論汽車(chē)手剎機(jī)械式駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)效率提升策略

粟龍招，陀明揚(yáng)，施莉

（柳州五菱汽車(chē)工業(yè)有限公司，廣西柳州545007）

論汽車(chē)手剎機(jī)械式駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)效率提升策略

粟龍招，陀明揚(yáng)，施莉

（柳州五菱汽車(chē)工業(yè)有限公司，廣西柳州545007）

用手來(lái)操縱的傳統(tǒng)式“手剎”因價(jià)格低，目前還是被廣泛地應(yīng)用在汽車(chē)上。如果設(shè)計(jì)時(shí)各種因素匹配不好，就會(huì)要求操縱駐車(chē)手柄的力要很大才能駐坡，操縱力小的時(shí)候駐車(chē)制動(dòng)力會(huì)不足，導(dǎo)致溜車(chē)。所以提高手剎機(jī)械式駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的效率至關(guān)重要。本文詳細(xì)描述幾種提高手剎機(jī)械式駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)效率的策略，結(jié)果顯示：拉索設(shè)計(jì)時(shí)走向盡可能地平順最小工作曲率半徑大于200 mm；鋼絲繩使用好的潤(rùn)滑脂；加大耐壓軟管內(nèi)孔尺寸；鋼絲繩的材質(zhì)要選擇合適這幾種方法，對(duì)提升拉索的效率很有幫助。

駐車(chē)制動(dòng)；手剎；機(jī)械式

雖然駐車(chē)制動(dòng)的操縱方式變得多樣化起來(lái)，但是傳統(tǒng)式的“手剎”仍然是使用最為廣泛的。傳統(tǒng)式手剎操縱方式簡(jiǎn)單，直接拉起即可起到作用，只需按住手柄端部的按鈕稍微向上一提，然后推回原位即可釋放“手剎”。這種傳統(tǒng)式的手剎造型也可以設(shè)計(jì)得很時(shí)尚，很炫酷。只是傳統(tǒng)式的“手剎”用手來(lái)操縱，雖然國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7258-2004：7.4.2規(guī)定手操縱時(shí)，乘用車(chē)不應(yīng)大于400 N，其它機(jī)動(dòng)車(chē)不應(yīng)大于600 N，但一般操縱人員操縱力在200 N（相當(dāng)于20公斤力）左右[1]，特別是對(duì)于為數(shù)不少的女士來(lái)說(shuō)，這種不太友好的操作方式，常常會(huì)因?yàn)橛昧Υ笮《柜v車(chē)制動(dòng)力不足，發(fā)生溜車(chē)現(xiàn)象，這就要求手剎機(jī)械式駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的效率越高越好。本論文詳細(xì)描述手剎機(jī)械式駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)效率提升的幾種策略。

1 手剎機(jī)械式駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)工作原理與結(jié)構(gòu)

手剎屬于輔助制動(dòng)系統(tǒng)，主要借助人力，一般在停車(chē)的時(shí)候，為了防止車(chē)輛自行溜車(chē)而設(shè)計(jì)的。手剎（駐車(chē)制動(dòng)器）主要由制動(dòng)桿、駐車(chē)制動(dòng)拉索總成（拉線）、制動(dòng)機(jī)構(gòu)以及回位彈簧組成，是用來(lái)鎖死傳動(dòng)軸從而使驅(qū)動(dòng)輪鎖死的（有些是鎖死兩只后輪）。對(duì)于制動(dòng)桿，其實(shí)是利用了杠桿原理，拉到固定位置通過(guò)鎖止牙進(jìn)行鎖止，如圖1所示。

圖1 駐車(chē)制動(dòng)手柄及鎖止牙

傳統(tǒng)的駐車(chē)制動(dòng)器為鼓式較為常見(jiàn)，最為常見(jiàn)的是集成在鼓式行車(chē)制動(dòng)器中的駐車(chē)制動(dòng)，通過(guò)下圖中的拉線4拉動(dòng)杠桿1和頂桿2使得剎車(chē)蹄3張緊剎車(chē)鼓，如圖2所示。

圖2 拉索集成裝配在鼓式制動(dòng)器中效果圖

2 手剎機(jī)械式駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的駐車(chē)制動(dòng)力計(jì)算與校核

2.1 關(guān)于駐車(chē)制動(dòng)的相關(guān)法規(guī)要求

了解駐車(chē)制動(dòng)力的法規(guī)要求，以及駐車(chē)制動(dòng)力和制動(dòng)系統(tǒng)的效率、制動(dòng)器各尺寸、整車(chē)參數(shù)之間的計(jì)算關(guān)系，才能明白在其它參數(shù)都不改變的情況下，提升制動(dòng)系統(tǒng)的效率，就能直接減少駐車(chē)制動(dòng)手柄的控制力，從而減輕駐車(chē)操縱強(qiáng)度。以下為法規(guī)的要求及駐車(chē)制動(dòng)力計(jì)算與校核過(guò)程。

GB7258-2004：7.13.3空載下在20%坡度，附著系數(shù)不小于0.7的坡道上，正反兩個(gè)方向可靠停駐[1]。

GB12676-1999：5.2.7.1駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)必須使?jié)M載車(chē)輛停在18%坡道上（上坡或下坡）[2]。

GB7258-2004：7.4.2手操縱時(shí)，乘用車(chē)不應(yīng)大于400 N，其它機(jī)動(dòng)車(chē)不應(yīng)大于600 N[1].

2.2 整車(chē)駐車(chē)制動(dòng)力計(jì)算與校核過(guò)程

下面以Q400液壓車(chē)為例進(jìn)行整車(chē)駐車(chē)制動(dòng)力計(jì)算與校核過(guò)程。

Q400液壓車(chē)整車(chē)相關(guān)參數(shù)：軸距l(xiāng)=3 605 mm，整備質(zhì)量mv=2 180 kg，前軸質(zhì)量mf=1 030 kg，后軸質(zhì)量mr=1 150 kg，最大質(zhì)量mv′=3 510 kg，前軸質(zhì)量mf′=1 709 kg，后軸質(zhì)量mr′=1 801 kg，質(zhì)心高空載hg=875 mm，滿載hg′=950 mm，后輪靜力半徑re=327 mm，質(zhì)心到前軸距離空載：L1=mr* l/mv=1 902 mm，滿載：L1′=mr′*l/mv′=1 850 mm，附著系數(shù)：φ≥0.7.

（1）汽車(chē)可能停駐的極限傾角

空載時(shí)，汽車(chē)上坡時(shí)可能停駐的極限上坡路傾角：

汽車(chē)下坡時(shí)可能停駐的極限下坡路傾角：

滿載時(shí)汽車(chē)上坡時(shí)可能停駐的極限上坡路傾角：

汽車(chē)下坡時(shí)可能停駐的極限下坡路傾角：

（2）制動(dòng)器因數(shù)的計(jì)算

V1的后輪采用的是浮式領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器。

單個(gè)斜支座浮式領(lǐng)蹄制動(dòng)蹄因數(shù)為：

單個(gè)斜支座浮式從蹄制動(dòng)蹄因數(shù)為：

其中式中：

查閱相關(guān)資料（見(jiàn)表1）得：

表1 制動(dòng)器領(lǐng)從蹄尺寸參數(shù)

計(jì)算得相關(guān)參數(shù)如表2所列。

表2 根據(jù)領(lǐng)從蹄計(jì)算得的相關(guān)參數(shù)

制動(dòng)蹄片摩擦系數(shù)f=0.35～0.4取0.35，單個(gè)斜支座浮式領(lǐng)蹄制動(dòng)蹄因數(shù)：

單個(gè)斜支座浮式從蹄制動(dòng)蹄因數(shù)：

浮式領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器因數(shù)為：

（3）手操縱機(jī)構(gòu)控制力的計(jì)算

2018年12月12日，北京—2018加拿大木材中國(guó)論壇暨現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑在健康養(yǎng)生產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用活動(dòng)在北京朝陽(yáng)悠唐皇冠假日酒店舉行，此次活動(dòng)由加拿大木業(yè)主辦。活動(dòng)吸引了超過(guò)250名專業(yè)人士的熱情參與。出席此次論壇的演講嘉賓包括：中國(guó)木材及木制品流通協(xié)會(huì)首席專家朱光前先生，來(lái)自加拿大溫哥華沿海健康家庭護(hù)理區(qū)域主管Jo-Ann G. Tait女士以及加拿大Equilibrium工程咨詢公司聯(lián)合創(chuàng)始人Robert Malczyk先生等。

制動(dòng)器因數(shù)中

式中，Tf為制動(dòng)器摩擦力矩；R為制動(dòng)鼓作用半徑R=135 mm；P為輸入力，兩制動(dòng)蹄張開(kāi)力.

手操縱機(jī)構(gòu)杠桿比i1=7

手剎杠桿杠桿比i2=6

制動(dòng)拉索傳動(dòng)效率η=0.6

單個(gè)后輪駐車(chē)制動(dòng)器的制動(dòng)力矩為：

又因F*i1*i2*η/2=P

所以Tf=BF*R*P=168.3P

空載時(shí)手操縱機(jī)構(gòu)控制力

滿載時(shí)手操縱機(jī)構(gòu)控制力

通過(guò)計(jì)算，Q400手剎，能夠滿足GB7258-2004和GB12676-1999的法規(guī)要求。

滿載在最大爬坡度14°時(shí)的手操縱機(jī)構(gòu)控制力F=326.4 N.

3 汽車(chē)手剎機(jī)械式駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)效率提升的幾種策略

從以上手操縱機(jī)構(gòu)控制力的計(jì)算公式來(lái)說(shuō)，在不考慮其它因素的情況下，手剎機(jī)械式駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)效率越高，則需要的手操縱機(jī)構(gòu)控制力就越小，主要從潤(rùn)滑、裝配配合、強(qiáng)度等方面考慮。以下幾種方法都是已通過(guò)實(shí)際的樣件試制，然后試驗(yàn)驗(yàn)證得出的不同效率對(duì)比的，以此得出提出效率的方法。如圖3為效率試驗(yàn)臺(tái)及樣件試驗(yàn)時(shí)的照片。試驗(yàn)臺(tái)計(jì)算機(jī)軟件內(nèi)置有效率計(jì)算公式可以直接顯示出效率值，通過(guò)最終效率值可以對(duì)比不同方法對(duì)效率的影響。效率試驗(yàn)計(jì)算公式請(qǐng)直接參考QC/T 29101-1992[4]汽車(chē)用操縱拉索總成中5.6規(guī)定[5]。

圖3 效率試驗(yàn)臺(tái)及樣件試驗(yàn)時(shí)的照片

方法一：使用不同潤(rùn)滑脂，對(duì)手剎拉索效率有顯著影響，試驗(yàn)結(jié)果如表3所列，結(jié)果顯示，使用潤(rùn)滑效果好的潤(rùn)滑脂，可以使效率提升5%左右。

表3 使用不同潤(rùn)滑脂進(jìn)行負(fù)載效率試驗(yàn)的結(jié)果

方法二：手剎拉索耐壓軟管內(nèi)孔尺寸適當(dāng)加大，對(duì)手剎拉索效率有顯著影響，試驗(yàn)結(jié)果如表4所列，耐壓軟管內(nèi)孔由4.0擴(kuò)大為4.4后，負(fù)載效率提升7%左右，行程效率基本無(wú)變化。

表4 拉索耐壓軟管內(nèi)孔尺寸由4.0更改為4.4后效率試驗(yàn)結(jié)果

方法三：鋼絲繩選用不同材料，強(qiáng)度不同對(duì)手剎拉索效率有顯著影響，試驗(yàn)結(jié)果如5所列，鋼絲繩選用強(qiáng)度較好的SWRH72A，比70#材料負(fù)載效率提升5%左右。

表5 使用不同材料的鋼絲繩效率試驗(yàn)結(jié)果

方法四：加大套管接頭內(nèi)孔尺寸，對(duì)手剎拉索效率沒(méi)什么影響，試驗(yàn)結(jié)果如表6所列。

表6 加大套管接頭內(nèi)孔尺寸的效率試驗(yàn)結(jié)果

方法五：使用鉚壓拉索套管接頭變形量小且達(dá)到拉脫力要求的模具鉚壓，對(duì)手剎拉索效率沒(méi)什么影響，試驗(yàn)結(jié)果如表7所列，對(duì)拉索的效率沒(méi)有什么影響。

表7 拉索套管不同的變形量的效率試驗(yàn)結(jié)果

方法六：加大鉚壓壓力，因鉚壓模具對(duì)邊尺寸都完全貼合，對(duì)效率影響不大。

方法七：拉索設(shè)計(jì)時(shí)，在保證間隙的前提下，盡可能的設(shè)計(jì)平順，沒(méi)有較大的彎曲與拐點(diǎn)，對(duì)效率的提升很有用。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)前面所述的汽車(chē)手剎機(jī)械式駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)效率提升的幾種策略可總結(jié)出汽車(chē)手剎機(jī)械式駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)效率的提升策略共有四種。四種策略同時(shí)使用，就是整個(gè)效率的最高點(diǎn)，提升駐車(chē)制動(dòng)的使用體驗(yàn)。

策略一：拉索設(shè)計(jì)時(shí)，在保證間隙的前提下，盡可能的設(shè)計(jì)平順，沒(méi)有較大的彎曲與拐點(diǎn)；

策略二：使用好的潤(rùn)滑脂，如HG-16，SM-33；

策略三：加大耐壓軟管內(nèi)孔尺寸；

策略四：鋼絲繩選用好材料，如SWRH72A等。

[1]應(yīng)朝陽(yáng)，周天佑，耿磊，等.GB7258-2012機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行安全技術(shù)條件[S].中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，2012.

[2]劉地，劉兆英、金約夫，等.GB 12676-2014商用車(chē)輛和掛車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗(yàn)方法[S].中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，2014.

[3]劉惟信.汽車(chē)制動(dòng)系的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)計(jì)算[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[4]鄭禹福，高志華、包裕茂，等.QC/T 29101-1992汽車(chē)用操縱拉索總成[S].中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，1992.

[5]GB/T 14451-2008.操縱用鋼絲繩[S].中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，2008.

Abtstract：The traditional"manipulated by hand brake"due to low prices，is still widely used in automobile.If the design of a variety of factors are not good，you will need to handle the handle of the car to a large force in the slope，the control force is small when parking braking force will be insufficient，leading to the car.So to improve the efficiency of critical brake mechanical parking brake system.This paper describes several methods to improve the efficiency of manual mechanical brake system strategy，results show that the cable design trend as smooth as possible minimum working radius is greater than 200mm;the use of wire rope grease well;to increase the size of pressure hose inner hole;the wire rope should choose the appropriate material of these methods is very helpful to improve the efficiency of cable.

The Automobile Brake Mechanical Brake System to Enhance the Efficiency of the Strategy

SU Long-zhao，TUO Ming-yang，SHI li
（Liuzhou Wuling Automobile Industry Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545007，China）

parking brake；handbrake；mechanical

U463.5

A

1672-545X（2017）03-0132-04

2016-12-22

粟龍招（1984-），女，廣西人，學(xué)士，工程師，主要研究方向?yàn)轳v車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)和行車(chē)制動(dòng)管路系統(tǒng)；陀明揚(yáng)（1981－），男，廣西人，學(xué)士，工程師，主要研究方向?yàn)槠?chē)車(chē)身集成、底盤(pán)模塊；施莉（1984－），女，廣西人，學(xué)士，工程師，主要研究方向?yàn)槠?chē)零部件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)管理。