汽车真空辅助制动系统的设计与研究

汽车真空辅助制动系统的设计与研究

刘树伟1,2

郭立新1 郝 亮2

1.东北大学,沈阳,110819

2.辽宁工业大学,锦州,121001

摘要:以汽车紧急制动工况为研究对象,设计和研制了一种汽车真空辅助制动系统,该系统主要包括机械执行机构㊁制动吸盘㊁真空系统㊁弹射收起系统㊁控制系统五个部分㊂对该系统进行了理论分析和实验研究,结果表明,该系统可显著提高汽车制动效能,可有效缩短汽车紧急制动时的制动距离,从而有效降低交通事故的发生概率并降低交通事故的严重程度㊂

关键词:辅助制动;制动吸盘;制动距离;真空系统

中图分类号:TH69;U462.1 DOI :10.3969/j .

issn.1004132X.2015.13.024

Desi g n and Research of Automotive Vacuum Auxiliar y Brakin g S y stem

Liu Shuwei 1,

2 Guo Lixin 1 Hao Lian g 21.Northeastern Universit y ,Shen y an g ,110819

2.Liaonin g Universit y of Technolo gy ,Jinzhou ,Liaonin g ,121001

Abstract :An automotive vacuum auxiliar y brakin g s y stem was desi g ned when the driver ur g entl y braked the automobile.The s y stem mainl y contained five p arts ,such as mechanical actuator ,brakin g sucker ,vacuum s y stem ,e j ection retractin g s y stem ,the control s y stem and so on.The vacuum auxiliar y brakin g s y stem could increase si g nificantl y the brakin g efficienc y and shorten the brakin g distance of automobile emer g enc y brakin g .After the theoretical anal y sis and the ex p erimental research ,the s y s -tem will reduce effectivel y the p robabilit y and the dama g e de g ree of traffic accidents.

Ke y words :auxiliar y brakin g ;brakin g sucker ;brakin g distance ;vacuum s y stem

收稿日期:2014

08

07

基金项目:辽宁省博士启动基金资助项目(20141130);辽宁省教育厅项目(L2013253);辽宁工业大学校教师科研启动基金资助项目(X201110)

0 引言

汽车的制动性能是影响行车安全的重要保

障,直接关系到交通安全㊂目前许多重大交通事故都是由于制动距离太长㊁紧急制动时丧失方向稳定性等因素造成的㊂传统汽车制动方式是在车轮上安装机械式摩擦制动器(盘式或鼓式),使汽车在制动时减速直至停车㊂随着汽车技术的发展,目前常采用汽车辅助制动装置来改善汽车的制动性能㊂国内外常用汽车辅助制动装置有以下几种类型:发动机缓速器㊁发动机排气辅助制动系统㊁电涡流缓速器㊁液力缓速器㊁牵引电动机缓速

器㊁空气动力缓速器等[

1]

㊂上述汽车辅助制动装置的作用是在不使用或少使用行车制动器的情况下,使车辆行驶速度降下来或保持稳定(但辅助制动装置并不能将车辆紧急停止),这种作用称为缓速作用,故该装置又称为缓速制动器㊂目前,汽车辅助制动系统正逐渐实现与ABS ㊁ASR ㊁ESP 等

系统的综合控制以达到更好的制动性能,但大多

属于实现汽车的缓速制动㊂当汽车制动时,一般制动器制动力能够令车轮达到抱死或临近抱死状态,车轮一旦抱死或接近于抱死状态,由汽车制动原理可知,汽车的制动距离主要由地面附着力的大小决定,而地面附着力的大小主要与轮胎的结构㊁尺寸㊁类型㊁气压㊁路面的类型和状况㊁轴荷等因素有关,因此,在轮胎㊁路面㊁轴荷等条件确定的情况下,汽车在某一车速下的制动距离基本为定值㊂为了增大汽车的制动力,就必须有附加的制动系统提供辅助制动能量,从而有效缩短制动距离㊂本文所提出的汽车真空辅助制动系统可以实现汽车在紧急制动情况下有效缩短制动距离这一目标㊂

1 汽车真空辅助制动系统的组成和功

能[2-3]

汽车真空辅助制动系统包括机械执行机构㊁制动吸盘㊁真空系统㊁弹射收起系统㊁控制系统五个部分,如图1所示㊂汽车真空辅助制动系统在汽车(以轿车为例)上的总体布置如图2所示㊂汽车真空辅助制动系统的制动吸盘如图3所示㊂当汽车紧急制动时,由控制系统测定驾驶员踩下制

㊃

0481㊃

图1

汽车真空辅助制动系统组成示意图

图2

汽车真空辅助制动系统总布置示意图

图3 制动吸盘结构示意图

动踏板的加速度和踏板力,当满足辅助制动系统进入工作状态条件时,控制系统向自锁机构发出打开信号,制动吸盘通过弹射机构和机械执行机构迅速下落而压紧路面,此时,真空控制阀打开,真空储能装置的真空作用导致制动吸盘的密封气囊中产生较大真空度,令制动吸盘紧紧地吸附在路面上,从而致使制动吸盘的摩擦橡胶与地面产生与汽车行进方向相反的摩擦力,为汽车提供辅助的制动力,从而缩短汽车原有的制动距离㊂

2 汽车真空辅助制动系统的可行性分析

汽车真空辅助制动系统产生的制动力是否能够有效辅助汽车实现制动,需要解决以下三方面问题:①真空辅助制动系统在汽车结构设置方面的可行性;②汽车原制动系统所产生地面制动力的计算;③在结构尺寸合理的情况下,所产生辅助制动效能是否可实现有效辅助制动㊂

2.1 系统结构设置的可行性分析

该系统中的制动吸盘㊁机械执行机构和弹射收起系统布置于汽车底盘,系统可以与车架相连

接(作为固定点),承受制动吸盘载荷和传递辅助制动力㊂真空系统中,真空泵的体积较小,可布置于汽车任意角落,储能装置在容积一定的情况下,可结合汽车具体部位结构设计成任意几何立体结构㊂汽车的通过性是汽车的重要性能,对于轿车,影响通过性的重要参数是最小离地间隙,该系统布置于汽车底部时,可布置于汽车底盘相对凹陷位置,其总体高度为2~2.5cm ,因此,基本不会影响汽车的最小离地间隙㊂

综上所述,该系统的组成和结构设计,总体上不会影响汽车原有的结构㊁布局和汽车通过性等,因此真空辅助制动系统结构设置具有可行性㊂2.2 汽车地面制动力计算

汽车真空辅助制动系统设计采用的实验车为某型轿车,其满载质量为m =1865k g ,实验路面的附着系数ψ=0.7(后续实验条件相同,不再赘述),假设汽车制动系统可提供足够大的制动器制动力,则汽车的地面制动力

F b =F z ψ(1)

式中,F z 为地面对车轮总的法向反力,F z =m g ㊂

2.3 系统辅助制动效能设计计算

汽车真空辅助制动系统辅助制动效能由辅助制动力决定,下面对影响辅助制动力的因素进行分析㊂

为研究问题方便,假设汽车真空辅助制动系统在实施辅助制动过程中,制动吸盘的漏气速率v L 为常数,

由前文分析可知,真空辅助制动系统辅助制动力的主要影响因素包括:

(1)真空储能装置的容积㊂容积越大,辅助制动过程中的平均真空度越大,辅助制动力越大㊂

(2)密封气囊内真空度p (t )与时间t 的变化关系㊂真空储能装置的容积V 一定的条件下,密封气囊内的真空度p (t )降低越慢,辅助制动过程中的辅助制动力越大㊂

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