某电动轻卡车真空助力制动系统的匹配设计

某电动轻卡车真空助力制动系统的匹配设计

李海龙

【摘要】文章分析了电动轻卡车真空助力制动系统研究的必要性，对真空助力系统的主要部件真空助力器、真空筒、电动真空泵进行分析计算，重点阐述了真空助力器和间歇性控制系统的匹配性能要求，并以跃进某电动轻卡车为例，给出了完整的匹配计算流程。整车初步试验表明，所匹配的真空助力系统能够满足该电动轻卡车的相关标准要求，其电动真空助力系统设计合理。%The necessity of the vacuum assist brake system of the electric light truck is analyzed.It explains calculating method of components of booster,vacuum tank and electric vacuum pump individually,especially for booster and the vacuum pump designing.It takes the YUE JIN light truck as the example and shows the complete calculation process. According to the result of test,the designed system can meet the requirements of correlative standard,The electric vacuum system parameters is reasonable.

【期刊名称】《汽车实用技术》

【年(卷),期】2015(000)009

【总页数】4页(P16-18,105)

【关键词】真空助力系统;真空筒;电动真空泵;间歇性控制系统

【作者】李海龙

【作者单位】南京依维柯汽车有限公司，江苏南京 211100

【正文语种】中文

【中图分类】U469.7

10.16638/ki.1671-7988.2015.09.006

CLC NO.: U469.7 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)09-16-04

轻卡汽车较多采用真空助力伺服制动系统，使人力和动力共同作用，而电动车由于没有发动机，无法为真空助力系统提供动力源，丧失了真空助力功能，而仅用人力又无法满足行车制动性能的需要，因此需要对轻卡电动车的真空助力系统进行必要的改制，本文以跃进某轻卡电动车为例，对电动真空助力系统进行系统化匹配设计，设计不仅能够满足制动系统性能的要求，还能够为电动真空助力系统主要部件选型提供理论依据。

电动真空助力系统的基础结构包括：制动踏板、电动真空泵、真空助力器、真空筒和真空管路，如图1所示。

电动真空助力系统的真空源由电动真空泵提供给真空助力器，助力器安装在制动踏板和制动主缸之间，由踏板和助力器产生的力叠加在一起作用在制动主缸的推杆上，以提高制动主缸的输出力。

2.1 计算整车在平坦的路面上前轮最大制动力 BF和后轮最大制动力BR W——汽车总重量，25000N

L——轴距， 2.5m

a——汽车质心至前轴中心线的距离，1.368m

b——汽车质心至后轴中心线的距离，1.132m

φ——地面附着系数，0.7

H——汽车质心高度，0.59m

g——重力加速度

j——汽车制动减速度，0.7g

2.2 真空助力器的性能参数的确定

真空助力器的真空伺服气室由带有橡胶膜片的活塞分为常压室与变压室（大气阀打开时可与大气相通）。真空助力器所能提供助力的大小取决于其常压室与变压室气压差值的大小。当变压室的真空度达到外界大气压时，真空助力器可以提供最大的制动助力。

根据真空助力器的工作原理[2]，可以近似地求出与真空助力器的最大助力点对应的输入力F1与输出力F2，最大助力点的输出力与输入力之比，即助力比is。设真空助力器变压腔的真空度为零，不考虑助力器的机械效率，且忽略复位弹簧的反力和制动主缸推杆截面积的影响，可列出下列平衡方程式，真空助力器的性能计算公式如下：

D1--伺服膜片有效直径，0.217m

d1--橡胶反作用盘直径，0.028m

d2--滑柱直径，0.012m

p --真空助力器常压腔的真空度 Pa

F1--最大助力点对应的输入力N

F2--最大助力点对应的输出力N

is--助力比，5

从真空助力器的性能计算公式可以看出，增加伺服膜片的有效直径D1，可以直接增加真空助力器的输出力。因此选择真空助力器伺服膜片时，可以适当选择略大于匹配要求的伺服膜片，该真空助力器的输入输出性能曲线如图2所示。

2.3 不同真空度下踏板力和制动液压输出特性的确定

根据真空助力器的工作特性，计算最大助力点前的踏板力Ff［34］和最大助力点后的踏板力Fr为：

Ff=F/ip/is/μ1

Fr= F/ip-（is-1）F1/ip/μ1

制动总泵输出的压力P为：

P=4Fμ2/π/D2

D--制动总泵直径，0.022m

μ1—制动踏板的机械效率

μ2--真空助力器及制动总泵效率

ip--制动踏板机构的传动比，4

F--真空助力器输出力

由上述计算可以得出不同真空度下踏板力和制动液压输出特性，如图3所示。2.4 计算制动器的制动力矩T和制动力Fz

T= PRzBηn/4，Fz=T/R

Rz--制动有效半径，0.106/0.125 m

R--车轮滚动半径，0.317 m

B--制动效能因数，0.8/4.8

d--分泵直径，0.066/0.019 m

η--分泵效率

根据公式可知车轮在0.7g减速度下，车轮最大制动力为17.15 kN，对应的制动液压压力为 6Mp，踏板力根据试验取400N（根据国标GB 12676［5］要求，N1车最大踏板力小于等于700N），以需要的最大制动力作为制动器的制动力，可以求得液压管路压力，可在踏板力与制动液压输出特性曲线图上求得对应的最小真空度是-40kPa，如图4所示。

2.5 真空系统的间歇性控制模块

如果采用真空泵直接与电源直接相连的方案，一旦汽车接通电源，真空泵就开始