裝備EPB專用制動(dòng)器車型在擋駐車性能分析與提升

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)

0 引言

隨著汽車智能化、電子化的發(fā)展，電子駐車制動(dòng)(Electrical Park Brake，EPB)逐漸被各大主機(jī)廠商重視。傳統(tǒng)機(jī)械駐車用手或腳操作駐車控制裝置，通過拉線操作機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)駐車。EPB用開關(guān)和線控取代機(jī)械操縱機(jī)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(xiàng)目下，與機(jī)械駐車裝置相比的優(yōu)點(diǎn)[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(jī)械駐車對(duì)比

1 裝備EPB專用制動(dòng)器車型的特點(diǎn)

現(xiàn)今大多數(shù)車型的后輪制動(dòng)器是單缸浮動(dòng)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(dòng)性能需求[3]。但一些具有高性能的行車制動(dòng)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(dòng)器，制動(dòng)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(gè)EPB專用的駐車制動(dòng)器。如特斯拉Model S車型，其后輪的行車制動(dòng)器采用4缸固定鉗式，裝備EPB專用的駐車制動(dòng)器，行車制動(dòng)性能優(yōu)越。圖1為特斯拉Model S后輪制動(dòng)器的布置情況。

圖1 特斯拉Model S后輪制動(dòng)器布置

2 駐車性能的理論分析

2.1 駐車制動(dòng)器夾緊力校核

某專用乘用車車身尺寸為D級(jí)[4]，在特殊設(shè)計(jì)要求下，車輛質(zhì)量為5 800 kg，遠(yuǎn)超普通D級(jí)車。前、后輪采用固定鉗式制動(dòng)器，保證行車制動(dòng)性能，駐車制動(dòng)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(jì)算的相關(guān)參數(shù)。

表2 駐車性能計(jì)算相關(guān)參數(shù)

車輛在下坡駐車時(shí)，其受力如圖2所示[6]，駐車制動(dòng)器產(chǎn)生的制動(dòng)力矩Tμ為

Tμ=4fNRe

(1)

式中:N為EPB制動(dòng)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(dòng)力矩Txb為

Txb=FxbR=GRsinα

(2)

式中:Fxb為地面施加給車輛的駐車制動(dòng)力。

駐坡時(shí)車輛的制動(dòng)力矩來自駐車制動(dòng)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(dòng)的過程中，駐車制動(dòng)器的摩擦片與制動(dòng)盤不發(fā)生磨合，與制動(dòng)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(dòng)器的裝車圖。

圖3 EPB專用制動(dòng)器裝車示意

2.2 在擋溜車問題分析

因車輛自重過大，怠速驅(qū)動(dòng)力矩較大，影響在擋下的最大駐車坡度。下坡時(shí)D擋怠速下輪邊產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩為Tp，則車輛正常駐車時(shí)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(cè)得D擋怠速左后輪邊驅(qū)動(dòng)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(jì)算得αp=10.59°，即下坡時(shí)D擋駐車最大坡度為18.7%，在20%坡路會(huì)發(fā)生溜車。

3 駐車性能提升

為進(jìn)一步提升車輛的駐車性能，將EPB專用制動(dòng)器同型號(hào)的2輛份新摩擦片分別經(jīng)過臺(tái)架和實(shí)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(dòng)器分別換裝3種狀態(tài)的摩擦片進(jìn)行整車駐車試驗(yàn),在20%坡道上驗(yàn)證駐車性能，在29%坡道上進(jìn)一步評(píng)價(jià)摩擦因數(shù)提升后的整車表現(xiàn)。試驗(yàn)條件參照GB 21670—2008中5.1的規(guī)定，試驗(yàn)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(yàn)整車表現(xiàn)

試驗(yàn)方案新摩擦片臺(tái)架磨合實(shí)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(jì)算結(jié)果一致。采用實(shí)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(tái)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(shí)車磨合不符合使用工況，且車輛在多次行車制動(dòng)后，制動(dòng)盤表面會(huì)發(fā)生變化，開發(fā)中建議采用臺(tái)架磨合的摩擦片來提升該類車型的駐車性能。

4 總結(jié)

闡述了裝備EPB專用制動(dòng)器車型的特點(diǎn)，針對(duì)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(dòng)力矩的影響。通過整車試驗(yàn)驗(yàn)證了在采用新片、臺(tái)架磨合、實(shí)車磨合3種狀態(tài)的摩擦片時(shí)車輛的駐車性能，證明了采用臺(tái)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(dòng)器車型的駐車性能開發(fā)提供參考。