装备EPB专用制动器车型在挡驻车性能分析与提升

白泽文，程景艳，陈海，杨永健，曹广新

中国第一汽车股份有限公司研发总院，吉林长春 130013)

0 引言

随着汽车智能化、电子化的发展，电子驻车制动(Electrical Park Brake，EPB)逐渐被各大主机厂商重视。传统机械驻车用手或脚操作驻车控制装置，通过拉线操作机械执行机构实现驻车。EPB用开关和线控取代机械操纵机构，节省了车内空间，操作方便且智能，可靠耐久性也更出色。表1列出了EPB部分项目下，与机械驻车装置相比的优点[1]。EPB大大提升了用户驾驶的安全性与舒适性，是影响用户购车选择的重要因素，整车配置率也迅速提高[2]。

表1 EPB与机械驻车对比

1 装备EPB专用制动器车型的特点

现今大多数车型的后轮制动器是单缸浮动钳形式，原因是便于EPB执行器与后卡钳整合为一体，减少零件数量，且能够满足一般车型的制动性能需求[3]。但一些具有高性能的行车制动或者质量参数较大的车型，常采用钳体刚度较好的固定钳式制动器，制动器的缸数、尺寸可根据性能要求设定，再额外增加一个EPB专用的驻车制动器。如特斯拉Model S车型，其后轮的行车制动器采用4缸固定钳式，装备EPB专用的驻车制动器，行车制动性能优越。图1为特斯拉Model S后轮制动器的布置情况。

图1 特斯拉Model S后轮制动器布置

2 驻车性能的理论分析

2.1 驻车制动器夹紧力校核

某专用乘用车车身尺寸为D级[4]，在特殊设计要求下，车辆质量为5 800 kg，远超普通D级车。前、后轮采用固定钳式制动器，保证行车制动性能，驻车制动性能满足GB 21670—2008中7.3.19的规定(20%坡道下坡保持5 min)[5]。表2为驻车性能计算的相关参数。

表2 驻车性能计算相关参数

车辆在下坡驻车时，其受力如图2所示[6]，驻车制动器产生的制动力矩Tμ为

Tμ=4fNRe

(1)

式中:N为EPB制动器产生的夹紧力。

图2 车辆下坡驻车的受力示意

车辆驻坡所需的制动力矩Txb为

Txb=FxbR=GRsinα

(2)

式中:Fxb为地面施加给车辆的驻车制动力。

驻坡时车辆的制动力矩来自驻车制动器[7]，则

Tμ=Txb

(3)

在安全系数β限定下，安全夹紧力Ns为

Ns=βN

(4)

由式(1)—式(4)：

(5)

在车辆行车制动的过程中，驻车制动器的摩擦片与制动盘不发生磨合，与制动盘贴合较差，摩擦因数及驻车性能接近新片状态。新摩擦片的摩擦因数取最低值0.35，有最大夹紧力Ns=23 564 N，则EPB夹紧力不应低于24 kN。图3为该车EPB专用制动器的装车图。

图3 EPB专用制动器装车示意

2.2 在挡溜车问题分析

因车辆自重过大，怠速驱动力矩较大，影响在挡下的最大驻车坡度。下坡时D挡怠速下轮边产生的驱动力矩为Tp，则车辆正常驻车时有：

Tμ=Txb+Tp

(6)

最大驻坡角度αp为

(7)

式中:Np为选型后的EPB的最大夹紧力。

测得D挡怠速左后轮边驱动力矩为847 N·m，则Tp=1 694 N·m，由选型结果执行器夹紧力Np=24 000 N，由式(7)计算得αp=10.59°，即下坡时D挡驻车最大坡度为18.7%，在20%坡路会发生溜车。

3 驻车性能提升

为进一步提升车辆的驻车性能，将EPB专用制动器同型号的2辆份新摩擦片分别经过台架和实车方式进行磨合，得到3种状态的摩擦片，摩擦片表面如图4所示。再将EPB制动器分别换装3种状态的摩擦片进行整车驻车试验,在20%坡道上验证驻车性能，在29%坡道上进一步评价摩擦因数提升后的整车表现。试验条件参照GB 21670—2008中5.1的规定，试验方法为下坡驻车，在N挡、D挡下记录5 min内车辆表现，如表3所示。

图4 3种状态的摩擦片摩擦表面

表3驻车试验整车表现

试验方案新摩擦片台架磨合实车磨合20%坡道N挡正常驻车正常驻车正常驻车D挡缓慢溜车正常驻车正常驻车29%坡道N挡较快溜车缓慢溜车正常驻车D挡较快溜车缓慢溜车正常驻车

由表3可知N挡下车辆的驻车性能与理论计算结果一致。采用实车磨合后的摩擦片，车辆驻车性能明显提升，可驻29%的坡路；其次是经台架磨合后的状态，车辆在D挡下可驻20%的坡路；新摩擦片状态的驻车性能表现最差，车辆只能在N挡下驻20%的坡路。由于通过实车磨合不符合使用工况，且车辆在多次行车制动后，制动盘表面会发生变化，开发中建议采用台架磨合的摩擦片来提升该类车型的驻车性能。

4 总结

阐述了装备EPB专用制动器车型的特点，针对某装备车型的在挡溜车问题，通过理论分析了在挡驻车性能。该类车型的驻车性能与新摩擦片状态下接近，且质量较大的车型，驻车性能容易受到怠速驱动力矩的影响。通过整车试验验证了在采用新片、台架磨合、实车磨合3种状态的摩擦片时车辆的驻车性能，证明了采用台架磨合的摩擦片可一定程度上提升驻车性能，为装备EPB专用制动器车型的驻车性能开发提供参考。