某越野车双向自增力中央驻车制动器的匹配

摘要：双向自增力鼓式制动器因其效能因数高，在越野车和轻型卡车上作为中央驻车制动器应用较多。就双向自增力中央制动器在开发过程中的几项设计要点进行了详述，解析了自增力鼓式驻车制动器效能因数的计算方法，并通过理论计算和试验对比，验证了方法的准确性。同时，分析了摩擦系数的选择方法，对制动间隙的设计和控制进行了研究。

关键词：双向自增力；效能因数；摩擦系数；制动间隙

中图分类号： U463.51 文献标志码： A 文章编号：1005-2550（2013）04-0015-05

双向自增力制动器广泛用于汽车的中央制动器，因为驻车制动对制动器前进、倒车的制动效能要求一样，而且对中央制动器而言，驻车制动在不用于应急制动时，不会产生高温，热衰退问题。汽车主机厂在进行双向自增力中央制动器方案选型和开发时，对制动器的关键参数的控制至关重要，但却少有与之相关的理论分析和计算方法可供参考，本文结合实际开发经验，对双向自增力的驻车制动效能因数计算进行了推导和验证，同时由此延伸，对摩擦系数、制动间隙展开分析，从主机厂的开发角度出发，提供了一种双向自增力中央制动器的正向匹配方法。

1 双向自增力驻车制动器结构简介

双向自增力驻车制动器结构及受力情况见图1。

制动蹄1和制动蹄3下端通过浮动顶杆2相连，上端与顶杆4相连，靠在支撑销5上；驻车拉臂7与制动蹄3通过6铰接，中间部位与顶杆4相连。

不难看出，无论是前进制动还是倒车制动，制动鼓对两制动蹄的摩擦力（Ff1、Ff2）始终沿着使制动蹄张开的方向，对制动力矩存在增势作用，因此该结构的制动器被称为双向自增力式制动器。

2 效能因数的计算

双向自增力制动器效能因数的计算，分前进、倒车两种情况。

2.1 前进制动效能因数计算

由于第一蹄和第二蹄的受力不同，计算效能因数时应对两蹄单独考虑，最后再合二为一，计算出整个制动器的效能因数。

第一蹄（制动蹄3）的受力分析见图2[1]，制动蹄绕点A旋转，点A的位置会随制动蹄的张开浮动，所以可将第一蹄归类为“浮式领蹄”。第一蹄在平行力系F1、F2、Q1作用下平衡，据此可以判定，制动鼓对第一蹄的压力中心点E应在蹄的左下方。

2.2 倒车制动效能因数计算

汽车倒车驻车时，制动器效能因数计算方法与前进制动相同，其受力和计算本章不再重复。

倒车第一蹄也属于“浮式领蹄”，与前进制动不同之处在于：随着旋转方向的改变，倒车制动的第一蹄是制动蹄1，第二蹄是制动蹄3。

图4为第一蹄的受力分析图，与前进制动时的第一蹄类似，也属于“浮式领蹄”。

2.4 计算结果验证

验证效能因数的计算方法是否正确，可对制动器进行摩擦性能试验，测定出制动力矩，通过制动力矩计算出实际效能因数，再与按照上述理论计算出的效能因数比较。

图6是某越野车双向自增力中央制动器理论效能因数与实测效能因数比较情况。

图6中实测效能因数随力矩变化上升趋势最后趋于稳定，原因是：制动器制动时，随着蹄片不断张开和压紧制动鼓，两者间的接触面积会越来越大，摩擦系数亦随着正压力的增加利用量不断上升，效能因数因而随着力矩值不断上升，直至上述两个因素趋于稳定，效能因数也随之趋于稳定。理论值是以制动鼓、制动蹄同心的理想情况进行计算，结果显示，当实测值达到稳定区域后，即制动器达到其额定摩擦系数（又称名义摩擦系数）时，与理论值间的误差在9%以内。

因此，实际的双向自增力中央制动器开发时，可以用本文阐述的方法对效能因数进行理论计算，作为设计的输入。

3 摩擦系数的选定

当制动器的结构确定之后，制动蹄片的摩擦系数是决定效能因数最主要参数。其中双向自增力的效能因数对摩擦系数的敏感度最高[2]，在开发双向自增力中央制动器时，摩擦系数的选定十分关键，如果摩擦系数选择偏小，制动器的制动能力会不足；如果偏大，制动器能力会过剩，并且较高的效能因数会出现自锁、效能不稳定等现象。

4 制动间隙的设计

制动器的制动间隙是指非制动状态下，制动蹄片与制动鼓间的初始间隙。

双向自增力中央制动器开发时，制动间隙的设计是一个重要环节。摩擦间隙会影响制动器总成的性能，间隙值过小会出现拖磨、发热；间隙过大时，会因制动鼓与制动蹄的偏心量太大而影响制动效能。同时，制动间隙的设计与驻车手柄的杠杆比、行程等也密不可分，这将直接关系到驻车系统的匹配。

制动间隙的设计首先要考虑零部件加工和装配的工艺精度。

图8为典型的中央制动器装配布置图。

制动器2与驱动桥壳1固定，制动鼓与驱动桥输出法兰4固定，行车时两者一起旋转。制动间隙的设计，要考虑以下因素：

（1）桥壳1安装凸台和法兰4安装凸台间的同轴度公差δ1；

（2）制动器底板2与驱动桥2凸台的最大配合间隙δ2、

（3）制动鼓与法兰4凸台的最大配合间隙δ3、

（4）制动鼓内径负偏差t1；

5 结语

双向自增力中央制动器的设计开发，涉及面很广，本文着力于对效能因数、摩擦系数、制动间隙三个参数进行理论推导和研究：

（1）提供一种有效的双向自增力驻车制动器效能因数计算方法；

（2）分析摩擦系数对双向自增力驻车制动器效能因数影响，并通过汽车的驻坡要求推导摩擦系数选型方法；

（3）研究双向自增力中央制动器制动间隙对制动性能的影响，根据实际经验探讨各因素与制动间隙的量化关系。

该双向自增力中央制动器的应用车型已通过整车道路试验，正式列装部队。

参考文献：

[1] 吉林工业大学汽车教研室. 汽车设计[M].北京：机械工业出版社， 1981： 507.

[2] 刘惟信.汽车的制动性能的结构分析与设计计算[M].北京： 清华大学出版社，2004：26.