驻车制动装置的设计

驻车制动装置的设计
黄键李薇辜振宇
(福州大学机械工程学院 福州 350002)
摘要：本文比较详细地介绍了驻车制动装置的结构形式和设计方法。

关键词：驻车制动设计
1前言
驻车制动装置是使汽车在路面（包括斜坡）上停驻时，为防止车辆滑行，以及汽车在坡道上起步时，用以防止车辆后退的装置。

驻车制动装置有别于行车制动装置，它们各自有相互独立的操纵装置，驻车制动装置常采用手操纵机构，所以通常又称为手制动，但驻车制动装置既可以是手操纵也可以是脚操纵。

一般小汽车和轻型卡车采用手操纵机构，而大型车辆则采用脚操纵的驻车制动踏板机构。

本文主要介绍手操纵的驻车制动装置。

2驻车制动装置的结构
驻车制动装置包括驻车制动器和驻车驱动机构两
部分。

驻车制动器按其作用部位分为两种类型，一种是
制动传动轴的中央制动器，另一种是与行车制动器共用
的车轮制动器，目前，多采用作用于后轮的驻车机构。

驻车驱动机构因其对可靠性的要求较高，一般都采用机
械式的驱动机构，但究竟是采用中央制动器驻车还是采
用车轮制动器驻车，其驻车驱动机构有所不同，而不管
是哪一种的驻车类型，制动器都有鼓式和盘式之分，所
以，驻车驱动机构还有所差异。

图1为采用盘式中央制动器的驻车制动装置，
在鼓式制动器中利用行车制动器作手制动器使用时，如
图3，一般是在它的后制动蹄上通过固定销装有一个制
动蹄杠杆，在这个杠杆的中间通过一根制动蹄推杆同前
制动蹄连接。

驻车制动时，拉紧或摆动手制动操纵杆，
经一系列杠杆和拉绳传动，将驻车制动杠杆的下端向前
拉，使之绕固定销转动，其中间支点推动制动推杆左移，将前制动蹄推向制动鼓。

当前制动蹄压靠到制动鼓上之后，推杆停止移动，此时制动杠杆
绕中间支点继续转动，于是制动杠杆的上
端向右移动，使后制动蹄压靠到制动鼓上，
从而产生驻车制动作用。

对于带有驻车驱动的盘式车轮制动
器，如图4，驻车时是通过驻车拉索的拉
动使位于制动钳体内的指销推动辅助活塞
移动，辅助活塞进而顶住活塞移动，先使
活塞一侧的制动块压靠到制动盘，接着，
此反作用力则推动制动钳体连同另一侧的
制动块压靠到制动盘，从而产生驻车制动
作用。

3驻车制动装置的设计
3.1 结构设计
驻车制动装置的设计其实应在行车制动系设计时加以考虑，首先应选择驻车制动装置的类型：轿车上一般
采用驻车与行车制动共用的车轮制动器，而货车上一般采用中央制动器。

对于前者，考虑到行车制动与驻车制动的功能合二为一，如果是用鼓式的制动器，那么制动器就要选用领从蹄式或双向增力式的结构，高级轿车更多的是使用双向增力式的结构；对于后者，由于是中央制动器，行车制动器的选择就不受驻车制动的影响，而驻车制动器如果是用鼓式的制动器，则大多采用结构简单的领从蹄式或双向增力式。

驻车制动装置的类型确定后，进行驻车驱动机构的设计。

采用中央制动器的驻车驱动机构比较简单，主要考虑手操纵力的大小和手柄的操作空间应符合人体工程。

采用车轮制动器的驻车驱动机构除了设计杠杆增大手作用力外，还应考虑施加给两个后制动器的驻车驱动力应相等，所以，在驻车驱动机构中要设置均衡器，用来向每个后制动器施加相等的作用力。

图5是几种常见的均衡器。

其中形式（d ）通常用于盘
式车轮制动器，其它几种大多用于鼓式车轮制动器。

手制动操纵杆的设计主要根据驾驶
室的空间大小，常见的有拉杆式的（如图6中所示），也有摆臂式的（如图7）。

驻车制动装置的结构形式都确定后，
还应校核以下几项，使其满足要求。

3.2驻坡效能的验算
驻坡效能是以汽车在良好路面上能
可靠而无时间限制地停驻的最大坡度（%）
来衡量，图7为汽车在上坡路上停驻时的
受力情况，根据参考文献1，可知汽车在
上坡路和下坡路上停驻时的坡度极限倾
角α和α＇分别是：
1arctan g
L L h ϕαϕ=− '1arctan g
L L h ϕαϕ=+ 式中ϕ-------轮胎与地面间的附着系数，ϕ=0.7，
如果坡度极限倾角α和α＇不小于16%~20%，则说明汽车满足驻坡效能。

3.3制动手柄拉力的验算
驻车制动器要能保证产生汽车在坡
路为α的坡道上可靠地 停车所需的
制动力矩为：
0sin e T W r α=⋅⋅ （1）式中e r -------车轮的有效半径，m ；
W-------汽车所受重力，N ；
单个后轮驻车制动器的制动力矩上限为：
011sin 2
e T W r α=⋅⋅ （2） 中央驻车制动器的制动力矩上限为：
00
sin e W r T i α⋅⋅= （3） 式中i 0-------后驱动桥的主减速比；
设加在手制动操纵杆上的拉力为P ，对于驻车制动共用后轮制动器时它的制动驱动力F 为：
12
m F P λη= （4） 式中P------施加在手制动操纵杆上的拉力，
λ------驻车驱动机构的总杠杆比，
ηm ------驻车驱动机构的机械效率，ηm =0.6~0.8，
对于中央驻车制动器，它的制动驱动力F 为：
m F P λη= (5) 在如图8的驻车驱动方式中，当车轮有正向滑行趋势时，分别对两个制动蹄进行受力分析，可得：
图8 驻车制动器简图
（a）制动器简图 (b)受力分析图
13111()0f c Q l l F N ρρ−+⋅−⋅=
2322f c Q l F N ρρ=⋅+⋅
其中，11f F N μ=，22f F N μ=，μ为制动蹄与制动鼓间的摩擦系数，
将1
1f F N μ=，2
2f F N μ=代入方程组，求得1f F 和2f F ，
所以，制动力矩1312312()()f f c c Q l l Q l T F F ρμρρμρρμρ⎡⎤−=+=+⋅⋅⎢⎥−⋅+⋅⎣⎦
对制动蹄杠杆进行受力分析，并令21
l l ξ=，可得： 1Q F ξ=⋅，2(1)Q F ξ=−⋅，带入上式，则
313()(1)c c F l l Fl T ξξμρρμρρμρ⎡⎤−−=+⋅⋅⎢⎥−⋅+⋅⎣⎦
（6） 对于驻车制动共用后轮制动器，将（4）式代入（6）式；对于中央驻车制动器，将（5）式代入（6）式，使01T T ≥［01T 见（2）式］或0T T ≥［0T 见（3）式］，计算出的驻车制动手柄拉力应不大于500N （轿车）~700N （货车），否则，可通过改变驻车驱动机构的总杠杆比λ或制动蹄杠杆的ξ值进行调整。

同理，也可求得当车轮有逆向滑行趋势时的制动力矩为：
313()(1)c c F l l Fl T ξξμρρμρρμρ⎡⎤−−=+⋅⋅⎢⎥+⋅−⋅⎣⎦
(7) 按同样方法进行验算。

3.4 制动手柄行程的验算
制动手柄行程应不大于160~200mm 。

制动蹄杠杆端行程一般为8~10mm.，所以制动手柄行程s=λ×（8~10）mm ，可见，为了使制动手柄行程满足要求，实际上λ可选20或与此数相差不多的数值。

另外，驻车制动操纵装置的安装位置要适当，其操纵装置必须有足够的储备行程，一般应在操纵装置全行程的三分之二以内产生规定的制动效能，而且驻车驱动机构中要设置调整螺母，以备维修使用。

参考文献
[1] 刘惟信．汽车设计．清华大学出版社，667-718
[2] 小田柿浩三（日）． 汽车设计． 机械工业出版社，151-164
[3] 张洪欣． 汽车设计． 机械工业出版社，227-P252
[4] JB4019-85． 汽车驻车制动性能要求。