驻车挡制动专利技术综述

张华强，刘儒军，闫科委，钱浩

(国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心,江苏苏州 215163)

驻车挡制动专利技术综述

张华强，刘儒军，闫科委，钱浩

(国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心,江苏苏州 215163)

从驻车挡制动的驻车结构、驻车方式和驱动件3个方面对驻车挡制动的技术发展路线进行梳理，然后对国内汽车厂商的驻车挡制动的专利发展以及一些重要申请人进行分析，并列举了一些国内相关专利技术。

安全；驻车制动；专利；技术路线

0 前言

随着当今社会汽车行业的蓬勃发展，汽车早已成为人们日常出行必不可少的交通工具。而伴随着汽车数量的迅猛增长，汽车的安全性能越发受到人们的重视，其中不仅要考虑行车过程中的安全性，而且要考虑驻车制动时的安全性等因素。文中从专利技术发展的角度研究了驻车挡制动技术，并从驻车结构、驻车方式以及驱动件3个方面进行了深入研究，形成了清晰的发展线路图，并对国内的相关技术进行了探讨，展现了国内技术的显著特点。

1 驻车挡制动技术发展路线

驻车制动分为手刹、P挡(驻车挡)、电子手刹与自动驻车。手刹专业名称应叫驻车制动器。与行车制动器(常说的脚刹)有所不同，从名称上就能分辨出来，行车制动是在车辆行驶过程中短时间制动使车辆停稳或者减速；而驻车制动是在车辆停稳后用于稳定车辆，避免车辆在斜坡路面停车时由于溜车造成事故。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立的。手刹(驻车制动器)主要由制动杆、拉线、制动机构以及回位弹簧组成，用来锁死传动轴从而使驱动轮锁死，有些是锁死两只后轮，实质上是利用杠杆原理将制动杆拉到固定位置通过锁止牙进行锁止。坡道驻车时，手动挡车辆停稳后，拉起手刹之后会挂入一个低速挡来辅助驻车。而自动挡中P挡就相当于手动档中的低速挡位来辅助车辆停稳。在自动变速箱中设置P挡，目的是为了让自动挡车辆能像手动挡车辆一样可以通过挡位来限制车辆的移动。P挡主要由一个锁止齿轮和一个锁止机构构成。锁止机构与锁止齿轮结合就可以直接固定与车轮相连的变速箱输出轴，通过半轴便可以锁止车轮。电子手刹，其实就是传统手刹的升级，变传统手刹的手拉为电动。电子手刹就是利用电脑控制电机夹紧或松开手刹，用按钮P代替了手刹拉把，整个控制逻辑并不复杂。自动驻车系统是一种在汽车运行中可以实现自动制动的技术应用。在启动自动驻车制动的情况下，这项技术使驾驶者在车辆停下时不需要长时间刹车，并且能够避免车辆不必要的滑行[1]。

而驻车挡制动技术的发展涉及驻车结构、驻车方式和驱动件3个方面，3者共同影响驻车挡技术的发展，如图1所示。而关于驻车挡制动技术主要涉及的分类号是F16H63以及B60T7，其中较为集中的分类号是F16H 63/34锁住或截止机构。而技术术语方面主要涉及“棘轮”、“棘爪”、“驻车”、“泊车”等。其中，驻车结构是出于在停车时具体通过何种机械结构制止变速器输出轴输出旋转运动的目的，而驻车方式是到底选择哪种方式实现驻车，最后驱动件是选择通过哪些连接件驱动驻车结构实现驻车。对驻车结构、驻车方式以及驱动件的发展线路进行研究，有助于深入了解驻车挡制动技术的发展历史和现状，明确这项技术未来发展的方向。

1.1 驻车结构

驻车机构主要采用将棘轮设置在变速器输出轴上，并通过棘轮和棘爪相互啮合制止变速器输出轴输出选择运动，其中棘轮和棘爪啮合又涉及单齿啮合和多齿啮合；此外，还涉及无棘轮实现驻车、无棘爪实现驻车。针对棘轮和棘爪啮合实现驻车制动，日产公司于1970年提出了通过棘轮和棘爪啮合实现驻车制动(申请：JP426270A)；为了提高驻车制动时的可靠性， Saturn公司于1993年提出了采用棘轮与棘爪啮合，但是啮合方式采用的是多齿啮合(申请号：US19930070580A)；进一步，TRW车辆电气与零件有限两合公司于2001年又提出了棘轮与两个棘爪啮合，以达到驻车制动时的稳定性和可靠性；而在2000年以后国内外主要的汽车厂商研发的主要精力还是在棘轮和棘爪以单齿轮啮合的方式实现驻车挡制动(申请号：JP2002203062A、JP2004289676A、DE102004058332A、JP200-6215961A、JP2006317345A、JP2007036610A、GB0901723A)，普遍认为是出于变速器内部布局的需要、节约空间、降低生产成本等目的。至于不采用棘轮或者棘爪实现驻车挡制动，对这项技术的改进主要还是在2000年以后，三阳工业股份有限公司于2007年提出了取消棘爪(申请号：CN200720176571)，采用驻车齿轮即棘轮与换挡齿轮相互啮合，为了提高驻车的可靠性，防止冲击力损坏驻车齿轮，通过换挡轴轴向移动带动驻车齿轮与换挡齿轮啮合，制止换挡轴转动，进而达到驻车制动的目的；吉利公司于2009年提出了采用内棘轮与外棘轮相互啮合(申请号：CN200920314687)，由于现有技术中普遍采用了棘轮与棘爪，而棘轮与棘爪的承载能力要求高，通过采用内棘轮与外棘轮相互啮合的方式实现驻车制动，优点是设计更加合理、强度高、稳定性好；而2010年，吉利公司又提出取消棘轮，仅通过传动齿轮与棘爪啮合、并且是多齿啮合的方式(申请号：CN201010300088)实现驻车制动，因为采用驻车齿轮即棘轮使得变速器的体积增大，不利于变速器内部构件的布局，而通过棘爪与传动齿轮啮合的方式，同样能够防止变速器输出轴转动，并且优点是变速器的体积变小，安装时更加灵活，结构简单，安全可靠。

1.2 驻车方式

驻车方式主要针对的是采用哪种方式进行驻车制动，其中典型的驻车方式有手动驻车和电动驻车。最早出现的是手动驻车，手动驻车主要是通过驾驶者操作换挡杆，换挡杆与连杆机构相连，连杆机构带动棘爪转动，使得棘爪与棘轮相互啮合实现驻车制动(申请号：US19780953256A、JP5915416A、US19930088718A)。随着自动化集成技术的不断发展，电动驻车具有更加高效、准确等优点。电动驻车主要是通过驱动电机与减速机构相连，并由减速机构和棘爪驱动件一起使得棘爪转动，进而使棘爪与棘轮啮合实现驻车制动(申请号：AU2403397、JP10254969、KR1020050076266、JP2007036610、CN200920260894)。

1.3 驱动件

驻车挡制动时在实现棘爪与棘轮啮合时，一般是通过驱动件驱动棘爪转动，进而带动棘爪与棘轮相互啮合。而驱动件主要有凸轮、连杆、滚子以及推杆，其中最早出现的是运用凸轮作为驱动件，早在20世纪70年代，一些著名汽车厂商就采用凸轮作为驱动件用于驱动棘爪转动实现驻车制动(申请号：US3703941A、US19780953256A)。而基于采用连杆机构与棘爪相连、由连杆直接带动棘爪转动的构想，沃尔沃公司于1981年提出了采用连杆机构带动棘爪转动，进而使得棘爪与棘轮啮合实现驻车制动(SE8106982A)。进入21世纪后，世纪各大汽车厂商，主要的焦点是对凸轮和连杆的形式进行改进，例如腓特烈斯港齿轮工厂对凸轮形式的改进方式是采用滚子，并由滚子的轴向移动挤压棘爪转动，使得棘爪与棘轮相互啮合(申请号：DE102006030998A)。

2 国内汽车厂商驻车挡制动技术分析

虽然驻车挡制动技术主要源自国外，并且国外的技术相对比较成熟，但是进入21世纪后，尤其是近几年，中国的汽车厂商对驻车挡制动技术的研发投入都比较多。国外著名的汽车厂商主要集中在美国和日本，并且驻车挡技术的最初发展也是从20世纪七八十年代的美国和日本最先开始。例如日产公司提出的驻车挡制动技术主要构思是通过凸轮旋转，凸轮旋转的过程中挤压棘爪，进而棘爪转动与棘轮啮合，制止了安装在变速器输出轴的棘轮转动，实现了驻车制动。并且随后日本其他汽车厂商比如丰田、马自达等在此基础了都做出了改进。作为全球汽车产量排名第一的中国， 2013年统计结果显示：2013年中国汽车产量突破2 000万辆，达到2 211.68万辆，远超其他国家，分别是美国及日本的两倍。可见中国汽车行业的发展突飞猛进，尤其是中国自主品牌汽车厂商不断发展，对汽车行业投入了大量的人力物力，更加注重新技术的研究。图2所示是国内主要汽车厂商对于驻车挡制动技术的专利申请的比例分布，可以看出吉利公司和比亚迪公司超出了申请量的一半，并且这两家的专利技术各有千秋。其他一些公司，例如长城、一汽等也对这项技术做出了相应的改进[2-3]。

基于吉利公司和比亚迪公司在驻车挡制动技术的领先地位，下面将结合这两家公司的专利申请进行仔细分析。

2.1 吉利公司相关专利申请

就国内的汽车厂商而言，吉利公司在驻车挡制动技术方面的专利申请最多(如图2所示)，并且申请时间基本集中在2009年以后，可见对于这项技术的改进相对来说比较新，同时也可以看出吉利的研发团队对于2009年之前的现有技术进行了研究，并认为现有技术中存在诸多缺陷。此外，全球汽车行业发展的趋势是轻型、环保以及智能化，并伴随着新能源汽车、混合动力车以及电动车等非传统车型的出现，改变了传统汽车中动力系统与传动系统之间的衔接关系，使得相关技术要进行适应性的改进，国内诸多汽车厂商都对此做出了敏锐的反应。如表1所示，吉利公司在驻车挡制动技术方面做出了多项技术改进，吉利公司的专利申请涉及的有传统棘爪的改进，甚至提出了取消棘爪，用相互啮合的内外棘轮相互啮合实现制动，还有为了提高驻车机构的使用寿命，主要是在凸轮滑块与棘爪之间设置若干个支承销，以及取消驻车齿轮即棘轮，通过棘爪与传动齿轮之间的啮合实现驻车制动。由此可见，吉利公司的研发团队对这项技术的发展方向的把握很全面，并且为后续的深入研究夯实了基础。

表1 吉利驻车挡制动技术的代表性专利

2.2 比亚迪公司相关专利申请

比亚迪公司对于驻车挡制动技术的关注要早于国内其他汽车厂商。2005年，比亚迪公司提出了一种技术方案，取消一套专用的手刹系统，降低系统的复杂程度，同时在变速器中增加停车锁止档位，增强系统的集成度和可靠性，摒除了原系统采用摩擦力进行锁止的原理，利用齿轮的闭锁来锁止传动输出轴而不是车轮的方法，来减少制动力、提高系统的可靠性，在车辆静止时，对车辆进行锁止，以防止车辆下滑或者前后移动，提高乘车的安全，并可以更大程度地防止车辆被盗。2005年以后比亚迪公司对驻车挡制动技术的研究主要集中在棘爪和棘轮相互啮合实现驻车制动，如表2所示。

表2 比亚迪驻车挡制动技术的代表性专利

3 结束语

分析了国内外汽车驻车挡制动技术的专利申请，以及主要国内申请人，并对驻车挡制动的技术发展做了进一步分析。从国外关于驻车挡制动技术的专利发展来看，该领域的技术成熟度已经非常高；对于国内的申请人来说，虽然起步比较晚，但是发展速度很快。毕竟中国整个汽车工业发展的时期都非常短，自然而然与国外在该项技术上具有明显的差距，并且国外汽车公司对于中国市场的重视也在与日俱增，国外公司在中国的专利申请也在逐渐增多。因此，国内申请人在加大研发力度的同时，应当仔细分析和了解国外汽车厂商的技术发展动态，及时维护和发展自己的专利技术。

【1】彭忆强,黎长青.汽车电子驻车制动控制系统的仿真研究[J].西华大学学报:自然科学版,2007,26(4):14-16.

【2】杨桂荣.通过专利文献的统计分析，探索发达国家的技术发展方向[J].科技情报工作，1984(8):28-29.

【3】彭爱东.一种重要竞争情报-专利情报的分析研究[J].情报理论与实践，2000(3):196-199.

SummaryoftheParkingBrakePatents

ZHANG Huaqiang,LIU Rujun,YAN Kewei,QIAN Hao

(Pantent Examination Cooperation Jiangsu Center of the Patent Office, SIPO,Suzhou Jiangsu 215163,China)

The parking brake technology ways were sorted out from three aspects of the parking brake, including parking structure, parking mode and the driver. Then the parking brake patents development of the China automobile manufacturers was analyzed as well as some important proposers, and a number of China patents were cited.

Safety; Parking brake; Patents; Technology way

2015-01-22

张华强(1985—)，男，硕士研究生，专利实质审查员，研究方向为传动系统。E-mail：zhqdavid@126.com。