車輛出顛簸路第一腳無制動故障分析

康 樂，尹 浩，劉 揚

Kang Le，Yin Hao，Liu Yang

（北京汽車股份有限公司汽車研究院，北京 101300）

制動系統(tǒng)作為汽車的重要組成部分，其可靠性直接影響汽車行駛安全性。據(jù)有關(guān)資料介紹，在由于車輛本身的問題造成的交通事故中，制動系統(tǒng)故障引起的事故占總數(shù)的 45%。而制動器作為制動系統(tǒng)關(guān)鍵執(zhí)行機構(gòu)，在保障系統(tǒng)工作可靠性方面起著舉足輕重的作用。制動效能及其穩(wěn)定性是評價制動系統(tǒng)的重要指標，行車過程中（特別是高速行駛）如果制動效能突然降低，將會導致嚴重的后果[1-2]。車輛在行駛一段顛簸路后第一腳制動效能低或無制動效能是車型開發(fā)過程中的常見路試故障之一。出現(xiàn)該故障通常是由于活塞壓入力過小和卡鉗鉗體滑動阻力過小。

通過故障現(xiàn)場查看及故障件臺架測試等方法進行排查，確定活塞壓入力正常且相對于新件無明顯衰退趨勢；而制動鉗上固定鉗體和支架的彈性卡箍脫落，引起鉗體滑動阻力偏小，是導致故障發(fā)生的原因。通過將現(xiàn)有彈性卡箍與原型車的彈性卡箍對比，發(fā)現(xiàn)卡箍的空間走向、卡緊位置角度不一致、明顯的折痕以及材質(zhì)偏軟是導致卡箍易脫落、斷裂以及對于鉗體無明顯固定作用的原因。針對此問題，采用依照原型件重新逆向彈性卡箍，改進加工工藝，優(yōu)化材質(zhì)等方法進行整改。整改后的樣件通過實車搭載試驗驗證，解決了車輛出顛簸路后第一腳無制動效能問題，從而保證路試過程中制動系統(tǒng)的可靠性和安全性。

1 故障描述及初步分析

1.1 故障描述

某車型制動器依據(jù)原型車SAAB 93進行國產(chǎn)化開發(fā)，開發(fā)階段可靠性路試驗證時出現(xiàn)車輛經(jīng)過一段石塊路、顛簸路或者搓板路后第一腳制動時無制動效能或制動效能非常低，第二腳制動效能恢復的問題。

經(jīng)與試驗員了解，第二腳制動效能可以恢復，其他路段制動無此類問題，故障件基本可以鎖定制動器，排除制動系統(tǒng)其他零部件故障可能性。出現(xiàn)此類故障，其直接原因通常為制動盤與制動塊之間產(chǎn)生了較大的間隙，第一次制動時，系統(tǒng)油壓轉(zhuǎn)化的活塞動作量不足以補償該間隙，制動塊與制動盤之間不能壓緊摩擦產(chǎn)生制動力矩或產(chǎn)生的制動力矩非常低，導致整車無制動效能或制動效能低。同時，由于制動器的自調(diào)整功能，在第一次制動時活塞自調(diào)補償了制動塊和制動盤之間的部分間隙，再次制動時，制動效能才可以逐步恢復正常狀態(tài)。

問題集中在制動盤與制動塊在車輛顛簸時為何會產(chǎn)生較大間隙。車輛顛簸運動時，制動盤與制動塊之間的不斷“碰撞”，使得制動塊不斷退離制動盤，制動塊內(nèi)側(cè)通過三卡爪固定在活塞上，活塞也不斷退回?；钊嘶亓科笫菍е麻g隙大的原因，而活塞退回量大可能的原因一是活塞壓入力小，不符合設(shè)計要求；二是鉗體滑動阻力?。ɑ钊麎貉b在制動鉗鉗體活塞缸內(nèi)），不符合設(shè)計要求。

1.2 故障現(xiàn)場排查及初步分析

為更清晰了解故障情況及查明故障原因，到故障現(xiàn)場排查問題。首先試車，共 3臺車故障，如試驗員所述出顛簸路后幾乎無制動力，車輛處于極危險狀況，第二腳踩制動時制動力才可恢復。試車后進行查車，發(fā)現(xiàn)故障車前制動鉗鉗體與支架之間的固定用彈性卡箍脫落，而其他未出現(xiàn)該故障的車輛彈性卡箍完好。使用試驗備件彈性卡箍重新固定鉗體與支架，再次試車，第一腳制動力恢復，跟蹤試驗一天（約200 km）無故障復發(fā)。為充分排查故障，將一臺故障車的前制動鉗總成帶回廠家進行故障分析。

彈性卡箍的作用簡述：彈性卡箍使用彎鉤固定在鉗體對應鉤孔內(nèi)，同時靠兩端壓緊在支架表面，由于支架在整車上是固定不動的，通過二者之間的壓緊，防止鉗體沿活塞軸向的過度運動及俯仰運動，保證活塞可靠工作及制動鉗總成和各零部件的可靠耐久性。

2 故障件排查

2.1 活塞壓入力分析

如圖 1所示，對新生產(chǎn)制動鉗、故障件和原型車制動鉗進行活塞壓入力測試，測試結(jié)果見表1，故障件活塞壓入力合格，排除活塞壓入力過小導致第一腳無制動故障的可能。

表1 活塞壓入力測試結(jié)果

2.2 鉗體滑動阻力分析

如圖 2所示，對故障件、新生產(chǎn)制動鉗和原型車制動鉗進行鉗體滑動阻力測試，測試帶彈性卡箍、不帶彈性卡箍、帶原型件彈性卡箍等幾種情況。測試結(jié)果見表2～表5。

1）故障件（第一腳無制動）

表2 鉗體滑動阻力（故障件）

2）新件

表3 鉗體滑動阻力（新件）

3）原型車制動鉗

表4 鉗體滑動阻力（原型車）

4）馬自達3原裝卡鉗

此卡鉗與SAAB 93卡鉗結(jié)構(gòu)相似，二者卡簧形狀一致。

通過以上測試可以看出：

國產(chǎn)制動鉗彈性卡箍對鉗體的固定作用不明顯；原型車的彈性卡箍無論是安裝在原型件、新件，還是路試故障件，鉗體滑動阻力均有明顯增加，可見卡箍對鉗體的固定作用明顯；馬自達 3的彈性卡箍與原型車卡箍表現(xiàn)一致，可作為整改參考。

表5 鉗體滑動阻力（馬自達3）

2.3 彈性卡箍分析

原型車SAAB 93的彈性卡箍與支架為內(nèi)側(cè)接觸，外側(cè)不接觸，這樣壓緊支架的力與鉤住鉗體的力為對角力，彈性卡箍不易脫落。國產(chǎn)化彈性卡箍與支架為中間靠外側(cè)接觸，壓緊支架力與鉤住鉗體力為同側(cè)，制動過程中鉗體運動，彈性卡箍外側(cè)脫離鉗體易發(fā)生脫落。將原型車彈性卡箍與國產(chǎn)彈性卡箍對比，發(fā)現(xiàn)：

1）國產(chǎn)件鉤頭折彎角度不合理，與卡鉗接觸位置偏外（易脫出），國產(chǎn)件鉤頭長度偏短，易脫出；

2）國產(chǎn)件折彎處有明顯折痕，卡箍易在折彎處斷裂，直至脫落，而原型件為圓滑過渡；

3）將彎鉤處重合，查看其他部分的重合情況，原型件和國產(chǎn)件呈反向，另一端彎鉤處及壓緊端完全不能重合，也正好說明了二者與支架接觸位置相反的現(xiàn)象；

4）國產(chǎn)件材質(zhì)機械性能較原型件差，原型件材質(zhì)為機械彈簧用鋼絲-高的抗拉強度SH級，國產(chǎn)件材質(zhì)為碳素彈簧碳素鋼絲 70A-C（C為中等應力彈簧）。

基于上述，國產(chǎn)彈性卡箍與原型件在形狀、折痕、材質(zhì)上的差異是導致其發(fā)生脫落和斷裂故障的原因，也是車輛出顛簸路后第一腳制動無制動效能或制動效能低的根本原因。

3 彈性卡箍整改及驗證

1）將原型車的彈性卡箍點云掃描，重新逆向結(jié)構(gòu)，并根據(jù)三維圖更新二維圖，規(guī)定關(guān)鍵尺寸及關(guān)鍵技術(shù)要求；

2）折彎工藝改進，改善折痕；

原狀態(tài)：刀具R0.5；改進后的狀態(tài)：刀具R2；

3）材料由彈簧碳素鋼70A改為DH-2高彈性彈簧鋼，性能對比見表6，可見整改后材質(zhì)性能明顯優(yōu)于原材質(zhì)。

表6 材料性能對比

整改后彈性卡箍通過臺架振動耐久試驗驗證，無脫落現(xiàn)象復發(fā)；并搭載可靠耐久車驗證，解決了車輛出石塊路、顛簸路或搓板路后第一腳無制動力的問題，從而保證了試驗過程中的安全性、整車的可靠性及制動安全性。

4 結(jié) 論

通過故障現(xiàn)場及臺架測試方法排查故障，發(fā)現(xiàn)固定鉗體和支架的彈性卡箍的脫落是導致車輛出石塊路、顛簸路或搓板路后第一腳制動時無制動效能或制動效能低的原因。經(jīng)過彈性卡箍國產(chǎn)件與原型件的對比分析，確定國產(chǎn)件彈性卡箍形狀、材質(zhì)、折彎工藝是導致彈性卡箍發(fā)生脫落現(xiàn)象的原因，并通過重新逆向原型件、材質(zhì)變更、工藝改善對彈性卡箍進行整改。整改后的彈性卡箍通過振動耐久臺架測試及整車可靠耐久路試，從而保證了車輛制動安全性。

[1]方泳龍.汽車制動理論與設(shè)計[M].北京：國防工業(yè)出版社，2005.

[2]劉惟信.汽車設(shè)計[M].北京：清華大學出版社，2001.