某品牌SUV汽車翻滾事故原因分析

駱穎哲，范超雄

Luo Yingzhe, Fan Chaoxiong

(東北林業(yè)大學 交通學院，黑龍江 哈爾濱，150040)

1 事故概要

2011年4月27日，河北省某市發(fā)生一起車毀人亡的惡性事故，事故造成1死3傷。根據(jù)交警出具的事故調(diào)查筆錄和事故現(xiàn)場責任認定書顯示，事故經(jīng)過如下：

某企業(yè)經(jīng)理于2011年4月27日上午10時許駕車到城關(guān)辦理業(yè)務，途徑一村鎮(zhèn)時，突然有一輛農(nóng)用拖拉機從村中駛出，逆行而來，駕駛員為躲避逆行而來的拖拉機，向右猛打轉(zhuǎn)向盤，方向突然失控，車輛隨即出現(xiàn)側(cè)滑，左側(cè)車輪駛向路肩，駕駛員見狀向左回打轉(zhuǎn)向盤，左后尾與行道樹發(fā)生刮擦后，車輛騰空翻轉(zhuǎn)360°后落地。在車輛騰空翻轉(zhuǎn)過程中，坐在副駕駛位置上的乘員因未系安全帶，被甩出窗外而亡，其余包括駕駛員在內(nèi)的車上3人不同程度受傷。

筆者跟隨受當?shù)氐缆方煌ü芾聿块T委托的鑒定專家，一同對該起事故原因進行調(diào)查分析。

2 事故勘驗和調(diào)查

接到委托后，鑒定專家對該車的結(jié)構(gòu)特點進行了詳細了解，事故車輛是一國產(chǎn)SUV多用途車，為非承載式車身結(jié)構(gòu)。后橋采用少片變剛度鋼板彈簧非獨立懸架，裝有雙向作用筒式減振器；前橋裝有扭桿彈簧，懸架結(jié)構(gòu)形式是不等長雙橫臂、扭桿下置式獨立懸掛，裝有橫向穩(wěn)定桿及液力雙向作用筒式減振器；轉(zhuǎn)向器采用循環(huán)球式；液壓制動系統(tǒng)為前盤后鼓式車輪制動器。

該車購于2010年9月，行駛7000 km。據(jù)駕駛員介紹：該車自購買后，一直存在行駛發(fā)飄、行駛跑偏和制動跑偏的故障，而且方向固定，高速右轉(zhuǎn)向時方向失控感覺尤其明顯，制動時向左甩尾厲害，在經(jīng)銷商處做過多次維修，先后更換了后輪制動分泵、前輪制動鉗總成、縱向橫向推力桿膠套、上下擺臂膠套和橫向穩(wěn)定桿膠套等零部件，但故障現(xiàn)象沒有任何改變。進行了四輪定位檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。

根據(jù)駕駛員對該車使用與維修情況的介紹，去經(jīng)銷商處調(diào)取了該車的維修記錄。依據(jù)對車輛結(jié)構(gòu)的了解、汽車操縱性能的理解和以往的經(jīng)驗，結(jié)合車輛維修經(jīng)過，鑒定專家對車輛事故現(xiàn)象進行了分析討論，初步認為事故原因很可能是制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向操縱系統(tǒng)或懸掛系統(tǒng)發(fā)生運動干涉。根據(jù)這一思路對車輛進行了細致檢查。

首先對車輛的車輪定位、轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)進行了檢查，未發(fā)現(xiàn)異常；對車輪制動力進行了測試，四輪制動力都符合要求，制動力及制動力不平衡率均在允許范圍內(nèi)，排除了行駛跑偏與車輪定位之間的關(guān)系，也排除了制動系的原因[3]。隨后，對底盤各個部位進行詳細檢查，發(fā)現(xiàn)了異常情況。前懸架左右兩側(cè)下支臂安裝角度明顯不同，左側(cè)下支臂與車架支腿之間的夾角明顯小于右側(cè)下支臂與車架支腿間的夾角。因角度測量不便，所以測量了兩側(cè)緩沖膠塊的間隙，左側(cè)間隙約為 25 mm，而右側(cè)間隙約為 55 mm，兩側(cè)相差約為 30 mm，見圖1所示。與之對應，雙側(cè)扭桿彈簧的緊固調(diào)整螺栓調(diào)整長度明顯不同，左側(cè)扭桿彈簧調(diào)整螺栓露出螺帽部分長度為43 mm，而右側(cè)扭桿彈簧調(diào)整螺栓露出螺帽部分長度為55 mm，見圖2所示。這表明兩側(cè)彈簧剛度不一致，即左側(cè)彈簧剛度較小，右側(cè)彈簧剛度較大。

根據(jù)檢查情況，初步斷定該車行駛跑偏、制動跑偏應該與扭桿彈簧的調(diào)整有關(guān)。據(jù)此，對雙側(cè)扭桿彈簧對比進行調(diào)整，將左側(cè)扭桿彈簧的調(diào)整螺栓扭緊，使之剛度增加，直到兩側(cè)下支臂與支腿間的夾角相等，兩側(cè)緩沖膠塊間的間隙相同。然后將其緊固好，再試車，試車中當車速達到90～100 km/h時，操縱轉(zhuǎn)向盤，方向不再有發(fā)飄或跑偏現(xiàn)象；踩下制動踏板，不再有制動跑偏現(xiàn)象，至此故障消除。

上述分析表明，該起車輛翻滾事故原因?qū)儆谶\動干涉，由于制造廠的裝配調(diào)整質(zhì)量不合格，致使車輛的制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和行駛系統(tǒng)發(fā)生運動干涉，引起操縱失控，進而引發(fā)交通事故。

3 原因分析

為什么前輪定位參數(shù)都正常，制動系統(tǒng)也沒問題，僅僅因為扭桿彈簧的調(diào)整致使車輛出現(xiàn)行駛方向發(fā)飄，轉(zhuǎn)向失控，制動時向左側(cè)甩尾的故障現(xiàn)象，最終引發(fā)交通事故呢？

這要從汽車抗側(cè)傾能力的角度解釋。汽車在作曲線運動時，由于離心力的作用，車身會因側(cè)傾而形成側(cè)傾角，由于懸架彈簧作用于車身的彈性力在垂直方向上的分量和懸架導向桿系的約束反力在垂直方向上的分量共同作用，形成懸架系統(tǒng)對車身的總彈性恢復力偶矩，使車身趨于穩(wěn)定。這個彈性恢復力偶矩取決于懸架彈簧的剛度[1]。

這里使用懸架的線性剛度和懸架的側(cè)傾角剛度來說明懸架的抗側(cè)傾能力和穩(wěn)態(tài)響應能力。

懸架的線剛度指的是車輪保持在地面上而車身作垂直運動時，單位車身位移下，懸架系統(tǒng)給車身的總彈性恢復力。若一個彈簧的線剛度為ks，則懸架的線剛度為Kl=2ks。

懸架的側(cè)傾角剛度是指側(cè)傾時，單位車身轉(zhuǎn)角下，懸架系統(tǒng)給車身總的彈性恢復力偶矩[1]。根據(jù)圖3等效模型可計算出懸架側(cè)傾角剛度

同時車輛在作曲線運動時，車身產(chǎn)生側(cè)傾力矩MΦr，車身的側(cè)傾角則取決于側(cè)傾力矩和側(cè)傾角剛度。即

汽車的側(cè)傾力矩包含了：懸掛質(zhì)量離心力引起的側(cè)傾力矩MΦr1；側(cè)傾后懸掛質(zhì)量重力引起的側(cè)傾力矩MΦr2；獨立懸架中，非懸掛質(zhì)量的離心力引起的側(cè)傾力矩MΦr3。即

車身側(cè)傾角是影響汽車操縱穩(wěn)定性和平順性的一個重要參數(shù)。車身的側(cè)傾力矩與汽車作曲線運動時的車速的平方成正比，即與側(cè)向加速度成正比[1]。在SUV高速急轉(zhuǎn)彎過程中，影響汽車側(cè)翻的主要因素有重心高度、重心縱向位置、車速、前輪轉(zhuǎn)向角、懸架側(cè)傾特性等[5]。對于該事故車來說，由于懸架左側(cè)扭桿彈簧調(diào)整的原因，使得該車側(cè)傾角剛度較低、車身的側(cè)傾角偏大，當車速達到一定值時，隨車身側(cè)傾力矩增加，車身側(cè)傾角增大使車身失去穩(wěn)定，以致方向發(fā)飄。

分析完行駛跑偏、方向發(fā)飄的原因后，制動跑偏的原因就容易解釋了。制動時在慣性力作用下，汽車重心前移，汽車的前部會下沉，后部會抬升，由于前懸架雙側(cè)扭桿彈簧的剛度不一致，會使彈簧剛度軟的一側(cè)下沉比較嚴重，彈簧剛度硬的一側(cè)則下沉較輕，這樣汽車的重心會向一側(cè)偏斜，使彈簧軟的一側(cè)制動力顯現(xiàn)不足，致使汽車跑偏[2]。

4 結(jié)束語

在汽車使用和維修過程中，經(jīng)常會遇到類似的棘手問題。由于汽車本身是一個綜合的機械系統(tǒng)，影響汽車操縱穩(wěn)定性和制動時方向穩(wěn)定性的因素比較復雜，當汽車裝配調(diào)整不當時，或經(jīng)過長期行駛，汽車懸掛系統(tǒng)和導向桿系磨損、變形和橡膠襯套老化，汽車的懸架系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)生運動干涉，就會影響汽車的操縱穩(wěn)定性和制動性能。在分析和排除這類故障時，不僅要依靠經(jīng)驗，還必須從汽車的結(jié)構(gòu)和行駛原理分析，綜合考慮相關(guān)系統(tǒng)的邏輯關(guān)系和相互作用，才能找出真正的原因所在。

[1]余志生．汽車理論[M]．北京:機械工業(yè)出版社，2004．

[2]肖云魁．汽車故障診斷學[M]．北京:北京理工大學出版社，2006.

[3]吳柏宇，孫寶福．汽車行駛跑偏診斷與解析[J]．科技創(chuàng)新導報，2011(19)：40-41.

[4]郝偉．汽車跑偏的原因及解決方法[J]．機械管理開發(fā)，2009，(03)：29-31.

[5] 金智林，翁建生，胡海巖. 汽車側(cè)翻及穩(wěn)定性分析[J]．機械科學與技術(shù)，2007，(26)：355-358.