高原環(huán)境下制動(dòng)助力器對(duì)汽車制動(dòng)性能影響

高玉振,程源,劉艷紅,榮軍,盧生林

(奇瑞汽車股份有限公司試驗(yàn)和整車技術(shù)工程院性能集成與業(yè)務(wù)計(jì)劃部,安徽蕪湖241009)

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高原環(huán)境下制動(dòng)助力器對(duì)汽車制動(dòng)性能影響

高玉振,程源,劉艷紅,榮軍,盧生林

(奇瑞汽車股份有限公司試驗(yàn)和整車技術(shù)工程院性能集成與業(yè)務(wù)計(jì)劃部,安徽蕪湖241009)

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是近幾年電子技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，增加了汽車的應(yīng)用功能并使汽車的各項(xiàng)性能得到很大提升，各種極限環(huán)境下的汽車性能日益受到用戶的關(guān)注。依據(jù)高原環(huán)境下汽車制動(dòng)性能的表現(xiàn)，對(duì)比分析了當(dāng)前主流制動(dòng)真空助力器和電子制動(dòng)助力器在高海拔環(huán)境下對(duì)汽車制動(dòng)性能的影響，為后續(xù)的高原環(huán)境汽車制動(dòng)性能提升與改善提供指導(dǎo)和依據(jù)。

關(guān)鍵詞：汽車助力器；制動(dòng)性能；高原試驗(yàn)

0引言

隨著汽車市場(chǎng)的高速發(fā)展和普及，汽車越來越多地進(jìn)入人們的生活和工作中，在給人們的生活提供便捷的同時(shí)，有些系統(tǒng)的功能和性能還有待完善提升。近幾年汽車數(shù)量和品牌日益增多，市場(chǎng)競爭較大，顧客對(duì)汽車性能也提出了更高的要求，單純的汽車功能已經(jīng)不能夠滿足顧客對(duì)汽車的需要。各汽車公司在追求汽車功能配置時(shí)，同時(shí)也把各項(xiàng)性能表現(xiàn)作為重要指標(biāo)?，F(xiàn)在各汽車公司在生產(chǎn)和制造車輛的時(shí)候，除了要考慮一般地區(qū)和環(huán)境下汽車的性能，還要考慮極限環(huán)境下汽車的各項(xiàng)性能，比如高溫、高原和高寒環(huán)境對(duì)汽車性能的影響。汽車制動(dòng)性能是汽車的主要?jiǎng)討B(tài)性能之一，直接關(guān)系到駕乘人員安全和車輛本身的行駛安全，因此可以看到現(xiàn)在各個(gè)汽車廠家都把環(huán)境性試驗(yàn)作為考核汽車性能的一項(xiàng)重要試驗(yàn)在開展，以滿足不同地域和環(huán)境下顧客對(duì)汽車各項(xiàng)性能的使用需求。

我國高原地區(qū)主要指西北高原和西南高原，海拔多在2 000～5 000 m，大氣壓低，氣溫變化大，尤其以大氣壓低最為突出，這對(duì)車輛使用性能的影響也最大。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)：我國高原和高寒地區(qū)面積廣闊，海拔1 000 m以上的地區(qū)占國土面積的58%，海拔2 000 m以上的地區(qū)占國土面積33%以上，有延綿數(shù)千公里的高原和高寒的邊界線。汽車的制動(dòng)性能作為汽車的主要性能之一，它直接關(guān)系到車輛的交通安全，并確保駕乘人員安全和車輛本身的行駛安全。同時(shí)，汽車的制動(dòng)性能也是極易受到海拔環(huán)境影響的性能之一，因此，研究和分析高原環(huán)境對(duì)汽車制動(dòng)性能的影響有著重要的意義。

1高原環(huán)境對(duì)汽車制動(dòng)性能的影響

在高原環(huán)境下，隨著海拔高度的升高，大氣壓力越低，可以用下面的表達(dá)式來表示大氣壓與海拔高度之間的關(guān)系：

其中：p0為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，等于101.325 kPa；

h表示以米為單位的海拔高度；

p為某一高度的以kPa為單位的氣壓。大氣壓力與海拔高度的關(guān)系如圖1所示，試驗(yàn)地點(diǎn)及海拔高度對(duì)比如圖2所示，大氣壓力、含氧量與海拔高度的關(guān)系如圖3所示。

從圖中可以看出:隨著海拔高度的升高，大氣壓力減小，同時(shí)空氣中的含氧量也隨之減少。針對(duì)上述高原環(huán)境下對(duì)匹配不同制動(dòng)助力器形式的車輛，通過試驗(yàn)得到大量的高原制動(dòng)性能客觀測(cè)試數(shù)據(jù)及主觀評(píng)價(jià)的相關(guān)結(jié)論。

2高原環(huán)境真空助力器制動(dòng)試驗(yàn)狀況結(jié)果描述

2.1青藏高原環(huán)境介紹

青藏高原平均海拔高度在4 000 m左右,享有“世界屋脊”之稱。高海拔導(dǎo)致了低大氣壓、低氧分壓的形成,這也是空氣稀薄、氧氣缺乏的根本原因所在。此次試驗(yàn)的地點(diǎn)就選在青海省格爾木市至昆侖山口典型的青藏高原地區(qū)。當(dāng)車輛在高原環(huán)境工況下行駛至海拔高度3 500～4 700 m時(shí)，以及車輛在停車場(chǎng)原地調(diào)頭這時(shí)踩下制動(dòng)踏板讓車輛減速和停車，制動(dòng)踏板表現(xiàn)為力增大明顯感覺到制動(dòng)真空助力不夠，駕駛?cè)藛T感覺車輛剎不住、制動(dòng)效果差；需要使用很大的力踩下制動(dòng)踏板進(jìn)行制動(dòng)。多次制動(dòng)后，依然有此現(xiàn)象。在低速行駛一段時(shí)間后，制動(dòng)效果才有所恢復(fù)，但踏板制動(dòng)力還是偏大。真空助力器原理及結(jié)構(gòu)如圖4、圖5所示。

2.2原因分析

真空助力系統(tǒng)的助力是由真空助力器中真空度與使用地區(qū)的大氣壓力差來實(shí)現(xiàn)的，即壓力差越大，制動(dòng)效果越好；反之，隨著車輛行駛的海拔環(huán)境逐步升高，大氣壓力越小，進(jìn)而壓力差變小，其制動(dòng)效果也越差。感覺制動(dòng)踏板力非常大，制動(dòng)踏板很硬，同時(shí)影響汽車在高原環(huán)境安全行車。

當(dāng)駕駛?cè)藛T控制踏板時(shí)，與踏板相連的是真空助力器，它負(fù)責(zé)將駕駛員施予踏板的力放大并推動(dòng)主泵活塞進(jìn)行制動(dòng)壓力，最后制動(dòng)分泵由活塞推動(dòng)制動(dòng)片夾緊制動(dòng)盤實(shí)現(xiàn)車輛制動(dòng)。真空助力器是一種制動(dòng)傳動(dòng)伺服能量轉(zhuǎn)換裝置，它利用發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管處節(jié)氣門關(guān)閉或電子真空泵產(chǎn)生的真空所產(chǎn)生的負(fù)壓驅(qū)動(dòng)助力器膜片而產(chǎn)生助力，使駕駛員用較小的踏板力按一定比例放大輸出，通過制動(dòng)主缸建立液壓傳遞到制動(dòng)輪缸，從而在制動(dòng)器上產(chǎn)生很大的制動(dòng)推力，提高制動(dòng)效能。在高原環(huán)境下，由于空氣中含氧量減少，燃燒相同的油量需要進(jìn)入更多的空氣。在這種情況下，節(jié)氣門一般都是全部開啟，以便在高原環(huán)境下吸入更多空氣讓燃油充分燃燒，獲取更大的動(dòng)力，但是在節(jié)氣門全開的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)從真空管抽取的氣體量會(huì)減少，導(dǎo)致真空助力器中的真空度不足，助力減小、踏板力增大從而影響制動(dòng)性能。高原制動(dòng)試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)如圖6、圖7所示。

2.3優(yōu)化改進(jìn)措施及方案

在高原環(huán)境下真空助力器所產(chǎn)生的真空度不足，可以采取以下幾種方法提高真空度：

(1)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行ECU電控標(biāo)定提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；

(2)增加真空罐。在制動(dòng)真空不足時(shí)，利用真空罐里儲(chǔ)存的真空補(bǔ)充助力器需求的真空度；

(3)增加電動(dòng)真空泵。在真空不足情況下，通過電動(dòng)泵對(duì)制動(dòng)助力器抽真空滿足助力要求。

3高原環(huán)境電子助力器制動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果

3.1高原環(huán)境電子助力器制動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果

車輛在高原環(huán)境工況下行駛至海拔3 500～4 700 m踩下制動(dòng)踏板減速和停車，以及車輛在停車場(chǎng)原地調(diào)頭這時(shí)踩下制動(dòng)踏板讓車輛減速和停車，多次試驗(yàn)制動(dòng)性能，采集踏板力的變化等相關(guān)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證制動(dòng)踏板力和制動(dòng)效果對(duì)比正常海拔地區(qū)有無變化，試驗(yàn)地點(diǎn)和試驗(yàn)方法都和匹配真空助力器車輛是同樣的，由于電子助力器不需要產(chǎn)生真空助力，試驗(yàn)只對(duì)踏板力線性和制動(dòng)效能進(jìn)行測(cè)試。通過多次客觀測(cè)試數(shù)據(jù)和主觀評(píng)價(jià)結(jié)果一致認(rèn)為：匹配電子助力器車輛制動(dòng)性能，在高原環(huán)境下制動(dòng)踏板力的大小及線性全面超越真空制動(dòng)助力器，最主要體現(xiàn)在車輛制動(dòng)踏板力和效能對(duì)比正常海拔環(huán)境下時(shí)沒有變化。電子制動(dòng)助力器試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)如圖8所示。

3.2電子助力器發(fā)展

近幾年很多制動(dòng)系統(tǒng)廠家在開發(fā)電子控制助力器，并且取得很好的技術(shù)成果。從結(jié)構(gòu)上來說，它代替了原先的真空助力器，減小了很多的安裝空間，從而徹底終結(jié)了制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)真空的依賴。盡管對(duì)技術(shù)原理進(jìn)行了革新，但駕駛員在踩下制動(dòng)踏板時(shí)對(duì)這樣的變化不會(huì)有所察覺。駕駛員在踩下踏板時(shí)推力仍舊作用于后方推桿上，不過在踏板向后方移動(dòng)的過程中，位置傳感器會(huì)監(jiān)測(cè)并向控制電腦傳遞踏板行程信息，以此為依據(jù)結(jié)合實(shí)際工況計(jì)算出所需制動(dòng)力，隨即將信號(hào)傳遞至伺服電機(jī)，伺服電機(jī)為直流無刷類型。事實(shí)上，這個(gè)伺服電機(jī)并不是直接作用于制動(dòng)主缸，中間還有一個(gè)二級(jí)齒輪裝置對(duì)傳遞方向以及扭矩進(jìn)行轉(zhuǎn)化，之后再推動(dòng)制動(dòng)主缸，而建立制動(dòng)油壓的過程仍舊是延續(xù)傳統(tǒng)制動(dòng)液壓結(jié)構(gòu)。電子制動(dòng)助力器構(gòu)造及原理如圖9、圖10所示。

4結(jié)論

通過試驗(yàn)分析在高原環(huán)境下2種不同制動(dòng)助力器對(duì)汽車性能的影響，文中僅分析了在高原條件下車輛真空助力器與電子助力器測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，并對(duì)2種配置不同助力器的汽車制動(dòng)性能做了主觀評(píng)價(jià)，可以為后續(xù)的車輛設(shè)計(jì)改進(jìn)和產(chǎn)品開發(fā)提供相關(guān)依據(jù)。

參考文獻(xiàn):

【1】王維忠.真空助力高原制動(dòng)問題[J].汽車與配件,1988(1):26.

【2】程源，高玉振，盧生林，等.高原高寒環(huán)境對(duì)汽車制動(dòng)性能的影響[J].汽車工程師,2013(3):41-43.

【3】魏偉,王培強(qiáng).高原低氣壓環(huán)境下列車制動(dòng)能力預(yù)測(cè)[J].鐵道車輛,2005,43(12):8-12.

【4】楊希志,謝桃新.高原環(huán)境汽車真空伺服制動(dòng)系統(tǒng)性能分析[J].汽車工程師,2014(2):36-38.

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Impact of Brake Booster on Automobile Brake Performance in Plateau Environment

GAO Yuzhen, CHENG Yuan, LIU Yanhong, RONG Jun, LU Shenglin

(Attribute Integrated and Business Department，Test and Vehicle Technology Engineering Institute，Chery Automobile Co.,Ltd.,Wuhu Anhui 241009,China)

Keywords:Brake booster; Brake performance; Plateau environment test

Abstract:With the progress of science and technology, especially the development and application of electronic technology in recent years, the application functions of automobile are increased and automobile performance is improved. Under various limit environments, automobile performance is increasingly attracting the attention of user. Based on automobile brake performance in plateau environment, the influences of the current mainstream braking vacuum booster and electronic brake booster in high altitude environment to the automobile braking performance were compared. It provides guidance and basis for subsequent automobile braking performance improvement in plateau environment.

收稿日期：2015-10-23

作者簡介：高玉振，男，大學(xué)本科，研究方向?yàn)檎囆阅荛_發(fā)和可靠性。E-mail：gaoyuzhen@mychery.com。

中圖分類號(hào):U461.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1674-1986(2016)04-025-04