白澤文,程景艷,陳海,楊永健,曹廣新
中國第一汽車股份有限公司研發(fā)總院,吉林長春 130013)
隨著汽車智能化、電子化的發(fā)展,電子駐車制動(Electrical Park Brake,EPB)逐漸被各大主機廠商重視。傳統(tǒng)機械駐車用手或腳操作駐車控制裝置,通過拉線操作機械執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)駐車。EPB用開關(guān)和線控取代機械操縱機構(gòu),節(jié)省了車內(nèi)空間,操作方便且智能,可靠耐久性也更出色。表1列出了EPB部分項目下,與機械駐車裝置相比的優(yōu)點[1]。EPB大大提升了用戶駕駛的安全性與舒適性,是影響用戶購車選擇的重要因素,整車配置率也迅速提高[2]。
表1 EPB與機械駐車對比
現(xiàn)今大多數(shù)車型的后輪制動器是單缸浮動鉗形式,原因是便于EPB執(zhí)行器與后卡鉗整合為一體,減少零件數(shù)量,且能夠滿足一般車型的制動性能需求[3]。但一些具有高性能的行車制動或者質(zhì)量參數(shù)較大的車型,常采用鉗體剛度較好的固定鉗式制動器,制動器的缸數(shù)、尺寸可根據(jù)性能要求設(shè)定,再額外增加一個EPB專用的駐車制動器。如特斯拉Model S車型,其后輪的行車制動器采用4缸固定鉗式,裝備EPB專用的駐車制動器,行車制動性能優(yōu)越。圖1為特斯拉Model S后輪制動器的布置情況。
圖1 特斯拉Model S后輪制動器布置
某專用乘用車車身尺寸為D級[4],在特殊設(shè)計要求下,車輛質(zhì)量為5 800 kg,遠(yuǎn)超普通D級車。前、后輪采用固定鉗式制動器,保證行車制動性能,駐車制動性能滿足GB 21670—2008中7.3.19的規(guī)定(20%坡道下坡保持5 min)[5]。表2為駐車性能計算的相關(guān)參數(shù)。
表2 駐車性能計算相關(guān)參數(shù)
車輛在下坡駐車時,其受力如圖2所示[6],駐車制動器產(chǎn)生的制動力矩Tμ為
Tμ=4fNRe
(1)
式中:N為EPB制動器產(chǎn)生的夾緊力。
圖2 車輛下坡駐車的受力示意
車輛駐坡所需的制動力矩Txb為
Txb=FxbR=GRsinα
(2)
式中:Fxb為地面施加給車輛的駐車制動力。
駐坡時車輛的制動力矩來自駐車制動器[7],則
Tμ=Txb
(3)
在安全系數(shù)β限定下,安全夾緊力Ns為
Ns=βN
(4)
由式(1)—式(4):
(5)
在車輛行車制動的過程中,駐車制動器的摩擦片與制動盤不發(fā)生磨合,與制動盤貼合較差,摩擦因數(shù)及駐車性能接近新片狀態(tài)。新摩擦片的摩擦因數(shù)取最低值0.35,有最大夾緊力Ns=23 564 N,則EPB夾緊力不應(yīng)低于24 kN。圖3為該車EPB專用制動器的裝車圖。
圖3 EPB專用制動器裝車示意
因車輛自重過大,怠速驅(qū)動力矩較大,影響在擋下的最大駐車坡度。下坡時D擋怠速下輪邊產(chǎn)生的驅(qū)動力矩為Tp,則車輛正常駐車時有:
Tμ=Txb+Tp
(6)
最大駐坡角度αp為
(7)
式中:Np為選型后的EPB的最大夾緊力。
測得D擋怠速左后輪邊驅(qū)動力矩為847 N·m,則Tp=1 694 N·m,由選型結(jié)果執(zhí)行器夾緊力Np=24 000 N,由式(7)計算得αp=10.59°,即下坡時D擋駐車最大坡度為18.7%,在20%坡路會發(fā)生溜車。
為進(jìn)一步提升車輛的駐車性能,將EPB專用制動器同型號的2輛份新摩擦片分別經(jīng)過臺架和實車方式進(jìn)行磨合,得到3種狀態(tài)的摩擦片,摩擦片表面如圖4所示。再將EPB制動器分別換裝3種狀態(tài)的摩擦片進(jìn)行整車駐車試驗,在20%坡道上驗證駐車性能,在29%坡道上進(jìn)一步評價摩擦因數(shù)提升后的整車表現(xiàn)。試驗條件參照GB 21670—2008中5.1的規(guī)定,試驗方法為下坡駐車,在N擋、D擋下記錄5 min內(nèi)車輛表現(xiàn),如表3所示。
圖4 3種狀態(tài)的摩擦片摩擦表面
表3駐車試驗整車表現(xiàn)
試驗方案新摩擦片臺架磨合實車磨合20%坡道N擋正常駐車正常駐車正常駐車D擋緩慢溜車正常駐車正常駐車29%坡道N擋較快溜車緩慢溜車正常駐車D擋較快溜車緩慢溜車正常駐車
由表3可知N擋下車輛的駐車性能與理論計算結(jié)果一致。采用實車磨合后的摩擦片,車輛駐車性能明顯提升,可駐29%的坡路;其次是經(jīng)臺架磨合后的狀態(tài),車輛在D擋下可駐20%的坡路;新摩擦片狀態(tài)的駐車性能表現(xiàn)最差,車輛只能在N擋下駐20%的坡路。由于通過實車磨合不符合使用工況,且車輛在多次行車制動后,制動盤表面會發(fā)生變化,開發(fā)中建議采用臺架磨合的摩擦片來提升該類車型的駐車性能。
闡述了裝備EPB專用制動器車型的特點,針對某裝備車型的在擋溜車問題,通過理論分析了在擋駐車性能。該類車型的駐車性能與新摩擦片狀態(tài)下接近,且質(zhì)量較大的車型,駐車性能容易受到怠速驅(qū)動力矩的影響。通過整車試驗驗證了在采用新片、臺架磨合、實車磨合3種狀態(tài)的摩擦片時車輛的駐車性能,證明了采用臺架磨合的摩擦片可一定程度上提升駐車性能,為裝備EPB專用制動器車型的駐車性能開發(fā)提供參考。