論汽車手剎機械式駐車制動系統效率提升策略

粟龍招，陀明揚，施莉

（柳州五菱汽車工業有限公司，廣西柳州545007）

論汽車手剎機械式駐車制動系統效率提升策略

粟龍招，陀明揚，施莉

（柳州五菱汽車工業有限公司，廣西柳州545007）

用手來操縱的傳統式“手剎”因價格低，目前還是被廣泛地應用在汽車上。如果設計時各種因素匹配不好，就會要求操縱駐車手柄的力要很大才能駐坡，操縱力小的時候駐車制動力會不足，導致溜車。所以提高手剎機械式駐車制動系統的效率至關重要。本文詳細描述幾種提高手剎機械式駐車制動系統效率的策略，結果顯示：拉索設計時走向盡可能地平順最小工作曲率半徑大于200 mm；鋼絲繩使用好的潤滑脂；加大耐壓軟管內孔尺寸；鋼絲繩的材質要選擇合適這幾種方法，對提升拉索的效率很有幫助。

駐車制動；手剎；機械式

雖然駐車制動的操縱方式變得多樣化起來，但是傳統式的“手剎”仍然是使用最為廣泛的。傳統式手剎操縱方式簡單，直接拉起即可起到作用，只需按住手柄端部的按鈕稍微向上一提，然后推回原位即可釋放“手剎”。這種傳統式的手剎造型也可以設計得很時尚，很炫酷。只是傳統式的“手剎”用手來操縱，雖然國家標準GB7258-2004：7.4.2規定手操縱時，乘用車不應大于400 N，其它機動車不應大于600 N，但一般操縱人員操縱力在200 N（相當于20公斤力）左右[1]，特別是對于為數不少的女士來說，這種不太友好的操作方式，常常會因為用力大小而使駐車制動力不足，發生溜車現象，這就要求手剎機械式駐車制動系統的效率越高越好。本論文詳細描述手剎機械式駐車制動系統效率提升的幾種策略。

1 手剎機械式駐車制動系統工作原理與結構

手剎屬于輔助制動系統，主要借助人力，一般在停車的時候，為了防止車輛自行溜車而設計的。手剎（駐車制動器）主要由制動桿、駐車制動拉索總成（拉線）、制動機構以及回位彈簧組成，是用來鎖死傳動軸從而使驅動輪鎖死的（有些是鎖死兩只后輪）。對于制動桿，其實是利用了杠桿原理，拉到固定位置通過鎖止牙進行鎖止，如圖1所示。

圖1 駐車制動手柄及鎖止牙

傳統的駐車制動器為鼓式較為常見，最為常見的是集成在鼓式行車制動器中的駐車制動，通過下圖中的拉線4拉動杠桿1和頂桿2使得剎車蹄3張緊剎車鼓，如圖2所示。

圖2 拉索集成裝配在鼓式制動器中效果圖

2 手剎機械式駐車制動系統的駐車制動力計算與校核

2.1 關于駐車制動的相關法規要求

了解駐車制動力的法規要求，以及駐車制動力和制動系統的效率、制動器各尺寸、整車參數之間的計算關系，才能明白在其它參數都不改變的情況下，提升制動系統的效率，就能直接減少駐車制動手柄的控制力，從而減輕駐車操縱強度。以下為法規的要求及駐車制動力計算與校核過程。

GB7258-2004：7.13.3空載下在20%坡度，附著系數不小于0.7的坡道上，正反兩個方向可靠停駐[1]。

GB12676-1999：5.2.7.1駐車制動系統必須使滿載車輛停在18%坡道上（上坡或下坡）[2]。

GB7258-2004：7.4.2手操縱時，乘用車不應大于400 N，其它機動車不應大于600 N[1].

2.2 整車駐車制動力計算與校核過程

下面以Q400液壓車為例進行整車駐車制動力計算與校核過程。

Q400液壓車整車相關參數：軸距l=3 605 mm，整備質量mv=2 180 kg，前軸質量mf=1 030 kg，后軸質量mr=1 150 kg，最大質量mv′=3 510 kg，前軸質量mf′=1 709 kg，后軸質量mr′=1 801 kg，質心高空載hg=875 mm，滿載hg′=950 mm，后輪靜力半徑re=327 mm，質心到前軸距離空載：L1=mr* l/mv=1 902 mm，滿載：L1′=mr′*l/mv′=1 850 mm，附著系數：φ≥0.7.

（1）汽車可能停駐的極限傾角

空載時，汽車上坡時可能停駐的極限上坡路傾角：

汽車下坡時可能停駐的極限下坡路傾角：

滿載時汽車上坡時可能停駐的極限上坡路傾角：

汽車下坡時可能停駐的極限下坡路傾角：

（2）制動器因數的計算

V1的后輪采用的是浮式領從蹄式制動器。

單個斜支座浮式領蹄制動蹄因數為：

單個斜支座浮式從蹄制動蹄因數為：

其中式中：

查閱相關資料（見表1）得：

表1 制動器領從蹄尺寸參數

計算得相關參數如表2所列。

表2 根據領從蹄計算得的相關參數

制動蹄片摩擦系數f=0.35～0.4取0.35，單個斜支座浮式領蹄制動蹄因數：

單個斜支座浮式從蹄制動蹄因數：

浮式領從蹄式制動器因數為：

（3）手操縱機構控制力的計算

2018年12月12日，北京—2018加拿大木材中國論壇暨現代木結構建筑在健康養生產業的應用活動在北京朝陽悠唐皇冠假日酒店舉行，此次活動由加拿大木業主辦。活動吸引了超過250名專業人士的熱情參與。出席此次論壇的演講嘉賓包括：中國木材及木制品流通協會首席專家朱光前先生，來自加拿大溫哥華沿海健康家庭護理區域主管Jo-Ann G. Tait女士以及加拿大Equilibrium工程咨詢公司聯合創始人Robert Malczyk先生等。

制動器因數中

式中，Tf為制動器摩擦力矩；R為制動鼓作用半徑R=135 mm；P為輸入力，兩制動蹄張開力.

手操縱機構杠桿比i1=7

手剎杠桿杠桿比i2=6

制動拉索傳動效率η=0.6

單個后輪駐車制動器的制動力矩為：

又因F*i1*i2*η/2=P

所以Tf=BF*R*P=168.3P

空載時手操縱機構控制力

滿載時手操縱機構控制力

通過計算，Q400手剎，能夠滿足GB7258-2004和GB12676-1999的法規要求。

滿載在最大爬坡度14°時的手操縱機構控制力F=326.4 N.

3 汽車手剎機械式駐車制動系統效率提升的幾種策略

從以上手操縱機構控制力的計算公式來說，在不考慮其它因素的情況下，手剎機械式駐車制動系統效率越高，則需要的手操縱機構控制力就越小，主要從潤滑、裝配配合、強度等方面考慮。以下幾種方法都是已通過實際的樣件試制，然后試驗驗證得出的不同效率對比的，以此得出提出效率的方法。如圖3為效率試驗臺及樣件試驗時的照片。試驗臺計算機軟件內置有效率計算公式可以直接顯示出效率值，通過最終效率值可以對比不同方法對效率的影響。效率試驗計算公式請直接參考QC/T 29101-1992[4]汽車用操縱拉索總成中5.6規定[5]。

圖3 效率試驗臺及樣件試驗時的照片

方法一：使用不同潤滑脂，對手剎拉索效率有顯著影響，試驗結果如表3所列，結果顯示，使用潤滑效果好的潤滑脂，可以使效率提升5%左右。

表3 使用不同潤滑脂進行負載效率試驗的結果

方法二：手剎拉索耐壓軟管內孔尺寸適當加大，對手剎拉索效率有顯著影響，試驗結果如表4所列，耐壓軟管內孔由4.0擴大為4.4后，負載效率提升7%左右，行程效率基本無變化。

表4 拉索耐壓軟管內孔尺寸由4.0更改為4.4后效率試驗結果

方法三：鋼絲繩選用不同材料，強度不同對手剎拉索效率有顯著影響，試驗結果如5所列，鋼絲繩選用強度較好的SWRH72A，比70#材料負載效率提升5%左右。

表5 使用不同材料的鋼絲繩效率試驗結果

方法四：加大套管接頭內孔尺寸，對手剎拉索效率沒什么影響，試驗結果如表6所列。

表6 加大套管接頭內孔尺寸的效率試驗結果

方法五：使用鉚壓拉索套管接頭變形量小且達到拉脫力要求的模具鉚壓，對手剎拉索效率沒什么影響，試驗結果如表7所列，對拉索的效率沒有什么影響。

表7 拉索套管不同的變形量的效率試驗結果

方法六：加大鉚壓壓力，因鉚壓模具對邊尺寸都完全貼合，對效率影響不大。

方法七：拉索設計時，在保證間隙的前提下，盡可能的設計平順，沒有較大的彎曲與拐點，對效率的提升很有用。

4 結束語

通過前面所述的汽車手剎機械式駐車制動系統效率提升的幾種策略可總結出汽車手剎機械式駐車制動系統效率的提升策略共有四種。四種策略同時使用，就是整個效率的最高點，提升駐車制動的使用體驗。

策略一：拉索設計時，在保證間隙的前提下，盡可能的設計平順，沒有較大的彎曲與拐點；

策略二：使用好的潤滑脂，如HG-16，SM-33；

策略三：加大耐壓軟管內孔尺寸；

策略四：鋼絲繩選用好材料，如SWRH72A等。

[1]應朝陽，周天佑，耿磊，等.GB7258-2012機動車運行安全技術條件[S].中國國家標準化管理委員會，2012.

[2]劉地，劉兆英、金約夫，等.GB 12676-2014商用車輛和掛車制動系統技術要求及試驗方法[S].中國國家標準化管理委員會，2014.

[3]劉惟信.汽車制動系的結構分析與設計計算[M].北京：清華大學出版社，2004.

[4]鄭禹福，高志華、包裕茂，等.QC/T 29101-1992汽車用操縱拉索總成[S].中國國家標準化管理委員會，1992.

[5]GB/T 14451-2008.操縱用鋼絲繩[S].中國國家標準化管理委員會，2008.

Abtstract：The traditional"manipulated by hand brake"due to low prices，is still widely used in automobile.If the design of a variety of factors are not good，you will need to handle the handle of the car to a large force in the slope，the control force is small when parking braking force will be insufficient，leading to the car.So to improve the efficiency of critical brake mechanical parking brake system.This paper describes several methods to improve the efficiency of manual mechanical brake system strategy，results show that the cable design trend as smooth as possible minimum working radius is greater than 200mm;the use of wire rope grease well;to increase the size of pressure hose inner hole;the wire rope should choose the appropriate material of these methods is very helpful to improve the efficiency of cable.

The Automobile Brake Mechanical Brake System to Enhance the Efficiency of the Strategy

SU Long-zhao，TUO Ming-yang，SHI li
（Liuzhou Wuling Automobile Industry Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545007，China）

parking brake；handbrake；mechanical

U463.5

A

1672-545X（2017）03-0132-04

2016-12-22

粟龍招（1984-），女，廣西人，學士，工程師，主要研究方向為駐車制動系統和行車制動管路系統；陀明揚（1981－），男，廣西人，學士，工程師，主要研究方向為汽車車身集成、底盤模塊；施莉（1984－），女，廣西人，學士，工程師，主要研究方向為汽車零部件產品開發管理。