見表4。

表4 制動鼓帶輪轂總成測量數(shù)值


從測量結(jié)果分析，左側(cè)制動鼓帶輪轂總成跳動合格，右側(cè)嚴重超差。在制動過程中，氣室推動凸輪軸轉(zhuǎn)動，推動制動蹄片轉(zhuǎn)動，制動蹄片張開后與旋轉(zhuǎn)的制動鼓接觸形成摩擦副產(chǎn)生制動力，右側(cè)制動鼓由于跳動超差，可近似視為橢圓形，制動鼓與蹄片接觸過程中兩者之間正壓力不穩(wěn)定，即產(chǎn)生的摩擦力小于制動鼓跳動更優(yōu)、壓力更穩(wěn)定的的左側(cè)摩擦副，最終表現(xiàn)出右側(cè)制動力小于左側(cè)。

4 改進措施

通過上述逐步排查，最終鎖定制動鼓內(nèi)表面跳動一致性差的問題。經(jīng)過生產(chǎn)廠家工藝排查，發(fā)現(xiàn)廠家工藝安排不合理，原生產(chǎn)采用制動鼓、輪轂單件精加工后總成壓裝的生產(chǎn)工藝，此工藝制動鼓單件精度較好但是制動鼓、輪轂壓裝為總成后，由于零件加工誤差，無法保證制動鼓、輪轂同軸，制動鼓內(nèi)表面跳動無法滿足圖紙要求，見圖6。


圖6 制動鼓帶輪轂總成圖紙要求

將工藝更改為制動鼓單件粗加工、輪轂單件精加工、總成壓裝、以輪轂軸承安裝面定位精加工制動鼓內(nèi)表面的生產(chǎn)工藝。原工藝采用臥式車床加工，現(xiàn)均切換為數(shù)控立式加工中心；原機加工藝為主軸轉(zhuǎn)速200 r/min，切削余量1.5 mm，每次加工進給量0.5 mm，改進為分兩次加工，毛坯切削余量：0.6 mm，第一次主軸轉(zhuǎn)速170 r/min，進給量0.5 mm，進給速度0.94 mm/r，第二次主軸轉(zhuǎn)速375 r/min，進給量0.1 mm，進給速度0.15 mm/r。通過上述工藝改進，下線產(chǎn)品合格率由原來的20%提升至98%。制動鼓帶輪轂總成內(nèi)表面跳動散差由0.5 mm減小為0.1 mm，符合技術(shù)要求。

將生產(chǎn)合格的制動鼓帶輪轂總成替換到跑偏車輛后，重新測試以30 km/h初速度制動，車輛不跑偏；以60 km/h初速度緊急制動，向左跑偏量為0.2 m，滿足法規(guī)要求，但仍存在跑偏現(xiàn)象。在轉(zhuǎn)轂試驗臺重新測試，左右力矩一致性得到較大改善，但仍存在左側(cè)制動力大于右側(cè)的問題，見圖7。


圖7 更換制動鼓帶輪轂總成后左右制動力矩

進一步分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)工藝，可知輕型載貨汽車采用的制動鼓帶輪轂總成不區(qū)分左右件，即整車左右兩側(cè)安裝的總成均為同一加工模式。按上述加工工藝，內(nèi)表面精加工為普通車削工藝，總成繞中軸線順時針旋轉(zhuǎn)，刀具進給車削，加工后內(nèi)表面必然存在同一方向的螺旋刀痕。當制動蹄片受力張開與制動鼓接觸時，受螺旋刀痕影響，制動蹄片與制動鼓接觸表面將產(chǎn)生向外（內(nèi)）的側(cè)向力，制動蹄片將產(chǎn)生順著螺旋刀痕方向的移動趨勢。此螺旋刀痕分別裝配至左右輪后，兩側(cè)螺旋方向與刀痕方向均相反，導(dǎo)致制動過程中左右側(cè)向力方向相反。

制動蹄片在制動過程中受氣室推力及上述側(cè)向力影響，蹄片向螺旋刀痕方向傾斜，傾斜方向在一側(cè)與氣室推力為銳角，增加氣室推力；另一側(cè)方向為鈍角，抵消部分氣室推力，導(dǎo)致兩側(cè)制動力矩不一致。

為驗證上述分析，在加工中心上將制動鼓帶輪轂總成設(shè)置為逆時針旋轉(zhuǎn)并采用反向刀具加工的工藝試制制動鼓帶輪轂總成，制動器摩擦面為摩擦片，采用磨削方式加工外圓面，故認為制動器外表面無方向性。此總成與采用常規(guī)工藝加工的總成對應(yīng)整車狀態(tài)分別以30 km/h、60 km/h的初速性能臺架性能對比測試，此總成匹配右制動器總成在臺架上采用“倒退”制動，常規(guī)總成匹配左制動器總成在臺架上采用常規(guī)的“前進”制動。從試驗結(jié)果分析見表5、表6及圖8、圖9，左右制動力矩一致性得到極大提升，驗證了上述分析。

表5 初速30 km/h的前輪左右制動力矩


表6 初速60 km/h的前輪左右制動力矩


圖8 初速30 km/h的前輪左右制動力矩

圖9 初速60 km/h的前輪左右制動力矩

針對加工旋向問題，目前行業(yè)中采用珩磨工藝解決。通過珩磨頭高速旋轉(zhuǎn)同時上下往復(fù)運動，改變制動鼓內(nèi)表面加工刀痕為網(wǎng)紋狀，消除原工藝螺旋線及刀痕影響，見圖10～圖12。但由于珩磨設(shè)備價格較高，另外通過采用高性能機加設(shè)備、提高原工藝加工精度也可滿足法規(guī)要求，故目前輕卡主機廠較少采用。


圖10 制動鼓珩磨設(shè)備


圖11 制動鼓表面a（普通車削工藝）


圖12 制動鼓表面b（珩磨工藝）

5 結(jié)束語

通過對某輕型載貨汽車跑偏問題的解決過程提供了一種可推廣實施的普遍的排查解決方案，跑偏問題的產(chǎn)生原因還有其他多種因素，也可以按照此方案進行排查。本車輛問題來源為較為典型的前輪左右制動力矩不一致，目前整車廠下線處解決方案一般為更換制動器總成、制動鼓帶輪轂總成。本文通過分析制動力矩不一致問題產(chǎn)生的來源，包括制動鼓帶輪轂總成內(nèi)表面的跳動值、加工旋向問題，提出了相關(guān)解決方案并通過試驗驗證，通過試驗數(shù)據(jù)分析可知通過改進機加工藝可以提升力矩一致性的結(jié)論，整車廠可以通過控制零件質(zhì)量，減少這一因素導(dǎo)致的下線測試車輛跑偏問題。