某越野車雙向自增力中央駐車制動器的匹配

摘要：雙向自增力鼓式制動器因其效能因數高，在越野車和輕型卡車上作為中央駐車制動器應用較多。就雙向自增力中央制動器在開發過程中的幾項設計要點進行了詳述，解析了自增力鼓式駐車制動器效能因數的計算方法，并通過理論計算和試驗對比，驗證了方法的準確性。同時，分析了摩擦系數的選擇方法，對制動間隙的設計和控制進行了研究。

關鍵詞：雙向自增力；效能因數；摩擦系數；制動間隙

中圖分類號： U463.51 文獻標志碼： A 文章編號：1005-2550（2013）04-0015-05

雙向自增力制動器廣泛用于汽車的中央制動器，因為駐車制動對制動器前進、倒車的制動效能要求一樣，而且對中央制動器而言，駐車制動在不用于應急制動時，不會產生高溫，熱衰退問題。汽車主機廠在進行雙向自增力中央制動器方案選型和開發時，對制動器的關鍵參數的控制至關重要，但卻少有與之相關的理論分析和計算方法可供參考，本文結合實際開發經驗，對雙向自增力的駐車制動效能因數計算進行了推導和驗證，同時由此延伸，對摩擦系數、制動間隙展開分析，從主機廠的開發角度出發，提供了一種雙向自增力中央制動器的正向匹配方法。

1 雙向自增力駐車制動器結構簡介

雙向自增力駐車制動器結構及受力情況見圖1。

制動蹄1和制動蹄3下端通過浮動頂桿2相連，上端與頂桿4相連，靠在支撐銷5上；駐車拉臂7與制動蹄3通過6鉸接，中間部位與頂桿4相連。

不難看出，無論是前進制動還是倒車制動，制動鼓對兩制動蹄的摩擦力（Ff1、Ff2）始終沿著使制動蹄張開的方向，對制動力矩存在增勢作用，因此該結構的制動器被稱為雙向自增力式制動器。

2 效能因數的計算

雙向自增力制動器效能因數的計算，分前進、倒車兩種情況。

2.1 前進制動效能因數計算

由于第一蹄和第二蹄的受力不同，計算效能因數時應對兩蹄單獨考慮，最后再合二為一，計算出整個制動器的效能因數。

第一蹄（制動蹄3）的受力分析見圖2[1]，制動蹄繞點A旋轉，點A的位置會隨制動蹄的張開浮動，所以可將第一蹄歸類為“浮式領蹄”。第一蹄在平行力系F1、F2、Q1作用下平衡，據此可以判定，制動鼓對第一蹄的壓力中心點E應在蹄的左下方。

2.2 倒車制動效能因數計算

汽車倒車駐車時，制動器效能因數計算方法與前進制動相同，其受力和計算本章不再重復。

倒車第一蹄也屬于“浮式領蹄”，與前進制動不同之處在于：隨著旋轉方向的改變，倒車制動的第一蹄是制動蹄1，第二蹄是制動蹄3。

圖4為第一蹄的受力分析圖，與前進制動時的第一蹄類似，也屬于“浮式領蹄”。

2.4 計算結果驗證

驗證效能因數的計算方法是否正確，可對制動器進行摩擦性能試驗，測定出制動力矩，通過制動力矩計算出實際效能因數，再與按照上述理論計算出的效能因數比較。

圖6是某越野車雙向自增力中央制動器理論效能因數與實測效能因數比較情況。

圖6中實測效能因數隨力矩變化上升趨勢最后趨于穩定，原因是：制動器制動時，隨著蹄片不斷張開和壓緊制動鼓，兩者間的接觸面積會越來越大，摩擦系數亦隨著正壓力的增加利用量不斷上升，效能因數因而隨著力矩值不斷上升，直至上述兩個因素趨于穩定，效能因數也隨之趨于穩定。理論值是以制動鼓、制動蹄同心的理想情況進行計算，結果顯示，當實測值達到穩定區域后，即制動器達到其額定摩擦系數（又稱名義摩擦系數）時，與理論值間的誤差在9%以內。

因此，實際的雙向自增力中央制動器開發時，可以用本文闡述的方法對效能因數進行理論計算，作為設計的輸入。

3 摩擦系數的選定

當制動器的結構確定之后，制動蹄片的摩擦系數是決定效能因數最主要參數。其中雙向自增力的效能因數對摩擦系數的敏感度最高[2]，在開發雙向自增力中央制動器時，摩擦系數的選定十分關鍵，如果摩擦系數選擇偏小，制動器的制動能力會不足；如果偏大，制動器能力會過剩，并且較高的效能因數會出現自鎖、效能不穩定等現象。

4 制動間隙的設計

制動器的制動間隙是指非制動狀態下，制動蹄片與制動鼓間的初始間隙。

雙向自增力中央制動器開發時，制動間隙的設計是一個重要環節。摩擦間隙會影響制動器總成的性能，間隙值過小會出現拖磨、發熱；間隙過大時，會因制動鼓與制動蹄的偏心量太大而影響制動效能。同時，制動間隙的設計與駐車手柄的杠桿比、行程等也密不可分，這將直接關系到駐車系統的匹配。

制動間隙的設計首先要考慮零部件加工和裝配的工藝精度。

圖8為典型的中央制動器裝配布置圖。

制動器2與驅動橋殼1固定，制動鼓與驅動橋輸出法蘭4固定，行車時兩者一起旋轉。制動間隙的設計，要考慮以下因素：

（1）橋殼1安裝凸臺和法蘭4安裝凸臺間的同軸度公差δ1；

（2）制動器底板2與驅動橋2凸臺的最大配合間隙δ2、

（3）制動鼓與法蘭4凸臺的最大配合間隙δ3、

（4）制動鼓內徑負偏差t1；

5 結語

雙向自增力中央制動器的設計開發，涉及面很廣，本文著力于對效能因數、摩擦系數、制動間隙三個參數進行理論推導和研究：

（1）提供一種有效的雙向自增力駐車制動器效能因數計算方法；

（2）分析摩擦系數對雙向自增力駐車制動器效能因數影響，并通過汽車的駐坡要求推導摩擦系數選型方法；

（3）研究雙向自增力中央制動器制動間隙對制動性能的影響，根據實際經驗探討各因素與制動間隙的量化關系。

該雙向自增力中央制動器的應用車型已通過整車道路試驗，正式列裝部隊。

參考文獻：

[1] 吉林工業大學汽車教研室. 汽車設計[M].北京：機械工業出版社， 1981： 507.

[2] 劉惟信.汽車的制動性能的結構分析與設計計算[M].北京： 清華大學出版社，2004：26.