某車型集成駐車卡鉗駐車制動系統分析及改進優化

（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，但制動效能不穩定，盤式制動器制動效能低，但效能穩定、散熱性能好。隨著汽車主動安全電子化的發展，ESC等配置開發需要建立在穩定的制動效能基礎上。除此外，盤式制動器相對于鼓式制動器有眾多優點，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，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在駐車制動系統開發和生產過程中，碰到的問題進行闡述、校核分析，并解決，保證駐車制動系統的安全。

1 IPB原理及駐車齒數介紹

如圖1所示，IPB駐車工作時，拉臂轉動帶動軸轉動。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，實現駐車功能。松開制動時，拉臂軸反轉，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，同時手柄拉動駐車拉索（拉索帶動圖1中拉臂），以實現駐車作用。駐車制動操縱裝置的棘輪總齒數為全行程。

圖2 駐車操縱機構圖

2 某車型IPB駐車制動系統現狀

2.1 法規要求

國家標準GB/T 7258-2004規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（裝有自動調節裝置）；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；

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）手剎操縱機構的輸入力

式中，

F為手剎操縱機構的輸入力，N；

η1為手剎操縱機構的效率；

η2為拉索效率；

i為手剎杠桿比；

L為后制動鉗駐車轉臂桿的有效工作半徑，（mm）.

（5）20%坡所需的拉索行程

根據臺架數據：500N·m時的拉索行程為18.3mm。

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

2.3 實際情況

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

表1下線數據(手剎齒數與間隙)

實際存在的問題有：

（1）手剎裝調一致性不好（要求卡鉗拉線板預拉起位置不超過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系

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

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，發現機械尺寸符合設計要求，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；之后，手剎拉到頂靜置60分鐘后，間隙為0，發現拉索松弛，且后端可以用手拉出2 mm左右，駐坡12齒；最后，重新調節螺母2~3圈，間隙0.3 mm左右，重新駐坡9齒。數據件如表2所示。

表2手剎繃緊及調整前后數據

小結：手剎拉索彈性變形很大，需要把彈性變形轉換為塑性變形。

3.2 駐車拉索效率的因素

按初始工藝卡片要求(9齒)打響調整手剎，間隙均為0~1之間，說明手剎拉索有松弛現象；按8齒打響調整手剎，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），然而與上述的現象不符。

根據實際情況分析，發現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遠遠比臺架布置更加惡劣。因此需要在整車上安裝測試設備進行整車效率測量，發現效率只有40%左右（見表3）。

表3手剎繃緊及調整前后數據

由此可知，手剎拉索阻滯力大，負載效率低。

3.3 初始摩擦系數影響因素

通過在不斷地整車試驗中，發現檢測線手剎齒數超出14齒的車輛，經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：

（1）現在裝車用制動塊（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：測量初始摩擦系數為0.2，與磨合穩定后0.38（設計要求）相差很大，通過計算校核公式反算駐車系統，0.2的初始摩擦系數無法滿足駐車要求。

4 采取措施及效果

4.1 采取措施

（1）裝配工藝調整，同時改善拉索行程效率

措施：裝調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；完善調整工藝，增加調整間隙確認過程；限位塊（輔助工裝）增加磁鐵，防止脫落后影響調整間隙；修改手駐車調整工藝指導書（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據對比分析。同時根據目前已經使用HG-16的離合軟軸及加速器拉索的外三包數據顯示，原先卡滯、卡死現象的三包數據明顯下降。最后選出工作溫度在-40℃~+160℃，蒸發度較低的牌號為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襯間的潤滑，特別適用于汽車拉索的潤滑。

（3）提高初始摩擦系數

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。改善效果具體見表4。

表4 摩擦系數對比

4.2 措施效果

通過幾方面的措施，駐車制動系統得到很大的提升，見表5.

表5駐車合格率

隨機抽取部分車輛數據如表6所示。

表6 駐車齒數與間隙

5 結束語

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

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