论汽车手刹机械式驻车制动系统效率提升策略

粟龙招，陀明扬，施莉

（柳州五菱汽车工业有限公司，广西柳州545007）

论汽车手刹机械式驻车制动系统效率提升策略

粟龙招，陀明扬，施莉

（柳州五菱汽车工业有限公司，广西柳州545007）

用手来操纵的传统式“手刹”因价格低，目前还是被广泛地应用在汽车上。如果设计时各种因素匹配不好，就会要求操纵驻车手柄的力要很大才能驻坡，操纵力小的时候驻车制动力会不足，导致溜车。所以提高手刹机械式驻车制动系统的效率至关重要。本文详细描述几种提高手刹机械式驻车制动系统效率的策略，结果显示：拉索设计时走向尽可能地平顺最小工作曲率半径大于200 mm；钢丝绳使用好的润滑脂；加大耐压软管内孔尺寸；钢丝绳的材质要选择合适这几种方法，对提升拉索的效率很有帮助。

驻车制动；手刹；机械式

虽然驻车制动的操纵方式变得多样化起来，但是传统式的“手刹”仍然是使用最为广泛的。传统式手刹操纵方式简单，直接拉起即可起到作用，只需按住手柄端部的按钮稍微向上一提，然后推回原位即可释放“手刹”。这种传统式的手刹造型也可以设计得很时尚，很炫酷。只是传统式的“手刹”用手来操纵，虽然国家标准GB7258-2004：7.4.2规定手操纵时，乘用车不应大于400 N，其它机动车不应大于600 N，但一般操纵人员操纵力在200 N（相当于20公斤力）左右[1]，特别是对于为数不少的女士来说，这种不太友好的操作方式，常常会因为用力大小而使驻车制动力不足，发生溜车现象，这就要求手刹机械式驻车制动系统的效率越高越好。本论文详细描述手刹机械式驻车制动系统效率提升的几种策略。

1 手刹机械式驻车制动系统工作原理与结构

手刹属于辅助制动系统，主要借助人力，一般在停车的时候，为了防止车辆自行溜车而设计的。手刹（驻车制动器）主要由制动杆、驻车制动拉索总成（拉线）、制动机构以及回位弹簧组成，是用来锁死传动轴从而使驱动轮锁死的（有些是锁死两只后轮）。对于制动杆，其实是利用了杠杆原理，拉到固定位置通过锁止牙进行锁止，如图1所示。

图1 驻车制动手柄及锁止牙

传统的驻车制动器为鼓式较为常见，最为常见的是集成在鼓式行车制动器中的驻车制动，通过下图中的拉线4拉动杠杆1和顶杆2使得刹车蹄3张紧刹车鼓，如图2所示。

图2 拉索集成装配在鼓式制动器中效果图

2 手刹机械式驻车制动系统的驻车制动力计算与校核

2.1 关于驻车制动的相关法规要求

了解驻车制动力的法规要求，以及驻车制动力和制动系统的效率、制动器各尺寸、整车参数之间的计算关系，才能明白在其它参数都不改变的情况下，提升制动系统的效率，就能直接减少驻车制动手柄的控制力，从而减轻驻车操纵强度。以下为法规的要求及驻车制动力计算与校核过程。

GB7258-2004：7.13.3空载下在20%坡度，附着系数不小于0.7的坡道上，正反两个方向可靠停驻[1]。

GB12676-1999：5.2.7.1驻车制动系统必须使满载车辆停在18%坡道上（上坡或下坡）[2]。

GB7258-2004：7.4.2手操纵时，乘用车不应大于400 N，其它机动车不应大于600 N[1].

2.2 整车驻车制动力计算与校核过程

下面以Q400液压车为例进行整车驻车制动力计算与校核过程。

Q400液压车整车相关参数：轴距l=3 605 mm，整备质量mv=2 180 kg，前轴质量mf=1 030 kg，后轴质量mr=1 150 kg，最大质量mv′=3 510 kg，前轴质量mf′=1 709 kg，后轴质量mr′=1 801 kg，质心高空载hg=875 mm，满载hg′=950 mm，后轮静力半径re=327 mm，质心到前轴距离空载：L1=mr* l/mv=1 902 mm，满载：L1′=mr′*l/mv′=1 850 mm，附着系数：φ≥0.7.

（1）汽车可能停驻的极限倾角

空载时，汽车上坡时可能停驻的极限上坡路倾角：

汽车下坡时可能停驻的极限下坡路倾角：

满载时汽车上坡时可能停驻的极限上坡路倾角：

汽车下坡时可能停驻的极限下坡路倾角：

（2）制动器因数的计算

V1的后轮采用的是浮式领从蹄式制动器。

单个斜支座浮式领蹄制动蹄因数为：

单个斜支座浮式从蹄制动蹄因数为：

其中式中：

查阅相关资料（见表1）得：

表1 制动器领从蹄尺寸参数

计算得相关参数如表2所列。

表2 根据领从蹄计算得的相关参数

制动蹄片摩擦系数f=0.35～0.4取0.35，单个斜支座浮式领蹄制动蹄因数：

单个斜支座浮式从蹄制动蹄因数：

浮式领从蹄式制动器因数为：

（3）手操纵机构控制力的计算

2018年12月12日，北京—2018加拿大木材中国论坛暨现代木结构建筑在健康养生产业的应用活动在北京朝阳悠唐皇冠假日酒店举行，此次活动由加拿大木业主办。活动吸引了超过250名专业人士的热情参与。出席此次论坛的演讲嘉宾包括：中国木材及木制品流通协会首席专家朱光前先生，来自加拿大温哥华沿海健康家庭护理区域主管Jo-Ann G. Tait女士以及加拿大Equilibrium工程咨询公司联合创始人Robert Malczyk先生等。

制动器因数中

式中，Tf为制动器摩擦力矩；R为制动鼓作用半径R=135 mm；P为输入力，两制动蹄张开力.

手操纵机构杠杆比i1=7

手刹杠杆杠杆比i2=6

制动拉索传动效率η=0.6

单个后轮驻车制动器的制动力矩为：

又因F*i1*i2*η/2=P

所以Tf=BF*R*P=168.3P

空载时手操纵机构控制力

满载时手操纵机构控制力

通过计算，Q400手刹，能够满足GB7258-2004和GB12676-1999的法规要求。

满载在最大爬坡度14°时的手操纵机构控制力F=326.4 N.

3 汽车手刹机械式驻车制动系统效率提升的几种策略

从以上手操纵机构控制力的计算公式来说，在不考虑其它因素的情况下，手刹机械式驻车制动系统效率越高，则需要的手操纵机构控制力就越小，主要从润滑、装配配合、强度等方面考虑。以下几种方法都是已通过实际的样件试制，然后试验验证得出的不同效率对比的，以此得出提出效率的方法。如图3为效率试验台及样件试验时的照片。试验台计算机软件内置有效率计算公式可以直接显示出效率值，通过最终效率值可以对比不同方法对效率的影响。效率试验计算公式请直接参考QC/T 29101-1992[4]汽车用操纵拉索总成中5.6规定[5]。

图3 效率试验台及样件试验时的照片

方法一：使用不同润滑脂，对手刹拉索效率有显著影响，试验结果如表3所列，结果显示，使用润滑效果好的润滑脂，可以使效率提升5%左右。

表3 使用不同润滑脂进行负载效率试验的结果

方法二：手刹拉索耐压软管内孔尺寸适当加大，对手刹拉索效率有显著影响，试验结果如表4所列，耐压软管内孔由4.0扩大为4.4后，负载效率提升7%左右，行程效率基本无变化。

表4 拉索耐压软管内孔尺寸由4.0更改为4.4后效率试验结果

方法三：钢丝绳选用不同材料，强度不同对手刹拉索效率有显著影响，试验结果如5所列，钢丝绳选用强度较好的SWRH72A，比70#材料负载效率提升5%左右。

表5 使用不同材料的钢丝绳效率试验结果

方法四：加大套管接头内孔尺寸，对手刹拉索效率没什么影响，试验结果如表6所列。

表6 加大套管接头内孔尺寸的效率试验结果

方法五：使用铆压拉索套管接头变形量小且达到拉脱力要求的模具铆压，对手刹拉索效率没什么影响，试验结果如表7所列，对拉索的效率没有什么影响。

表7 拉索套管不同的变形量的效率试验结果

方法六：加大铆压压力，因铆压模具对边尺寸都完全贴合，对效率影响不大。

方法七：拉索设计时，在保证间隙的前提下，尽可能的设计平顺，没有较大的弯曲与拐点，对效率的提升很有用。

4 结束语

通过前面所述的汽车手刹机械式驻车制动系统效率提升的几种策略可总结出汽车手刹机械式驻车制动系统效率的提升策略共有四种。四种策略同时使用，就是整个效率的最高点，提升驻车制动的使用体验。

策略一：拉索设计时，在保证间隙的前提下，尽可能的设计平顺，没有较大的弯曲与拐点；

策略二：使用好的润滑脂，如HG-16，SM-33；

策略三：加大耐压软管内孔尺寸；

策略四：钢丝绳选用好材料，如SWRH72A等。

[1]应朝阳，周天佑，耿磊，等.GB7258-2012机动车运行安全技术条件[S].中国国家标准化管理委员会，2012.

[2]刘地，刘兆英、金约夫，等.GB 12676-2014商用车辆和挂车制动系统技术要求及试验方法[S].中国国家标准化管理委员会，2014.

[3]刘惟信.汽车制动系的结构分析与设计计算[M].北京：清华大学出版社，2004.

[4]郑禹福，高志华、包裕茂，等.QC/T 29101-1992汽车用操纵拉索总成[S].中国国家标准化管理委员会，1992.

[5]GB/T 14451-2008.操纵用钢丝绳[S].中国国家标准化管理委员会，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

粟龙招（1984-），女，广西人，学士，工程师，主要研究方向为驻车制动系统和行车制动管路系统；陀明扬（1981－），男，广西人，学士，工程师，主要研究方向为汽车车身集成、底盘模块；施莉（1984－），女，广西人，学士，工程师，主要研究方向为汽车零部件产品开发管理。