寧忠麟，覃光許，夏偉

（1.上汽通用五菱汽車股份有限公司技術(shù)中心，廣西 柳州 545007；2.武漢理工大學(xué) 汽車工程學(xué)院，湖北 武漢 430070）

微型車手制動調(diào)整策略研究

寧忠麟1，覃光許1，夏偉2

（1.上汽通用五菱汽車股份有限公司技術(shù)中心，廣西 柳州 545007；2.武漢理工大學(xué) 汽車工程學(xué)院，湖北 武漢 430070）

手制動是一種被廣泛應(yīng)用的駐車制動形式，手制動預(yù)緊力的調(diào)整是車輛生產(chǎn)總裝線上不可缺少的一個環(huán)節(jié)，其預(yù)緊力的大小不僅影響汽車的駐車安全，還與行車時制動系統(tǒng)阻滯力的大小相關(guān)聯(lián)，直接影響車輛的燃油經(jīng)濟性和制動器壽命。目前國內(nèi)大多數(shù)主流車型的總裝線上，手制動裝調(diào)仍采用人工裝調(diào)工藝。針對某在產(chǎn)車型人工裝調(diào)工藝存在的裝調(diào)質(zhì)量不可控、工人勞動強度大等問題，研發(fā)手制動自動裝調(diào)設(shè)備，對自動裝調(diào)設(shè)備的調(diào)整工藝進行控制研究，并通過實車試驗進行驗證及優(yōu)化，最終提出更為高效、可靠的調(diào)整策略，為手制動的自動化裝調(diào)提供技術(shù)支撐，并為自動裝調(diào)設(shè)備的應(yīng)用提供依據(jù)。

手制動；預(yù)緊力；裝調(diào)策略；實車實驗

Abstract:Hand brake is a widely used form of Parking brake, Hand brake preload adjustment is an integral part of the assembly line of the vehicle. Pre-tightening force not only affects the Braking security, also associated with the size of braking system resistance, directly affecting the vehicle's fuel economy and the brake lifespan. At present, on the assembly line of most mainstream vehicles, hand brake adjustment is still using manual adjustment process, which exists a lot of problems, such as the adjustment quality is not controlled, high labor intensity of workers and so on. In view of the existing problems, developed the Hand brake automatic tuning device, Research on the adjusting process of equipment control,validated and optimized through the real vehicle tests, finally proposed a more efficient and reliable adjustment strategy.Not only provide technical support for hand brake automatic adjustment, but also provides the basis for the application of the equipment.

Keywords: Hand brake; pre-tightening force; adjusting strategy; real vehicle experiment

CLC NO.: U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)18-54-04

引言

目前，整車價位分布在5-15萬的主流車型中，駐車制動形式大多仍保留手動駐車。手制動的功用在于保證汽車在原地或坡道停駐時不自動滑行，其裝調(diào)質(zhì)量不僅影響汽車的駐車安全，還與行車時制動系統(tǒng)阻滯力的大小相關(guān)聯(lián)，直接影響車輛的燃油經(jīng)濟性和制動器壽命[1-3]。在整車生產(chǎn)中，必須保證手制動裝調(diào)的安全性和穩(wěn)定性。國內(nèi)大多數(shù)主流車型的總裝線上，手制動裝調(diào)仍采用人工裝調(diào)工藝。然而現(xiàn)有的人工裝調(diào)方式不僅勞動強度大，而且裝調(diào)質(zhì)量受人為因素的影響較大。除此之外，調(diào)裝結(jié)果的數(shù)據(jù)未能錄入數(shù)據(jù)庫，導(dǎo)致下線車輛調(diào)裝數(shù)據(jù)無從查詢。由此可見，手制動裝調(diào)的自動化研究是必然趨勢，自動化裝調(diào)設(shè)備的研發(fā)是解決人工裝調(diào)誤差的主要途徑。

1 人工裝調(diào)工藝分析

1.1 手制動結(jié)構(gòu)組成

拉鎖式手制動結(jié)構(gòu)形式多樣，圖1給出的是常見的拉鎖式手制動的結(jié)構(gòu)簡圖，主要構(gòu)成組件包括：手剎操縱桿、固定支架、調(diào)整螺桿、調(diào)整螺母、平衡杠桿、拉繩、后制動器等[4-5]。

圖1 拉鎖式手制動結(jié)構(gòu)組成

駐車制動器的常見形式有以下兩種：盤中鼓式制動器（DIH）和綜合駐車制動器 (IPB)。DIH結(jié)構(gòu)的行車制動與盤式制動器相同，駐車制動與鼓式制動器相同。即在制動盤凸緣內(nèi)部布置制動蹄總成，用于駐車制動。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 DIH制動器結(jié)構(gòu)

圖3 IPB制動器結(jié)構(gòu)

綜合駐車制動器 (IPB) 的結(jié)構(gòu)如圖3所示。駐車制動時，拉下手剎，帶動拉臂和驅(qū)動桿旋轉(zhuǎn)，推動駐車螺桿軸向直線移動，螺桿又推動活塞總成向外運動，從而對制動盤產(chǎn)生夾持力，實現(xiàn)駐車制動。

1.2 人工調(diào)整方法

《GB 7258-2012機動車運行安全技術(shù)條件》中對駐車制動系統(tǒng)的要求如下[6]：

（1）駐車制動應(yīng)能使機動車即使在沒有駕駛?cè)说那闆r下，也能停在上、下坡道上。駕駛?cè)藨?yīng)在座位上就可以實現(xiàn)駐車制動，對于乘用車而言，駕駛?cè)耸┘佑诓倏v裝置上的力應(yīng)小于等于400N。

（2）法規(guī)要求車輛最大駐車坡度應(yīng)不小于20%。

（3）操縱機構(gòu)應(yīng)有足夠的儲備行程，一般應(yīng)在操縱機構(gòu)全行程的三分之二以內(nèi)產(chǎn)生規(guī)定的制動效能。

（4）駐車制動操縱機構(gòu)總行程（L）的四分之三要不小于最大駐車坡度時拉鎖的總行程（Ls）。

其中：α-操縱手柄轉(zhuǎn)角；R1-導(dǎo)線圈半徑；R2-拉鎖鋼絲半徑；S1-前段拉鎖變形量；S2-后段拉鎖變形量；S3-駐車制動器拉桿移動量。

為了滿足以上運行車輛對駐車性能的要求，對車輛總裝線上的裝調(diào)工藝進行研究是很有必要的。目前主流的裝調(diào)方法有以下幾種：

（1）定制套筒調(diào)節(jié)。在新車型試生產(chǎn)時摸底一批車輛，調(diào)節(jié)手制動調(diào)整螺母到合適位置（手制動操縱臂無松曠、摩擦片無拖磨），記錄此批車輛螺桿露出長度。后續(xù)就采用此長度的定深套筒進行調(diào)節(jié)。這種方法主要用于前文提到的DIH結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點是操作簡單，缺點在于不具備容差性，有一定的返修比例。

（2）半自動調(diào)節(jié)法。借助圖4中的專用工具進行調(diào)節(jié)，最終靠監(jiān)控制動器駐車機構(gòu)的間隙，調(diào)節(jié)手制動調(diào)整螺母。該調(diào)節(jié)方式主要用于前文提及的IPB結(jié)構(gòu)，優(yōu)點是具備容差性，比較科學(xué)，缺點是最終調(diào)整之前未消除拉索塑性變形，調(diào)整值波動范圍大。

圖4 一種半自動調(diào)節(jié)設(shè)備

（3）定扭矩調(diào)節(jié)法。新車試生產(chǎn)中，根據(jù)實車試驗確定手制動調(diào)整螺母擰緊力矩值，調(diào)節(jié)手制動操縱臂無松曠、摩擦片無拖磨，以該力矩作為手制動調(diào)整螺母的擰緊力矩。并監(jiān)測調(diào)整后手制動操縱臂扳1齒位置力矩值，以此作為總裝線上的手制動裝調(diào)檢驗依據(jù)。這種調(diào)節(jié)方式基本不受零部件尺寸誤差的影響，采用定扭矩電槍打緊調(diào)整螺母、定制扭力扳手校驗調(diào)整力矩，調(diào)節(jié)方式簡單。

基于以上對各調(diào)整方法的分析，這里我們選取一個使用上述方法（3）進行手制動裝調(diào)的在產(chǎn)車型進行理論分析和實車試驗。

1.3 針對目標(biāo)車型的人工調(diào)整工藝研究

目標(biāo)車型總裝線上的現(xiàn)用手制動調(diào)整工藝流程如圖5所示：

圖5 目標(biāo)車型手制動人工調(diào)整流程圖

該調(diào)整工藝在最終打緊調(diào)整螺母之前進行了預(yù)打緊，并通過多次拉起、釋放手制動操縱臂的方式消除拉鎖塑性形變對調(diào)整值的影響。實車試驗中測得調(diào)整后拉動手剎操縱臂到8齒位置的拉力FL=190N，駐車力矩MP如下：

式中：FL-手操縱力；F1-駐車拉鎖啟動力；i-手剎操縱機構(gòu)杠桿比；μb-手剎操縱機構(gòu)機械效率（0.9）；μ1-前段駐車拉鎖機械效率（0.8）；μ2-后段駐車拉鎖機械效率（0.7）；

BEFP-駐車制動器效能因數(shù)；r2-制動器作用半徑。

坡道駐車時，后軸駐車力矩T為：

根據(jù)《GB 7258-2012 機動車運行安全技術(shù)條件》的要求，車輛最大駐車坡度不應(yīng)小于20%[6]，此時應(yīng)有：

目標(biāo)車型整車參數(shù)如表1所示，代入式（1-1）和（1-2）可得式（1-3）成立。即駐車制動有效。

表6 整車參數(shù)

為進一步確定該調(diào)整方式的穩(wěn)定性，對實車試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，圖6給出了100次實車試驗得到的校驗扭矩值。由圖中曲線可知，試驗中測得的檢測扭矩值在15±3Nm的范圍內(nèi)波動。

圖6 定扭矩調(diào)整后檢測扭矩值波動情況

2 手制動自動裝調(diào)設(shè)備

2.1 設(shè)備組成

基于以上對人工調(diào)整工藝的研究，研發(fā)手制動裝調(diào)設(shè)備。該設(shè)備主要由以下部件組成：操作手制動手柄的專用夾具、與夾具連接的伺服驅(qū)動器（包括伺服電機、減速器等）、擰緊手制動調(diào)整螺母的電動扳手、工控機、系統(tǒng)控制器等（如圖7）。

圖7 手制動裝調(diào)設(shè)備的組成

2.2 設(shè)備功用

該裝調(diào)設(shè)備可按照手制動系統(tǒng)裝調(diào)的操作流程自動操縱手制動手柄，按手制動系統(tǒng)裝調(diào)操作流程要求自動將拉索調(diào)整螺母擰到規(guī)定的力矩，對手制動系統(tǒng)裝調(diào)參數(shù)進行自動檢測，并對照裝調(diào)參數(shù)的設(shè)計值對手制動系統(tǒng)進行自動調(diào)整及復(fù)位。

3 自動裝調(diào)設(shè)備調(diào)整策略及驗證

3.1 自動裝調(diào)設(shè)備的調(diào)整策略

設(shè)備研發(fā)期間，我們根據(jù)圖5提出的手制動人工調(diào)整工藝的相關(guān)要求，擬定了如下調(diào)整策略：

（1）手制動自動裝調(diào)設(shè)備處于待機狀態(tài)，顯示屏顯示預(yù)設(shè)參數(shù)；

（2）掃描槍讀取待裝調(diào)車輛的車輛識別編號（VIN）；

（3）用釋放夾具卡住手剎釋放按鈕，將設(shè)備的調(diào)整總成分別固定到手剎操縱臂及調(diào)整螺母處，安裝到位后，電機總成上的準備信號燈（黃色）亮；

（4）按下電機總成上開始按鈕（綠色）啟動設(shè)備，準備信號燈（黃色）滅，工作信號燈（綠色）亮；手剎操作桿被拉起8?，電槍（設(shè)定力矩為3N.m）預(yù)緊調(diào)整螺母；

（5）手剎操縱臂被放回初始位置，再次拉起 22?-24?，重復(fù)2-3次，放回8?位置，電槍（設(shè)定力矩為3N.m）再次打緊調(diào)整螺母；

（6）手剎操縱臂被再次放回初始位置后拉起至10?位置，輸出此時瞬時力矩(調(diào)整值)，若為152N.m，則顯示調(diào)整合格，否則回到步驟（5）重新調(diào)整；

（7）手剎操縱臂被放回初始位置，工作信號燈（綠色）滅；

（8）取下裝調(diào)設(shè)備，用藍色點漆筆點漆確認調(diào)整螺母位置，調(diào)整完成。

3.2 試驗驗證

調(diào)整策略確定后，我們再次隨機抽取100 次試驗結(jié)果進行分析，圖8給出了檢測扭矩值的波動情況：

圖8 檢測扭矩值波動情況

由上圖可以看出：目前試驗中測得的檢測扭矩值在15±1.5N.m的范圍內(nèi)波動，符合裝調(diào)要求。

4 結(jié)束語

國內(nèi)各整車企業(yè)的總裝線上，針對不同車型的手剎預(yù)緊力調(diào)整工藝形式各異，但人工裝調(diào)的過程中都存在勞動強度及調(diào)整精度問題。 文章研究內(nèi)容可解決以下現(xiàn)存問題：

（1）減輕工人的勞動強度，提高公司產(chǎn)線生產(chǎn)效率，充分保證手制動裝調(diào)質(zhì)量，記錄每一臺出廠車輛手制動預(yù)緊力的裝調(diào)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)產(chǎn)線手制動裝調(diào)可管可控。

（2）針對目標(biāo)車型的裝調(diào)策研究，保證了工藝要求的裝調(diào)精度。為手制動自動化裝調(diào)設(shè)備的功能驗證試驗提供依據(jù)。

[1] Formentin, Simone; Novara, Carlo; Savaresi, Sergio M. A New Brake Control System Design and Test [J]. IEEE-ASME TRANSA CTIONS ON ECHATRONICS 2015.

[2] Harris T A. Rolling Bearing Analysis[M]. New York：John Wiley and Sons,1984.

[3] 趙志勇,朱坤玉.汽車手制動護套與拉桿之間的裝配力測量[J].客車技術(shù)與研究 2010.

[4] 武長江.車輛手制動用拉桿、拉線自動調(diào)整器[J]. 天津汽車. 1996.（3）.

[5] 于長義,張春龍,張國旺.手制動調(diào)節(jié)相關(guān)的研究應(yīng)用[J].輕型汽車技術(shù). 2013（1/2）總281-282..

[6] GB 7258-2012 機動車運行安全技術(shù)條件[S].

[7] 繆建成,陳關(guān)龍,金隼.小直徑柔性鋼索預(yù)緊張力的測量與計算[J].力學(xué)與實踐 28（2）.

[8] MacLennan, LD , Analysis of brake assembly with floating disc[J].PROFESSIONAL ENGINEERING PUBLISHING LTD, NORTH-GATE AVENUE, BURY ST EDMUNDS IP32 6BW, SUFFOLK,ENGLAND 2004 218（9）1021-1032.

[9] 劉惟信.汽車設(shè)計[M].清華大學(xué)出版社,2001

[10] 唐增寶,何用然,劉安俊.機械設(shè)計課程設(shè)計[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2005.

[11] 陶寄明.機械連接設(shè)計實例與分析[M].北京:機械工業(yè)出版社.2010.

[12] 周仲榮,謝友柏.摩擦學(xué)設(shè)計[M]. 成都:西南交通大學(xué)出版社,2000.

Research on Adjustment Strategy for Hand Brake of Micro Car

Ning Zhonglin1, Qin Guangxu1, Xia Wei2
（1.Technology Center, SAIC GM Wuling Automobile Co. LTD, Guangxi Liuzhou 545007; 2.Automotive Engineering School, Wuhan University of Technology, Hubei Wuhan 430070）

U467 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)18-54-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.020

寧忠麟（1983.3-），學(xué)士學(xué)位，工程師，就職于上汽通用五菱汽車股份有限公司技術(shù)中心，研究方向汽車制動系統(tǒng)設(shè)計。

夏偉，就讀于武漢理工大學(xué)。