盤式制動器降拖滯力矩試驗方法探討

雷文，李偉，曾繁卓，任學良，王應國

中國汽車工程研究院股份有限公司，重慶 401122)

0 引言

新能源汽車越來越多，能源與環境問題也越來越被關注。國家推出的降耗減排政策也越來越嚴格，都是為了減少整車油耗以及尾氣排放。其中降低整車制動拖滯力也是實現節油降油耗的重要措施之一。越來越多整車企業都開展降低整車拖滯力矩措施的研究，因為制動拖滯力矩的大小直接反映了整車制動系統的回位性能，也間接反映整車燃油經濟性。

據統計，一輛汽車，每降低1 N·m的制動拖滯，按每年行駛15 000 km計算，將可以節省大約15 L燃油，約節省100元油費，更重要的是可以減少大約35 kg的CO2排放，所以降低拖滯對節能減排意義重大[1]。

本文作者以單缸盤式浮動制動器為研究對象，基于BCB-150H制動器拖滯力矩試驗臺，通過不同方案測試制動器總成的拖滯力矩，從而對比分析不同方案下的制動器總成對拖滯力矩的影響。

1 拖滯力矩的形成與分析

在汽車行駛過程中，駕駛員踩下制動踏板并松開后，制動液壓增壓后，制動卡鉗活塞在回位過程中沒有完全回位，使得制動片與制動盤間仍然有部分貼合，相互摩擦，從而產生摩擦力矩，造成車輛在后續行駛過程中仍然存在殘留的制動盤轉動阻力矩，從而形成拖滯力矩，又叫殘余扭矩。當拖滯力矩為2 N·m時，燃油消耗將增加3.1%～5.7%；當拖滯力矩為3 N·m時，燃油消耗增加4.6%～8.5%[2]。

從浮動式卡鉗總成考慮，影響制動鉗拖滯力矩的因素主要分為三類：制動盤和摩擦片之間的間隙因素(簡稱工作間隙)，滑動阻力因素及安裝因素。

工作間隙因素。制動盤和摩擦片之間的間隙大小能直接反映拖滯的情況:當工作間隙過小時制動拖滯會增加;工作間隙過大時制動拖滯會減小，但是卡鉗所需液量會增加，腳踩剎車行程變大，給駕駛員的體驗不好。摩擦塊的可壓縮性、鉗體剛度、活塞回位量是影響工作間隙的主要因素。

滑動阻力因素。浮動式卡鉗總成的滑動阻力主要是摩擦塊滑動阻力、鉗體滑動阻力、活塞滑動阻力。摩擦塊滑動阻力是指摩擦塊的安裝支耳與卡鉗的彈簧片有相對運動而產生的摩擦力。鉗體滑動阻力是制動鉗總成靠導向銷子與制動鉗支架連接，兩個之間的相對運動產生的摩擦力?；钊瑒幼枇κ侵富钊匚粫r產生的摩擦力。當制動器解除制動后，摩擦塊滑動阻力、鉗體滑動阻力和活塞滑動阻力影響卡鉗回位，在制動盤端面跳動的作用下影響拖滯力矩。

安裝因素。浮動式卡鉗和輪轂軸承外圈都安裝在轉向節上，制動盤通過螺栓安裝在輪轂軸承上。由于制動盤自身存在形位公差和安裝時產生的形位公差，制動盤相對制動卡鉗存在一定的端面跳動。制動盤的端面跳動會造成制動盤與摩擦塊接觸產生摩擦力，從而影響拖滯力矩[3]。

2 拖滯力矩試驗臺測量原理

拖滯力矩試驗臺由動力驅動裝置、卡鉗裝夾機構、加壓裝置、扭矩傳感器、臺架、控制柜幾部分組成。這幾部分相互聯系組成有機整體，其結構如圖1所示?？刂葡到y起監控作用，由工業控制計算機、多功能數據采集卡、壓力傳感器、扭矩傳感器及其放大器等硬件和專門開發的軟件組成，控制試驗臺正常運轉，并在出現異常時停機。試驗臺軟件界面如圖2所示，顯示界面簡潔，便于操作，并能顯示相關數據和對應曲線。

拖滯力矩的測量原理：通過動力驅動裝置帶動主軸及制動盤，來模擬實車狀態下制動盤的轉動，加壓裝置對制動卡鉗輸入額定的制動液壓，在制動結束后使用扭矩傳感器測量制動盤轉動過程中的拖滯力矩大小。

圖1 拖滯扭矩試驗裝置示意

圖2 拖滯扭矩試驗臺軟件界面

3 拖滯力矩試驗方案設計

3.1 現有試驗方案

目前，針對盤式制動器總成測量拖滯力矩，行業要求按照QC/T 592—2013《液壓制動鉗總成性能要求及臺架試驗方法》，用不起毛的擦布、使用丙酮等溶劑，擦凈制動盤摩擦表面，然后將制動盤安裝到試驗裝置上，在距制動盤外緣10 mm處的工作面所測的端面跳動量不應大于0.05 mm。制動盤與制動鉗安裝面的平行度不應大于0.10 mm。將制動鉗總成按實車安裝狀態固定在試驗裝置上，然后將液壓源加壓管路連接到制動鉗進液口，徹底排凈系統內空氣，見圖1。將制動鉗總成的活塞退回，使每側制動襯塊與制動盤的間隙大于0.5 mm。使制動盤空轉，將拖滯扭矩測量裝置調零。對制動鉗總成加壓到7 MPa，保壓5 s后卸壓至零，如此反復10次。放置2 min后，使制動盤以40～50 r/min旋轉，測量并記錄制動盤轉動過程中的拖滯力矩。

3.2 新試驗方案的提出

為了找出盤式制動器本身影響制動鉗拖滯的因素，針對浮動式制動卡鉗(示意圖見圖3)，基于BCB-150H制動器拖滯力矩試驗臺設計6種新試驗方案，見表1。

圖3 浮動式制動卡鉗示意

表1盤式制動器拖滯力矩試驗方法

方案試驗方法方案一增大制動盤端面跳動量,其余方法同QC/T 592—2013方案二使制動卡鉗的活塞完全回到原位,不加載液壓,其余方法同QC/T 592—2013方案三取下卡鉗,拆除摩擦塊上的消音片,其余方法同QC/T 592—2013方案四取下卡鉗,改變活塞與摩擦塊底板的接觸面積(加裝活塞蓋),其余方法同QC/T 592—2013方案五取下卡鉗,拆除卡鉗上的彈簧片,其余方法同QC/T 592—2013方案六取下摩擦片,在制動片上加裝回位簧,其余方法同QC/T 592—2013

4 試驗驗證與結果分析

4.1 試驗準備

某公司提出對整車節能減排降拖滯的需求，為企業推薦了文中提出的所有測試方案，經企業認可，針對該整車的盤式制動器總成進行拖滯力矩試驗。試驗前，首先檢查制動器總成的樣品狀態，然后按照實車狀態將制動器總成安裝到試驗臺上，如圖4所示。

圖4 制動器拖滯力矩試驗臺架

4.2 試驗結果

按照前面所述方法，每個方案進行3次試驗，并記錄試驗過程中最大值、最小值及平均值，試驗結果見表2。

表2 拖滯力矩試驗結果

4.3 試驗結果分析

對表2進行分析后得出：(1)制動盤端面跳動量的增大引起拖滯力矩的增大，分析原因為摩擦塊滑動阻力和鉗體滑動阻力增大。而影響制動盤安裝后端面跳動的因素主要包括制動盤的加工誤差、輪轂的加工誤差、制動盤的裝配誤差、制動器的使用環境和熱影響等。(2)活塞完全回位后，拖滯力矩減小。分析原因為制動間隙增大，活塞回位量增大可以大幅度降低拖滯力矩，但同時會增加卡鉗所需液量，造成制動踏板行程增大。(3)消音片拆除后，增大了摩擦片間的間隙，拖滯力矩有所下降，但是取消消音片會帶來制動噪聲的困擾。(4)加裝活塞蓋后，拖滯力矩有所增加，分析原因可能為活塞與制動塊底板的接觸面積增加，從而導致摩擦力增加，拖滯力矩增加。(5)拆除卡鉗上的彈簧片后，拖滯力矩有所增加，分析原因為彈簧片拆除后，摩擦塊的安裝支耳與卡鉗直接接觸，摩擦力增大導致。(6)在制動塊上加裝回位簧后，拖滯力矩明顯降低。

5 結論

從文中提供的試驗方案及試驗結果，可以看出制動盤端面跳動、活塞回位量、制動間隙、活塞的結構形式、彈簧片及回位簧的安裝，對制動器拖滯力矩的影響。隨著主機廠越來越重視節能減排，大家對拖滯的期望也越來越大，例如新能源汽車制動能量回收方面，拖滯力矩的大小也會影響制動能量的回收率。所以制動卡鉗降拖滯力矩是主機廠需求所向，文中研究內容為企業降低制動卡鉗拖滯力的研究提供一定參考。