某車型集成駐車卡鉗駐車制動系統(tǒng)分析及改進優(yōu)化

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

鼓式制動器制動效能高，但制動效能不穩(wěn)定，盤式制動器制動效能低，但效能穩(wěn)定、散熱性能好。隨著汽車主動安全電子化的發(fā)展，ESC等配置開發(fā)需要建立在穩(wěn)定的制動效能基礎(chǔ)上。除此外，盤式制動器相對于鼓式制動器有眾多優(yōu)點，乘用車后輪制動器廣泛采用盤式制動器。但由于駐求車功能的需要，須加裝駐車制動機構(gòu)，主要有盤中鼓和IPB（集成駐車卡鉗）、EPB（電子駐車卡鉗）3種方案[1]。本文主要針對IPB在駐車制動系統(tǒng)開發(fā)和生產(chǎn)過程中，碰到的問題進行闡述、校核分析，并解決，保證駐車制動系統(tǒng)的安全。

1 IPB原理及駐車齒數(shù)介紹

如圖1所示，IPB駐車工作時，拉臂轉(zhuǎn)動帶動軸轉(zhuǎn)動。軸端部的推力盤對面的軸座中間夾有3個鋼球，鋼球的軌道是由淺入深的斜坡，鋼球在球道中沿斜坡滾動，將推力盤向左推動，再通過螺桿、螺套推動活塞向外運動，夾緊制動盤，實現(xiàn)駐車功能。松開制動時，拉臂軸反轉(zhuǎn)，鋼球落回到斜槽深處使推力盤右移[1]。螺桿在回位彈簧的作用下迅速右移，拉動螺套右移，并通過推力軸承、波型彈簧墊片和卡圈帶動活塞回位。

圖1集成駐車卡鉗機構(gòu)原理圖

如圖2所示，拉起手剎時，卡爪會卡入駐車棘輪，同時手柄拉動駐車?yán)鳎ɡ鲙訄D1中拉臂），以實現(xiàn)駐車作用。駐車制動操縱裝置的棘輪總齒數(shù)為全行程。

圖2 駐車操縱機構(gòu)圖

2 某車型IPB駐車制動系統(tǒng)現(xiàn)狀

2.1 法規(guī)要求

國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7258-2004規(guī)定了行車制動時施加于踏板的力或駐車制動時的手拉力不應(yīng)超過一定限度，以保證制動效果和減輕駕駛員的疲勞程度，即駐車制動操縱裝置上的手拉力，乘用車不大于400 N，其他機動車輛不應(yīng)大于600 N；車制動器操縱桿的工作行程不能超過全行程的3/4（裝有自動調(diào)節(jié)裝置）；駐坡度（上/下坡）20%.

2.2 理論校核計算分析

駐車制動力計算：20%坡駐車所需的手剎操縱力和拉索行程計算如下。

（1）20%坡所需的制動力矩

（2）所需的輸出夾緊力

式中，

u為磨擦系數(shù)；

r為制動鉗有效工作半徑，（mm）.

（3）手剎后駐車（后制動鉗）制動桿的輸入力矩

式中，

L1為鋼球中心到活塞中心線的距離，（mm）；

ψ為鋼球軌道面升角。

Mp=7605 ×（0.01 × tan15°）=20.4 N·m

（4）手剎操縱機構(gòu)的輸入力

式中，

F為手剎操縱機構(gòu)的輸入力，N；

η1為手剎操縱機構(gòu)的效率；

η2為拉索效率；

i為手剎杠桿比；

L為后制動鉗駐車轉(zhuǎn)臂桿的有效工作半徑，（mm）.

（5）20%坡所需的拉索行程

根據(jù)臺架數(shù)據(jù)：500N·m時的拉索行程為18.3mm。

從系統(tǒng)的匹配校核計算分析，設(shè)計上符合要求即間隙小于2.5 mm；20%駐坡齒數(shù)小于12齒（該車型駐車制動操縱裝置的棘輪總齒數(shù)為18齒）。

2.3 實際情況

從下線車輛所測得數(shù)據(jù)(見表1)看，檢測不合格的項目有:間隙值、檢測手剎合格齒數(shù)和實際駐車齒數(shù)。

表1下線數(shù)據(jù)(手剎齒數(shù)與間隙)

實際存在的問題有：

（1）手剎裝調(diào)一致性不好（要求卡鉗拉線板預(yù)拉起位置不超過2.5mm）。從圖3和圖4得出，如果間隙大于2.5mm，卡鉗活塞將會被推出，導(dǎo)致行車拖滯，油耗高，摩擦片異常磨損，給客戶帶來極大的影響，嚴(yán)重損害了客戶的利益，造成客戶滿意度的下降。

圖3拉臂拉起位置圖

圖4拉臂行程與夾緊力關(guān)系

（2）駐車手剎行程長（法規(guī)要求：20%坡手剎行程不超過14齒），不符合法規(guī)項。

3 變量原因分析

通過1.2理論校核計算分析和各尺寸測量，發(fā)現(xiàn)機械尺寸符合設(shè)計要求，排除了尺寸鏈上得影響，因此重點分析拉索的負載效率、摩擦系數(shù)的影響。

3.1 裝配工藝的因素（拉索行程效率）

分析過程：先將2臺車(新拉索、新卡鉗)調(diào)整好，測間隙為0.5 mm左右，駐坡11齒。檢查拉索屬于繃緊狀態(tài)；之后，手剎拉到頂靜置60分鐘后，間隙為0，發(fā)現(xiàn)拉索松弛，且后端可以用手拉出2 mm左右，駐坡12齒；最后，重新調(diào)節(jié)螺母2~3圈，間隙0.3 mm左右，重新駐坡9齒。數(shù)據(jù)件如表2所示。

表2手剎繃緊及調(diào)整前后數(shù)據(jù)

小結(jié)：手剎拉索彈性變形很大，需要把彈性變形轉(zhuǎn)換為塑性變形。

3.2 駐車?yán)餍实囊蛩?/h3>

按初始工藝卡片要求(9齒)打響調(diào)整手剎，間隙均為0~1之間，說明手剎拉索有松弛現(xiàn)象；按8齒打響調(diào)整手剎，間隙變化很大，而且部分左右間隙相差也很大；用手檢查，輕易可以把拉板拉動；測量手剎力（卡鉗拉板被拉動瞬間）為35~40 N，換算為單邊手剎拉索前端力為140~160 N（卡鉗拉板拉動啟動力為90 N），阻滯力為 50~70 N。

臺架實測：拉索效率要求80%（實測3樣件，分別為78%、81%、82%），從臺架測試表明，拉索臺架負載效率遠大于計算值η2（0.6，拉索效率），然而與上述的現(xiàn)象不符。

根據(jù)實際情況分析，發(fā)現(xiàn)臺架測試方式和實車布置方式存在不一致的地方，臺架測試是圍繞圓盤測試，而實際在整車上，布置彎曲曲率與拐彎的次數(shù)遠遠比臺架布置更加惡劣。因此需要在整車上安裝測試設(shè)備進行整車效率測量，發(fā)現(xiàn)效率只有40%左右（見表3）。

表3手剎繃緊及調(diào)整前后數(shù)據(jù)

由此可知，手剎拉索阻滯力大，負載效率低。

3.3 初始摩擦系數(shù)影響因素

通過在不斷地整車試驗中，發(fā)現(xiàn)檢測線手剎齒數(shù)超出14齒的車輛，經(jīng)過磨合后可以滿足駐車要求，因此通過臺架測試了以下幾種組合的初始摩擦系數(shù)：

（1）現(xiàn)在裝車用制動塊（無涂層）+磨加工盤：0.2

（2）有涂層制動塊+車加工盤（有油跡）：0.18

（3）現(xiàn)在裝車用制動塊（無涂層）+車加工盤（有油跡）：0.14

過程分析：測量初始摩擦系數(shù)為0.2，與磨合穩(wěn)定后0.38（設(shè)計要求）相差很大，通過計算校核公式反算駐車系統(tǒng)，0.2的初始摩擦系數(shù)無法滿足駐車要求。

4 采取措施及效果

4.1 采取措施

（1）裝配工藝調(diào)整，同時改善拉索行程效率

措施：裝調(diào)手剎時先用力拉手剎5次，將拉索充分理順。目前工藝：用力拉手剎2次；裝配前增加脈沖吹氣要求，5次，每次達到0.7 MPa；完善調(diào)整工藝，增加調(diào)整間隙確認過程；限位塊（輔助工裝）增加磁鐵，防止脫落后影響調(diào)整間隙；修改手駐車調(diào)整工藝指導(dǎo)書（見圖5）。

圖5工藝卡片截圖

（2）提高拉索負載效率

通過前期換擋拉索的大量試驗，選取了多種油脂進行數(shù)據(jù)對比分析。同時根據(jù)目前已經(jīng)使用HG-16的離合軟軸及加速器拉索的外三包數(shù)據(jù)顯示，原先卡滯、卡死現(xiàn)象的三包數(shù)據(jù)明顯下降。最后選出工作溫度在-40℃~+160℃，蒸發(fā)度較低的牌號為HG-16特種潤滑脂代替原7022牌號油脂，此油脂符合拉索總成各工況條件，適用于鋼絲繩與塑料內(nèi)襯間的潤滑，特別適用于汽車?yán)鞯臐櫥?/p>

（3）提高初始摩擦系數(shù)

①取消制動盤表面涂防銹油；②摩擦塊表面涂膠，增加初始摩擦系數(shù)。改善效果具體見表4。

表4 摩擦系數(shù)對比

4.2 措施效果

通過幾方面的措施，駐車制動系統(tǒng)得到很大的提升，見表5.

表5駐車合格率

隨機抽取部分車輛數(shù)據(jù)如表6所示。

表6 駐車齒數(shù)與間隙

5 結(jié)束語

汽車駐車制動性能是與法規(guī)、安全相關(guān)的重要性能，同時也是客戶非常關(guān)注的焦點之一。在產(chǎn)品開發(fā)過程中，要保證駐車制動系統(tǒng)符合要求。相關(guān)人員可以通過不斷的總結(jié)和探索找到差異，識別關(guān)鍵控制點，形成關(guān)鍵控制文件，培訓(xùn)整個系統(tǒng)的生產(chǎn)鏈工作人員（從供應(yīng)商到主機廠裝配等），保證措施的長期有效性、準(zhǔn)確性。

[1]黃偉中，張紅波．液壓盤式制動器駐車機構(gòu)研究[J]．中國高新技術(shù)企業(yè)，2013，(8)：34－35．