反作用盤式真空助力器工作機(jī)理研究

劉成，胡慧

（安徽工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 淮南 232007）

反作用盤式真空助力器工作機(jī)理研究

劉成，胡慧

（安徽工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 淮南 232007）

制動(dòng)系統(tǒng)按照其采用的制動(dòng)能源不同可以分為人力、助力、伺服制動(dòng)系統(tǒng)3種類型。裝配有真空助力器的制動(dòng)系統(tǒng)屬于伺服制動(dòng)系統(tǒng)，可以大大減輕駕駛員施加在制動(dòng)踏板上的力，進(jìn)而增加車輪制動(dòng)力，達(dá)到操作輕便、制動(dòng)可靠的目的。作為制動(dòng)助力裝置，它被廣泛地應(yīng)用在轎車和輕型車上。本文重點(diǎn)分析真空助力器的結(jié)構(gòu)及工作原理。

真空助力器；伺服制動(dòng)；機(jī)理；空氣閥；真空閥

制動(dòng)系統(tǒng)按照其采用的制動(dòng)能源不同可以分為人力、助力、伺服制動(dòng)系統(tǒng)3種類型。人力制動(dòng)系統(tǒng)，人的肌體是其唯一的制動(dòng)能源。動(dòng)力制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)能源是發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，即將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過轉(zhuǎn)化產(chǎn)生氣壓或者液壓等形式，從而有效制動(dòng)［1］。而裝配有真空助力器的制動(dòng)系統(tǒng)屬于伺服制動(dòng)系統(tǒng)，它是在人力制動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上專門加裝了一套動(dòng)力伺服制動(dòng)系統(tǒng)，從而可以大大減輕駕駛員施加在制動(dòng)踏板上的力，進(jìn)而增加車輪制動(dòng)力，達(dá)到操作輕便、制動(dòng)可靠的目的。需要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，在動(dòng)力伺服系統(tǒng)失效（例如配有真空助力器的伺服制動(dòng)系統(tǒng)真空助力器損壞）時(shí)，伺服制動(dòng)便轉(zhuǎn)變?yōu)槿肆χ苿?dòng)。

常見伺服制動(dòng)系統(tǒng)可分為直接操縱式（助力式）和間接操作式（增壓式）兩種類型。以發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)在進(jìn)氣管中形成的真空（或利用真空泵產(chǎn)生的真空）為伺服能量，即真空增壓器和真空助力器。其中，增壓式是利用增壓器來進(jìn)一步增大制動(dòng)總泵輸出的制動(dòng)液的壓力，它是裝在制動(dòng)總泵的后面。助力式是通過真空助力器來幫助制動(dòng)踏板對(duì)制動(dòng)總泵產(chǎn)生推力，真空助力器則裝在制動(dòng)踏板之后、制動(dòng)總泵之前［2］。采用真空助力器的代表車型有：國產(chǎn)紅旗、奧迪、一汽大眾捷達(dá)、寶來、神龍富康、上海大眾桑塔納等，采用真空增壓器的代表車型有：五十鈴TXD50、日產(chǎn)T80系列等。圖1為采用真空助力器的X型雙回路液壓制動(dòng)系統(tǒng)。

1 國內(nèi)外真空助力器簡介

美國的Bendix公司最早成功研制出反作用盤式的真空助力器，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用［3］。國外在真空助力器的生產(chǎn)和研發(fā)領(lǐng)域比較著名的有美國TRW公司，其推出了機(jī)械式帶緊急制動(dòng)功能的助力器MBA；德國BOSCH公司推出了EVA緊急制動(dòng)系統(tǒng)。真空助力器進(jìn)入國內(nèi)較晚，近幾年發(fā)展較快，如浙江亞太機(jī)電股份有限公司的實(shí)用新型專利變助力比真空助力器，吉利汽車集團(tuán)發(fā)明的帶BMBS功能的真空助力器等［4］。但是

和國外的真空助力器廠家相比，國內(nèi)產(chǎn)品無論是在產(chǎn)品品質(zhì)還是技術(shù)水平上都存在著不小的差距。真空助力器作為制動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵制動(dòng)部件，其性能的好壞直接影響到汽車制動(dòng)性，因此，研究真空助力器的工作原理至關(guān)重要。

2 真空助力器基本構(gòu)造

真空助力器結(jié)構(gòu)如圖2所示。真空助力器利用螺栓固定在車身上，同時(shí)借助推桿與制動(dòng)踏板連接。真空伺服氣室由前殼體和后殼體組成，內(nèi)部裝有膜片和膜片座，它的前腔A經(jīng)真空單向閥（止回閥）通向發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣管。在后腔膜片座的轂筒中裝有一個(gè)由空氣閥和真空閥組成的控制閥，其中裝有與制動(dòng)踏板推桿鉸接的空氣閥和限位板，以及真空閥和推桿等零件。該控制閥主要控制真空助力器的A、B、C3個(gè)腔的通斷，即當(dāng)真空閥開啟時(shí)，A、B腔相通，A腔的真空進(jìn)入B腔，A、B腔不產(chǎn)生壓力差；當(dāng)空氣閥開啟時(shí)，B腔與C腔相通，外界空氣經(jīng)空氣濾芯由C腔進(jìn)入B腔；當(dāng)真空閥和空氣閥均關(guān)閉時(shí)，A、B、C 3個(gè)腔相互隔絕。膜片座左側(cè)裝有制動(dòng)主缸推桿和橡膠反作用盤。橡膠反作用盤左右兩面均受力，右側(cè)中部受到制動(dòng)踏板推桿和空氣閥的推力時(shí)會(huì)向中心凹陷，四周邊環(huán)部分承受膜片座推力，而左側(cè)要承受總泵傳來的油壓反作用力。利用橡膠反作用盤的彈性變形來完成漸進(jìn)隨動(dòng)任務(wù)，同時(shí)使駕駛員的腳不會(huì)產(chǎn)生懸空感。止回閥的作用是在發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后仍然有一次助力，同時(shí)可防止膜片在發(fā)動(dòng)機(jī)偶爾回火時(shí)損壞［5］。

3 真空助力器的工作原理

1）不制動(dòng)時(shí)（不踩踏板）當(dāng)駕駛員沒有踩制動(dòng)踏板時(shí)，由于推桿復(fù)位彈簧的存在，使得制動(dòng)踏板推桿連同空氣閥與橡膠反作用盤分離，產(chǎn)生間隙，回到圖2中最右端位置。真空閥與閥座即膜片座轂筒內(nèi)端面分離，此時(shí)真空閥開啟，而空氣閥在踏板推桿的拉動(dòng)下右移緊壓真空閥而關(guān)閉。膜片兩側(cè)A、B腔相通，均處于真空狀態(tài)。

2）制動(dòng)時(shí)（踩下踏板）需要制動(dòng)時(shí)，駕駛員踩下制動(dòng)踏板，制動(dòng)踏板推桿由于與空氣閥采用球頭鉸接，從而帶動(dòng)空氣閥前移，直至空氣閥與橡膠反作用盤接觸后，空氣閥便推壓橡膠反作用盤的中心部分，使其中心部分向左凹陷，推動(dòng)制動(dòng)總泵的推桿前移，制動(dòng)總泵中的液壓增大進(jìn)入制動(dòng)輪缸。同時(shí)，踏板推桿壓縮真空閥復(fù)位彈簧，將真空閥向左移動(dòng)抵靠在膜片座的閥座上，這時(shí)，真空閥關(guān)閉，A、B腔隔絕。而空氣閥則與真空閥處于開啟狀態(tài)，外界的空氣便經(jīng)空氣濾芯由C腔進(jìn)入膜片的右側(cè)B腔。這時(shí)在膜片的兩側(cè)（即A腔和B腔）便有壓力差。在壓力差的作用下通過膜片座、反作用盤也會(huì)推動(dòng)總泵的推桿前移，而這個(gè)推力為膜片兩側(cè)的壓力差所形成。此時(shí)，主缸推桿上的作用力應(yīng)為踏板力和加力氣室壓力差所產(chǎn)生的推力的總和，但后者較前者大得多，使制動(dòng)主缸輸出的液壓成倍數(shù)地增高［6］。

3）維持制動(dòng)時(shí)（踩住踏板）當(dāng)駕駛員將制動(dòng)踏板踩下，并停留在一定高度（也就是踩住踏板不松），由于制動(dòng)踏板力不再增加，此時(shí)制動(dòng)踏板推桿連同空氣閥便不再壓縮橡膠反作用盤的中心部分。由于膜片兩邊依然存在壓力差，因此在壓力差的作用下，膜片座中部便推動(dòng)橡膠反作用盤的四周部分，從而使橡膠反作用盤的中心凹下去的部分向右變平，推動(dòng)空氣閥右移至與真空閥相抵觸，空氣閥此時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)。即空氣閥和真空閥均關(guān)閉，B腔既不與A腔通，又不與C腔通。B腔中的壓力保持不變，真空助力器的助力作用停止。此時(shí)，主缸作用在盤上的反作用力與踏板推桿和膜片座作用在盤上的推力平衡。

空氣閥左側(cè)的橡膠反作用盤的變形具有以下特點(diǎn)：中心部分先凹下，繼而在邊環(huán)部分助力，力圖使盤變平；中心部分停止凹下，邊環(huán)助力使盤變平。這樣，輕踩小變形，重踩大變形，不踩不變形。不同的變形程度，對(duì)應(yīng)不同的助力程度，就有不同的平衡狀態(tài)，也就是盤的中心部分和邊環(huán)部分的單位面積壓力相等時(shí)才會(huì)變平，這是真空助力器的漸進(jìn)隨動(dòng)原理。助力器的隨動(dòng)作用是一直保持到加力氣室B腔的壓力等于大氣壓力，此時(shí)助力停止在定值狀態(tài)。

4）解除制動(dòng)時(shí)（松開踏板）推桿復(fù)位彈簧將踏板推桿和空氣閥推向右移，使真空閥離開閥座，真空伺服氣室膜片左右兩側(cè)即A、B相通，此時(shí)膜片兩側(cè)無壓力差，真空氣室中的膜片及膜片座便在膜片復(fù)位彈

簧的作用下復(fù)位，從而解除制動(dòng)。

5）助力器失效時(shí)一旦助力器失效，真空管路泄漏時(shí)，駕駛員腳施加力在制動(dòng)踏板上，推桿連同空氣閥便直接推動(dòng)真空氣室的膜片座、主缸推桿向左移動(dòng)，制動(dòng)總泵產(chǎn)生油壓，但這時(shí)駕駛員施加在制動(dòng)踏板上的力要比真空助力器工作時(shí)施加的力大很多。

根據(jù)上述分析，筆者將真空助力器工作過程以表格的形式進(jìn)行總結(jié)，見表1。

表1 助力器不同工作過程下真空閥和空氣閥的開閉狀態(tài)

4 結(jié)束語

真空助力器由于具有質(zhì)量輕、體積相對(duì)較小、結(jié)構(gòu)緊湊、成本低、制動(dòng)比較柔和、耐用等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛采用，可以有效減少駕駛員施加在制動(dòng)踏板上的力。真空助力器一旦出現(xiàn)故障，我們不進(jìn)行維修和拆解，而采取換件的方式。但是作為維修人員，必須掌握其工作原理，進(jìn)而才能判斷出是否屬于真空助力器的故障。掌握其結(jié)構(gòu)和工作原理是維修人員的基本要求，進(jìn)而才能很好地進(jìn)行維修和維護(hù)。

［1］曲英凱.汽車底盤構(gòu)造與維修［M］.北京：人民交通出版社，2011.

［2］陳家瑞等.汽車構(gòu)造第5版（下冊(cè)）［M］.北京：人民交通出版社，2006.

［3］趙凱.汽車真空助力器密封檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的研究［J］.潤滑與密封，2006（2）：144-147.

［4］浦新宇.真空助力器噪聲試驗(yàn)臺(tái)隔音與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究［D］.長春：吉林大學(xué)，2007.

［5］趙凱.基于反求設(shè)計(jì)的汽車真空助力器總成的研究［D］.長春：吉林大學(xué)，2007.

［6］金浪濱.BA功能真空助力器綜合性能檢測(cè)系統(tǒng)研究［D］.杭州：中國計(jì)量學(xué)院，2013.

（編輯 楊景）

Study on the Working Mechanism of Reaction Disc Vacuum Booster

LIU Cheng，HU Hui
（Anhui Vocational Technical College of Industry&Trade，Huainan 232007，China）

According to the energy source，the braking system can be divided into three types，which are manpower，assisted，and servo brake system.Brake system equipped with vacuum booster belongs to the servo brake system，which can greatly reduce the force needed on the brake pedal from drivers，and further increase the wheel braking force，achieving convenient operation and reliable braking.This braking system is widely used on cars and light-duty vehicles.This article mainly analyzes the structure and working principle of vacuum booster.

Vacuum booster；Servo brake；Working mechanism；Air valve；Vacuum valve

U463.6

B

1003－8639（2016）04－0051－03

2015-12-28；

2016-01-21

劉成，男，安徽鳳陽人，碩士，研究方向?yàn)槠囯娮涌刂萍夹g(shù)。