微型車手制動調整策略研究

寧忠麟，覃光許，夏偉

（1.上汽通用五菱汽車股份有限公司技術中心，廣西 柳州 545007；2.武漢理工大學 汽車工程學院，湖北 武漢 430070）

微型車手制動調整策略研究

寧忠麟1，覃光許1，夏偉2

（1.上汽通用五菱汽車股份有限公司技術中心，廣西 柳州 545007；2.武漢理工大學 汽車工程學院，湖北 武漢 430070）

手制動是一種被廣泛應用的駐車制動形式，手制動預緊力的調整是車輛生產總裝線上不可缺少的一個環節，其預緊力的大小不僅影響汽車的駐車安全，還與行車時制動系統阻滯力的大小相關聯，直接影響車輛的燃油經濟性和制動器壽命。目前國內大多數主流車型的總裝線上，手制動裝調仍采用人工裝調工藝。針對某在產車型人工裝調工藝存在的裝調質量不可控、工人勞動強度大等問題，研發手制動自動裝調設備，對自動裝調設備的調整工藝進行控制研究，并通過實車試驗進行驗證及優化，最終提出更為高效、可靠的調整策略，為手制動的自動化裝調提供技術支撐，并為自動裝調設備的應用提供依據。

手制動；預緊力；裝調策略；實車實驗

Abstract:Hand brake is a widely used form of Parking brake, Hand brake preload adjustment is an integral part of the assembly line of the vehicle. Pre-tightening force not only affects the Braking security, also associated with the size of braking system resistance, directly affecting the vehicle's fuel economy and the brake lifespan. At present, on the assembly line of most mainstream vehicles, hand brake adjustment is still using manual adjustment process, which exists a lot of problems, such as the adjustment quality is not controlled, high labor intensity of workers and so on. In view of the existing problems, developed the Hand brake automatic tuning device, Research on the adjusting process of equipment control,validated and optimized through the real vehicle tests, finally proposed a more efficient and reliable adjustment strategy.Not only provide technical support for hand brake automatic adjustment, but also provides the basis for the application of the equipment.

Keywords: Hand brake; pre-tightening force; adjusting strategy; real vehicle experiment

CLC NO.: U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)18-54-04

引言

目前，整車價位分布在5-15萬的主流車型中，駐車制動形式大多仍保留手動駐車。手制動的功用在于保證汽車在原地或坡道停駐時不自動滑行，其裝調質量不僅影響汽車的駐車安全，還與行車時制動系統阻滯力的大小相關聯，直接影響車輛的燃油經濟性和制動器壽命[1-3]。在整車生產中，必須保證手制動裝調的安全性和穩定性。國內大多數主流車型的總裝線上，手制動裝調仍采用人工裝調工藝。然而現有的人工裝調方式不僅勞動強度大，而且裝調質量受人為因素的影響較大。除此之外，調裝結果的數據未能錄入數據庫，導致下線車輛調裝數據無從查詢。由此可見，手制動裝調的自動化研究是必然趨勢，自動化裝調設備的研發是解決人工裝調誤差的主要途徑。

1 人工裝調工藝分析

1.1 手制動結構組成

拉鎖式手制動結構形式多樣，圖1給出的是常見的拉鎖式手制動的結構簡圖，主要構成組件包括：手剎操縱桿、固定支架、調整螺桿、調整螺母、平衡杠桿、拉繩、后制動器等[4-5]。

圖1 拉鎖式手制動結構組成

駐車制動器的常見形式有以下兩種：盤中鼓式制動器（DIH）和綜合駐車制動器 (IPB)。DIH結構的行車制動與盤式制動器相同，駐車制動與鼓式制動器相同。即在制動盤凸緣內部布置制動蹄總成，用于駐車制動。其結構如圖2所示。

圖2 DIH制動器結構

圖3 IPB制動器結構

綜合駐車制動器 (IPB) 的結構如圖3所示。駐車制動時，拉下手剎，帶動拉臂和驅動桿旋轉，推動駐車螺桿軸向直線移動，螺桿又推動活塞總成向外運動，從而對制動盤產生夾持力，實現駐車制動。

1.2 人工調整方法

《GB 7258-2012機動車運行安全技術條件》中對駐車制動系統的要求如下[6]：

（1）駐車制動應能使機動車即使在沒有駕駛人的情況下，也能停在上、下坡道上。駕駛人應在座位上就可以實現駐車制動，對于乘用車而言，駕駛人施加于操縱裝置上的力應小于等于400N。

（2）法規要求車輛最大駐車坡度應不小于20%。

（3）操縱機構應有足夠的儲備行程，一般應在操縱機構全行程的三分之二以內產生規定的制動效能。

（4）駐車制動操縱機構總行程（L）的四分之三要不小于最大駐車坡度時拉鎖的總行程（Ls）。

其中：α-操縱手柄轉角；R1-導線圈半徑；R2-拉鎖鋼絲半徑；S1-前段拉鎖變形量；S2-后段拉鎖變形量；S3-駐車制動器拉桿移動量。

為了滿足以上運行車輛對駐車性能的要求，對車輛總裝線上的裝調工藝進行研究是很有必要的。目前主流的裝調方法有以下幾種：

（1）定制套筒調節。在新車型試生產時摸底一批車輛，調節手制動調整螺母到合適位置（手制動操縱臂無松曠、摩擦片無拖磨），記錄此批車輛螺桿露出長度。后續就采用此長度的定深套筒進行調節。這種方法主要用于前文提到的DIH結構，其優點是操作簡單，缺點在于不具備容差性，有一定的返修比例。

（2）半自動調節法。借助圖4中的專用工具進行調節，最終靠監控制動器駐車機構的間隙，調節手制動調整螺母。該調節方式主要用于前文提及的IPB結構，優點是具備容差性，比較科學，缺點是最終調整之前未消除拉索塑性變形，調整值波動范圍大。

圖4 一種半自動調節設備

（3）定扭矩調節法。新車試生產中，根據實車試驗確定手制動調整螺母擰緊力矩值，調節手制動操縱臂無松曠、摩擦片無拖磨，以該力矩作為手制動調整螺母的擰緊力矩。并監測調整后手制動操縱臂扳1齒位置力矩值，以此作為總裝線上的手制動裝調檢驗依據。這種調節方式基本不受零部件尺寸誤差的影響，采用定扭矩電槍打緊調整螺母、定制扭力扳手校驗調整力矩，調節方式簡單。

基于以上對各調整方法的分析，這里我們選取一個使用上述方法（3）進行手制動裝調的在產車型進行理論分析和實車試驗。

1.3 針對目標車型的人工調整工藝研究

目標車型總裝線上的現用手制動調整工藝流程如圖5所示：

圖5 目標車型手制動人工調整流程圖

該調整工藝在最終打緊調整螺母之前進行了預打緊，并通過多次拉起、釋放手制動操縱臂的方式消除拉鎖塑性形變對調整值的影響。實車試驗中測得調整后拉動手剎操縱臂到8齒位置的拉力FL=190N，駐車力矩MP如下：

式中：FL-手操縱力；F1-駐車拉鎖啟動力；i-手剎操縱機構杠桿比；μb-手剎操縱機構機械效率（0.9）；μ1-前段駐車拉鎖機械效率（0.8）；μ2-后段駐車拉鎖機械效率（0.7）；

BEFP-駐車制動器效能因數；r2-制動器作用半徑。

坡道駐車時，后軸駐車力矩T為：

根據《GB 7258-2012 機動車運行安全技術條件》的要求，車輛最大駐車坡度不應小于20%[6]，此時應有：

目標車型整車參數如表1所示，代入式（1-1）和（1-2）可得式（1-3）成立。即駐車制動有效。

表6 整車參數

為進一步確定該調整方式的穩定性，對實車試驗數據進行統計，圖6給出了100次實車試驗得到的校驗扭矩值。由圖中曲線可知，試驗中測得的檢測扭矩值在15±3Nm的范圍內波動。

圖6 定扭矩調整后檢測扭矩值波動情況

2 手制動自動裝調設備

2.1 設備組成

基于以上對人工調整工藝的研究，研發手制動裝調設備。該設備主要由以下部件組成：操作手制動手柄的專用夾具、與夾具連接的伺服驅動器（包括伺服電機、減速器等）、擰緊手制動調整螺母的電動扳手、工控機、系統控制器等（如圖7）。

圖7 手制動裝調設備的組成

2.2 設備功用

該裝調設備可按照手制動系統裝調的操作流程自動操縱手制動手柄，按手制動系統裝調操作流程要求自動將拉索調整螺母擰到規定的力矩，對手制動系統裝調參數進行自動檢測，并對照裝調參數的設計值對手制動系統進行自動調整及復位。

3 自動裝調設備調整策略及驗證

3.1 自動裝調設備的調整策略

設備研發期間，我們根據圖5提出的手制動人工調整工藝的相關要求，擬定了如下調整策略：

（1）手制動自動裝調設備處于待機狀態，顯示屏顯示預設參數；

（2）掃描槍讀取待裝調車輛的車輛識別編號（VIN）；

（3）用釋放夾具卡住手剎釋放按鈕，將設備的調整總成分別固定到手剎操縱臂及調整螺母處，安裝到位后，電機總成上的準備信號燈（黃色）亮；

（4）按下電機總成上開始按鈕（綠色）啟動設備，準備信號燈（黃色）滅，工作信號燈（綠色）亮；手剎操作桿被拉起8?，電槍（設定力矩為3N.m）預緊調整螺母；

（5）手剎操縱臂被放回初始位置，再次拉起 22?-24?，重復2-3次，放回8?位置，電槍（設定力矩為3N.m）再次打緊調整螺母；

（6）手剎操縱臂被再次放回初始位置后拉起至10?位置，輸出此時瞬時力矩(調整值)，若為152N.m，則顯示調整合格，否則回到步驟（5）重新調整；

（7）手剎操縱臂被放回初始位置，工作信號燈（綠色）滅；

（8）取下裝調設備，用藍色點漆筆點漆確認調整螺母位置，調整完成。

3.2 試驗驗證

調整策略確定后，我們再次隨機抽取100 次試驗結果進行分析，圖8給出了檢測扭矩值的波動情況：

圖8 檢測扭矩值波動情況

由上圖可以看出：目前試驗中測得的檢測扭矩值在15±1.5N.m的范圍內波動，符合裝調要求。

4 結束語

國內各整車企業的總裝線上，針對不同車型的手剎預緊力調整工藝形式各異，但人工裝調的過程中都存在勞動強度及調整精度問題。 文章研究內容可解決以下現存問題：

（1）減輕工人的勞動強度，提高公司產線生產效率，充分保證手制動裝調質量，記錄每一臺出廠車輛手制動預緊力的裝調數據，實現產線手制動裝調可管可控。

（2）針對目標車型的裝調策研究，保證了工藝要求的裝調精度。為手制動自動化裝調設備的功能驗證試驗提供依據。

[1] Formentin, Simone; Novara, Carlo; Savaresi, Sergio M. A New Brake Control System Design and Test [J]. IEEE-ASME TRANSA CTIONS ON ECHATRONICS 2015.

[2] Harris T A. Rolling Bearing Analysis[M]. New York：John Wiley and Sons,1984.

[3] 趙志勇,朱坤玉.汽車手制動護套與拉桿之間的裝配力測量[J].客車技術與研究 2010.

[4] 武長江.車輛手制動用拉桿、拉線自動調整器[J]. 天津汽車. 1996.（3）.

[5] 于長義,張春龍,張國旺.手制動調節相關的研究應用[J].輕型汽車技術. 2013（1/2）總281-282..

[6] GB 7258-2012 機動車運行安全技術條件[S].

[7] 繆建成,陳關龍,金隼.小直徑柔性鋼索預緊張力的測量與計算[J].力學與實踐 28（2）.

[8] MacLennan, LD , Analysis of brake assembly with floating disc[J].PROFESSIONAL ENGINEERING PUBLISHING LTD, NORTH-GATE AVENUE, BURY ST EDMUNDS IP32 6BW, SUFFOLK,ENGLAND 2004 218（9）1021-1032.

[9] 劉惟信.汽車設計[M].清華大學出版社,2001

[10] 唐增寶,何用然,劉安俊.機械設計課程設計[M].武漢:華中科技大學出版社,2005.

[11] 陶寄明.機械連接設計實例與分析[M].北京:機械工業出版社.2010.

[12] 周仲榮,謝友柏.摩擦學設計[M]. 成都:西南交通大學出版社,2000.

Research on Adjustment Strategy for Hand Brake of Micro Car

Ning Zhonglin1, Qin Guangxu1, Xia Wei2
（1.Technology Center, SAIC GM Wuling Automobile Co. LTD, Guangxi Liuzhou 545007; 2.Automotive Engineering School, Wuhan University of Technology, Hubei Wuhan 430070）

U467 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)18-54-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.020

寧忠麟（1983.3-），學士學位，工程師，就職于上汽通用五菱汽車股份有限公司技術中心，研究方向汽車制動系統設計。

夏偉，就讀于武漢理工大學。