基于反求设计的汽车真空助力器总成的研究

基于反求设计的汽车真空助力器总成的研究国内图书分类号:U463.217西南交通大学研究生学位论文基于反求设计的汽车真空助力器总成的研究年级二○○四级姓名赵凯申请学位级别工学硕士专业机械电子工程指导教师管会生副教授二○○七年四月西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密□，在年解密后适用本授权书；2．不保密□，使用本授权书。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导老师签名：日期：日期：西南交通大学学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文的主要创新点如下：1.提出了汽车真空助力器在工作状态下三个平衡位置的原理和平衡位置动态转换的原理；提出了汽车真空助力器在工作过程中的启始平衡位置和最后平衡位置的概念。2.定义了真空助力器控制阀总成的两个种类，复合式的控制阀总成和叠加式的控制阀总成，并依此从理论推导出了汽车真空助力器各性能参数的计算公式或设定方法。3.对汽车真空助力器的回程速度以及密封检验标准进行深入的研究。给出了结构上和参数设定上来控制回程速度的方法，肯定了新的密封检验标准的检验方法对旧标准中检验方法的补充的正确性。同时，又补充了新的标准仍然存在的不足，提出增加了在卸载过程中最大助力点以下位置进行密封检验的技术要求的建议。4.提出了利用最小二乘法来作为对汽车真空助力器检验台采样得到的数据进行助力比计算的计算方法的建议。同时，提出并定义了真空助力器的助力比的线形度参数作为真空助力器助力比线形化优良程度的评价指标。ClassifiedIndex:U463.217SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisSTUDYONAUTOMOBILEVACUUMBOOSTERASSEMBLYBASEDONREVERSEDESIGNGrade:Postgraduate2004Candidate:ZhaoKaiAcademicDegreeAppliedfor:MasterDegreeSpeciality:MechatronicsEngineeringSupervisor:Prof.GuanHuishengApr.2007摘要汽车真空助力器是汽车制动系统中的一个关键部件，它被广泛地应用在轿车和轻型车上作为制动助力装置。由于真空助力器对行车的安全起着至关重要的作用，所以一直是汽车制动系统研究的焦点之一。本课题是对汽车真空助力器总成进行的反求设计研究。由于我国汽车真空助力器像很多其它的工业产品一样，是以国外的同类产品为参照设计出来的。尽管由我国自主设计并生产的汽车真空助力器已经有近二十年的时间，但是产品的质量并不是十分令人满意的。在本学位论文中，将详细地阐述真空助力器的工作原理；在理论上推导出重要的性能参数的计算公式；给出如何评价和分析真空助力器特征性能曲线的方法；深入研究了影响真空助力器回程速度的原因；探讨了现有的技术标准中对密封检验的要求的不足，进一步补充了密封检验的技术标准；最后，针对真空助力器实验台,在软、硬件的设计方案上提出了建议。文章中出现的所有的真空助力器的特性曲线都是取自实验台上通过实验所得到的一些真实的特性曲线。在国内重要的学术期刊和文献中，具有一定理论深度的关于汽车真空助力器的文献和资料十分匮乏。本课题的研究旨在为我国汽车真空助力器的生产企业的研究人员提供一本比较系统的、详实的关于汽车真空助力器的资料，为国内汽车真空助力器的设计和研究奠定一定程度的理论基础。关键词：汽车真空助力器；反求设计；性能参数；特性曲线；密封检验标准；实验台AbstractAutomobilevacuumbooster,apartofautomobilebrakesystem,isusedwidelyasanassistordeviceinlight-carandsedan.Always,itisfocusonstudyofautomobilebrakesystem,whichisofvitalimportantfortheirsecurityofdriverandpassengers.Thedesignandproductionofvacuumbooster,likeotherindustrialproductsofchina,usedtoreferencedesignofpeersofsomeadvancedcountries.Itiscalledasreverseengineering.Thoughvacuumboostersdesignedandproducedbychinaexistformorethantwentyyears,itisstilldissatisfactoryforusofthequalityandtheassemblyefficiencyofthoseproducts.Inthethesis,thesewillbefinishedtoilluminatetheworkingprincipleofvacuumbooster,todeducetheformulasofsomeimportantperformanceparameters,toproposetheanalysiswaytocharacteristiccurve,tostudyonthereturnvelocitywhenavacuumboosterisunloaded,toarguetheair-proofinspectioncriterionofvacuumbooster.Speakingespecially,allofdatumandcharacteristiccurvesinthethesisareobtainedbyon-the-spotexperimentsinfactories.Ofallinformationresourcesinthefieldofautomobilebrakesystemofchina,thehighlyvaluableliteraturesandpapersonthefamousperiodicalsofvehiclearerare.Mystudyonvacuumboosteraimstowriteasystemic、detailed、academicpaperondesignanddevelopmentofvacuumboosterforengineersinfactoriesandresearchersininstitutions,tosupplysomeusefulinformation,basedontheoryandpractice.Keywords:automobilevacuumbooster;reversedesign;performanceparameter;characteristiccurve;air-proofinspectioncriterion;test-bed目录第1章绪论11.1本课题的研究的现实背景11.2本课题的研究意义31.3本课题的研究方法41.3.1反求设计的出现和发展的时代背景51.3.2反求设计的含义51.3.3实物反求对象的定义和内容71.3.4试验方案和试验方法71.4本课题研究的内容和目的8第2章汽车真空助力器工作原理的研究92.1真空助力器的结构和工作原理92.1.1反作用盘式的真空助力器总成的结构92.1.2真空助力器在理想状态的工作原理102.1.3真空助力器的核心尺寸链112.2.真空助力器的三个重要的工作原理122.2.1真空助力器的阀口的三个平衡位置的原理122.2.2真空助力器平衡位置的动态转换的原理132.2.3实际的真空助力器的工作过程132.2.4真空助力器两个平衡位置的概念152.2.5反作用盘的核心作用和性能要求162.3.本章小节17第3章汽车真空助力器的性能参数计算183.1真空助力器的力学关系方程183.2助力器的控制阀总成的分类193.3真空助力器的性能参数的计算213.3.1真空助力器的始动力213.3.2助力器的系统始动力的偏移223.3.3真空助力器的释放力定义及其意义233.3.4助力器的跳跃值243.3.5助力器跳跃值产生的根本原因243.3.6影响跳跃值的因素和跳跃值的意义253.3.7系统始动力、跳跃值和释放力之间的联系253.3.8影响滞后率的因素263.4汽车制动系统的数学模型263.4.1真空助力器的数学模型273.4.2制动液压系统的数学模型313.4.3真空助力器非线性问题的研究323.4.4制动系统滑模控制方案的选择333.5本章小结35第4章汽车真空助力器的特性曲线分析方法374.1理论上的特性曲线及其各特征参数374.2真空助力器特性曲线实例分析384.3本章小结45第5章汽车真空助力器回程速度的研究475.1．影响真空助力器回程速度的因素475.1.1助力器的结构设计对回程速度的影响485.1.2助力器密封性能对回程速度的影响485.1.3助力器的技术参数设计对回程速度的影响485.2真空助力器的回程速度与特性曲线的关系515.3建压曲线反映的数据采样特点545.4本章小结54第6章汽车真空助力器的密封性能的研究566.1真空助力器的密封性能的技术标准566.2汽车真空助力器的新旧密封检验标准的比较576.2.2对现有真空助力器的密封性能检验要求的补充606.2.3真空助力器的动、静检验测试时间606.3本章小结61第7章汽车真空助力器的实验台的研制637.1真空助力器总成的测试要求637.1.1真空助力器密封性能检验要求647.1.2真空助力器回程时间的要求647.1.3真空助力器耐压性能要求647.2汽车真空助力器的实验台设计647.2.1实验台的硬件系统的设计657.2.2实验台的软件系统的设计687.3过程性能参数的设定697.3.1助力比的求解方法697.3.2助力比的线形度参数707.4本章小节71结论72致谢74参考文献75攻读硕士学位期间发表的论文78第1章绪论30几年前美国的Bendix公司（）成功地研制了反作用盘式的真空助力器，并从此得到了广泛的应用。现在，该类型的真空助力器作为助力装置已经被广泛使用在各种档次的轿车和轻型车的制动系统和离合系统上。由于真空助力器是制动系统的动力部件，它的性能和品质的好坏对行车的安全有极为重要的影响，因此，一直是汽车制动系研究的焦点之一。在汽车工业历史上，曾经出现过很多种结构的汽车真空助力器，而发展到今天被市场认可和大量使用的基本是美国Bendix公司的反作用盘式的真空助力器，本课题所研究的对象均指反作用盘式的真空助力器。在本章节中，将阐明本课题研究的现实背景、研究的意义、研究手段和研究的内容、目的。1.1本课题的研究的现实背景我国汽车真空助力器研制和生产始于上世纪八十年代前中期，并在1987年制订了我国的第一部关于汽车真空助力器的汽车行业标准[19][20]。汽车真空助力器的发展像汽车行业其他的产品一样走过了引进、消化、吸收、改进和创新的一个过程。但是,由于我国工业基础的落后和理论研究的能力有限,关于汽车真空助力器相对系统的、且学术性较强的文献资料[18][16]直到上世纪九十年代初期才在一些重要的学术期刊中出现。而其他大多数的文章仍然只停留在维修层面上和加工工艺层面上的论述，或在汽车类书籍中的相关章节中泛泛而谈。直到上个世纪末，一些关于汽车真