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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，可以到达使驾驶人操作轻便、制定效果好的目的。汽油机的真空是

利用进气歧管9DIO`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。[1]m)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

大的泵最适宜，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，变压室大气阀翻开时可与大气相通，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

空度到达外界大气压时，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Fma某1:(1)

汽车后轮最大制动力Fma某2:(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)

后轮制动力(N)

原车

2.001

1.309

3.310

41160

18103

10709

改装车

1.908

1.402

3.310

44384

20394

10675

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，可列出以

下平衡方程式:

〔3〕

〔4〕，

解〔3〕、〔4〕得

，〔5〕

，〔6〕，

解得i助力比为：

式中，D=0.1947m，为伺服膜片有效直径；d=0.02527m，为橡胶反作

用盘直径；d=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