盤(pán)式制動(dòng)器降拖滯力矩試驗(yàn)方法探討

雷文，李偉，曾繁卓，任學(xué)良，王應(yīng)國(guó)

中國(guó)汽車(chē)工程研究院股份有限公司，重慶 401122)

0 引言

新能源汽車(chē)越來(lái)越多，能源與環(huán)境問(wèn)題也越來(lái)越被關(guān)注。國(guó)家推出的降耗減排政策也越來(lái)越嚴(yán)格，都是為了減少整車(chē)油耗以及尾氣排放。其中降低整車(chē)制動(dòng)拖滯力也是實(shí)現(xiàn)節(jié)油降油耗的重要措施之一。越來(lái)越多整車(chē)企業(yè)都開(kāi)展降低整車(chē)拖滯力矩措施的研究，因?yàn)橹苿?dòng)拖滯力矩的大小直接反映了整車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的回位性能，也間接反映整車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，一輛汽車(chē)，每降低1 N·m的制動(dòng)拖滯，按每年行駛15 000 km計(jì)算，將可以節(jié)省大約15 L燃油，約節(jié)省100元油費(fèi)，更重要的是可以減少大約35 kg的CO2排放，所以降低拖滯對(duì)節(jié)能減排意義重大[1]。

本文作者以單缸盤(pán)式浮動(dòng)制動(dòng)器為研究對(duì)象，基于BCB-150H制動(dòng)器拖滯力矩試驗(yàn)臺(tái)，通過(guò)不同方案測(cè)試制動(dòng)器總成的拖滯力矩，從而對(duì)比分析不同方案下的制動(dòng)器總成對(duì)拖滯力矩的影響。

1 拖滯力矩的形成與分析

在汽車(chē)行駛過(guò)程中，駕駛員踩下制動(dòng)踏板并松開(kāi)后，制動(dòng)液壓增壓后，制動(dòng)卡鉗活塞在回位過(guò)程中沒(méi)有完全回位，使得制動(dòng)片與制動(dòng)盤(pán)間仍然有部分貼合，相互摩擦，從而產(chǎn)生摩擦力矩，造成車(chē)輛在后續(xù)行駛過(guò)程中仍然存在殘留的制動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)阻力矩，從而形成拖滯力矩，又叫殘余扭矩。當(dāng)拖滯力矩為2 N·m時(shí)，燃油消耗將增加3.1%～5.7%；當(dāng)拖滯力矩為3 N·m時(shí)，燃油消耗增加4.6%～8.5%[2]。

從浮動(dòng)式卡鉗總成考慮，影響制動(dòng)鉗拖滯力矩的因素主要分為三類(lèi)：制動(dòng)盤(pán)和摩擦片之間的間隙因素(簡(jiǎn)稱(chēng)工作間隙)，滑動(dòng)阻力因素及安裝因素。

工作間隙因素。制動(dòng)盤(pán)和摩擦片之間的間隙大小能直接反映拖滯的情況:當(dāng)工作間隙過(guò)小時(shí)制動(dòng)拖滯會(huì)增加;工作間隙過(guò)大時(shí)制動(dòng)拖滯會(huì)減小，但是卡鉗所需液量會(huì)增加，腳踩剎車(chē)行程變大，給駕駛員的體驗(yàn)不好。摩擦塊的可壓縮性、鉗體剛度、活塞回位量是影響工作間隙的主要因素。

滑動(dòng)阻力因素。浮動(dòng)式卡鉗總成的滑動(dòng)阻力主要是摩擦塊滑動(dòng)阻力、鉗體滑動(dòng)阻力、活塞滑動(dòng)阻力。摩擦塊滑動(dòng)阻力是指摩擦塊的安裝支耳與卡鉗的彈簧片有相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的摩擦力。鉗體滑動(dòng)阻力是制動(dòng)鉗總成靠導(dǎo)向銷(xiāo)子與制動(dòng)鉗支架連接，兩個(gè)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦力。活塞滑動(dòng)阻力是指活塞回位時(shí)產(chǎn)生的摩擦力。當(dāng)制動(dòng)器解除制動(dòng)后，摩擦塊滑動(dòng)阻力、鉗體滑動(dòng)阻力和活塞滑動(dòng)阻力影響卡鉗回位，在制動(dòng)盤(pán)端面跳動(dòng)的作用下影響拖滯力矩。

安裝因素。浮動(dòng)式卡鉗和輪轂軸承外圈都安裝在轉(zhuǎn)向節(jié)上，制動(dòng)盤(pán)通過(guò)螺栓安裝在輪轂軸承上。由于制動(dòng)盤(pán)自身存在形位公差和安裝時(shí)產(chǎn)生的形位公差，制動(dòng)盤(pán)相對(duì)制動(dòng)卡鉗存在一定的端面跳動(dòng)。制動(dòng)盤(pán)的端面跳動(dòng)會(huì)造成制動(dòng)盤(pán)與摩擦塊接觸產(chǎn)生摩擦力，從而影響拖滯力矩[3]。

2 拖滯力矩試驗(yàn)臺(tái)測(cè)量原理

拖滯力矩試驗(yàn)臺(tái)由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置、卡鉗裝夾機(jī)構(gòu)、加壓裝置、扭矩傳感器、臺(tái)架、控制柜幾部分組成。這幾部分相互聯(lián)系組成有機(jī)整體，其結(jié)構(gòu)如圖1所示?？刂葡到y(tǒng)起監(jiān)控作用，由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、多功能數(shù)據(jù)采集卡、壓力傳感器、扭矩傳感器及其放大器等硬件和專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的軟件組成，控制試驗(yàn)臺(tái)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并在出現(xiàn)異常時(shí)停機(jī)。試驗(yàn)臺(tái)軟件界面如圖2所示，顯示界面簡(jiǎn)潔，便于操作，并能顯示相關(guān)數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)曲線。

拖滯力矩的測(cè)量原理：通過(guò)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)主軸及制動(dòng)盤(pán)，來(lái)模擬實(shí)車(chē)狀態(tài)下制動(dòng)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)，加壓裝置對(duì)制動(dòng)卡鉗輸入額定的制動(dòng)液壓，在制動(dòng)結(jié)束后使用扭矩傳感器測(cè)量制動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的拖滯力矩大小。

圖1 拖滯扭矩試驗(yàn)裝置示意

圖2 拖滯扭矩試驗(yàn)臺(tái)軟件界面

3 拖滯力矩試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

3.1 現(xiàn)有試驗(yàn)方案

目前，針對(duì)盤(pán)式制動(dòng)器總成測(cè)量拖滯力矩，行業(yè)要求按照QC/T 592—2013《液壓制動(dòng)鉗總成性能要求及臺(tái)架試驗(yàn)方法》，用不起毛的擦布、使用丙酮等溶劑，擦凈制動(dòng)盤(pán)摩擦表面，然后將制動(dòng)盤(pán)安裝到試驗(yàn)裝置上，在距制動(dòng)盤(pán)外緣10 mm處的工作面所測(cè)的端面跳動(dòng)量不應(yīng)大于0.05 mm。制動(dòng)盤(pán)與制動(dòng)鉗安裝面的平行度不應(yīng)大于0.10 mm。將制動(dòng)鉗總成按實(shí)車(chē)安裝狀態(tài)固定在試驗(yàn)裝置上，然后將液壓源加壓管路連接到制動(dòng)鉗進(jìn)液口，徹底排凈系統(tǒng)內(nèi)空氣，見(jiàn)圖1。將制動(dòng)鉗總成的活塞退回，使每側(cè)制動(dòng)襯塊與制動(dòng)盤(pán)的間隙大于0.5 mm。使制動(dòng)盤(pán)空轉(zhuǎn)，將拖滯扭矩測(cè)量裝置調(diào)零。對(duì)制動(dòng)鉗總成加壓到7 MPa，保壓5 s后卸壓至零，如此反復(fù)10次。放置2 min后，使制動(dòng)盤(pán)以40～50 r/min旋轉(zhuǎn)，測(cè)量并記錄制動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的拖滯力矩。

3.2 新試驗(yàn)方案的提出

為了找出盤(pán)式制動(dòng)器本身影響制動(dòng)鉗拖滯的因素，針對(duì)浮動(dòng)式制動(dòng)卡鉗(示意圖見(jiàn)圖3)，基于BCB-150H制動(dòng)器拖滯力矩試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)6種新試驗(yàn)方案，見(jiàn)表1。

圖3 浮動(dòng)式制動(dòng)卡鉗示意

表1盤(pán)式制動(dòng)器拖滯力矩試驗(yàn)方法

方案試驗(yàn)方法方案一增大制動(dòng)盤(pán)端面跳動(dòng)量,其余方法同QC/T 592—2013方案二使制動(dòng)卡鉗的活塞完全回到原位,不加載液壓,其余方法同QC/T 592—2013方案三取下卡鉗,拆除摩擦塊上的消音片,其余方法同QC/T 592—2013方案四取下卡鉗,改變活塞與摩擦塊底板的接觸面積(加裝活塞蓋),其余方法同QC/T 592—2013方案五取下卡鉗,拆除卡鉗上的彈簧片,其余方法同QC/T 592—2013方案六取下摩擦片,在制動(dòng)片上加裝回位簧,其余方法同QC/T 592—2013

4 試驗(yàn)驗(yàn)證與結(jié)果分析

4.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

某公司提出對(duì)整車(chē)節(jié)能減排降拖滯的需求，為企業(yè)推薦了文中提出的所有測(cè)試方案，經(jīng)企業(yè)認(rèn)可，針對(duì)該整車(chē)的盤(pán)式制動(dòng)器總成進(jìn)行拖滯力矩試驗(yàn)。試驗(yàn)前，首先檢查制動(dòng)器總成的樣品狀態(tài)，然后按照實(shí)車(chē)狀態(tài)將制動(dòng)器總成安裝到試驗(yàn)臺(tái)上，如圖4所示。

圖4 制動(dòng)器拖滯力矩試驗(yàn)臺(tái)架

4.2 試驗(yàn)結(jié)果

按照前面所述方法，每個(gè)方案進(jìn)行3次試驗(yàn)，并記錄試驗(yàn)過(guò)程中最大值、最小值及平均值，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 拖滯力矩試驗(yàn)結(jié)果

4.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

對(duì)表2進(jìn)行分析后得出：(1)制動(dòng)盤(pán)端面跳動(dòng)量的增大引起拖滯力矩的增大，分析原因?yàn)槟Σ翂K滑動(dòng)阻力和鉗體滑動(dòng)阻力增大。而影響制動(dòng)盤(pán)安裝后端面跳動(dòng)的因素主要包括制動(dòng)盤(pán)的加工誤差、輪轂的加工誤差、制動(dòng)盤(pán)的裝配誤差、制動(dòng)器的使用環(huán)境和熱影響等。(2)活塞完全回位后，拖滯力矩減小。分析原因?yàn)橹苿?dòng)間隙增大，活塞回位量增大可以大幅度降低拖滯力矩，但同時(shí)會(huì)增加卡鉗所需液量，造成制動(dòng)踏板行程增大。(3)消音片拆除后，增大了摩擦片間的間隙，拖滯力矩有所下降，但是取消消音片會(huì)帶來(lái)制動(dòng)噪聲的困擾。(4)加裝活塞蓋后，拖滯力矩有所增加，分析原因可能為活塞與制動(dòng)塊底板的接觸面積增加，從而導(dǎo)致摩擦力增加，拖滯力矩增加。(5)拆除卡鉗上的彈簧片后，拖滯力矩有所增加，分析原因?yàn)閺椈善鸪?，摩擦塊的安裝支耳與卡鉗直接接觸，摩擦力增大導(dǎo)致。(6)在制動(dòng)塊上加裝回位簧后，拖滯力矩明顯降低。

5 結(jié)論

從文中提供的試驗(yàn)方案及試驗(yàn)結(jié)果，可以看出制動(dòng)盤(pán)端面跳動(dòng)、活塞回位量、制動(dòng)間隙、活塞的結(jié)構(gòu)形式、彈簧片及回位簧的安裝，對(duì)制動(dòng)器拖滯力矩的影響。隨著主機(jī)廠越來(lái)越重視節(jié)能減排，大家對(duì)拖滯的期望也越來(lái)越大，例如新能源汽車(chē)制動(dòng)能量回收方面，拖滯力矩的大小也會(huì)影響制動(dòng)能量的回收率。所以制動(dòng)卡鉗降拖滯力矩是主機(jī)廠需求所向，文中研究?jī)?nèi)容為企業(yè)降低制動(dòng)卡鉗拖滯力的研究提供一定參考。