制动系真空助力系统的计算

1、制动系真空助力系统的计算真空助力器是轻、轿车制动系统中的制动伺服装置，利用 汽油发 动机工作时所产生的真空或柴油发动机加装的真空泵所 产生的真空按 一定比例放大制动踏板力来推动主缸活塞，使制 动主缸产生液压使轮 制动器产生制动力，可以达到使驾驶人操 作轻便、制定效果好的目 的。汽油机的真空是利用进气歧管 9DI0'yM 的真空来实现的，对于柴 油车、纯电动车或燃料电池 汽车，制动系统由于没有真空动力源，需 要另外加装真空泵。 真空泵可用柴油机驱动或电驱动。 lm）?p3 在改 装制动系统 时，施工人员通常是凭借经验选择一个具有足够排气量的 电动 真空泵，但是并未严格的校核用多大的泵最合

2、适，考虑到行车 时 制动的可靠性及资源的节约，有必要对真空助力制动系统的 性能进行 合理的分析计算，以此为真空泵的选择或设计提供理 论依据。1 制动性能分析与计算真空助力器安装在制动踏板和制动主缸之间，由踏板通过 推杆直 接操纵。 助力器与踏板产生的力叠加在一起作用在制动主缸推杆上， 以提高制动主缸的输出压力。真空助力器的真空 伺服气室由带有橡胶膜 片的活塞分为常压室与变压室， 变压室 大气阀打开时可与大气相通， 一 般常压室的真空度为 60? 80kPa （即真空泵可以提供的真空度大小 ）。 真空助力器所能 提供助力的大小取决于其常压室与变压室气压差值的大小。当 变压室的真空度达到外界大气压

3、时， 真空助力器可以提供最大 的制动助力。真空泵所产生的真空度的大小及真空建立的速度 关系到 真空助力器的工作状态， 真空泵的容量大小关系到助力 器的性能， 进而 影响到制动系统在各种工况下能否正常工作。利用真空助力器的输入、输出特性曲线，可以求得踏板力 - 液压 输出特性，继而可求得制动轮缸对制动块施加的力及盘 式制动器的制 动力矩，最后计算得出真空助力制动系统所需要 的最小真空度值，为 选择真空泵提供理论依据。计算流程如图 1 所示。计算流程是以车轮 上的盘式制动器为例。对于鼓式制 动器，计算流程相同，只是计算对 鼓式制动器的力矩计算公式 的选择不同而已。2 计算实例2. 1 制动力和踏板

4、力以改装的某型号燃料电池动力轻型客 车为 例，对其真空助力制动系统进行计算分析，在保证制动性 能的前提 下，设计出合理的、最低所需的真空度。汽车前轮最大制动力 Fmaxl： (1)汽车后轮最大制动力 Fmax2： (2)式中， G 为汽车重力 (N), L 为轴距 (m),a 为汽车质心至前 轴中心线 的距离(m),b为汽车质心至后轴中心线的距离(m),为 地面附着系数，取 0.7,hg为汽车质心高度，取1. 101m。由式(1)、式(2)计算得原车和改装后混合动力车所需的最大制动力及整车参数值如表 1 所示。表 1 整车参数与所需最大制动力 a (m)b(m)L(m)G(N)前轮制动力 (N

5、)后轮制动力 (N) 原车2.0011.3093.310411601810310709改装车1.9081.4023.310 443842039410675由表 1 可知，改装汽车比原车整车质量增大，前轮所需的 制动力 增大，后轮所需的制动力减小。为了保证制动的可靠 性，对制动系统 前轮产生的制动力进行分析计算，求出制动系 统所需要的最小真空 度。根据真空助力器的工作原理，可以近似地求出最大助力点 对应的 输入力F与输出力F。设真空助力器变压腔的真空度为零，不考虑助力器的机械效率，且忽略复位弹簧的反力和制动 主缸推杆截面积的影 响，可列出下列平衡方程式：(3)(4) ,解 (3) 、(4)得,(

6、5),(6),解得 i 助力比为：式中，D二0.1947m,为伺服膜片有效直径；d二0. 02527m,为橡 胶反作用盘直径；d二0.0123m,为滑柱直径；p为真空助 力器常压腔的 真空度； F、F 分别为与最大助力点对应的输入 力与输出力 (N)；i=4.22,是助力比。由于原车采用双膜片式真空助力器，因此在计算与最大助 力点对 应的输入力和输出力时，应以两个膜片有效直径的平方 和(2D)代替式 (5)、(6)中的D。由式(5)、(6)可以得到不同真空度时与最大助力点对应的F与F。由最大助力点开始，输入力的增大就等于输出力的增大，该真空助力器的输 入、输出特性 如图 2 所示。根据式 (7

7、)计算真空助力器工作特性，可以求得液压输出大小。(7)(7)式中，Pm为制动主缸的输出压力(Pa)； F为真空助 力器输出力(N) ； Dm=O. 0254m,为制动主缸内径。踏板力Fp的计算。最大助力点前制动踏板力为：(8)式中， i5,为制动踏板机构的传动比；0.9,为制 动踏板机构及制动主缸的机械效率。最大助力点后制动踏板力 为：(9)根据式 (8)、式(9)可以求出不同真空度时踏板力与液压输出特由制动主缸的输出压力 P,根据式(10)计算制动轮缸对 制动块施加的力 P:（10）式中，d二0.044m,为轮缸直径。由于为每侧为双轮缸结构，因此由2d代替式（10）中的d,求得制动轮缸对制动

8、块 的力P。由制动 轮缸对制动块施加的力 P,并由式（11）计算 盘式制动器的制动力矩 T。T=2fPr（ll）式中， f 二 0. 7 为摩擦系数； r=0. 098m 为作用半径。由制动 器 的制动力矩 T, 根据式 （ 12） 计算制动器的制动力 F。（12）式中，“0. 3419n为车轮滚动半径。由式 （12）计算汽车 两前轮 制动器的制动力应为2F。至此，由上述计算可以得出 不同真空度下制 动器的制动力 F 随踏板力 Fp 的变化情况，如 图 3 所示。2.2 最小真空度的计算计算汽车制动需要的最小真空度时 设最初 输入真空度值为70kPa步长p二-0. lkPa,当计算出的 制动器

9、的制动力 小于车轮需要的最大制动力 20. 394kN 时，即 停止运算，输出上一步 的真空度值作为真空助力制动系统所需 要的最小真空度值。计算结果 表明：改装后汽车需要的最小真空度是37. 5kPa,此时，在踏板力满足设计要求的情况下，计 算所得制动器的制动力为 20. 402kNo3. 制动效能试验选择一款电动真空泵 MES-DEA70/6E2 型，其性能试验结果 如表2。由表2可知，所选择的电动真空泵在 4. 5s内可产生56kPa的真 空度，与原车真空泵在 4. 5s内产生50kPa的真空 度相比，工作更可 靠，同时也满足了最小真空度远远大于37. 5kPa的计算要求。在底盘测功机上进行整车制动试验，试 验结果如表 3 所示。显示所匹配的电 动真空泵可以为该车提供 足够的制动助力。表 2 电动真空泵与原车的真空性能试验时间(s)24. 5510152025改装车真空度 P(KPa)596570. 1747679 原车真空度 P(KPa)2950566570717475 表 3 制