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論文摘要：制動系真空助力系統(tǒng)的計算
論文關(guān)鍵詞：制動,真空,助力,系統(tǒng),計算
　　真空助力器是輕、轎車制動系統(tǒng)中的制動伺服裝置，利用汽油發(fā)動機工作時所產(chǎn)生的真空或柴油發(fā)動機加裝的真空泵所產(chǎn)生的真空按一定比例放大制動踏板力來推動主缸活塞，使制動主缸產(chǎn)生液壓使輪制動器產(chǎn)生制動力，可以達到使駕駛?cè)瞬僮鬏p便、制定效果好的目的。汽油機的真空是利用進氣歧管9DI&O`yM的真空來實現(xiàn)的，對于柴油車、純電動車或燃料電池汽車，制動系統(tǒng)由于沒有真空動力源，需要另外加裝真空泵。真空泵可用柴油機驅(qū)動或電驅(qū)動。[1]m)?p3在改裝制動系統(tǒng)時，施工人員通常是憑借經(jīng)驗選擇一個具有足夠排氣量的電動真空泵，但是并未嚴格的校核用多大的泵最合適，考慮到行車時制動的可靠性及資源的節(jié)約，有必要對真空助力制動系統(tǒng)的性能進行合理的分析計算，以此為真空泵的選擇或設(shè)計提供理論依據(jù)。
　　1制動性能分析與計算
　　真空助力器安裝在制動踏板和制動主缸之間，由踏板通過推桿直接操縱。助力器與踏板產(chǎn)生的力疊加在一起作用在制動主缸推桿上，以提高制動主缸的輸出壓力。真空助力器的真空伺服氣室由帶有橡膠膜片的活塞分為常壓室與變壓室，變壓室大氣閥打開時可與大氣相通，一般常壓室的真空度為60～80kPa（即真空泵可以提供的真空度大�。�。真空助力器所能提供助力的大小取決于其常壓室與變壓室氣壓差值的大小。當變壓室的真空度達到外界大氣壓時，真空助力器可以提供最大的制動助力。真空泵所產(chǎn)生的真空度的大小及真空建立的速度關(guān)系到真空助力器的工作狀態(tài)，真空泵的容量大小關(guān)系到助力器的性能，進而影響到制動系統(tǒng)在各種工況下能否正常工作。
　　利用真空助力器的輸入、輸出特性曲線，可以求得踏板力-液壓輸出特性，繼而可求得制動輪缸對制動塊施加的力及盤式制動器的制動力矩，最后計算得出真空助力制動系統(tǒng)所需要的最小真空度值，為選擇真空泵提供理論依據(jù)。計算流程如圖1所示。計算流程是以車輪上的盤式制動器為例。對于鼓式制動器，計算流程相同，只是計算對鼓式制動器的力矩計算公式的選擇不同而已。
　　2計算實例
　　2.1制動力和踏板力以改裝的某型號燃料電池動力輕型客車為例，對其真空助力制動系統(tǒng)進行計算分析，在保證制動性能的前提下，設(shè)計出合理的、最低所需的真空度。
　　汽車前輪最大制動力Fmax1:(1)
　　汽車后輪最大制動力Fmax2:(2)
　　式中，G為汽車重力(N)，L為軸距(m),a為汽車質(zhì)心至前軸中心線的距離(m),b為汽車質(zhì)心至后軸中心線的距離(m),φ為地面附著系數(shù)，取0.7,hg為汽車質(zhì)心高度，取1.101m。由式（1）、式（2）計算得原車和改裝后混合動力車所需的最大制動力及整車參數(shù)值如表1所示。
　　表1整車參數(shù)與所需最大制動力
　　

	a（m）	b(m)	L(m)	G(N)	前輪制動力 (N)	后輪制動力 (N)
原車	2.001	1.309	3.310	41160	18103	10709
改裝車	1.908	1.402	3.310	44384	20394	10675

由表1可知，改裝汽車比原車整車質(zhì)量增大，前輪所需的制動力增大，后輪所需的制動力減小。為了保證制動的可靠性，對制動系統(tǒng)前輪產(chǎn)生的制動力進行分析計算，求出制動系統(tǒng)所需要的最小真空度。
　　根據(jù)真空助力器的工作原理，可以近似地求出最大助力點對應(yīng)的輸入力F與輸出力F。設(shè)真空助力器變壓腔的真空度為零，不考慮助力器的機械效率，且忽略復(fù)位彈簧的反力和制動主缸推桿截面積的影響，可列出下列平衡方程式:
　　（3）
　　（4），
　　解（3）、（4）得
　　，（5）
　　，（6），
　　解得i助力比為：
　　式中，D=0.1947m，為伺服膜片有效直徑；d=0.02527m，為橡膠反作用盤直徑；d=0.0123m，為滑柱直徑；p為真空助力器常壓腔的真空度；F、F分別為與最大助力點對應(yīng)的輸入力與輸出力(N)；i=4.22，是助力比。
　　由于原車采用雙膜片式真空助力器，因此在計算與最大助力點對應(yīng)的輸入力和輸出力時，應(yīng)以兩個膜片有效直徑的平方和（2D）代替式（5）、（6）中的D。由式（5）、（6）可以得到不同真空度時與最大助力點對應(yīng)的F與F。由最大助力點開始，輸入力的增大就等于輸出力的增大，該真空助力器的輸入、輸出特性如圖2所示。
　　根據(jù)式（7）計算真空助力器工作特性，可以求得液壓輸出大小。
　　（7）
　�。�7）式中，Pm為制動主缸的輸出壓力(Pa)；F為真空助力器輸出力(N)；Dm=0.0254m,為制動主缸內(nèi)徑。
　　踏板力Fp的計算。最大助力點前制動踏板力為:
　　(8)
　�。�8）式中，i=5，為制動踏板機構(gòu)的傳動比；η=0.9，為制動踏板機構(gòu)及制動主缸的機械效率。最大助力點后制動踏板力為:
　　(9)
　　根據(jù)式（8）、式（9）可以求出不同真空度時踏板力與液壓輸出特性。
　　由制動主缸的輸出壓力P，根據(jù)式（10）計算制動輪缸對制動塊施加的力P：
　　(10)
　　式中，d=0.044m，為輪缸直徑。由于為每側(cè)為雙輪缸結(jié)構(gòu)，因此由2d代替式（10）中的d，求得制動輪缸對制動塊的力P。由制動輪缸對制動塊施加的力P，并由式（11）計算盤式制動器的制動力矩T。
　　T=2fPr(11)
　　式中，f=0.7為摩擦系數(shù)；r=0.098m為作用半徑。由制動器的制動力矩T，根據(jù)式（12）計算制動器的制動力F。
　　(12)
　　式中，r=0.3419m,為車輪滾動半徑。由式（12）計算汽車兩前輪制動器的制動力應(yīng)為2Fμ。至此，由上述計算可以得出不同真空度下制動器的制動力Fμ隨踏板力Fp的變化情況，如圖3所示。
　　2.2最小真空度的計算計算汽車制動需要的最小真空度時設(shè)最初輸入真空度值為70kPa，步長Δp=-0.1kPa，當計算出的制動器的制動力小于車輪需要的最大制動力20.394kN時，即停止運算，輸出上一步的真空度值作為真空助力制動系統(tǒng)所需要的最小真空度值。計算結(jié)果表明:改裝后汽車需要的最小真空度是37.5kPa，此時，在踏板力滿足設(shè)計要求的情況下，計算所得制動器的制動力為20.402kN。
　　3.制動效能試驗
　　選擇一款電動真空泵MES-DEA70/6E2型，其性能試驗結(jié)果如表2。由表2可知，所選擇的電動真空泵在4.5s內(nèi)可產(chǎn)生56kPa的真空度，與原車真空泵在4.5s內(nèi)產(chǎn)生50kPa的真空度相比，工作更可靠，同時也滿足了最小真空度遠遠大于37.5kPa的計算要求。在底盤測功機上進行整車制動試驗，試驗結(jié)果如表3所示。顯示所匹配的電動真空泵可以為該車提供足夠的制動助力。
　　

表 2 電動真空泵與原車的真空性能試驗
時間(s)	2	4.5		5	10		15		20	25	30
改裝車 真空度P(KPa)	30	56		59	65		70.1		74	76	79
原車真空度 P(KPa)	29	50		56	65		70		71	74	75
表3 制動效果
制動初速度	23km/h		273km/h			323km/h
制動距離	4.26m		5.05m			6.15m

4結(jié)束語
　　計算分析表明，所改裝的汽車的真空助力制動系統(tǒng)所需最小真空度為37.5kPa，此真空度能為改裝車的真空助力制動系統(tǒng)提供足夠的制動助力。改裝車可據(jù)選擇結(jié)構(gòu)尺寸合適的電動真空泵。
參考文獻
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