尹順良，　聶春貴，　朱勤儀

(中國北方車輛研究所，北京 100072)

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某輪式車輛中央駐車制動機構的改進設計

尹順良，聶春貴，朱勤儀

(中國北方車輛研究所，北京 100072)

通過分析某型4×4輪式車輛中央駐車制動方案的臺架試驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)中央駐車操縱桿系的較小的行程變化，就會產(chǎn)生較大的操縱力矩的變化，使得駕駛員操縱費力.因此，在原方案的基礎上，采用制動氣室及其相關的操縱機構, 代替了手剎操縱桿.樣車駐車試驗結果表明，該中央駐車機構方案，在滿足駐車指標要求的同時，能夠保證操縱拉力始終在需要的數(shù)值范圍內(nèi)，駕駛員操作簡便省力.

輪式車輛；駐車制動；中央駐車

因液壓驅動的盤式制動器相對于鼓式制動器有眾多的優(yōu)點，所以目前在噸位小的乘用車上得到了廣泛應用[1]，其駐車制動功能通常集成在行車制動器上，主要有盤中鼓和綜合式卡鉗2種方案[2].但是對于噸位較大的輪式車輛，其駐車制動力矩要求很大，駐車制動功能集成在行車制動器上的方式很難實現(xiàn).目前，國外的輪式車輛，如美國GPV系列4×4～10×10(16t～37t)、瑞士“食人魚”Ⅱ型系列4×4～8×8(8t～14t)、“潘德”Ⅱ(15～20t)等車輛都采用了中央駐車制動結構.

某型4×4輪式車輛，采用中央駐車制動機構，用一個安裝在后橋輸入端的鼓式制動器提供制動力矩，依靠雙向増力鼓式制動器的高制動效能實現(xiàn)較小體積占用.本研究通過分析該型4×4輪式車輛中央駐車制動機構的原型方案，發(fā)現(xiàn)中央駐車操縱桿系的剛性對駐車效果有直接的影響，在此基礎上給出了改進駐車方案[3]，經(jīng)樣車駐車試驗驗證了該方案的可行性.

1　中央駐車制動機構的原型設計方案

原型設計方案為手剎桿操縱中央鼓式制動器的駐車方案(圖1).手剎桿和齒板為內(nèi)齒的棘輪棘爪機構，將手的操縱力輸入到轉換臂，通過搖臂實現(xiàn)拉力和行程的變換，最終操縱鼓式制動器的拉臂.為了方便在車上布置，將鼓式制動器安裝在后橋輸入端，拉臂轉動離開初始位置即實現(xiàn)駐車制動.該方案不需要氣壓或液壓能源，完全依靠駕駛員的人力來操縱，可以應用于應急制動.

圖1　駐車制動機構的原型設計方案圖

針對該設計方案，進行了多輪的樣車駐車試驗，發(fā)現(xiàn)：上坡駐車和下坡駐車相比，車輛能在更大的坡度上停駐，并且上坡駐車的解除拉力明顯比駐車操縱力大很多，而下坡駐車的解除操縱力明顯比駐車操縱力小很多.這樣的試驗效果，使得駕駛感受較差.針對這種情況，進行了臺架試驗(圖2).

圖2　試驗現(xiàn)場圖

在鼓式制動器調(diào)整好制動間隙后，將制動器和手剎桿按照車上的安裝方式進行安裝.以外力驅動轉臂的轉動來模擬駐車時的下滑力，在鼓式制動器和轉臂之間安裝扭矩傳感器，用于直接測量制動力矩的大??；在操縱拉桿中間連接拉力傳感器以測試操縱力的大小.以不同的拉力操縱手剎桿，外力驅動轉臂使制動鼓正向旋轉(轉臂向上轉動)和制動鼓反向旋轉(轉臂向下轉動)或有轉動趨勢時，記錄在此過程中的拉桿拉力、制動力矩數(shù)值，經(jīng)擬合分別得到制動鼓正向旋轉時的制動力矩(如圖3(a)中曲線a、b、c、d、e)和制動鼓反向旋轉時的制動力矩和拉力關系(如圖3(b)曲線f、g、h).其中，圖3(a)的曲線b、c相對曲線a，手剎桿的棘齒落在了齒板的前一個齒槽(拉桿偏緊方向)；曲線d、e相對曲線b、c，手剎桿的棘齒也落在了齒板的前一個齒槽；圖3(b)的曲線h相對曲線f，手剎桿的棘齒落在了齒板的前一個齒槽(拉桿偏緊方向)，并且從A點到B點和C點到D點，都經(jīng)過了一次人工增加操縱力的過程.

外力使制動鼓正向旋轉時，從圖3(a)中可以看出：

1)制動力矩在700 N·m左右開始，制動力矩隨著拉桿拉力急劇上升，同時，拉桿拉力也在大幅增長.拉桿拉力的增加，造成了駕駛員解除駐車操縱力的增大，造成了駕駛員操縱的困難；

圖3　制動鼓旋轉時制動力矩和拉力的關系曲線

2)曲線b、c和曲線a相比，其主要區(qū)別在于手剎桿的棘齒和齒槽的接觸位置不同(落在了偏緊方向的一個齒槽)，但是其制動力矩和拉桿拉力都大為增加.

3)曲線b與c相比較，手剎桿的棘齒落在了齒板的同一個齒槽內(nèi)，制動力矩和拉力的曲線也很相近.

外力使制動鼓反向旋轉時，從圖3(b)中可以看出：

1)制動力矩在上升過程中，拉桿拉力同步有較大的減少，即使經(jīng)過了二次人工增加操縱桿的拉力，仍然保持了這種趨勢.拉桿拉力的減少，造成了駕駛員解除駐車操縱力明顯比起始操縱力減小.

2)曲線f與g相比較，手剎桿的棘齒落在了齒板的同一個齒槽內(nèi)，制動力矩和拉力的曲線也很相近.

綜合圖3(a)和圖3(b)可見，制動鼓正向旋轉和反向旋轉對制動器力矩和拉桿拉力的影響很大.在相同的操縱拉力的情況下，正向的駐車制動力矩比反向駐車的制動力矩大；正向旋轉時，隨著制動鼓的轉動或有轉動的趨勢，中間桿系越拉越緊，拉力相對起始的操縱拉力明顯增加；手剎桿棘齒落在不同的齒槽內(nèi)，直接影響了中間桿系的行程，最終也影響了拉力的增長趨勢.制動鼓反向旋轉，隨著制動鼓的轉動或有轉動的趨勢，中間桿系有放松的趨勢，拉桿拉力都相對起始的操縱拉力明顯減小.

分析出現(xiàn)這些的原因，制動鼓正向旋轉和反向旋轉，或者手剎桿棘齒落在齒板齒槽的位置不同，都會使桿系的行程存在變化，而該方案中的操縱桿系的剛性很大，由此造成杠系行程的不同，會產(chǎn)生很大的拉力變化，最終造成制動力矩的變化.

2　中央駐車制動機構的改進方案

在操縱桿系引入一段彈簧，合理利用彈簧的工作區(qū)間，行成了中央駐車制動機構的改進方案，如圖4所示.相對于原駐車制動設計方案，這種方案主要變化是操縱方式采用駐車氣室取代了手剎桿.其以手動控制閥控制駐車氣室的進氣和排氣；在進氣的情況下駐車氣室拉桿伸出，實現(xiàn)解除駐車制動；在氣室排氣的情況下，氣室內(nèi)的儲能彈簧拉緊拉桿，實現(xiàn)駐車制動.

圖4　手剎桿+鼓式制動器中央駐車方案[3]

考慮到駐車制動器從完全放松到完全抱死，拉桿需要的運動行程約為35 mm，并且考慮鼓式制動器間隙調(diào)整的不同，可能造成的運動行程的不同，設計了駐車氣室的特性曲線(圖5).實際臺架測試結果表明，駐車氣室在工作行程內(nèi)，始終能保證拉桿操縱力在5 400 N到6 000 N之間，滿足駐車制動力矩大小的要求.

圖5　駐車氣室的拉力和拉桿行程關系曲線

該方案可以提供較大的操縱拉力，適合于車輛噸位相對較大的車輛.相對于原型設計方案，在樣車上安裝時，結構上減少了一根中間拉桿，其空間布置更為簡單，總重量也有減輕；通過操縱手動控制閥來實現(xiàn)駐車及其解除，駕駛員操作簡便.應用該改進方案的輪式車輛，通過了多次的樣車考核試驗，滿足整車60%的駐車指標要求.

3　結　論

對于總質量較大的輪式車輛，一般采用中央駐車制動方案.手剎桿操縱的中央駐車操縱桿系的剛性對駐車效果有直接的影響，剛性過大，會使得較小的行程變化，產(chǎn)生較大的操縱力的變化，使得駕駛員操縱困難.而采用機械彈簧操縱的中央駐車制動機構，可以保證彈簧在工作行程內(nèi)，操縱拉力始終在需要的數(shù)值范圍內(nèi).

[1]費敬媛. 盤式制動器在轎車后輪上的應用[J]. 汽車工程師，2012，(5):52-53，63.

[2]應卓凡. 綜合駐車式卡鉗駐車制動系統(tǒng)校核計算[J].汽車工程師，2014，(6):31-36.

[3]尹順良,邵春鳴,朱勤儀,等，一種輪式車輛中央駐車制動機構：中國，201610494998.4[P]. 2016-06-29.

Improved Design on Parking Braking Mechanism of aCertain Wheeled Vehicle

YIN Shun-liang，NIE Chun-gui，ZHU Qian-yi

(China North Vehicle Research Institute，Beijing 100072，China)

By analysing the central parking brake bench test data of a certain 4×4 wheeled vehicle，it is found that a little difference in the trarel distance would course large deflection in the handle torque，which introduced extra difficuty for the driver to control the vehicle.In this paper the design was improved by using a brake chamber instead of the mechanical handle bar. Parking braking test of the vehicle showed that the improved design could well satisfy the required brake target and ensure the handle strength in the proper scope and the driver can control the vehivle more easliy.

wheeled vehicle；parking brake；central parking brake

1009-4687(2016)03-0052-03

2016-06-23.

尹順良(1978-),男,高級工程師，研究方向為輪式車輛制動系統(tǒng)設計.

U463.52+2

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