汽車制動過程中的跑偏與側(cè)滑及其控制策略

趙國權(quán)

（延安大學西安創(chuàng)新學院，陜西西安710100）

汽車制動過程中的跑偏與側(cè)滑及其控制策略

趙國權(quán)

（延安大學西安創(chuàng)新學院，陜西西安710100）

汽車制動性是汽車的主要性能指標，與交通安全有直接關系。汽車制動過程中出現(xiàn)的制動跑偏與側(cè)滑嚴重影響了汽車行駛的方向穩(wěn)定性，危害行車安全。用力學的方法分析了其產(chǎn)生的機理，并提出了防止制動跑偏與側(cè)滑的基本方法。

汽車；制動跑偏；制動側(cè)滑；控制策略

0　引言

汽車制動跑偏是指制動時汽車自動向左或向右偏駛。制動跑偏是由左右不對稱因素引起，這些因素有：左右車輪制動器制動力、地面制動力、輪胎氣壓、左右載荷、懸架剛度等。側(cè)滑是指汽車制動時某一軸或兩軸發(fā)生橫向移動，就是通常所說的車輛“甩尾”現(xiàn)象。最危險的情況是，在高速制動時，車輛發(fā)生后軸側(cè)滑。由于此時汽車發(fā)生的運動不規(guī)則，就會導致汽車出現(xiàn)急速回轉(zhuǎn)運動，使之部分或完全失去操縱，嚴重的甚至調(diào)頭［1］。

汽車制動過程中，尤其是在附著系數(shù)小的路面上高速行駛中或轉(zhuǎn)彎時緊急制動，車輛容易失控而偏離原來的行駛軌跡失去方向穩(wěn)定性，從而造成沖入對向車道、路邊下溝等危險情況［2］。汽車制動跑偏、側(cè)滑是造成交通事故的重要原因。因此，預防車輛的制動跑偏、側(cè)滑，對行駛安全有著很重要的意義。

1　汽車制動跑偏

1.1汽車制動跑偏產(chǎn)生的主要原因［3］

1.1.1左右車輪制動器制動力不相等

在車輪抱死之前，地面制動力等于制動器制動力；車輪抱死以后，地面制動力等于地面附著力。當左右制動器所提供的制動力不相同時，所獲得的地面制動力不對稱，車輪將發(fā)生跑偏［3］。若左右兩個制動器制動力增長快慢不一致，同樣也會導致汽車制動跑偏。尤其在緊急制動時，一側(cè)車輪已經(jīng)抱死，另一側(cè)車輪只是減速而不能抱死，汽車將向車輪抱死的一側(cè)偏駛［4］。

圖1制動跑偏受力分析Fig.1 Braking deviation force analysis

圖1給出了由于左右制動力不相等而引起的跑偏受力分析。F左、F右分別表示汽車制動時左右車輪的制動力，F(xiàn)為左右車輪制動力的合力。當左右制動力不相等時，即F左＞F右或F左＜F右時，合力F的作用線向制動力大的一邊偏離一個H值，使汽車受到一個繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動的力矩M（M=F×H）。M使汽車自動向制動力大的那邊跑偏，如圖1所示。汽車跑偏的程度主要取決于左右輪制動力的差值，左右車輪制動力差值越大，合力F的偏離距離H就越大，產(chǎn)生的力矩M也越大，汽車跑偏就越嚴重［3］。

1.1.2懸架桿系與轉(zhuǎn)向拉桿發(fā)生運動干涉引起的跑偏

跑偏的第二個原因是懸架導向桿系與轉(zhuǎn)向系拉桿發(fā)生運動干涉。如圖2所示，汽車緊急制動時，前軸向前扭轉(zhuǎn)了一角度θ，轉(zhuǎn)向節(jié)上球頭銷本應相應移動，但是，由于球頭銷連著轉(zhuǎn)向縱拉桿，使拉桿發(fā)生彈性變形，導致轉(zhuǎn)向節(jié)臂相對于主銷向右偏轉(zhuǎn)，從而引起轉(zhuǎn)向向右移動，造成跑偏。其次，制動時，兩側(cè)動載荷不等，彈簧剛度不足引起單側(cè)懸架變形，造成運動學跑偏。

圖2　制動時懸架的狀態(tài)變化Fig.2 Hanger bracket braking state change

1.1.3輪胎的影響

汽車制動時，不僅需要有足夠的制動力，而且需要輪胎與路面的良好附著條件，如果同軸上的輪胎氣壓、花紋、磨損程度不一致，輪胎與路面的附著系數(shù)就不同，也可造成制動跑偏。除此，同一軸上的輪胎規(guī)格也要一致，否則，也將出現(xiàn)左右車輪制動力不相等而引起的制動跑偏。

1.2防止汽車跑偏的基本方法

由以上分析可知，防止制動跑偏的基本方法是調(diào)整制動系統(tǒng)，使左右車輪的制動力大小保持一致。但是，絕對不能為了使制動不跑偏而有意放松一邊的制動效能。這樣，不但降低了整車的制動效能，而且在重車時，同樣會出現(xiàn)制動跑偏現(xiàn)象。

不超載也可以減小制動跑偏的發(fā)生。因為裝載超過允許載質(zhì)量的規(guī)定，即便空車檢驗制動不跑偏的汽車，在緊急制動時，由于鋼板彈簧會出現(xiàn)較大的變形，使懸架導向桿系與轉(zhuǎn)向系拉桿不協(xié)調(diào)而引起制動跑偏。或者增加懸架彈簧剛度，防止運動學跑偏。

在路試過程中可以發(fā)現(xiàn)，由于輪胎引起的制動跑偏也是無規(guī)則的，時左時右。因此，在對車輛進行維修時，應按照規(guī)定及時對輪胎進行合理調(diào)配和換位，避免輪胎的異常磨損。

2　汽車制動側(cè)滑

2.1汽車制動側(cè)滑產(chǎn)生的原因

如圖3所示，汽車制動時，車輪（假設是剛性車輪）與地面間產(chǎn)生與車輛行駛方向相反的制動力Fx。若此時汽車受到側(cè)向力作用，則地面同時給車輪一個側(cè)向附著力Fy。當Fy足夠大時，可以與作用于汽車的側(cè)向力平衡，則汽車就不會產(chǎn)生橫向滑動［3］。

圖3　車輪在水平地面上制動時受力示意圖Fig.3 Vehicle wheel braking force on horizontal ground

設車輪的縱向附著系數(shù)和側(cè)向附著系數(shù)分別為φx和φy，地面給車輪的垂直反力為Fz，則制動力Fx和Fy側(cè)向附著力可以用公式（1）和公式（2）表示［4～5］。Fx和Fy的合力的計算式為式（3）。

當制動力增大時，縱向附著系數(shù)φx將不斷增大。由式（4）可知，當車輪抱死時，φx的大小趨近于φ，那么側(cè)向附著系數(shù)φy將趨近于0，使得汽車的側(cè)向附著力趨近于0，導致汽車失去抵抗側(cè)滑的能力，出現(xiàn)側(cè)滑。

2.2制動時前后車輪抱死順序?qū)τ诎踩缘挠绊?/p>

假如前軸車輪先抱死（如圖4（a）所示），在側(cè)向力Y作用下，前輪抱死側(cè)滑，使前軸A的速度VA向側(cè)向力的方向偏離一個角度，從而使汽車繞O點做圓周運動。而汽車的離心力Fj與Y的方向相反。所以，起到了抵消側(cè)向力、減小側(cè)滑的作用。

假如是后軸車輪先抱死（如圖4（b）所示），在側(cè)向力Y的作用下，后輪抱死側(cè)滑，使后軸B的速度VB向側(cè)向力的方向偏離一個角度，汽車繞O點做圓周運動。而汽車質(zhì)心上的離心力Fj（如圖4（b）所示）與Y的方向基本相同，兩個力共同作用，加劇了后軸側(cè)滑［6］。

2.3防止汽車制動側(cè)滑的基本策略

由上述分析可知，汽車緊急制動時，如果前軸車輪先抱死，汽車失去轉(zhuǎn)向控制，但是仍能按直線行駛，處于穩(wěn)定狀態(tài)；如果后軸車輪先抱死，汽車出現(xiàn)側(cè)滑，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，非常危險。因此，為了保證汽車制動時方向穩(wěn)定性，首先不能出現(xiàn)只有后軸車輪抱死或后軸車輪先于前軸車輪抱死的情況，以防止危險的后軸側(cè)滑；其次，盡量少出現(xiàn)只有前軸車輪抱死或前后車輪同時抱死的情況，以維持汽車的轉(zhuǎn)向能力。最理想的情況就是，前后車輪都處于滾動狀態(tài)。這樣，就可以確保制動時的方向穩(wěn)定性［7］。

駕駛車輛過程中，出現(xiàn)制動側(cè)滑時，應沉著冷靜應對。后軸側(cè)滑時，應迅速抬起制動踏板，并向與側(cè)滑相同的方向修正方向盤；前軸側(cè)滑時，應抬起制動踏板，并向與側(cè)滑相反的方向修正方向盤，切忌驚慌失措。

在附著條件較差的路面上轉(zhuǎn)彎時，應提前減速靠右行駛，避免急轉(zhuǎn)方向，或邊踩制動邊轉(zhuǎn)向，以防止車輛產(chǎn)生側(cè)滑。尤其在交叉路口轉(zhuǎn)彎時，要提前打轉(zhuǎn)向信號燈以提示其他車輛，避免車輛發(fā)生碰撞事故，或由于車輛被迫采取緊急制動而產(chǎn)生側(cè)滑現(xiàn)象。

另外，在汽車上安裝防抱死裝置（ABS）、電子制動力分配系統(tǒng)（EBD）及電子車身穩(wěn)定裝置（ESP），可以有效地控制側(cè)滑，維持制動時車輛的穩(wěn)定性［8］。

3　結(jié)語

汽車的制動側(cè)滑、跑偏是安全行車的大敵。駕駛?cè)藛T只有了解了汽車制動跑偏產(chǎn)生的原因及應對策略，在發(fā)生危險時才能采取有效的應對措施。

圖4　汽車某軸側(cè)滑時的運動狀況Fig.4 M ovement condition of one vehicle axle side slipping

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［7］徐浩，陳紅陽.基于ABS系統(tǒng)的制動力分配策略［J］.岳陽職業(yè)技術(shù)學院學報，2014（01）：94－96.

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[責任編輯胡修池]

TP23

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1008-486X（2016）02-0042-03

2015-12-15

趙國權(quán)（1991-），男，甘肅古浪人，助教，主要從事為汽車服務工程專業(yè)的教學與研究工作。