輕型卡車緊急制動時出現(xiàn)甩尾問題的分析解決

寧晶

（比亞迪汽車工業(yè)有限公司）

汽車的制動性能是汽車的重要性能指標(biāo)之一。緊急制動甩尾是指汽車在進(jìn)行緊急制動過程中，出現(xiàn)向側(cè)面甩動的現(xiàn)象，即其1軸或2軸的車輪發(fā)生橫向移動。制動甩尾也稱為制動側(cè)滑。汽車前后軸同時發(fā)生側(cè)滑的情況較少，絕大多數(shù)情況是一個軸先發(fā)生側(cè)滑，而另一軸仍保持與地面的附著關(guān)系。輕型貨車在空載、滿載狀態(tài)下，整車的質(zhì)量、質(zhì)心、軸上的載荷變化很大，尤其是后軸。輕型貨車是按照整車滿載載荷狀態(tài)進(jìn)行制動系統(tǒng)設(shè)計，前、后制動器都設(shè)計的偏大。因在空載狀態(tài)下，后軸上的制動器能提供的制動力大于實際需要的制動力，會導(dǎo)致后輪早于前輪抱死，容易引起整車甩尾。據(jù)很多事故現(xiàn)場鑒定，汽車側(cè)滑失控，多由后軸引起。出現(xiàn)制動甩尾問題嚴(yán)重影響了汽車行駛的方向穩(wěn)定性，危害行車安全。因此在設(shè)計中必須避免。

1 問題提出

某輕型卡車在用戶實際的行車過程中，車輛處在空載未裝貨狀態(tài)且路面保持在干燥平整的狀態(tài)下，車輛以50 km/h及以上的車速行駛時，當(dāng)碰到危險緊急情況時需要踩剎車進(jìn)行緊急制動時，駕駛員發(fā)現(xiàn)車輛出現(xiàn)了嚴(yán)重的向右甩尾問題，嚴(yán)重影響了行車安全，危害駕駛員安全和行人及其他車輛安全；而滿載拉貨的狀態(tài)下，緊急制動未發(fā)生甩尾問題。該車的整車長度為5 995 mm，總質(zhì)量為4 495 kg，整備質(zhì)量為2 850 kg，發(fā)動機(jī)采用的是3.0 L排量的柴油發(fā)動機(jī)且制動系統(tǒng)采用的是氣壓制動系統(tǒng)，并配備有自動制動間隙調(diào)整臂。車輛甩尾及輪胎拖痕情況如圖1所示，從前后輪拖痕來看，后輪抱死印記要比前輪的印記清晰明顯的多，而前輪印記比較淺顯。

2 原因分析

2.1 制動系統(tǒng)原理

行車制動系統(tǒng)采用前、后獨立的雙回路氣壓制動系統(tǒng)，前后制動器為“S”凸輪領(lǐng)從蹄式鼓式制動器，整個氣壓制動系統(tǒng)由空氣壓縮機(jī)、空氣處理單元APU、串聯(lián)雙腔活塞式制動閥、繼動閥、前后儲氣筒、前制動氣室、后制動氣室、放水閥、檢測接頭、低壓報警開關(guān)及ABS電磁閥等組成。

前、后獨立的雙回路氣壓制動系統(tǒng)工作原理主要是由發(fā)動機(jī)驅(qū)動的空氣壓縮機(jī)將壓縮空氣經(jīng)單向閥首先輸入空氣處理單元，由空氣處理單元將壓縮空氣進(jìn)行油水分離、冷卻和干燥之后，分成2個獨立的回路：一個回路經(jīng)儲氣筒、雙腔制動閥的中腔通向后制動氣室；另一個回路經(jīng)儲氣筒、雙腔制動閥的下腔通往前制動氣室。當(dāng)其中一個回路發(fā)生故障失效時，另一個回路仍能繼續(xù)工作，以保證車輛具有一定的制動能力，從而提高了車輛行駛的安全性。整個的氣壓制動系統(tǒng)需要保證密閉性、氣壓穩(wěn)定性和前后輪制動反應(yīng)時間一致性，以確保整個氣壓制動系統(tǒng)完成正常的制動工作，保證整車行駛的安全。

2.2 排除措施

1）檢查前后制動管路狀態(tài)，整個制動管路系統(tǒng)走向正常，制動管路無折癟漏氣、斷裂、磨損及缺失等客觀故障情況存在；進(jìn)一步排查空氣壓縮機(jī)接口處管路漏氣情況，起動車輛并空擋踩油門，空氣壓縮機(jī)接口處無漏氣現(xiàn)象。

2）檢查前后制動器狀態(tài)，前后制動器蹄片上的摩擦片無異常磨損、斷裂等客觀故障情況存在，制動回位彈簧正常工作，回位力矩正常。

3）將前后制動器的制動間隙調(diào)整至符合設(shè)計技術(shù)要求，制動器蹄片軸及滾輪處重新涂潤滑油，再次試車，緊急制動甩尾問題無明顯改善。

4）重新更換1套全新的左右后制動器蹄片，并將制動器蹄片軸及滾輪處重新涂潤滑油，裝配完成后，調(diào)整制動器間隙至符合設(shè)計技術(shù)要求；再次試車，緊急制動甩尾問題無明顯改善。

5）解除后制動，保證車輛后制動不起作用，并對其他各管路接頭進(jìn)行復(fù)緊，再次試車，未發(fā)生緊急制動甩尾問題。

通過上述的排除措施分析，可以得出結(jié)論：1）該故障車的制動間隙對緊急制動甩尾問題影響不大；2）原前后制動器未發(fā)生故障；3）緊急制動甩尾問題由后制動引起的概率較大。

2.3 制動反應(yīng)時間測量

為進(jìn)一步確認(rèn)緊急制動甩尾問題就是由后制動引起，按照GB 12676《商用車輛和掛車制動系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗方法》的測試方法[3]，對該輕型卡車的前、后輪的制動反應(yīng)時間進(jìn)行測量。如圖2所示，前后管路的制動氣壓穩(wěn)定，前管路的穩(wěn)定氣壓壓力為0.62 MPa，后管路的穩(wěn)定氣壓壓力為0.63 MPa，整個制動系統(tǒng)氣壓基本保持穩(wěn)定一致。而在制動反應(yīng)時間方面，測量0～75%響應(yīng)時間（即前軸、后橋管路壓力升高到最大壓力值的75%的時間），結(jié)果顯示為：前輪的制動響應(yīng)時間為0.55 s，后輪的制動響應(yīng)時間為0.39 s。雖然能滿足GB 12676中小于0.6 s的要求，但前輪的制動反應(yīng)時間明顯慢于后輪的制動反應(yīng)時間0.16 s，導(dǎo)致車輛在緊急制動時，后輪先于前輪抱死拖滑，從而發(fā)生車輛甩尾現(xiàn)象。

圖2 行車制動反應(yīng)時間

因此，結(jié)合上述分析，可以得出結(jié)論：由于后輪制動的反應(yīng)時間明顯快于前輪的制動反應(yīng)時間，導(dǎo)致后輪先于前輪抱死拖滑，從而發(fā)生車輛緊急制動甩尾現(xiàn)象。

3 問題整改對策及驗證結(jié)果

為解決后輪制動的反應(yīng)時間明顯快于前輪的制動反應(yīng)時間，制定了2個解決方案：方案1是取消繼動閥方案；方案2是匹配感載比例閥方案。

3.1 取消繼動閥方案

從氣壓制動系統(tǒng)的原理圖可以看出，后輪制動系統(tǒng)裝有繼動閥，主要用于長制動管路的末端，使儲氣筒的壓縮空氣快速充滿制動氣室，起縮短制動反應(yīng)時間和壓力建立時間的作用。如圖3所示，繼動閥進(jìn)氣口1連接儲氣筒，出氣口2連接左右兩邊的后制動氣室。繼動閥工作原理為當(dāng)踩下制動踏板時，制動閥的輸出氣壓作為繼動閥的控制壓力通過控制口4輸入，在控制壓力作用下，將進(jìn)氣閥推開，于是壓縮空氣便由儲氣筒直接通過進(jìn)氣口進(jìn)入后制動氣室，而不用流經(jīng)制動閥，這大大縮短了后制動氣室的充氣時間，加速了制動氣室的充氣過程。因此繼動閥又叫加速閥。

圖3 繼動閥

為合理的延長后輪制動反應(yīng)時間，采取取消繼動閥的方案，由制動閥直接作用與制動氣室；同時為避免后制定反應(yīng)時間過長，將前后制動管路直徑由10 mm變?yōu)?2 mm。

同樣按照GB 12676《商用車輛和掛車制動系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗方法》的測試方法再次實測空載狀態(tài)下0～75%制動響應(yīng)時間（即前軸、后橋管路壓力升高到最大壓力值的75%的時間）：前輪制動響應(yīng)時間為0.4 s，后輪制動響應(yīng)時間為0.53 s。后輪制動響應(yīng)時間明顯慢于前輪制動響應(yīng)時間，在緊急制動時，前輪先于會后輪抱死，從而避免制動甩尾問題發(fā)生。實車驗證，空載時在干燥平整路面進(jìn)行緊急制動時，該車輛未發(fā)生制動甩尾問題。

3.2 匹配感載比例閥方案

感載比例閥由殼體、柱塞、閥門、彈簧等組成，工作原理是通過車身與車橋之間的距離變化(載荷的大小)改變彈簧的預(yù)緊力來對制動介質(zhì)的壓力進(jìn)行調(diào)整，使在各種載荷條件下都能得到一個近似理想的制動力分配，保證車輛行駛過程中前、后輪制動負(fù)荷的合適比例，確保在汽車緊急制動時后輪不抱死。為解決緊急制動甩尾問題，在該輕型卡車制動系統(tǒng)上重新設(shè)計匹配了感載比例閥方案，如圖4所示。

圖4 感載比例閥整車布置及感載比例閥

整車匹配感載比例閥后，實車安裝并測量空載狀態(tài)下0～75%制動響應(yīng)時間：前輪的制動響應(yīng)時間為0.5 s，后輪的制動響應(yīng)時間為0.52 s。后輪的制動響應(yīng)時間慢于前輪的的制動響應(yīng)時間，在緊急制動時，前輪先于會后輪抱死，從而避免制動甩尾問題發(fā)生。實車驗證，在空載狀態(tài)下未發(fā)生緊急制動甩尾問題。

匹配感載比例閥后，實車測量空載狀態(tài)下0～75%響應(yīng)時間：前軸為0.5 s，后橋為0.52 s。后橋制動響應(yīng)時間慢于前軸，在緊急制動時，前輪先于會后輪抱死，從而避免制動甩尾問題發(fā)生。實車驗證，在空載狀態(tài)下未發(fā)生緊急制動甩尾問題。

4 結(jié)論

行車中，車輛發(fā)生緊急制動甩尾問題是非常危險的，嚴(yán)重的會影響到人民的生命財產(chǎn)安全，在設(shè)計中必須避免。因此，通過工程設(shè)計的手段以及實車的驗證，取消繼動閥方案和匹配感載比例閥方案均能解決車輛緊急制動甩尾問題，2種方案均行之有效。但是，考慮到車輛成本問題，匹配感載比例閥會相應(yīng)增加整車成本，而取消繼動閥會降低整車成本，因此整車最終采用的方案為取消繼動閥方案。從市場上銷售的大批量車輛來看，用戶不再抱怨有緊急制動甩尾的問題出現(xiàn)，證明取消繼動閥方案有效。