汽车真空助力器的原理及参数计算

1、设计 计算 研究 啦 # 丑3| 曲 口 矗刍塑 一汽实业北宁汽车制动器厂赵 凯 ab s t r a c t t h i s p a p e r i n t r o d u c e s h de fl y t h e s t r u c t u r e a n d wo r k i n g p r i n c i p l e o f b r a k i n g v e u u r i b o o s t e r , s s s e s t h e i mp o r t a n t e ft o r o f e d一 m c k d i s c i n b r a k i g v a c u

2、u m b o o s t e r a n a h s t h e c a l c u l a t i o n me t h o d an d c h a r a c t e ri s ti c c u r i re o f s e v e r a l i m p o a n t p a r a m e t e r s s u c h a s s t a r t v al u e ， j u m pi n c r e a s e d v a l u e a n d res i d u a l v a l u e o f b r a k i n g v a c u u m b o o s t e

3、 r a n d p u t f o r w a r d t h ec t o r a f f e c t i n g s e v e r a l p a me t e rs me n t i o n e d a b o v e i s ma i n l y r e l a t e d t o t h e fi t t i n g d i me n s i o n o f a i r v a l v e st e m， t h e s e t h ee, a l ue s a l e a f f e c t e d b y d i me ns i o n s and a c c u r a c

4、 i e s of o t h e r p a r t s at t h e s o he t i me 【 摘要 】 简述 r 制动真空勘力器的结构和工作原理 ， 强调了反馈盘在制动真空勘力 器中的重要作 用。 分析 了制动 真空勘力器的起 动值 、 跳增值 、 残留值等几个 重要参数的计算方 法和特征曲线 ， 提 出影响以上几个参数的 因素主要 是空气阀柱的配合r寸 ， 同时其它零件的尺寸与精度也 影响这三个值。 t o p i c wo r d s ： br a k i n g b o o s t e r ， p r i n c !i p i e ， ca l c u l a ti o

5、n me t h o d 主题词 ： 制动助力器原理计算方法 中图分类号 ： u 4 6 3 5 5 文献标识码： a 文章编号 ： 1 0 0 0 3 7 0 3 ( 2 0 0 1 ) 0 1 0 0 0 1 0 4 1 真空助力器的结构 和工作 原理 制动真空助力器的结构如图 1 所示 。 圈 1 真空助力器的结构示意图 1 前壳体2 螺栓 3 输 出力 推杆4 活塞体回位弹簧 5 真空弯管6 膜片盘7 膜 片8 后 壳体9 弹簧 座 】 0 反馈盘 1 1 活塞体 i 2 密封 圈 l 3 控 制 阀 弹簧 l 4 输人 力推杆 l 5 防尘 罩 1 6 泡沫过 滤器 1 7 推杆 片

6、 1 8 输 力推杆回位弹簧 1 9 控制 阀卡座 2 o 控制 阀 2 1 宅气 阀柱 2 2 锁片 在非工作的状态下 ， 输入力推杆回位弹簧将输 人力推杆推到右边的锁片锁定位置，真空 阀处于开 2 0 0 1年第 1期 启状态， 控制阀弹簧使控制皮碗与空气阀座紧密接 触 ， 从而关闭了空气 阀口。此时助力器的前 、 后腔分 别通过通道 a与通道 b经控制阀腔处相通 ， 并与外 界大气相隔绝， 发动机起动后， 助力器的前、 后腔的 真空度均上升至 0 0 6 6 7 mp a 。 在理想状态下 ， 真空助力器的工作过程及原理 如下 ： 制动时 ， 制动踏板被踏下， 踏板力经杠杆放大 后作用在

7、输入力推杆上。首先， 推杆回位弹簧被压 缩，输入力推杆连同空气阀柱前移 ，当前移到控制 阀皮碗与真空阀座相接触的位置时，真空阀关闭。 此时前 、后腔被隔开，输入力推杆继续前移至空气 阀即将开启处 ，此处是助力器升压时的平衡位置， 此时空气 阀柱端部应刚好与反馈盘相接触；随着控 制阀推杆的继续前移，空气阀开启 ，外界空气经过 滤后通过打开的空气阀 口及通道 b，进入到助力器 的后腔，伺服力产生。由于反馈盘的材质有要求受 力表面各处压强相等的特性 ，使得伺服力随控制阀 推杆输入力的逐渐增加而成固定比例 ( 伺服力比) 增长 ， 从而使制动时具有 良好的随动性和操纵感。 由于伺服力资源的有 限性 ，

8、当达到最大伺 服力时， 即后腔 的真空度为零时 ，伺服力将成为一个常量， 此时助力器的输入力与输出力将等量增长。取消制 动时，随着输入力的减小控制阀推杆后移 ，当达到 最大助力点时， 空气阀刚好关闭， 随着输入力的继 续减小，真空阀将处于即将开启的状态 ，此处是助 维普资讯 http:/ 设计 计算 研究 力器降压时的平衡位置。真空阀口开启后助力器 的前、 后腔相通， 后腔的真空度将下降， 伺服力减小， 活塞体后移，真空阀再次关闭 ，助力器达到瞬间平 衡， 就这样随着输入力的逐渐减小 何服力也将成固 定比例的减少 直至制动被完全取消 在制动稳定后 ( 即无运动趋势的状态下) ， 存在 着第 3

9、种平衡位置，此时的真空阀口和空气阀口均 处于关闭状态 ，即控制阀的真空阀口和空气阀口处 均有形变。助力器在密封检验时，助力器最终将达 到此平衡位置 。 2反馈盘的作用 在真空助力器的工作过程中 ，反馈盘起着极其 重要的作用。真空助力器的工作原理要求 ，当空气 阀口开启的瞬间 ，空气阀柱端面要刚好接触到反馈 盘的主面上 此时反馈盘的主面和副面同时受力， 且 受力的大小与主面和副面的面积成正 比。这时 ，助 力器的随动性最好， 反馈盘的使用寿命长 但是， 这 种理想状态在现实中是很难实现的 而反馈盘同时 又起到了补偿作用。当空气阀口开启的瞬问，空气 阀柱端面投能接触到反馈盘的主面时，空气阀口开 启

10、， 助力器的后气室进气， 产生伺服力， 反馈盘的副 面受力主面隆起 当主面隆起的高度能够补偿空 气阀柱与反馈盘主面之间的间隙时，助力器达到平 衡状态 反之 ，当空气 闽柱端面接触到反馈盘主面 时， 空气阀未能开启 ， 这时反馈盘的主面由于受力丽 凹下， 而副面相对隆起 ， 当隆起 的高度能够使空气阀 口开启时 ，助力器达到平衡状态。由助力器的工作 性质可以看出，反馈盘在具有 良好的形变特性的同 时，其体积的压缩变化率要小 ，以免在助力器工作 时， 反馈盘吸收过多的能量， 延缓制动时间， 降低制 动效率。 由此 ，可 以看 出助力器的工作原理对反馈盘有 如下技术要求 ： a 良好的密封性反馈盘

11、的过盈量要适 当， 过盈量太小不能保证密封 ； 过盈量太大 ， 反馈盘侧 面的摩擦力加大， 影响助力器的工作性能。 b 良好的形变能力 反馈 盘的材质和形状 要有利于反馈盘的形变。 3 真空助力器的特征曲线的分析与计算 真空助力器的特征 曲线由升压 曲线和降压曲线 两个部分组成 ， 如图 2 所示。其中包含有启动值 、 跳 增值、 残留值和滞后率等重要的技术参数。 下面分别对复合式控制阀总成 ( 复合式控制阀 总成是指控制阀弹簧一端作用于控制阀皮碗，另一 端作用于输入力推杆上的控制阀总成 ， 如图 3所示) 和叠加式控制阀总成 ( 叠加式控制 阀总成是指控制 阀弹簧一端作用于控制 阀皮碗，另一

12、端作用于控制 阀卡座上 ， 而不作用于输入力推杆 的控制阀总成 如 图4 所示) 来计算其各技术参数。 世 划 图 2特征 曲线 升压 曲线2 降压 曲线3 水平线 i 2 3 4 5 6 图 3 复合式控制阀总成 1 空气 闽柱 2 控制 阔皮碗3 控制阔 弹簧4 控制阀 卡座 5 输入力推杆回位弹簧 6 输力推杆 i 2 3 4， 6 图 4 叠加式控制阀总成 ( 图注同图 3 ) 3 1启动值 启动值是当制动真空助力器产生输出力时的最 小输入力。 对于单阀体助力器， 在助力器的升压过程 中， 理想工作状态下的助力器启动值是 ： 对于复合式控制闼总成： =f+f 一 a 1 ) 对于叠加式

13、控制阀总成 ： fo = f p0 a 2) 式中， 为助力器的启动值； 为一个标准大气 压； a n 为空气阎柱与输入力推杆铆接处的孔的截面 积 ； f 为输入力推杆所受输入力推杆回位弹簧的 力 ；f 为输入力推杆所受控 制阀弹簧 的临界抗 力 。 而对 于整个制动系统来说 ，助力器的系统启动 值是指制动主缸开始建压时 的助力器输入力。要使 汽车技术 维普资讯 http:/ 设计 - 计算 研究 助力器的输 出力 f 能够克服制动主缸的装配预紧 力 ，则要求 f =f a 0 ( a 0 为真空助力器的 助力比) 。 对于复合式控制阀总成： f = 日+f一p0a十 +f抗a 0 ( 3 )

14、 对于叠加式控制 阀总成 ： f自=f hp 0a +f抗a 0 l 4 j 式 中， f 为助力器的系统启动值 。 空气 阀柱的配合尺寸能造成助力器的系统启动 值 的偏移。当空气阀柱相对较短时 ，助力器通过反 馈盘的形变来补偿相差尺寸， 也就是使主面隆起， 此 时伺服力已经产生， 输 出力也就同时产生了， 当补偿 尺寸所需的伺服力足够大时 ，它将克服主缸的装配 预紧力 ，则此时助力器的系统启动值就等于助力器 的启动值 ，这就是跳增值较大的助力器的系统启动 值为什么比较稳定的原因 ； 当空气阀柱相对较长时， 助力器的起始阶段不产生伺服力，而是通过反馈盘 主面的凹下来补偿相差尺寸 ，此时输入与输

15、出等量 增长 ， 那么助力器的系统启动值最大可为 ： 对 于复合式控制阀总成 ： f =f + 一 。a 十f 【 5 j 对 于叠加式控制阀总成 ： f 自= f 一t oa 十f抗 ( 6) 由此可见 ，控制启动值的有效手段是将助力器 的配合尺寸设计在空气阀柱相对较短的范围内，以 便使启动值不会过大，且相对而言各助力器的系统 启动值较为一致。 3 2跳增值 在输入力不变的情况下 ， 输 出力发生变化 ， 其变 化量即是跳增值 ，在升压过程中表现为初始制动时 输入力不变， 输出力( 或液压) 增加； 在降压过程中表 现为取消制动末期输入力不变 ， 输 出力 ( 或液压j 降 低 。跳增值的出

16、现表 明助力器此时处于失衡状态 ， 即输入力与输 出力的变化无正常的比例关系。根本 原因是 ： 在升压过程中， 空气阀口开启 的同时， 空气 阀柱端部未能触到反馈盘上， 这样空气阀打开， 后气 室进气 ， 产生伺服力 ， 反馈盘副面受力 ， 使主面隆起 ， 直到与空气阀端部接触， 达到平衡， 在此过程中由于 伺服力的增大， 使输出力 ( 或液压) 在输入力不变的 情况下增加， 在降压过程中， 助力器的瞬间平衡位置 由空气阀 口的开启位置变为真空阀 口的开启位置 ， 助力器要处于平衡状态 ，要求反馈盘产生更大的形 变来补偿 空气 阀柱 的配合差值。随着输入力的降 低 ， 当反馈盘主面的受力为零时

17、 ， 助力器的输出力完 2 0 0 1 年第 1 期 全是由伺服力产生的，这个伺服力同时保证着反馈 盘的形变 ， 此时如果输入力推杆继续后移 ， 活塞体到 达死点位置 ， 真空阀 口被打开， 伺服力被释放 ， 反馈 盘的形变消失， 助力器失去平衡， 恢复到起始状态 。 通过跳增值可以检查助力器设计的合理性， 跳 增值过大将破坏助力器的随动性 ，产生脉冲制动现 象， 同时会使反馈盘的使用寿命降低 反馈盘的硬度和形状对跳增值有直接的影响 ， 硬度越大 ， 变形越 困难 ， 跳增值越大； 反之 ， 跳增值越 小。 3 3 残留值 在降压过程中， 当输 出力 ( 或液压) 降为零时， 助 力器仍有输入

18、力 ，这个输入力的大小 被称为残 留 值 对于复合式的控制阀总成： f =f目一po-a p -( a自一a )( 7 j 对于叠加式的控制阀总成： f =f目一 np ( a自一a ) 一f 8 ) 式 中，f 为真空助力器的残留值 ；a 为控制阔皮 碗的内径截面积 ； p 为助力器的后腔真空度 ， 其值 接 近 一 0 0 6 6 7 1m p a 。 助力器残 留值有两个主要意义 ，一个是残留值 的存在表明制动已被取 消， 液压 已卸载； 另一个是残 留值的大小决定着助力器的回程速度 ，即取消制动 的速度。残留值过小 ， 助力器 的回程速度会变慢， 将 严重影响助力器 的灵敏度。 3 4

19、 影响启动值、跳增值和残留值 的因素及三者 之间的联系 影响启动值 、跳增值和残留值的一个主要因素 是空气 阀柱的配台尺寸，同时其它零件的尺寸与精 度也影响这 3 个值 如果配合尺寸中空气阀柱相对 较短，则启动值较小且对于配合差值不等的助力器 的系统启动值的数值较稳定， 残留值也较稳定， 但同 时将产生一定 的跳增值 ， 配台尺寸差值越大 ， 跳增值 越大； 如果差值过大， 反馈盘的形变能力不能补偿其 差值 ，则助力器的功能将失效 ，而且跳增值如果太 大， 将对反馈盘的破坏很大 ， 从而会大大降低助力器 的使用寿命。如果配合尺寸中空气阀柱较长， 则助 力器的启动值将较大且对于配合差值不等的助力

20、器 的启动值之间差异很大，空气阔柱越长，启动值越 大， 且随空气阀柱增长启动值增长很快 ， 但此时的跳 增值将会消失 ，而理论上起始处的输入与输出应呈 线性关系，这种现象是由于反馈盘上摩擦力的因素 和反馈盘的材质有吸收能量的特性造成的，与此同 卜 维普资讯 http:/ 设计 计算 研究 哈尔滨工业大学赵春涛 姜继海 高维忠 赵克定 【 a b s t r a c t 】 t h e s e c o n d a r y a d j u s t i n g h y d r o s t a t i c a u t o m o t i v e t r a n s m i s s i o n s y

21、s t e m i s c o m p o s e d o f i n t e r n a l c o m b u s t i o n e n g i n e ， h y d r a u l i c a c c u m u l a to r , h v d r a u l i c p u m p ( s e c o n d a d , e l e me n t ) ， d i ff e r e n ti a l t r a n s m i s s i o n ， d r i v i n g s h a f t a n d e t c i t m a k e s f u l l u 0 f l

22、h e a d v a n t ag e s s u c h a s r i o i power de ns i t y o f h v d r a u l i c e ne r g y a c c u mu l a t i n g t yp e h i g he r c o nt r o l q u a l i t y o f s e c o n d a r y e l e me n t ， w u r k r e a l i z a t i o n i n f o u r qu a d r a n t s a nd e t c ， a c o mp l e t e s e p a r a

23、ti o n o f i n t e r n a l c o t r d ms t i o n e n g h m a n d a u t o mo t i v e d rivi n g l o a d i s r e al i z e d du rin g t he wor k i n g pr o c e s s wh e n o u t e r l o a di n g t o r qu e i s ch a ng ed ， i t ma y c a us e t h e r o t a t i o n s pe e d c h a n g e o f s e e o n d a d ,

24、 e l e m e n t t h a t l e a d s t o t h e d i s p l a c e m e n t c h a n g e o f s e c o n d a r y e l e m e n t 】 d t h i s c a r l b e a d j u s t e d t i l l t h e mt a li o n s p e e d v a l ue r e a c h to the s e t v a l u e o f t h r o t l e 【 摘要 】 二次调节静酸汽车传动 系统是 由内燃 机 、 液压蓄能器 、 液压泵 ( 二次元件

25、) 差 动变速器 、 驱动轴等组成。 其充分利用了液压储能方式的功率密度大、 二次元件具有较高的控制质量、 可实现四象限工作等特点， 实现了内燃 机和汽车行驶载荷的完全分离 ： 工作过程 中， 当外负载转矩 发生 变化 时， 将 引起二次元件的转 速的变化 ， 从而引起二 次元件排量的变化 通过调节直至达到节流阀的设定转速值为止 。 t o p i c wo r d s ： hy d r a u l i c p u mp ， a d j u s t i n g ， t e c h n o l o g y ， t r a n s mi s s i o n ， s y s t e m 主题词 ：

26、液压泵调节技术传动系统 中图分类号 ： u 4 6 3 2 2 2文献标识码： a 文章编号： 1 0 0 0 3 7 0 3 ( 2 0 0 1 ) 叭 一0 0 0 40 3 混 合 动 力 汽 车 研 究 概 况 盎 鬈 鬻 菖 传统汽车都是 由一 台内燃机作为动力驱动行驶 况的频繁变化，使内燃机工况不可能保持在其经济 时随空气 阀柱 的增长 ，残留值 处的跳增值也将减 小，当降压曲线根部的跳增值降为零时 ( 此时空气 阀柱配合尺寸 的差值 刚好补偿 助力器在降压与升 压时平衡状态位置的差值 ) ， 残留值将会开始增大。 3 5 影响滞后率的因素 影响滞后率 的一个 因素是助力器升压 时的平 衡位置和降压时的平衡位置之间的差值 ，决定这个 差值的因素是控制阀的