微型車手制動(dòng)調(diào)整策略研究

寧忠麟，覃光許，夏偉

（1.上汽通用五菱汽車股份有限公司技術(shù)中心，廣西 柳州 545007；2.武漢理工大學(xué) 汽車工程學(xué)院，湖北 武漢 430070）

微型車手制動(dòng)調(diào)整策略研究

寧忠麟1，覃光許1，夏偉2

（1.上汽通用五菱汽車股份有限公司技術(shù)中心，廣西 柳州 545007；2.武漢理工大學(xué) 汽車工程學(xué)院，湖北 武漢 430070）

手制動(dòng)是一種被廣泛應(yīng)用的駐車制動(dòng)形式，手制動(dòng)預(yù)緊力的調(diào)整是車輛生產(chǎn)總裝線上不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)，其預(yù)緊力的大小不僅影響汽車的駐車安全，還與行車時(shí)制動(dòng)系統(tǒng)阻滯力的大小相關(guān)聯(lián)，直接影響車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性和制動(dòng)器壽命。目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)主流車型的總裝線上，手制動(dòng)裝調(diào)仍采用人工裝調(diào)工藝。針對(duì)某在產(chǎn)車型人工裝調(diào)工藝存在的裝調(diào)質(zhì)量不可控、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大等問題，研發(fā)手制動(dòng)自動(dòng)裝調(diào)設(shè)備，對(duì)自動(dòng)裝調(diào)設(shè)備的調(diào)整工藝進(jìn)行控制研究，并通過實(shí)車試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證及優(yōu)化，最終提出更為高效、可靠的調(diào)整策略，為手制動(dòng)的自動(dòng)化裝調(diào)提供技術(shù)支撐，并為自動(dòng)裝調(diào)設(shè)備的應(yīng)用提供依據(jù)。

手制動(dòng)；預(yù)緊力；裝調(diào)策略；實(shí)車實(shí)驗(yàn)

Abstract:Hand brake is a widely used form of Parking brake, Hand brake preload adjustment is an integral part of the assembly line of the vehicle. Pre-tightening force not only affects the Braking security, also associated with the size of braking system resistance, directly affecting the vehicle's fuel economy and the brake lifespan. At present, on the assembly line of most mainstream vehicles, hand brake adjustment is still using manual adjustment process, which exists a lot of problems, such as the adjustment quality is not controlled, high labor intensity of workers and so on. In view of the existing problems, developed the Hand brake automatic tuning device, Research on the adjusting process of equipment control,validated and optimized through the real vehicle tests, finally proposed a more efficient and reliable adjustment strategy.Not only provide technical support for hand brake automatic adjustment, but also provides the basis for the application of the equipment.

Keywords: Hand brake; pre-tightening force; adjusting strategy; real vehicle experiment

CLC NO.: U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)18-54-04

引言

目前，整車價(jià)位分布在5-15萬(wàn)的主流車型中，駐車制動(dòng)形式大多仍保留手動(dòng)駐車。手制動(dòng)的功用在于保證汽車在原地或坡道停駐時(shí)不自動(dòng)滑行，其裝調(diào)質(zhì)量不僅影響汽車的駐車安全，還與行車時(shí)制動(dòng)系統(tǒng)阻滯力的大小相關(guān)聯(lián)，直接影響車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性和制動(dòng)器壽命[1-3]。在整車生產(chǎn)中，必須保證手制動(dòng)裝調(diào)的安全性和穩(wěn)定性。國(guó)內(nèi)大多數(shù)主流車型的總裝線上，手制動(dòng)裝調(diào)仍采用人工裝調(diào)工藝。然而現(xiàn)有的人工裝調(diào)方式不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且裝調(diào)質(zhì)量受人為因素的影響較大。除此之外，調(diào)裝結(jié)果的數(shù)據(jù)未能錄入數(shù)據(jù)庫(kù)，導(dǎo)致下線車輛調(diào)裝數(shù)據(jù)無(wú)從查詢。由此可見，手制動(dòng)裝調(diào)的自動(dòng)化研究是必然趨勢(shì)，自動(dòng)化裝調(diào)設(shè)備的研發(fā)是解決人工裝調(diào)誤差的主要途徑。

1 人工裝調(diào)工藝分析

1.1 手制動(dòng)結(jié)構(gòu)組成

拉鎖式手制動(dòng)結(jié)構(gòu)形式多樣，圖1給出的是常見的拉鎖式手制動(dòng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，主要構(gòu)成組件包括：手剎操縱桿、固定支架、調(diào)整螺桿、調(diào)整螺母、平衡杠桿、拉繩、后制動(dòng)器等[4-5]。

圖1 拉鎖式手制動(dòng)結(jié)構(gòu)組成

駐車制動(dòng)器的常見形式有以下兩種：盤中鼓式制動(dòng)器（DIH）和綜合駐車制動(dòng)器 (IPB)。DIH結(jié)構(gòu)的行車制動(dòng)與盤式制動(dòng)器相同，駐車制動(dòng)與鼓式制動(dòng)器相同。即在制動(dòng)盤凸緣內(nèi)部布置制動(dòng)蹄總成，用于駐車制動(dòng)。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 DIH制動(dòng)器結(jié)構(gòu)

圖3 IPB制動(dòng)器結(jié)構(gòu)

綜合駐車制動(dòng)器 (IPB) 的結(jié)構(gòu)如圖3所示。駐車制動(dòng)時(shí)，拉下手剎，帶動(dòng)拉臂和驅(qū)動(dòng)桿旋轉(zhuǎn)，推動(dòng)駐車螺桿軸向直線移動(dòng)，螺桿又推動(dòng)活塞總成向外運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)制動(dòng)盤產(chǎn)生夾持力，實(shí)現(xiàn)駐車制動(dòng)。

1.2 人工調(diào)整方法

《GB 7258-2012機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》中對(duì)駐車制動(dòng)系統(tǒng)的要求如下[6]：

（1）駐車制動(dòng)應(yīng)能使機(jī)動(dòng)車即使在沒有駕駛?cè)说那闆r下，也能停在上、下坡道上。駕駛?cè)藨?yīng)在座位上就可以實(shí)現(xiàn)駐車制動(dòng)，對(duì)于乘用車而言，駕駛?cè)耸┘佑诓倏v裝置上的力應(yīng)小于等于400N。

（2）法規(guī)要求車輛最大駐車坡度應(yīng)不小于20%。

（3）操縱機(jī)構(gòu)應(yīng)有足夠的儲(chǔ)備行程，一般應(yīng)在操縱機(jī)構(gòu)全行程的三分之二以內(nèi)產(chǎn)生規(guī)定的制動(dòng)效能。

（4）駐車制動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)總行程（L）的四分之三要不小于最大駐車坡度時(shí)拉鎖的總行程（Ls）。

其中：α-操縱手柄轉(zhuǎn)角；R1-導(dǎo)線圈半徑；R2-拉鎖鋼絲半徑；S1-前段拉鎖變形量；S2-后段拉鎖變形量；S3-駐車制動(dòng)器拉桿移動(dòng)量。

為了滿足以上運(yùn)行車輛對(duì)駐車性能的要求，對(duì)車輛總裝線上的裝調(diào)工藝進(jìn)行研究是很有必要的。目前主流的裝調(diào)方法有以下幾種：

（1）定制套筒調(diào)節(jié)。在新車型試生產(chǎn)時(shí)摸底一批車輛，調(diào)節(jié)手制動(dòng)調(diào)整螺母到合適位置（手制動(dòng)操縱臂無(wú)松曠、摩擦片無(wú)拖磨），記錄此批車輛螺桿露出長(zhǎng)度。后續(xù)就采用此長(zhǎng)度的定深套筒進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種方法主要用于前文提到的DIH結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)在于不具備容差性，有一定的返修比例。

（2）半自動(dòng)調(diào)節(jié)法。借助圖4中的專用工具進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終靠監(jiān)控制動(dòng)器駐車機(jī)構(gòu)的間隙，調(diào)節(jié)手制動(dòng)調(diào)整螺母。該調(diào)節(jié)方式主要用于前文提及的IPB結(jié)構(gòu)，優(yōu)點(diǎn)是具備容差性，比較科學(xué)，缺點(diǎn)是最終調(diào)整之前未消除拉索塑性變形，調(diào)整值波動(dòng)范圍大。

圖4 一種半自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備

（3）定扭矩調(diào)節(jié)法。新車試生產(chǎn)中，根據(jù)實(shí)車試驗(yàn)確定手制動(dòng)調(diào)整螺母擰緊力矩值，調(diào)節(jié)手制動(dòng)操縱臂無(wú)松曠、摩擦片無(wú)拖磨，以該力矩作為手制動(dòng)調(diào)整螺母的擰緊力矩。并監(jiān)測(cè)調(diào)整后手制動(dòng)操縱臂扳1齒位置力矩值，以此作為總裝線上的手制動(dòng)裝調(diào)檢驗(yàn)依據(jù)。這種調(diào)節(jié)方式基本不受零部件尺寸誤差的影響，采用定扭矩電槍打緊調(diào)整螺母、定制扭力扳手校驗(yàn)調(diào)整力矩，調(diào)節(jié)方式簡(jiǎn)單。

基于以上對(duì)各調(diào)整方法的分析，這里我們選取一個(gè)使用上述方法（3）進(jìn)行手制動(dòng)裝調(diào)的在產(chǎn)車型進(jìn)行理論分析和實(shí)車試驗(yàn)。

1.3 針對(duì)目標(biāo)車型的人工調(diào)整工藝研究

目標(biāo)車型總裝線上的現(xiàn)用手制動(dòng)調(diào)整工藝流程如圖5所示：

圖5 目標(biāo)車型手制動(dòng)人工調(diào)整流程圖

該調(diào)整工藝在最終打緊調(diào)整螺母之前進(jìn)行了預(yù)打緊，并通過多次拉起、釋放手制動(dòng)操縱臂的方式消除拉鎖塑性形變對(duì)調(diào)整值的影響。實(shí)車試驗(yàn)中測(cè)得調(diào)整后拉動(dòng)手剎操縱臂到8齒位置的拉力FL=190N，駐車力矩MP如下：

式中：FL-手操縱力；F1-駐車?yán)i啟動(dòng)力；i-手剎操縱機(jī)構(gòu)杠桿比；μb-手剎操縱機(jī)構(gòu)機(jī)械效率（0.9）；μ1-前段駐車?yán)i機(jī)械效率（0.8）；μ2-后段駐車?yán)i機(jī)械效率（0.7）；

BEFP-駐車制動(dòng)器效能因數(shù)；r2-制動(dòng)器作用半徑。

坡道駐車時(shí)，后軸駐車力矩T為：

根據(jù)《GB 7258-2012 機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》的要求，車輛最大駐車坡度不應(yīng)小于20%[6]，此時(shí)應(yīng)有：

目標(biāo)車型整車參數(shù)如表1所示，代入式（1-1）和（1-2）可得式（1-3）成立。即駐車制動(dòng)有效。

表6 整車參數(shù)

為進(jìn)一步確定該調(diào)整方式的穩(wěn)定性，對(duì)實(shí)車試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，圖6給出了100次實(shí)車試驗(yàn)得到的校驗(yàn)扭矩值。由圖中曲線可知，試驗(yàn)中測(cè)得的檢測(cè)扭矩值在15±3Nm的范圍內(nèi)波動(dòng)。

圖6 定扭矩調(diào)整后檢測(cè)扭矩值波動(dòng)情況

2 手制動(dòng)自動(dòng)裝調(diào)設(shè)備

2.1 設(shè)備組成

基于以上對(duì)人工調(diào)整工藝的研究，研發(fā)手制動(dòng)裝調(diào)設(shè)備。該設(shè)備主要由以下部件組成：操作手制動(dòng)手柄的專用夾具、與夾具連接的伺服驅(qū)動(dòng)器（包括伺服電機(jī)、減速器等）、擰緊手制動(dòng)調(diào)整螺母的電動(dòng)扳手、工控機(jī)、系統(tǒng)控制器等（如圖7）。

圖7 手制動(dòng)裝調(diào)設(shè)備的組成

2.2 設(shè)備功用

該裝調(diào)設(shè)備可按照手制動(dòng)系統(tǒng)裝調(diào)的操作流程自動(dòng)操縱手制動(dòng)手柄，按手制動(dòng)系統(tǒng)裝調(diào)操作流程要求自動(dòng)將拉索調(diào)整螺母擰到規(guī)定的力矩，對(duì)手制動(dòng)系統(tǒng)裝調(diào)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，并對(duì)照裝調(diào)參數(shù)的設(shè)計(jì)值對(duì)手制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整及復(fù)位。

3 自動(dòng)裝調(diào)設(shè)備調(diào)整策略及驗(yàn)證

3.1 自動(dòng)裝調(diào)設(shè)備的調(diào)整策略

設(shè)備研發(fā)期間，我們根據(jù)圖5提出的手制動(dòng)人工調(diào)整工藝的相關(guān)要求，擬定了如下調(diào)整策略：

（1）手制動(dòng)自動(dòng)裝調(diào)設(shè)備處于待機(jī)狀態(tài)，顯示屏顯示預(yù)設(shè)參數(shù)；

（2）掃描槍讀取待裝調(diào)車輛的車輛識(shí)別編號(hào)（VIN）；

（3）用釋放夾具卡住手剎釋放按鈕，將設(shè)備的調(diào)整總成分別固定到手剎操縱臂及調(diào)整螺母處，安裝到位后，電機(jī)總成上的準(zhǔn)備信號(hào)燈（黃色）亮；

（4）按下電機(jī)總成上開始按鈕（綠色）啟動(dòng)設(shè)備，準(zhǔn)備信號(hào)燈（黃色）滅，工作信號(hào)燈（綠色）亮；手剎操作桿被拉起8?，電槍（設(shè)定力矩為3N.m）預(yù)緊調(diào)整螺母；

（5）手剎操縱臂被放回初始位置，再次拉起 22?-24?，重復(fù)2-3次，放回8?位置，電槍（設(shè)定力矩為3N.m）再次打緊調(diào)整螺母；

（6）手剎操縱臂被再次放回初始位置后拉起至10?位置，輸出此時(shí)瞬時(shí)力矩(調(diào)整值)，若為152N.m，則顯示調(diào)整合格，否則回到步驟（5）重新調(diào)整；

（7）手剎操縱臂被放回初始位置，工作信號(hào)燈（綠色）滅；

（8）取下裝調(diào)設(shè)備，用藍(lán)色點(diǎn)漆筆點(diǎn)漆確認(rèn)調(diào)整螺母位置，調(diào)整完成。

3.2 試驗(yàn)驗(yàn)證

調(diào)整策略確定后，我們?cè)俅坞S機(jī)抽取100 次試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，圖8給出了檢測(cè)扭矩值的波動(dòng)情況：

圖8 檢測(cè)扭矩值波動(dòng)情況

由上圖可以看出：目前試驗(yàn)中測(cè)得的檢測(cè)扭矩值在15±1.5N.m的范圍內(nèi)波動(dòng)，符合裝調(diào)要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

國(guó)內(nèi)各整車企業(yè)的總裝線上，針對(duì)不同車型的手剎預(yù)緊力調(diào)整工藝形式各異，但人工裝調(diào)的過程中都存在勞動(dòng)強(qiáng)度及調(diào)整精度問題。 文章研究?jī)?nèi)容可解決以下現(xiàn)存問題：

（1）減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高公司產(chǎn)線生產(chǎn)效率，充分保證手制動(dòng)裝調(diào)質(zhì)量，記錄每一臺(tái)出廠車輛手制動(dòng)預(yù)緊力的裝調(diào)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線手制動(dòng)裝調(diào)可管可控。

（2）針對(duì)目標(biāo)車型的裝調(diào)策研究，保證了工藝要求的裝調(diào)精度。為手制動(dòng)自動(dòng)化裝調(diào)設(shè)備的功能驗(yàn)證試驗(yàn)提供依據(jù)。

[1] Formentin, Simone; Novara, Carlo; Savaresi, Sergio M. A New Brake Control System Design and Test [J]. IEEE-ASME TRANSA CTIONS ON ECHATRONICS 2015.

[2] Harris T A. Rolling Bearing Analysis[M]. New York：John Wiley and Sons,1984.

[3] 趙志勇,朱坤玉.汽車手制動(dòng)護(hù)套與拉桿之間的裝配力測(cè)量[J].客車技術(shù)與研究 2010.

[4] 武長(zhǎng)江.車輛手制動(dòng)用拉桿、拉線自動(dòng)調(diào)整器[J]. 天津汽車. 1996.（3）.

[5] 于長(zhǎng)義,張春龍,張國(guó)旺.手制動(dòng)調(diào)節(jié)相關(guān)的研究應(yīng)用[J].輕型汽車技術(shù). 2013（1/2）總281-282..

[6] GB 7258-2012 機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件[S].

[7] 繆建成,陳關(guān)龍,金隼.小直徑柔性鋼索預(yù)緊張力的測(cè)量與計(jì)算[J].力學(xué)與實(shí)踐 28（2）.

[8] MacLennan, LD , Analysis of brake assembly with floating disc[J].PROFESSIONAL ENGINEERING PUBLISHING LTD, NORTH-GATE AVENUE, BURY ST EDMUNDS IP32 6BW, SUFFOLK,ENGLAND 2004 218（9）1021-1032.

[9] 劉惟信.汽車設(shè)計(jì)[M].清華大學(xué)出版社,2001

[10] 唐增寶,何用然,劉安俊.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2005.

[11] 陶寄明.機(jī)械連接設(shè)計(jì)實(shí)例與分析[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2010.

[12] 周仲榮,謝友柏.摩擦學(xué)設(shè)計(jì)[M]. 成都:西南交通大學(xué)出版社,2000.

Research on Adjustment Strategy for Hand Brake of Micro Car

Ning Zhonglin1, Qin Guangxu1, Xia Wei2
（1.Technology Center, SAIC GM Wuling Automobile Co. LTD, Guangxi Liuzhou 545007; 2.Automotive Engineering School, Wuhan University of Technology, Hubei Wuhan 430070）

U467 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7988 (2017)18-54-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.020

寧忠麟（1983.3-），學(xué)士學(xué)位，工程師，就職于上汽通用五菱汽車股份有限公司技術(shù)中心，研究方向汽車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

夏偉，就讀于武漢理工大學(xué)。