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        汽車自動(dòng)駐車機(jī)構(gòu)功能分析與研究

        2017-02-05 05:10:49西安法士特汽車傳動(dòng)有限公司研究院許國界葛敬廣
        汽車維護(hù)與修理 2017年16期

        西安法士特汽車傳動(dòng)有限公司研究院 許國界,葛敬廣

        1 引言

        駐車機(jī)構(gòu)是汽車安全駐車必不可少的安全機(jī)構(gòu),用于防止停車后的車輛滑行,確保汽車無時(shí)間限制地停駐在斜坡上。駐車機(jī)構(gòu)需要實(shí)現(xiàn)以下功能:汽車低速行駛時(shí),駐車機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)安全駐車(車速由OEM廠家提出要求,車速越高,沖擊越大,一般不超過5 km/h);當(dāng)汽車處于行駛工況下,任何情況下,系統(tǒng)都不能自動(dòng)駐車;當(dāng)汽車實(shí)現(xiàn)駐車后,駐車機(jī)構(gòu)不能自動(dòng)脫鎖;允許汽車在一定坡度上無時(shí)間限制的安全停車(具體坡度要求由OEM廠家提出要求,坡度越大,要求駐車棘爪強(qiáng)度越高,坡度不能超過車輪摩擦系數(shù)決定的最大坡度);當(dāng)汽車需要行駛時(shí),駐車機(jī)構(gòu)能使汽車順利脫鎖。

        2 自動(dòng)駐車機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析

        以某款EV所配駐車機(jī)構(gòu)為例,說明駐車機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)。駐車機(jī)構(gòu)由棘輪、棘爪、棘爪回位扭簧、凸輪、驅(qū)動(dòng)扭簧、驅(qū)動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)電機(jī)總成等組成(圖1)。棘輪與減速機(jī)輸出軸固連在一起,驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)總成與驅(qū)動(dòng)軸連接,驅(qū)動(dòng)軸與驅(qū)動(dòng)扭簧連接,驅(qū)動(dòng)扭簧與凸輪連接,驅(qū)動(dòng)軸不能直接驅(qū)動(dòng)凸輪旋轉(zhuǎn),必須通過驅(qū)動(dòng)扭簧間接驅(qū)動(dòng)凸輪旋轉(zhuǎn)。棘爪受棘爪回位扭簧和凸輪作用。

        自動(dòng)駐車機(jī)構(gòu)采用驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)代替人力扳動(dòng)駐車制動(dòng)器,操縱簡單、輕便,并且便于整車布置。

        圖1 某EV所配自動(dòng)駐車機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)

        3 自動(dòng)駐車機(jī)構(gòu)工作過程

        3.1 上鎖

        當(dāng)車速較低和車輛靜止時(shí),駕駛?cè)瞬倏v駐車按鈕,駐車電動(dòng)機(jī)啟動(dòng),帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn),進(jìn)而對(duì)驅(qū)動(dòng)扭簧施加扭矩,如果棘爪齒正對(duì)棘輪齒槽,驅(qū)動(dòng)扭簧直接驅(qū)動(dòng)凸輪旋轉(zhuǎn)進(jìn)而驅(qū)動(dòng)棘爪卡入棘輪實(shí)現(xiàn)駐車。如果棘爪齒對(duì)著棘輪齒(齒頂齒,圖2),棘爪不能卡入棘輪實(shí)現(xiàn)駐車,凸輪也不能旋轉(zhuǎn)到駐車位置,此時(shí),由于凸輪與驅(qū)動(dòng)軸非剛性連接,電動(dòng)機(jī)可繼續(xù)給驅(qū)動(dòng)扭簧施加扭矩至電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)位置并實(shí)現(xiàn)鎖止,從而保證驅(qū)動(dòng)扭簧持續(xù)對(duì)凸輪施加扭矩,當(dāng)車輛前后竄動(dòng)時(shí),棘輪旋轉(zhuǎn),當(dāng)棘爪齒對(duì)著棘輪齒槽時(shí),施加在凸輪上的扭矩會(huì)驅(qū)動(dòng)棘爪卡入棘輪實(shí)現(xiàn)鎖止。

        圖2 齒頂齒狀態(tài)

        3.2 脫鎖

        當(dāng)駕駛?cè)瞬倏v駐車按鈕,駐車電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)反轉(zhuǎn),帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸反向旋轉(zhuǎn)進(jìn)而釋放驅(qū)動(dòng)扭簧扭矩并帶動(dòng)凸輪旋轉(zhuǎn),棘爪在棘爪回位扭簧作用及自身脫鎖力矩作用下脫離棘輪齒槽,駐車解除(圖3)。

        4 自動(dòng)駐車機(jī)構(gòu)性能分析

        根據(jù)引言中所述功能,對(duì)圖1所示駐車機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析研究。

        圖3 駐車解除

        4.1 車速較高時(shí)不能駐車

        (1)控制程序中需增加邏輯判斷,當(dāng)車速較高時(shí)(≥5 km/h)或車輛處于行駛過程中時(shí),駐車電機(jī)不能啟動(dòng),如果誤操作駐車按鈕,需發(fā)出報(bào)警。

        (2) 駐車棘爪在脫鎖位置時(shí),棘爪回位扭簧需保證棘爪不會(huì)因車輛顛簸而擺動(dòng)。

        4.2 安全駐車

        車輛??吭谝欢ㄆ露壬希▓D4),駐車機(jī)構(gòu)所需的地面制動(dòng)力為G×sinθ,假設(shè)車輪半徑為R,橋速比為i,棘爪棘輪(與變速器輸出軸固聯(lián))所需承受扭矩T為:

        T=G×sinθ×R/i (1)。

        同時(shí),為確保上鎖可靠,還需注意以下2點(diǎn):

        (1)為保證齒頂齒時(shí)的鎖止功能,必須要保證驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶有自鎖功能,及轉(zhuǎn)動(dòng)到設(shè)定角度后,電動(dòng)機(jī)在外力作用下不能旋轉(zhuǎn),才能確保自動(dòng)駐車機(jī)構(gòu)功能實(shí)現(xiàn)。

        (2)上鎖后,凸輪與棘爪接觸點(diǎn)作用力中心過凸輪軸心,實(shí)現(xiàn)凸輪自鎖,確保棘爪在脫鎖力矩下不解鎖。

        圖4 車輛??吭谄碌郎系氖芰Ψ治?/p>

        4.3 自動(dòng)脫鎖

        車輛??吭谝欢ㄆ露壬蠒r(shí)(圖5),棘爪提供的扭矩為T,為確保駐車解除后,棘爪能快速有效地退出棘輪齒槽,需要滿足如下關(guān)系:

        式中,F(xiàn)2為棘輪棘爪正壓力,F(xiàn)1為棘輪棘爪摩擦力,f為棘輪棘爪件摩擦系數(shù),R2為棘爪旋轉(zhuǎn)中心至F2力臂,R1為棘爪旋轉(zhuǎn)中心至F1力臂,T1為脫鎖力矩,T2為摩擦力矩。

        當(dāng)脫鎖力矩T1大于摩擦力矩T2時(shí)(摩擦力矩還包括棘爪旋轉(zhuǎn)等,但數(shù)值較小,一般忽略不計(jì)),棘爪能快速脫離棘輪槽。同時(shí),棘爪脫離棘輪后,在慣性作用下會(huì)擺動(dòng),為保證安全解鎖,棘爪回位扭簧力能有效阻止棘爪擺動(dòng)。

        圖5 自動(dòng)脫鎖受力分析

        5 小結(jié)

        電控駐車機(jī)構(gòu)采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)扭臂驅(qū)動(dòng)扭簧進(jìn)而驅(qū)動(dòng)駐車棘爪運(yùn)動(dòng),與固定在輸出軸上的棘輪嚙合實(shí)現(xiàn)駐車功能。電控駐車機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)一鍵駐車,有助于降低駕駛?cè)瞬僮鲝?qiáng)度;防止由于駕駛?cè)瞬僮鞑划?dāng)引起駐車不可靠問題(駐車需要較大力量拉動(dòng)駐車桿,力量不夠,可能導(dǎo)致駐車棘爪不到位),方便整車布置,提升整車品質(zhì)。

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