真空助力器工作原理

SABS上海汽车制动系统有限公司1第一章Actuation产品的定义一个完整的Actuation，其主要的组成部分、性能及特点，可以用图1说明。图1Actuation结构组成、性能及特点如果需要开发一个新产品，在起始阶段就要进行产品结构、性能的定义，以便指导后续的具体产品开发工作。定义一个新的Actuation，最主要的依据是客户对产品性能和成本的要求、发动机舱结构空间大小及分布形式、整个制动系统的性能要求和定义等因素。例如，客户对制动速度、效果、制动辅助力大小、成本等要求，决定了采用什么结构形式的Booster；发动机舱空间的大小及分布情况决定了Booster的最大尺寸、TMC的最大长度以及主储液罐的位置；摩擦片的实际工作层厚度、制动钳活塞直径等因素，决定了储液罐有效消耗补偿容积（MAX－MIN标记之间的容积）的大小。Booster、TMC的尺寸、行程等参数都是系列化的，在满足客户不同要求的前提下，尽量减小重复设计的工作量。例如：真空助力器的直径分别为：7’’、8”、9”、10”及11”；主缸的内径分别为：φ20.64、φ22.2、φ23.81、φ25.4等；目前常用的助力器助力比理论值有3.4、3.9、4.5、5、5.6、6等。在定义新产品时，可以选择最能符合客户要求的标准值。ActuationBooster提供助力TMC将压力转换为压强提供压力和容积平衡Reservoir存储制动液结构形式决定因素尺寸单腔、双腔单拐点、双拐点标准式、ADAM或电子主动式空间所需助力大小制动速度效果成本及输入力结构形式特点补偿孔式中心阀式Plunger易磨损、压强低不易磨损、压强高缸体长度大大缩短结构形式决定因素带或不带夜面报警器有或没有离合器储液腔整体式或分体式成本技术方案发动机舱空间、助力SABS上海汽车制动系统有限公司2第二章Booster真空助力器一Standard－Booster的工作原理及过程：真空助力器的主要作用是制动时产生助力。如图2所示标准助力器，它利用发动机将助力器的前、后两个工作室都抽为一定的真空（一般为0.8bar）,当需要制动时，踏板推动推杆向前运动，此时，空气可以进入助力器后工作室。这样，助力器前、后两室产生一定的压力差，从而产生制动所需的助力。图2标准助力器结构示意图标准助力器的工作过程可以分为以下几个阶段:1非工作状态此时在推杆上没有输入力，由于回位弹簧的推力使控制组件处于最右端，控制阀体和空气阀分别在接触面1和接触面2与挡销接触。在这个位置，控制阀体的密封边和气阀组件之间可以存在约0.2mm的间隙，而空气阀和气阀组件之间的密封可以阻止空气进入助力器。图3非工作位置的控制组件接真空源皮膜回位弹簧真空室控制阀体推杆皮膜托板皮膜接触面1后壳体最大间隙0.2密封面1大气推杆回位弹簧回位弹簧接触面2位置3密封环SABS上海汽车制动系统有限公司32临界状态临界状态指助力器的助力功能处于开启与关闭的临界状态。如图4所示，推杆输入力推动空气阀向左运动，空气阀和气阀组件之间的密封1被打开一个间隙，空气进入助力器的右工作室，而气阀组件弹簧推动气阀组件向左运动，而使得空气阀和气阀组件之间的间隙封闭。助力器内部的压力差使控制阀体向左运动，密封面1重新被关闭。这样助力器控制组件处于一种临界状态，输出力FA将随着输入力FE的增加或降低而相应地增加或降低。图4临界状态的控制组件3最大助力状态最大助力状态是指助力器本身的助力达到最大状态。超出最大助力状态（即最大助力点）后，推杆输入力的增加被1：1的反应到顶杆输出力（忽略微小的机械损失），助力器将不再助力。为达到最大助力状态，推杆输入力必须增加,直到助力器后工作室完全充满大气压。空气阀将向左移动到位置4而顶上控制阀体。此时密封面2关闭。图5最大助力状态大气（半压）密封面2密封面1真空控制气阀组件弹簧空气（全压）工作室密封面2位置4真空皮膜托板SABS上海汽车制动系统有限公司44恢复状态恢复状态是指在临界状态或最大助力状态时，推杆输入力减少,控制组件回复到初始位置。当推杆的输入力FE降低时，回位弹簧力FR推动空气阀返回到密封面1位置，使得空气阀与控制阀体的密封面2打开，助力器工作室中的大气被抽成真空。当控制阀体向右运动到正常位置时，挡销与位置3后壳体接触，控制阀体在接触面2与挡销接触而停止运动，助力器恢复到非工作状态。图6恢复状态中的控制组件二Booster的结构分类如图1中所示，根据性能特点的不同，可以把Booster划分为不同的种类，同时，在Booster结构上也有相应的区别。1单腔助力器和双腔助力器当助力器分别包含一个或两个皮膜时，分别被称为单腔助力器或双腔助力器，如图7所示。单腔助力器和双腔助力器的工作原理基本类似。但是，在双腔助力器中有两个压力工作‘回路’，大幅度增加了工作面积，所以在助力器中真空度相同的情况下，双腔助力器可以提供更大的助力。由于结构上的原因，即使双腔助力器的两个皮膜直径相同，其前腔皮膜的有效工作面积要比后腔皮膜的有效工作面积小。因此，对于两腔直径相同的双腔助力器，其助力要小于两倍的同样尺寸的单腔助力器助力。工作室密封面2密封面1推杆回位弹簧位置4接触面2真空SABS上海汽车制动系统有限公司5图7双腔助力器与单腔助力器结构示意图根据所需助力的大小以及发动机舱空间大小，双腔助力器的尺寸有7/8’’、8/9’’、10/10’’等不同规格。2单拐点助力器和双拐点助力器a)单拐点助力器在制动过程中，只有一个空气阀与反馈盘作用，产生单一的助力比，这样的助力器为单拐点助力器。其主要相关零件结构如图8所示。图8单拐点助力器结构制动时，推杆的输入力推动空气阀向前运动，最终空气阀将与反馈盘接触，并使反馈盘变形，这样在反馈盘内部与空气阀接触的附近产生一定的压强。由于反馈盘是一种特殊的软橡胶件，它会把内部压强传递到顶杆上。反馈盘内部压力一样，而顶杆与空气阀的接触面积要比空气阀的大，所以顶杆的输出力比较大，即可以生产助力比。前腔单腔后腔顶杆反馈盘推杆空气阀双腔助力器单腔助力器SABS上海汽车制动系统有限公司6b)双拐点助力器在制动过程中，有两个与空气阀作用类似的零件先后与反馈盘接触、作用，助力器将产生两段斜率不同的助力比，这便是双拐点助力器，其相关的零件结构如图9所示。图9双拐点助力器结构双拐点助力器工作原理：当推杆向左移动时，弹簧组件、推动阀环向左移动与反馈盘接触、挤压作用，反馈盘内部压力升高并在右侧（与阀环接触一侧）产生变形。此时有效接触直径是D2，可以产生一个较低的助力比。随着推杆位移的进一步加大，反馈盘变形加剧并与压块相互作用，使得反馈盘与压快接触的部分相左变形（凹陷），反馈盘内部的压力增加的速度变快，助力器将产生较大的助力比，此时有效接触直径是D3。3Tie－Rod助力器和Front－Bolted助力器为了增加助力器工作时的动态稳定性，在助力器基本结构的基础上设计了Tie－Rod助力器和Front－Bolted助力器，如图10所示。由图10中可以看出，Front－Bolted助力器比Tie－Rod助力器多了套筒和密封圈结构。采用Front－Bolted助力器易于机械化装配，由于零件较Tie－Rod结构的要多，因此Front-Bolted助力器比Tie-Rod助力器要稍微贵一些。两者的性能基本上是相当的。图10Tie－Rod助力器和Front－Bolted助力器结构示意图Front－Bolted助力器Tie－Rod助力器反馈盘阀环压块SABS上海汽车制动系统有限公司74ADAM助力器ADAM(AdvancedDynamicAidMechanism)助力器是一种机械式主动助力器，它具有电子式主动助力器的紧急制动功能。ADAM助力器改进了控制阀体内部零件结构，使得在紧急制动时，助力在很短时间内几乎垂直上升。在正常制动（非紧急制动）时，ADAM助力器具有标准助力器的功能。1）ADAM助力器的结构如图11所示，ADAM助力器的结构示意图。图11ADAM助力器结构示意图在图11中，助力器控制阀体内有一组控制ADAM功能切换的控制组件，如图12所示。除了ADAM功能切换的控制组件结构不同外，其它零件，如控制阀体、推杆、推杆回位弹簧、前壳体等零件与标准助力器结构没有区别。图12ADAM功能切换的控制组件SABS上海汽车制动系统有限公司8ADAM助力器的紧急制动功能与标准助力器的正常制动功能完美地结合在一起，对正常制动功能没有任何不良影响。2）ADAM助力器功能特点在没有启动ADAM紧急制动功能时，ADAM助力器的功能与标准助力器制动助力特点完全一样，制动力平缓上升。当ADAM助力器启动紧急制动时，制动力几乎是垂直上升，助力比变为无穷大。如图13所示。由图13可知，启动ADAM紧急制动功能后，助力器的最大助力值可能与正常制动时的最大助力点有所不同，即要比正常制动的最大助力点低些。这是因为助力器的最大助力点包含了两部分力，即助力器本身的助力和推杆的输入力，助力器本身的最大助力是恒定的。但当ADAM功能启动时，推杆的输入力可能还没有达到正常制动时，最大助力点处的推杆输入力大小。ADAM助力器的紧急制动功能可以在制动过程的任何时候启动。图13ADAM助力器功能特点示意图3）ADAM助力器紧急制动功能的触发条件ADAM助力器紧急制动功能转换与推杆的输入力和移动速度都有关系，确切地说最能体现其触发条件的参数是紧急制动时推杆的输入功率P。推杆的输入功率P＝推杆的移动速度[mm/s]×推杆的输入力[N]图14是某ADAM助力器紧急制动触发时的功率曲线示意图，对于某一ADAM助力器来说，其稳定工作时，这个功率值是个定值。SABS上海汽车制动系统有限公司9图14ADAM助力器紧急制动触发功率曲线示意图4）ADAM助力器工作过程a)ADAM助力器的正常制动功能图15是ADAM助力器的正常制动功能工作示意图。当处于正常制动功能时，推杆的运动速度较慢，此时控制阀体和空气阀之间的相对位移也较小，紧急制动功能控制组件中的钢珠支架、钢珠导向套、锁紧套以及钢珠的相对位置如图所示。此时，钢珠导向套、钢珠支架、锁紧套等零件之间可以在轴向自由相对运动，钢珠也可以在钢珠导向套的斜面、沿径向和轴向自由移动，ADAM助力器紧急制动功能没有被启动，助力器的工作过程与标准助力器的正常制动过程相同。图15ADAM助力器的正常制动功能工作示意图相对位移SABS上海汽车制动系统有限公司10b)ADAM辅助紧急制动功能图16是ADAM助力器的紧急制动功能工作示意图。在紧急制动情况下，推杆的运动速度较快，从而带动空气阀、钢珠导向套、钢珠支架和钢珠快速向左运动，此时锁紧套运动速度较慢，ADAM助力器紧急制动功能组件之间的相对位置变为如图16所示的情况，在这种情况下，该组件将变为锁紧状态。推杆上的输入力传递将不再是通过压块到反馈盘，再到顶杆等传统的正常制动工作状态，推杆输入力将直接作用在空气阀、钢珠导向套、钢珠等功能控制组件上，这样导致控制组件快速向前运动，控制阀体也随着快速运动，控制阀体与气阀组件之间迅速较大的打开，空气很快的充满工作腔，使得ADAM助力器几乎马上达到最大助力状态。图16ADAM助力器的紧急制动功能工作示意图c)ADAM助力器紧急制动的释放如图17所示，完成紧急制动后，推杆的输入力减小，推杆、空气阀等向右（非制动位置）移动，空气阀与控制气阀组件接触，关闭了大气向助力器工作腔流动，而控制阀体与控制气阀组件之间处于打开状态，真空源将对ADAM助力器抽真空。当推杆、空气阀向右运动时，挡销很快就可以碰到后壳体而停止，这样锁紧套也将随之停止运动。由于惯性关系和弹簧力作用，其它的紧急制动功能组件继续运动，紧急制动组件的锁紧状态也就自动解开。锁紧套由紧急制动的锁紧状态恢复到非锁紧状态所需的力最大为20N。钢珠支架位移SABS上海汽车制动系统有限公司11图17ADAM助力器的紧急制动功能释放5ASMS助力器－电子式主动助力器与其它类型的助力器相比，ASMS助力器不同之处在于助力器内部增加了一个位移传感器和电磁开关。控制阀体内部零件变化较大