1、 汽车悬架装置最容易发生故障的元件是减振器，而减振器对汽车的行驶平顺性和操纵性的影响都很大。调查表明：大约有14左右的汽车至少有一各减振器工作不正常。而有故障的减振器在车辆行驶中会使车轮轮胎有30的路程接地力减少，甚至不与地面接触阳1。这样就会使汽车方向发飘，特别是曲线行驶时难以控制；制动易跑偏和侧滑；车身长时间的余振影响乘坐的舒适性；影响轮轴承、轴接头、转向拉杆、稳定器等部件。可能产生过载现象。下表21中的各项数据阳1可以充分的说明这一点。试验项目 试验结果 结果比较无ABS装置在不平的干路面上以80Kmh直线行驶时制动装有4个新减振器的制动距离：334m 左右轮装1个旧减振器的制动距离：3
2、6m增加26m增加78无ABS装置在不平的干路面上以50Kmh弯道行驶时制动装有4个新减振器的制动距离：l 31m 后轮弯道外侧1个旧减振器的制动距离：l54m增加 23m增加1 76载货汽车制动跑偏原因分析魏文义北汽福田欧曼重型汽车厂摘要：本文从设计角度和生产加工角度分析了引起制动跑偏的原因，并将这些原因分为外部因素和内部因素两大方面分别进行了较详细的阐述。笔者认为制动系统零部件加工及制造误差引起的积累误差是造成制动跑偏的主要原因，而这个积累误差是不可控的，也是无法消除的。要解决这个问题必须从两方面入手，一是尽可能提高各零部件加工质量，减小积累误差。二是在制动系统中增加制动力调节机构。通过制
3、动力的调节来弥补积累误差，从而解决制动跑偏问题。并推荐了一种制动力调节机构可调式弹簧制动气室。关键词：制动跑偏；积累误差；可调式弹簧制动气室Cause analysis for light truck braking deviation Abstract: This article analyzes the causes of the light truck braking deviation from two points of view-design and manufacture machining. And these causes can be divided into extern
4、al cause and internal cause which are discussed in detail here. In the authors opinion, the brake spare parts machining and manufacturing error leads to accumulated error, and this accumulated error is the main cause of braking deviation, which is also uncontrollable and not be eliminated. In order
5、to solve this problem, two methods can be used. One is improving as much as possible the spare parts machining quality to minish the accumulated error. The other is adding braking force adjusting mechanism in brake system. Using the braking force adjusting mechanism to reduce the accumulated error n
6、ow can solve the problem of braking deviation. And this article recommends one brake adjusting mechanism-adjustable spring brake chamber.Key words: brake deviation, accumulated error, adjustable spring brake chamber制动跑偏问题是困扰汽车行业多年的老问题，一直以来没有有效的解决措施。越是低端车，制动跑偏问题就越严重。而制动系统的稳定性则直接影响到整车安全性，威胁人身安全。制动跑偏从理
7、论上可分为前轮制动跑偏和后轮制动甩尾两种情况。但对于一般驾驶员来说不了解这一点，只是从感觉上感到车辆在制动的过程中偏离了原来的方向，严重时汽车甚至调头。驾驶员一般将其称为“刹偏” ，并细分为点刹偏、缓刹偏和急刹偏。后轮制动甩尾是因为制动时后轮较前轮提前抱死，后轮地面附着系数接近于零，轻微的侧向力就会引起车轮侧滑。这种情况一般在短轴距车上较为明显，可通过加装感载比例阀防止后轮提前抱死从而得到解决，也可通过加装 ABS 系统得到解决，这里不作详细讨论。下面以气制动车为主，对前轮制动跑偏原因进行分析讨论。1. 前轮制动跑偏原因分析造成前轮制动跑偏的原因很多，整体上可分为外部因素和内部因素。1.1 外
8、部因素：指不是因为制动系统原因而导致制动跑偏的因素，主要有：1.1.1 地 面 附 着 系 数 左 右 不 等 。 当 地 面 附 着 系 数 左 右 相 差 较 大 而 制 动 器 产 生 的 制动 力 左 右 相 等 等 时 ， 在 制 动 时 产 生 的 地 面 制 动 力 左 右 不 等 ， 就 会 产 生 制 动 跑 偏 现象 。1.1.2 整车匹配原因造成左右轮荷不等。当左右轮荷相差较大而左右制动器产生的制动力相等时，制动时会向轮荷较小的一侧跑偏。因为轮荷大的一侧惯性较大，停下来所需的制动力也较大。1.1.3 左右车轮总成（包括制动鼓）转动惯量差值较大，而左右制动器产生的制动力相等
9、时，制动时会向转动惯量小的车轮一侧跑偏。1.1.4 转向系拉杆与悬架导向杆系在运动学上不协调，发生运动干涉。1.1.4.1 板簧衬套间际过大如图 1 所示，当板簧与衬套间隙过大时，制动时由于惯性车架会相对前移（图中 A 向箭头所示） ，并带动直拉杆前移，直拉杆因此施加给转向节臂一个向前的拉力（图中 C 向箭头所示） 。因为转向节臂与车轮连为一体，所以在 C 向拉力的作用下，车轮将围绕主销中心朝 D 向旋转。整车即向左跑偏。这种原因引起的制动跑偏问题，只需提高加工精度，减小衬套与板簧的间隙即可。此间隙一般在 0.1mm 左右比较合理。1.1.4.2 板簧弧高过大，方向机垂臂过长。如图 2 所示，
10、当板簧弧高过大，方向机垂臂过长使直拉杆接近水平状态时，在紧急制动的时候由于惯性，车身下移压平板簧，前轴在水平方向上相对车架后移。这时由于车架下移，直拉杆后端也会在水平方向上相对后移。当直拉杆后端的后移量小于前轴后移量时，直拉杆就会对转向节臂形成一个 B 向的拉力。这个拉力将使车轮以主销中心为圆心，沿 C 向旋转。整车即向左跑偏。这种原因引起的制动跑偏只需减短方向机垂臂，增加直拉杆的倾斜度即可解决。1.1.4.3 板簧刚度较低，转向节臂距轮心太远。如图 3 所示，当板簧钢度较低时，在紧急制动时板簧会产生 S 变形 1。转向节臂将随板簧变形与车轮一同沿 A 向旋转。这时直拉杆就会对转向节臂形成一个
11、 B 向的推力。转向节臂距轮心越远，这个推力越大。在这个推力的作用下，车轮将以主销中心为中心，沿 C 向旋转。整车即向右跑偏。这种情况的制动跑偏一般在 紧 急 制 动 时 较 明 显 ， 可 通 过 提 高 板 簧 刚 度 和 减 小 转 向 节 臂 与 轮 心 的 距 离得 到 解 决 。1.1.5 轮胎气压左右不等，制动时整车会向气压小的一侧跑偏。这种情况同时也伴随着行驶跑偏。图 1 板簧与衬套间隙影响制动跑偏的原理图图 2 板簧弧高和方向机垂臂长度影响制动跑偏的原理图图 3 板簧钢度和转向节臂位置影响制动跑偏的原理图1.1.6 车架加工质量不高，或车架变形造成前轴与后轴不平行（即车架前后
12、轴定位点对角线长度误差过大） ，制动时整车会向轴距小的一侧跑偏。这种情况同时也伴随着行驶跑偏。1.2.内部因素：指 由 于 制 动 系 统 内 部 零 部 件 存 在 问 题 而 引 起 制 动 跑 偏 的 原 因 ， 主要 有 3：1.2.1 气路（油路）左右不对称。如气路（油路）左右直径、长度不一致，或因某一侧泄漏而造成左右两侧制动时间和制动力大小存在差异，而引起制动跑偏。1.2.2 气室左右不对称。气室左右不对称主要是指气室膜片和回位弹簧不对称，这会引起气室推动阻力的差异，从而引起制动时间和制动力大小差异，造成制动跑偏。另外气室顶杆长度相差太大也会引起制动跑偏。这是因为气室顶杆长度相差太
13、大时会引起调整臂角度不同。1.2.3 调整臂长度左右不对称。调整臂长度左右相差太大时，会造成左右制动力矩差异，从面引起制动跑偏。1.2.4 制动鼓失圆、偏心、圆柱度太差、左右直径相差较大，造成左右接触面积不等、左右制动力不等，从而引起制动跑偏。1.2.5 制动器圆柱度、垂直度误差较大，造成左右接触面积不等、左右制动力不等，从而引起制动跑偏。1.2.6 左右摩擦片摩擦系数不等，热稳定性达不到要求，造成左右制动力不等引起制动跑偏。1.2.7 左右凸轮轴形线不对称，造成左右制动力不等、左右制动响应时间不等，从而引起制动跑偏。凸轮轴形线的对称度，不仅指单个凸轮轴两侧形线的对称度，还指左右两侧两个凸轮轴
14、的对称度，这个对称度对制动跑偏的影响更明显。除等少数厂家外，大部分制动器厂家都不重视这一点的控制，严重的根本就不控制。这一点希望能引起制动器厂家的重视。凸轮轴最好采用数控机床加工，一般情况下左右两侧凸轮轴形线法向方向的误差应小于 0.1mm。1.2.8 左右两侧制动器各摩擦付间隙误差较大，造成两侧积累间隙不对称，从而影响制动力和响应时间差异，引起制动跑偏。1.2.9 左右制动器回位弹簧弹力不等，造成制动力不等，引起制动跑偏。1.2.10 左右制动器间隙不对称，造成左右制动响应时间不一致，引起制动跑偏。当上述内部因素中有一项或某几项存在较大的误差时，就会引起明显的制动跑偏现象，不论是点刹、缓刹、
15、急刹都会跑偏。但如果各零部件加工质量均符合要求，而仅是积累误差引起的刹偏，一般情况下点刹和急刹都不偏，只是在缓刹时才偏，但缓刹刹偏采用普通的调节方法和更换零部件的方法很难解决。在上述内部因素中，影响最明显的是摩擦片摩擦系数及其热稳定性、左右凸轮轴形线对称度、制动鼓的圆柱度及表面粗糙度、左右气室的对称度。试验表明，给制动蹄片靠凸轮端的摩擦表面滴 2 滴制动液能使平均制动力矩下降 38%。在制动鼓内加入 3cm3 润滑油，即使擦干净，也会使平均制动力矩较原来下降35.7%4；在实际试车过程中发现当左右气室回位弹簧高度差达到 6mm 时就会引起明显的刹偏现象，点刹、缓刹、急刹都偏。2. 前轮制动跑偏
16、的解决措施对于上述外部因素引起的制动跑偏问题，只要查明原因，作相应的改进就可解决。但对于内部因素引起的制动跑偏，往往不是某一个或某几个原因引起的，而是由一系列误差的积累引起的。积累误差往往是不可控的，而且是无法消除的。所以要解决此因素引起的制动跑偏只能从以下两方面入手解决。2.1 尽可能提高各零部件的加工质量，以减小积累误差。上面我们谈到的“左右制动力相等” ，并非仅指最大制动力的相等，而是指在一个制动过程中，每一时该左右制动力都要相等，这样才能保证不出现制动跑偏现象。在实际解决问题的过程中常发现过线检测显示右侧制动力大于左侧制动力，但路试制动时却向左跑偏。就是因为在达到最大制动力之前的某一时
17、该，左侧制动力是大于右侧制动力的。这明显是零部件加工精度低造成的。整车厂的每一个零部件一般都有好几个供应商，制动系统几十个零部件对应的供应商就更多了。而目前国内加工行业水平参差不齐，这就对质量控制提出了较高的要求。但要解决制动跑偏问题就必须提高零部件加工质量，减小积累误差，保证左右两侧零部件的对称度。2.2 增加制动力调节机构，以弥补积累误差。一方面制动系统零部件加工制造积累误差的存在，导致了左右两侧制动力不等。另一方面汽车最终体现出的制动性能是整车总布置、制动系统匹配、整车加工质量、制动系统零部件加工质量等综合作用的结果。所以，对于一个特定的汽车，要保证其在制动过程中不跑偏，其所需要的左右制
18、动力可能并不相同。所以说在制动系统中增加一个制动力调节机构是很有必要性的。目前出现了一种制动力调节机构可调式弹簧制动气室(由北京停易公司研制)，其结构如图 4 所示。该气室是将普通弹簧气室 2内的回位弹簧分为前后两个弹簧，前端是调节弹簧 8，后端是回位弹簧 6，调节弹簧 8 的弹力大于回位弹簧 6 的弹力。移动滑套 13 套装于气室顶杆 12 之上，可以前后滑动。移动滑套 13 后端设计有底座 7，用于定位回位弹簧 6 和调节弹簧 8。移动滑套 13 前端设计有外螺纹，调节螺母 9 和锁紧螺母 10 安装在其上。移动滑套 13 的前端还设有 4 个圆周方向均布的开口槽 11，旋转调节螺母 9
19、时可将平口螺丝刀插入其中，防止移动滑套 13 旋转。图 4 可调式弹簧制动气室结构图压力调节的原理和方法如下：松开防松螺母 10，向右旋转调节螺母 9(若移动滑套 13 跟随旋转，可将平口螺丝刀插入其前端开口槽 11 内防止其旋转)，移动滑套 13 随之前移，调节弹簧 8 被压缩，回位弹簧 6 被放松, 其预紧力减小。若这时制动，压缩气体开始从气室后壳 5 的进气口 2 进入气室 4 内，推动膜片1 和底座 3 前移压缩回位弹簧 6，因为回位弹簧 6 的预紧力因上述调节已变小，所以制动阻力也变小，气室顶杆 12 输出的推力变大。继续制动，随着气室 4 内气压的逐步升高，调节弹簧 8 也将受到压
20、缩。此时移动滑套 13 将和气室顶杆12 一同前移，调节弹簧 8 和回位弹簧 6 共同作用产生阻力影响气室顶杆的输出力。施加在制动蹄上的压力将随气室顶杆 12 的输出力的变化而变化。若向相反方向调节调节螺母 9，则情况正好相反。如上所述，对出现制动跑偏的车辆左右两侧气室弹簧预紧力进行调节，就可实现对左右两侧制动器产生的制动力的调节，从而消除制动跑偏现象。下面对此气室的受力情况作简要分析：图 5 可调式弹簧制动气室受力简图图 5 为气室受力简图，如图所示其受力关系如下：F=PS-f=PS-kLF=PS-(f1+f2)=PS-(k1L1+k2L2)F-气室顶杆输出力，NP-系统气压，MPaS-气室
21、膜片面积，mm 2f1-回位弹簧弹力，Nf1= k1L1k1-回位弹簧刚度系数，N/mmL1-回位弹簧压缩量，mmf2-调节弹簧弹力，Nf2= k2L2k2-调节弹簧刚度系数，N/mmL2-调节弹簧压缩量，mmL-气室顶杆行程，mmL= L1+ L2k-总弹簧刚度，N/mm1/k=1/k1+1/k2f-弹簧弹力，Nf=f1+f2当移动滑套调节到两端极限位置时：Fmax=PS-f1=PS-k1LFmin=PS-f2=PS-k2L在右两侧力差：F= Fmax-Fmin=(k 2-k1)L从上式可以看出，只要在气室空间布置允许的情况下，通过对回位弹簧和调节弹簧弹性刚度的合理设计，是能够满足任何左右制
22、动力差要求的。当移动滑套调节到中间任何位置时：F=PS-f=PS-(f1+f2)=PS-(k1L1+k2L2)设：=f/F可以看出，当气室压力 P 越小时， 值越大。这一点说明该气室对缓制动刹偏的抑制效果更明显。a)回位弹簧刚度 b)调节弹簧刚度 c) 总弹簧刚度图 6 可调式弹簧制动气室弹簧受力特性图如图 6 中 c)所示，当移动滑套处于中间任何位置时，在制动过程中弹簧力的变化会有一个突变，但这个突变与顶杆输出推力相比很小，所以对制动力的影响也较小，但在弹簧设计时应尽量减小这个突变值，使顶杆输出推力变化平缓。当移动滑套向外调节 L 时,弹簧弹力为：f=f1+f2=k1(L1-L)+k 2(L
23、2+L)当移动滑套向内调节 L 时,弹簧弹力为：f=f1+f2=k1(L1+L)+k 2(L2-L)所以，当移动滑套向外调节时，气室顶杆输出力 F 增大，当移动滑套向内调节时，气室顶杆输出力 F 减小。此调节方法也可与左右制动器间隙调整结合起来调节，这样调节范围会更宽，调节效果会更好。从上述分析可以看出，理论上通过回位弹簧 6 与调节弹簧 8 的合理匹配设计，通过调节其预紧力是能够弥补任何制动力差的。但由于受现有气室结构的限制，弹簧的设计也受到限制，所以其调节范围也是有限的。若左右制动力存在较大的差值，通过气室调节也无法弥补。比如像左右摩擦片摩擦系数相差过大，左右凸轮轴对称度存在较大的误差，制
24、动鼓偏心、失圆等较严重的情况，就不能依靠气室调节来解决。而必须更换相应的零部件，提高左右对称度，以降低左右制动力差。另一方面如果气室调节量过大，有可能造成前轮总制动力下降过大，所以也不允许气室有过大的调节量。因此说：可调弹簧制动气室是为解决缓制动跑偏而设置的，而对于紧急制动跑偏现象应从零部件加工质量或其它方面考虑解决。结论：引起制动跑偏的原因很多，也比较复杂，但归根结底还是左右制动力不对称引起的。所以要从设计和生产源头上解决左右制动力不对称的情况，只能从两个方面入手，一是提高零部件加工精度，二是对无法消除的积累误差进行弥补。而可调弹簧制动气室则是一种弥补积累误差的简单有效的方法。在实际解决问题的过程中，用可调弹簧制动气室替换普通弹簧制动气室后，制动跑偏问题 98%以上可以得到有效解决。参考资料1 汽车理论 ，清华大学，余志生主编，北京：机械工业出版社，2006.102 汽车构造 ，吉林大学，陆家瑞主编，北京：机械工业出版社，2005.73 汽车故障与检修 500 例 ，薛宏建编著，北京：机械工业出版社，2005.44 浅析汽车制动跑偏 武清爽编著， 汽车工程师 编辑部，2009.6GB-T 3811 起重机设计规范（国家标准）QC-T459-2004_(行业标准)
