真空助力器工作原理

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图 14 4）
ADAM 助力器紧急制动触发功率曲线示意图
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。
工作室 密封面 2 密封面 1
位置 4 推杆回位弹簧 接触面 2 真空
图6 二 Booster 的结构分类
恢复状态中的控制组件
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。
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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。
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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。
Actuation
Booster 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
结构形式
特点 易磨损、压强 低
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。
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前腔 后腔
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单腔
双腔助力器
单腔助力器
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 a) 单拐点助力器和双拐点助力器
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。
后壳体 接触面 1 最大间隙 0.2 密封面 1 大气
位置 3
推杆回位弹簧 密封环
接触面 2 回位弹簧
ຫໍສະໝຸດ Baidu
图3
非工作位置的控制组件
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2 临界状态
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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。
空气阀 推杆
顶杆
反馈盘
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。
图 11
ADAM 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 12
ADAM 功能切换的控制组件
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Front－Bolted 助力器
Tie－Rod 助力器
图 10
Tie－Rod 助力器和 Front－Bolted 助力器结构示意图
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ADAM 助力器 ADAM (Advanced Dynamic Aid Mechanism)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。
相对位移
图 15
ADAM 助力器的正常制动功能工作示意图
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b) 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。
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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。
大气（半压） 密封面 2 密封面 1
真空
图 4 临界状态的控制组件 3 最大助力状态
控制气阀组件 弹簧
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 13 ADAM 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。
皮膜 皮膜托板 接真空源 皮膜回位弹簧 推杆
真空室
控制阀体
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。
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ADAM 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。
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。
结构形式
决定因素
尺寸 、助力 单腔、双腔
空间 所需助力大小
补偿孔式
带或不带夜面报 成本 警器 技术方案 有或没有离合器 储液腔 整体式或分体式 发动机舱空间
单拐点、双拐点 制动速度效果 标准式、ADAM或 电子主动式 成本及输入力
中心阀式
不易磨损、压 强高 缸体长度大大 缩短
Plunger
图1
Actuation 结构组成、性能及特点
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b) 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。
反馈盘 阀环 压块
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。 3 Tie－Rod 助力器和 Front－Bolted 助力器
空气 （全压） 工作室 密封面 2
位置 4 真空 皮膜托板
图5
最大助力状态
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4 恢复状态
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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。