某自动挡轿车制动真空度提升方法

窦翠晓，董良，储军，应卓凡

（安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

某自动挡轿车制动真空度提升方法

窦翠晓，董良，储军，应卓凡

（安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

针对某自动挡轿车制动性能较差问题，通过对影响因素进行详细的故障树分析，确认造成制动弱的原因是制动真空度不足。通过在发动机与真空助力器之间的真空软管上增加真空增强阀，利用文丘里效应增加制动真空度，提高制动性能。

真空增强阀；文丘里效应；制动性能；真空度

CLC NO.:U463.5 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-51-04

引言

随着乘用车技术的发展，顾客在满足舒适性、动力性等基本性能的基础上，更加注重安全性。制动性能是汽车的主要性能之一，制动性能的好坏直接关系到交通安全，大多交通安全事故往往与制动性能差、制动距离长等情况有关，故制动性能是汽车安全行驶的重要保障。

自动挡轿车因其换挡平顺性、传递效率高、操作舒适性而得到主机厂和用户的偏爱，然而某些自动挡轿车在特定工况下因发动机真空补偿不足，导致制动踏板硬、制动性能较差，尤其是冷启动、怠速、开空调、等发动机负载较大的工况，严重影响制动性能。

本文针对某自动挡轿车特定工况下出现制动性能较差的情况，通过在真空软管上增加真空增强阀，利用文丘里效应，增加制动真空度，有效提升其制动性能。

1、制动真空度影响因素

1.1 制动真空助力工作原理

轿车一般采用液压制动系统，其工作原理示意图如图1所示[1]。制动时，驾驶员踩下制动踏板，踏板力作用在真空助力器拨叉上，推动真空助力气室与控制阀，产生推力，该推力作用在制动主缸上的活塞推杆上，通过液压管路，使液压力作用在前后制动器上，产生制动力。

图1 制动系统组成图Figure 1 Structure Diagram of Brake System

真空助力器的工作原理，如图2所示，在非工作状态下，弹簧6将推杆连同控制阀柱塞8推到后极限位置，真空单向阀处于开启状态，橡胶阀门5则被弹簧压紧在空气阀座上4，从而关闭了空气阀口。此时真空助力器气室前、后腔经通道A、控制阀腔和通道B互相连通，并与空气隔绝。发动机起动后，发动机进气歧管处的真空度上升，真空单向阀打开，真空助力器气室内均产生一定的真空度。当制动踏板踩下时，膜片座3固定不动，来自踏板机构的操纵力推动控制阀推杆7和控制阀柱塞8相对于膜片座3前移。当柱塞与橡胶反作用盘2间的间隙消除后，操纵力便经反作用盘2传给制动主缸推杆1(如下图)。同时，橡胶阀门5随同控制阀柱塞前移，直到与膜片座3上的真空阀座接触为止。此时，助力器气室前后腔隔绝，控制阀推杆7继续推动控制阀柱塞前移，到其上的空气阀座4离开橡胶阀门5一定距离。外界空气充入助力器气室后腔，使其真空度降低，产生真空助力作用[2]。

图2 真助力器工作原理Figure 2 Working Principle of Vacuum Booster

1.2 发动机负荷率与真空度关系

根据自然进气发动机特性，其进气歧管真空度由发动机自身及对应工况的负载（发动机负荷率）决定[3]。图3是发动机真空度与转速及负荷的关系。发动机扭矩越大（即负荷率越高），其真空度越低。

图3 发动机真空度与转速及负荷的关系Figure 3 Relationship Between Engine Vacuum and Speed/Load

1.3 真空助力器助力效果与真空度的关系

真空助力器是利用真空度产生助力效果的，助力器点的输入-输出力值与真空度直接相关，图4是某助力器在不同真空度下助力效果。从真空助力器助力特性曲线可以看出，真空度越高，助力效果越好。

图4 真空助力器特性曲线Figure 4 Vacuum Booster Characteristic Curve

2、某自动挡轿车真空度提升实例

2.1 问题描述

某自动挡轿车在冷机启动下开空调至最大，D档低速行驶时制动踏板硬，制动性能差，加油门及热机后制动恢复正常。

2.2 原因分析确认

针对问题描述，因热机及加油门后制动恢复正常，排除制动器故障。仅在冷启动、怠速、蠕动、开空调等发动机负载较大的工况下踏板硬[4]，初步判定为真空助力出现问题，影响助力的因素有：真空度不足、助力器不合格、单向阀不合格等。图5是助力不足的故障树。

图5 助力不足故障树Figure 5 Fault Tree of Power Shortage

针对上诉所有末端影响因素进行测试，对影响因素逐一确认，测试结果如表1。

根据以上测试结果，排除助力器及单向阀故障，抽取车辆进行真空度测试，发现制动真空度在问题反馈工况下存在明显不足，助力器真空度达到66.7KPa时才能保证较好的制动性能，表2是问题车辆真空度测试结果。

在冷启动、怠速、蠕动及开空调工况时，发动机进气歧管真空度较低，因伺服制动真空助力系统是利用进气歧管的真空度，故导致制动真空度不足，真空度不足会使得达相同减速度的所需踏板力较大，即表现为制动踏板硬，制动性能差。

表1 测试结果Table 1 Test Result

表2 真空度测试记录表Table 2 Vacuum degree test Record

2.3 方案决策

根据以上原因确认，需要提升制动真空度来提高制动性能，解决本问题的途径有以下3个：

（1）提升发动机进气歧管真空度

增加进气歧管真空度能从根源上解决制动真空度不足问题，但这需要从发动机本身及负载匹配两方面着手，目前机发动机开发工作全部结束，重新匹配发动机及负载，成本高，周期长，不能满足提升进度需求，现阶段难以实施。

（2）增加电子真空泵

在发动机及真空助力器之间加装电子真空泵是真空补偿的常用方法，电子真空泵工作效果高，真空提升明显，但同时需要增加压差传感器、固定支架、线束等，单台成本增加多，且真空泵及其支架在发舱布置存在困难。

（3）增加真空增强阀

在发动机进气歧管及真空助力器之间加装真空增强阀，利用文丘里效应增加助力器真空度，提升制动效果。

真空增强阀体积小、重量轻、成本低、开发周期短，在发舱布置简单，结合整体情况，选择途径3作为本案例的最终方案。

2.4 文丘里效应

文丘里效应是指当风吹过阻挡物时，在阻挡物的背风面上方端口附近气压相对较低，从而产生吸附作用并导致空气的流动。它就是把气流由粗变细，以加快气体流速，使气体在文氏管出口的后侧形成一个“真空”区[5]。当这个真空区靠近工件时会对工件产生一定的吸附作用，如图5所示。

图5 文氏管原理图Figure 5 Priciple Diagram of Venturi tube

压缩空气从文丘里管的入口A进入，少部分通过截面很小的喷管B排出，随之截面逐渐减小，压缩空气的压强增大，流速也随之变大，这时就在D吸附腔的进口内产生一个真空度，致使周围空气被吸入文氏管内，随着压缩空气一起流进扩散腔内增加气体的流速。

文丘里原理可以用伯努利方程来表达：

图6 伯努利定理图Figure 5 Bernoulli Theorem

式（1）中p、ρ、v分别为流体的压强、密度和速度；h为铅垂高度；g为重力加速度；c为常量。公式（1）表示单位体积流体的动能、重力势能、压力能，在沿流线过程中，总和保持不变，即总能量守恒，也可转换成公式（2）。显然，流体速度增大、压强就减小；速度减小，压强就增大[6]。

本文所述真空增强阀原理如图7，该阀有A、B、C、D四个接口，单向阀E集成在里面，A接进气波纹管，B接发动机进气歧管，C接真空助力器，D处密封，B、D接口之间有一个单向阀，A、C接口之间有一个单向阀，A、B接口相通，C、D接口相通。空气从A口进入，经中间细小单向阀口E，根据文丘里效应，在C处产生一定的真空度，补偿进气歧管真空不足。

图7 真空增强阀原理图Figure 7 Priciple Diagram of Vacuum Aspirator

2.5 方案验证

根据以上原理，在发动机进气歧管与真空助力器之间增加真空增强阀，装配连接图如图8所示。

图8 真空增强阀连接图Figure 8 Link Diagram of Vacuum Aspirator

基于以上方案，对问题车辆进行真空度测试，测试记录见图9。

测试结果可见，增加真空增强阀后，助力器真空度增加明显，下表3是真空度增量汇总表：

表3 真空度增量记录表Table 3 Vacuum degree Increment Record

以上结果可见，真空度增加明显，在冷启动、怠速、蠕动、开空调等发动机负载较大的工况下，助力器真空度达到66.7KPa，满足制动性能要求。

图9 真空度测试图Figure 9 Test Diagram of Vacuum degree

3、结语

自动挡轿车在冷启动、怠速、蠕动、开空调等发动机负载较高的工况下，进气歧管真空度较低，导致制动真空补偿不足。制动真空度不足不仅影响踏板感觉，还影响制动性能，严重的可导致安全事故。通过在发动机进气歧管与真空助力器之间增加真空增强阀，利用文丘里效应，明显提高了制动真空度，提高了制动性能及行驶安全性。

[1] 余志生.汽车理论[M].5版.北京：机械工业出版社,2009,P89-90.

[2] 陈家瑞.汽车构造 [M].3版.北京：机械工业出版社,2009.2.

[3] 高海洋.发动机进气歧管真空度的利用[J].天津汽车,1994（3）.

[4] 胡世伟，贾学东，王超等.发动机进气歧管真空度不足试验研究[J].内燃机与动力装置, 2015（4）.

[5] 吴望一.中国大百科全书[M]74卷.2版.流体力学.中国大百科全书出版社,2009-07,P50-51.

[6] 王海军.文丘里管射流装置的结构及工作原理[J].西南科技大学学报,第19卷,第2期,2004（6）.

Lifting method for Braking Vacuum degree of an automatic car

Dou Cuixiao, Dong Liang, Chu Jun, Ying Zhuofan
( Anhui Jianghuai Automobile Co. Ltd., R&D Center, Anhui Hefei 230601 )

Aiming at the problem of poor braking performance of an automatic car, throughing the detailed analysis of fault tree of the influencing factors, it is confirmed that the cause of poor braking performance is the low vacuum degree. Throughing enhancing a vacuum aspirator on the vavuum hose between the engine and vacuum booster, using the Venturi effect to increase the vacuum degree of the brake system and improce the braking performance.

Vacuum Aspirator; Venturi effect; Braking performance; Vacuum degree

U463.5

A

1671-7988(2016)07-51-04

窦翠晓，就职于江淮汽车股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.016