摘要：針對(duì)某輕型載貨汽車在下線道路檢測過程中發(fā)生的制動(dòng)跑偏現(xiàn)象，分析導(dǎo)致制動(dòng)跑偏的各項(xiàng)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(shí)間后確定真因?yàn)橹苿?dòng)力矩不一致。進(jìn)一步分析導(dǎo)致車輛制動(dòng)力矩不一致的各項(xiàng)因素鎖定為制動(dòng)鼓內(nèi)表面跳動(dòng)不合格。

1 前言

制動(dòng)時(shí)車輛自動(dòng)向左或向右偏駛稱為“制動(dòng)跑偏”，是造成交通事故的主要原因之一，嚴(yán)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(dòng)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(gè)方面，左右制動(dòng)力矩不一致及轉(zhuǎn)向懸架干涉導(dǎo)致的桿系變形。針對(duì)某輕型載貨汽車在下線后路試過程中發(fā)生的向左制動(dòng)跑偏問題，分析導(dǎo)致制動(dòng)跑偏的各項(xiàng)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(dòng)，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3 m寬的試驗(yàn)通道邊緣線。車輛試驗(yàn)時(shí)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(dòng)的O型試驗(yàn)中，車輛不偏離3.7 m寬的試驗(yàn)跑道，車輛允許跑偏量0.85 m。該車輛以30 km/h初速度制動(dòng)，向左跑偏量為0.6 m；以60 km/h初速度緊急制動(dòng)，向左跑偏量為2 m，且輕踩制動(dòng)較重踩制動(dòng)跑偏嚴(yán)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(yàn)，歸結(jié)出車輛制動(dòng)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(shí)間、制動(dòng)力矩，每個(gè)類別里再分別細(xì)分為各項(xiàng)常見問題因素，以魚骨圖的形式表示見圖1。針對(duì)上述4類分別進(jìn)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(dòng)分別測試，僅有后橋制動(dòng)時(shí)，由于后橋?yàn)殡p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(dòng)時(shí)，車輛跑偏嚴(yán)重，故問題來源鎖定于前軸。

圖1 制動(dòng)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(dòng)時(shí)跑偏現(xiàn)象會(huì)更為明顯，類似于放大作用。各因素相對(duì)方便排查，通過簡單測量即可逐項(xiàng)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(duì)于輪胎偏距、車架變形等可以在水平地面上尋找基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)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(jì)狀態(tài)，涉及了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與懸架系統(tǒng)各鉸接點(diǎn)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(diǎn)位置及縱拉桿與轉(zhuǎn)向搖臂連接點(diǎn)位置的整車布置將嚴(yán)重影響轉(zhuǎn)向懸架桿系變形量，此問題是批量性制動(dòng)跑偏的一項(xiàng)重要因素。此因素導(dǎo)致的制動(dòng)跑偏一般存在緊急制動(dòng)時(shí)，方向盤打手并且制動(dòng)減速度越大，制動(dòng)跑偏越嚴(yán)重的現(xiàn)象。此問題車輛狀態(tài)為輕踩制動(dòng)較重踩制動(dòng)跑偏嚴(yán)重，故排除此項(xiàng)因素。轉(zhuǎn)向懸架參數(shù)中各間隙值可以實(shí)車調(diào)整，減震器、板簧均可以左右調(diào)換進(jìn)行實(shí)車測試。前軸總成的定位參數(shù)大部分為轉(zhuǎn)向節(jié)機(jī)加尺寸控制無法進(jìn)行實(shí)車調(diào)整，通過實(shí)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(shí)間

如果兩側(cè)制動(dòng)系統(tǒng)氣壓及反應(yīng)時(shí)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(jìn)行實(shí)車測量。此車型氣室進(jìn)氣管路為非對(duì)稱布置，左側(cè)氣室進(jìn)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(dòng)時(shí)發(fā)生向左制動(dòng)跑偏，對(duì)于緩踩制動(dòng)無明顯影響。故將車輛氣室進(jìn)氣管路盡量布置為對(duì)稱方案，但布置空間受限于發(fā)動(dòng)機(jī)、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(dòng)，向左跑偏量為0.6 m；以60 km/h初速度緊急制動(dòng)，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(duì)于制動(dòng)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(dòng)力矩

通過轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺(tái)和制動(dòng)器性能試驗(yàn)臺(tái)測量車輛輪邊制動(dòng)力，可以直觀發(fā)現(xiàn)前輪左右制動(dòng)力差別較大，左側(cè)明顯大于右側(cè)，后輪基本一致。對(duì)比測量數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，制動(dòng)氣室輸入氣壓低時(shí)左右制動(dòng)力偏差要大于氣壓高時(shí)制動(dòng)力偏差，與實(shí)車輕踩制動(dòng)較重、踩制動(dòng)跑偏嚴(yán)重現(xiàn)象吻合。故確認(rèn)本車輛制動(dòng)跑偏問題真因?yàn)榍拜S左右制動(dòng)力矩差別過大。

3.4.1 轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺(tái)測量

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

表2 前輪制動(dòng)力轉(zhuǎn)轂測量


圖4 全過程制動(dòng)力曲線

3.4.2 制動(dòng)器性能試驗(yàn)臺(tái)測量

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

表3 前輪制動(dòng)力矩臺(tái)架測量


圖5 前輪左右制動(dòng)力矩

3.4.3 制動(dòng)力矩不一致的原因

通過試驗(yàn)得出前輪左右制動(dòng)力矩差別較大，通過理論分析，導(dǎo)致制動(dòng)力矩不一致的原因主要為制動(dòng)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(yàn)進(jìn)行測量，同批次摩擦片摩擦系數(shù)一致性較好，可排除此項(xiàng)。制動(dòng)鼓與蹄片的貼合狀態(tài)可通過制動(dòng)器觀察孔的制動(dòng)間隙測量得出，測量時(shí)可同時(shí)旋轉(zhuǎn)車輪，測量制動(dòng)間隙一致性。本車輛同一制動(dòng)器在觀察孔處測量不同制動(dòng)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(dòng)力矩不一致的原因?yàn)橹苿?dòng)鼓與蹄片貼合不良。

制動(dòng)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(dòng)相對(duì)于制動(dòng)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(duì)較好，故判斷制動(dòng)鼓內(nèi)表面跳動(dòng)不合格。通過三坐標(biāo)測量，跳動(dòng)數(shù)值見表4。

表4 制動(dòng)鼓帶輪轂總成測量數(shù)值


從測量結(jié)果分析，左側(cè)制動(dòng)鼓帶輪轂總成跳動(dòng)合格，右側(cè)嚴(yán)重超差。在制動(dòng)過程中，氣室推動(dòng)凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)制動(dòng)蹄片轉(zhuǎn)動(dòng)，制動(dòng)蹄片張開后與旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)鼓接觸形成摩擦副產(chǎn)生制動(dòng)力，右側(cè)制動(dòng)鼓由于跳動(dòng)超差，可近似視為橢圓形，制動(dòng)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(dòng)鼓跳動(dòng)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(dòng)力小于左側(cè)。

4 改進(jìn)措施

通過上述逐步排查，最終鎖定制動(dòng)鼓內(nèi)表面跳動(dòng)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(dòng)鼓、輪轂單件精加工后總成壓裝的生產(chǎn)工藝，此工藝制動(dòng)鼓單件精度較好但是制動(dòng)鼓、輪轂壓裝為總成后，由于零件加工誤差，無法保證制動(dòng)鼓、輪轂同軸，制動(dòng)鼓內(nèi)表面跳動(dòng)無法滿足圖紙要求，見圖6。


圖6 制動(dòng)鼓帶輪轂總成圖紙要求

將工藝更改為制動(dòng)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(dòng)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(jī)加工藝為主軸轉(zhuǎn)速200 r/min，切削余量1.5 mm，每次加工進(jìn)給量0.5 mm，改進(jìn)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(jìn)給量0.5 mm，進(jìn)給速度0.94 mm/r，第二次主軸轉(zhuǎn)速375 r/min，進(jìn)給量0.1 mm，進(jìn)給速度0.15 mm/r。通過上述工藝改進(jìn)，下線產(chǎn)品合格率由原來的20%提升至98%。制動(dòng)鼓帶輪轂總成內(nèi)表面跳動(dòng)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(dòng)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(dòng)，車輛不跑偏；以60 km/h初速度緊急制動(dòng)，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(yàn)臺(tái)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(dòng)力大于右側(cè)的問題，見圖7。


圖7 更換制動(dòng)鼓帶輪轂總成后左右制動(dòng)力矩

進(jìn)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(dòng)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(shí)針旋轉(zhuǎn)，刀具進(jìn)給車削，加工后內(nèi)表面必然存在同一方向的螺旋刀痕。當(dāng)制動(dòng)蹄片受力張開與制動(dòng)鼓接觸時(shí)，受螺旋刀痕影響，制動(dòng)蹄片與制動(dòng)鼓接觸表面將產(chǎn)生向外（內(nèi)）的側(cè)向力，制動(dòng)蹄片將產(chǎn)生順著螺旋刀痕方向的移動(dòng)趨勢(shì)。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(dòng)過程中左右側(cè)向力方向相反。

制動(dòng)蹄片在制動(dòng)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?yàn)殁g角，抵消部分氣室推力，導(dǎo)致兩側(cè)制動(dòng)力矩不一致。

為驗(yàn)證上述分析，在加工中心上將制動(dòng)鼓帶輪轂總成設(shè)置為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)并采用反向刀具加工的工藝試制制動(dòng)鼓帶輪轂總成，制動(dòng)器摩擦面為摩擦片，采用磨削方式加工外圓面，故認(rèn)為制動(dòng)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(duì)應(yīng)整車狀態(tài)分別以30 km/h、60 km/h的初速性能臺(tái)架性能對(duì)比測試，此總成匹配右制動(dòng)器總成在臺(tái)架上采用“倒退”制動(dòng)，常規(guī)總成匹配左制動(dòng)器總成在臺(tái)架上采用常規(guī)的“前進(jìn)”制動(dòng)。從試驗(yàn)結(jié)果分析見表5、表6及圖8、圖9，左右制動(dòng)力矩一致性得到極大提升，驗(yàn)證了上述分析。

表5 初速30 km/h的前輪左右制動(dòng)力矩


表6 初速60 km/h的前輪左右制動(dòng)力矩


圖8 初速30 km/h的前輪左右制動(dòng)力矩

圖9 初速60 km/h的前輪左右制動(dòng)力矩

針對(duì)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(shí)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，改變制動(dòng)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(jià)格較高，另外通過采用高性能機(jī)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(jī)廠較少采用。


圖10 制動(dòng)鼓珩磨設(shè)備


圖11 制動(dòng)鼓表面a（普通車削工藝）


圖12 制動(dòng)鼓表面b（珩磨工藝）

5 結(jié)束語

通過對(duì)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(shí)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(jìn)行排查。本車輛問題來源為較為典型的前輪左右制動(dòng)力矩不一致，目前整車廠下線處解決方案一般為更換制動(dòng)器總成、制動(dòng)鼓帶輪轂總成。本文通過分析制動(dòng)力矩不一致問題產(chǎn)生的來源，包括制動(dòng)鼓帶輪轂總成內(nèi)表面的跳動(dòng)值、加工旋向問題，提出了相關(guān)解決方案并通過試驗(yàn)驗(yàn)證，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知通過改進(jìn)機(jī)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。