趙國(guó)權(quán)

（延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院，陜西西安710100）

汽車制動(dòng)過(guò)程中的跑偏與側(cè)滑及其控制策略

趙國(guó)權(quán)

（延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院，陜西西安710100）

汽車制動(dòng)性是汽車的主要性能指標(biāo)，與交通安全有直接關(guān)系。汽車制動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)的制動(dòng)跑偏與側(cè)滑嚴(yán)重影響了汽車行駛的方向穩(wěn)定性，危害行車安全。用力學(xué)的方法分析了其產(chǎn)生的機(jī)理，并提出了防止制動(dòng)跑偏與側(cè)滑的基本方法。

汽車；制動(dòng)跑偏；制動(dòng)側(cè)滑；控制策略

0　引言

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

汽車制動(dòng)過(guò)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(shí)緊急制動(dòng)，車輛容易失控而偏離原來(lái)的行駛軌跡失去方向穩(wěn)定性，從而造成沖入對(duì)向車道、路邊下溝等危險(xiǎn)情況［2］。汽車制動(dòng)跑偏、側(cè)滑是造成交通事故的重要原因。因此，預(yù)防車輛的制動(dòng)跑偏、側(cè)滑，對(duì)行駛安全有著很重要的意義。

1　汽車制動(dòng)跑偏

1.1汽車制動(dòng)跑偏產(chǎn)生的主要原因［3］

1.1.1左右車輪制動(dòng)器制動(dòng)力不相等

在車輪抱死之前，地面制動(dòng)力等于制動(dòng)器制動(dòng)力；車輪抱死以后，地面制動(dòng)力等于地面附著力。當(dāng)左右制動(dòng)器所提供的制動(dòng)力不相同時(shí)，所獲得的地面制動(dòng)力不對(duì)稱，車輪將發(fā)生跑偏［3］。若左右兩個(gè)制動(dòng)器制動(dòng)力增長(zhǎng)快慢不一致，同樣也會(huì)導(dǎo)致汽車制動(dòng)跑偏。尤其在緊急制動(dòng)時(shí)，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(dòng)跑偏受力分析Fig.1 Braking deviation force analysis

圖1給出了由于左右制動(dòng)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(dòng)時(shí)左右車輪的制動(dòng)力，F(xiàn)為左右車輪制動(dòng)力的合力。當(dāng)左右制動(dòng)力不相等時(shí)，即F左＞F右或F左＜F右時(shí)，合力F的作用線向制動(dòng)力大的一邊偏離一個(gè)H值，使汽車受到一個(gè)繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩M（M=F×H）。M使汽車自動(dòng)向制動(dòng)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(dòng)力的差值，左右車輪制動(dòng)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(yán)重［3］。

1.1.2懸架桿系與轉(zhuǎn)向拉桿發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉引起的跑偏

跑偏的第二個(gè)原因是懸架導(dǎo)向桿系與轉(zhuǎn)向系拉桿發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉。如圖2所示，汽車緊急制動(dòng)時(shí)，前軸向前扭轉(zhuǎn)了一角度θ，轉(zhuǎn)向節(jié)上球頭銷本應(yīng)相應(yīng)移動(dòng)，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(dǎo)致轉(zhuǎn)向節(jié)臂相對(duì)于主銷向右偏轉(zhuǎn)，從而引起轉(zhuǎn)向向右移動(dòng)，造成跑偏。其次，制動(dòng)時(shí)，兩側(cè)動(dòng)載荷不等，彈簧剛度不足引起單側(cè)懸架變形，造成運(yùn)動(dòng)學(xué)跑偏。

圖2　制動(dòng)時(shí)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(dòng)時(shí)，不僅需要有足夠的制動(dòng)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(dòng)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(dòng)力不相等而引起的制動(dòng)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(dòng)跑偏的基本方法是調(diào)整制動(dòng)系統(tǒng)，使左右車輪的制動(dòng)力大小保持一致。但是，絕對(duì)不能為了使制動(dòng)不跑偏而有意放松一邊的制動(dòng)效能。這樣，不但降低了整車的制動(dòng)效能，而且在重車時(shí)，同樣會(huì)出現(xiàn)制動(dòng)跑偏現(xiàn)象。

不超載也可以減小制動(dòng)跑偏的發(fā)生。因?yàn)檠b載超過(guò)允許載質(zhì)量的規(guī)定，即便空車檢驗(yàn)制動(dòng)不跑偏的汽車，在緊急制動(dòng)時(shí)，由于鋼板彈簧會(huì)出現(xiàn)較大的變形，使懸架導(dǎo)向桿系與轉(zhuǎn)向系拉桿不協(xié)調(diào)而引起制動(dòng)跑偏?；蛘咴黾討壹軓椈蓜偠龋乐惯\(yùn)動(dòng)學(xué)跑偏。

在路試過(guò)程中可以發(fā)現(xiàn)，由于輪胎引起的制動(dòng)跑偏也是無(wú)規(guī)則的，時(shí)左時(shí)右。因此，在對(duì)車輛進(jìn)行維修時(shí)，應(yīng)按照規(guī)定及時(shí)對(duì)輪胎進(jìn)行合理調(diào)配和換位，避免輪胎的異常磨損。

2　汽車制動(dòng)側(cè)滑

2.1汽車制動(dòng)側(cè)滑產(chǎn)生的原因

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

圖3　車輪在水平地面上制動(dòng)時(shí)受力示意圖Fig.3 Vehicle wheel braking force on horizontal ground

設(shè)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(dòng)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(jì)算式為式（3）。

當(dāng)制動(dòng)力增大時(shí)，縱向附著系數(shù)φx將不斷增大。由式（4）可知，當(dāng)車輪抱死時(shí)，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(dǎo)致汽車失去抵抗側(cè)滑的能力，出現(xiàn)側(cè)滑。

2.2制動(dòng)時(shí)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(gè)角度，從而使汽車?yán)@O點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)。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(gè)角度，汽車?yán)@O點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)。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(gè)力共同作用，加劇了后軸側(cè)滑［6］。

2.3防止汽車制動(dòng)側(cè)滑的基本策略

由上述分析可知，汽車緊急制動(dòng)時(shí)，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(xiǎn)。因此，為了保證汽車制動(dòng)時(shí)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(xiǎn)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(shí)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(dòng)狀態(tài)。這樣，就可以確保制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性［7］。

駕駛車輛過(guò)程中，出現(xiàn)制動(dòng)側(cè)滑時(shí)，應(yīng)沉著冷靜應(yīng)對(duì)。后軸側(cè)滑時(shí)，應(yīng)迅速抬起制動(dòng)踏板，并向與側(cè)滑相同的方向修正方向盤(pán)；前軸側(cè)滑時(shí)，應(yīng)抬起制動(dòng)踏板，并向與側(cè)滑相反的方向修正方向盤(pán)，切忌驚慌失措。

在附著條件較差的路面上轉(zhuǎn)彎時(shí)，應(yīng)提前減速靠右行駛，避免急轉(zhuǎn)方向，或邊踩制動(dòng)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(shí)，要提前打轉(zhuǎn)向信號(hào)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(dòng)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(dòng)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(dòng)時(shí)車輛的穩(wěn)定性［8］。

3　結(jié)語(yǔ)

汽車的制動(dòng)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(dòng)跑偏產(chǎn)生的原因及應(yīng)對(duì)策略，在發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)才能采取有效的應(yīng)對(duì)措施。

圖4　汽車某軸側(cè)滑時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀況Fig.4 M ovement condition of one vehicle axle side slipping

［1］余志生.汽車?yán)碚摚跰］.機(jī)械工業(yè)出版社，2015：102－104.

［2］張永輝，仇建華.汽車制動(dòng)跑偏原因分析及故障診斷［J］.西安航空技術(shù)高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2011（03）：85－86.

［3］蔡果.汽車制動(dòng)跑偏與側(cè)滑安全分析［J］.內(nèi)蒙古公路與運(yùn)輸，2000（02）；138－140.

［4］劉景妮，李海霞.汽車制動(dòng)跑偏的原因和故障排除［J］.汽車實(shí)用技術(shù)，2015（05）：226－227.

［5］張思奇，張?zhí)靷b，周淑文.分離路面上車輛緊急制動(dòng)時(shí)穩(wěn)定性分析與控制［J］.東北大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011（05）：113－115.

［6］初亮，蔡健偉，王彥波.汽車制動(dòng)防抱死系統(tǒng)分離路面的控制策略［J］.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)，2014（02）：74－76.

［7］徐浩，陳紅陽(yáng).基于ABS系統(tǒng)的制動(dòng)力分配策略［J］.岳陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2014（01）：94－96.

［8］王哲強(qiáng).汽車制動(dòng)跑偏與側(cè)滑的預(yù)防［J］.價(jià)值工程，2014（06）：44－45.

[責(zé)任編輯胡修池]

TP23

B

1008-486X（2016）02-0042-03

2015-12-15

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