（机械制造及其自动化专业论文）基于linux系统的汽车真空助力器性能检测的研究.pdf

摘要 摘要 随着国民经济的增长，汽车走进了人们的生活，随之而来产生的一系列后果 中，交通事故无疑是最为严重的。据统计，在每年的交通事故中，有6 0 以上是 由汽车制动系统引起的。由此可见，汽车制动性能的好坏直接关系着乘车人员和 行人的人身安全。 汽车制动真空助力器广泛应用于轿车和轻型货车中。汽车真空助力器在汽车 制动中的作用至关重要，是汽车制动系较为常见的助力装置之一。其性能好坏直 接影响着驾驶制动操作的准确及时性，它是将人传递过来的踏板力进行放大后完 成对整车的制动。随着我国汽车工业的发展，真空助力器的需求大大增加。及时 正确维护真空助力器，并进行严格检验，保持良好制动性能，是保证行车安全的 重要条件。本文以国家行业标准q c t3 0 7 - - 1 9 9 9 真空助力器技术条件规定 的检测项目和方法为基础，对汽车真空助力器工作原理、工作性能进行了详细介 绍，对真空助力器的输入输出特性检测系统的检测原理和控制系统的组成进行了 说明。并根据检测系统原理图确定相应的硬件型号、参数，如数据采集卡、传感 器、电磁阀等。利用工控机对数据采集卡p c l - 8 1 2 p g 的动态实时控制，完成对 检测系统硬件的控制，通过控制电磁阀的通断状态来保证检测系统气路回路的接 通和断开，利用测控软件快速、准确的采集和处理数据采集卡采集的传感器信号， 并动态绘制出特性曲线。本测试系统以研华公司的p c l - 8 1 2 p g 多功能数据采集 卡为核心，在l i n u x 操作系统下利用q t 软件编制了相应的测控软件。l i n u x 系统 具有运行稳定，成本为零，资源丰富等特点，在各方面有很大的优势，q t 特有 的“s i g n a l s s l o t s ”的安全类型来代替c a l l b a c k 回调函数，使得各个控件之间的协 同工作更为简单方便，系统结构更清晰。在测控软件的开发过程中主要涉及到数 据采集卡的安装、调试；数据处理；双缓冲等关键问题，在文中都有一一解释说 明。通过检测真空助力器的输入输出特性曲线可以对真空助力器的质量进行 评判。该技术对发展在线自动检测技术有重要的促进作用，对汽车零部件制造业 有着十分重要的知道意义。 关键词汽车制动；真空助力器；检测系统；q t 北京1 二业大学丁学硕：l 学位论文 a b s t r a c t a st h en a t i o n a le c o n o m yg r o w s w a l 五ca c c i d e n ti so n eo ft h em o s ts e r i o u s c o n s e q u e n c e sa f t e ra u t o m o b i l ee n t e r i n gp e o p l e sl i v e s a c c o r d i n gt os t a t i s t i c s ，m o r e 也a n6 0 o ft r a f f i ca c c i d e n t sw f e u s e db yt h ea u t o m o b i l eb r a k ef a i l u r ee v e r yy e a r i no t h e rw o r d s , t h ep e r f o r m a n c eo ft h eb r a k i n gs y s t e mh a sd i r e c t l ya f f e c t e dt h e s e c u r i t yo f t h ep a s s a n g e r sa n dp a s s e r b i e s a u t o m o b i l eb r a k ev a c u mb o o s t e rw i d d yu s e di ne a r sa n dl i g h tg o o d sv e h i c l e s v a c u u mb o o s t e ri so n eo f t h ec o m m o nb o o s t e r sp l a ya 、r i t a lr o l ei nt h eb r a k i n gs y s t e m i t sp r o p e r t yw i l lh a v ead i r e c ti m p a c ti nt i m e0 nt h eo p e r a t i o no fb r a k ed r i v i n g a c c u r a c y i tc a nb ee n l a r g e dt h ef o r c ep a s s i n gf r o mp e r s o nt oc o n d u c tt h ep e d a lt o b r a k et h ew h o l ev e h i c l e s w i t ht h ed e v e l o p m e n to f t h ea u t oi n d u s t r y , v a c u u l nb o o s t e r d e m a n di sm u c hg r e a t e r t t m e l ya n dc o r r e c tm a i n t e n a n c eo fv a c u u mb o o s t e r , c o n d u c t i n gr i g o r o u sd e t e c t i o na n dm a i n t a i n i n gg o o db r a k i n gp e r f o r m a n c ei s t o g u a r a n t e et h ei m p o r t a n tc o n d i t i o n so f t h es a f eo p e r a t i o n a c c o r d i n gt ot h et e s tp r o j e c t s a n dm e t h o d sb a s e do nt h en a t i o n a li n d u s t r ys t a n d a r dq c t r3 0 7 - 1 9 9 9 ”v a c u u mb o o s t e r t e c h n i c a lc o n d i t i o n s ”，t h i sa r t i c l ei n 删u c e dt h ep r i n c i p l ea n dp e r f o r m a n c eo ft h e v a b - r l u l nb o o s t e ri nd e t a i l s , a n dd e m o n s t r a t e dt h et e s tp r i n c i p l eo ft h ei n p u t - o u t p u t c h a r a c t e r i s t i ce x a m i n a t i o na n dt h ec o n t r o ls y s t e mc o m p o s i t i o n a c c o r d i n gt ot h et e s t s y s t e ms c h e m a t i cd i a g r a mc o n f i r m e dc o r r e s p o n d i n gh a r d w a r em o d e la n dp a r a m e t e r , l i k ed a t aa c q u i s i t i o nc a r d ，s e n s o r , s o l e n o i dv a l v ea n ds oo n t h r o u g hr e a l - t i m e c o n t r o l l i n gt h ed a t aa c q u i s i t i o nc a r dp c l 广8 1 2 p gc o m p l e t e st oc o n t r o lt h eh a r d w a r e o ft h et e s ts y s t e m ，t h es o l e n o i dv a l v ec o n d i t i o ng u a r a n t e et h et e s ts y s t e ma i r - l o o p p u t t i n gt h r o u g ha n ds h u t t i n gd o w n , q u i c k l ya n da c c u r a t e l ya c q u 打ea n dp r o c e s st h e d a t a , p l o tt h et e s tg u r v ed y n a m i cb yc o m p u t e rc o n t r o l l i n g t h i st e s ts y s t e mt a k ee v o e d a t aa c q u i s i t i o nc a r dp c l r 8 1 2 p ga sac o 他d e s i g n sb a s e d0 1 1q td e v e l o p m e n t s o r w a r eu n d e rl i n u xs y s t e me n v i r o n m e n tt h ec h a r a c t e r i s t i c so fl i n u xs y s t e m e n v i r o n m e n tl i k es t a b l em o v e m e n t , z e c o s t , r i c hf e s o u “瑚h a v et h ev e r yb i g s u p e r i o r i t yi nt h ee v e r ya s p e c t t h eu n i q u e ”s i g n a l s s l o t s ”t h es e c u r i t yt y p eo fq t r e p l a c e sc a l l b a c kf u n c t i o n , w h i c hc a u s e st h ec o n t r o lb e t w e e nw i d g e t sm o r es i m p l y a n dc o n v e n i e n t l ya n dt h es y s t e ms t r u c t u r ei sc l e a r e r t h i sa r t i c l em a i n l yi n v o l v e sk e y q u 鼯t i o u se x p l a i n e di nd e t a i l si nt h ea r t i c l el i k et h ed a t aa c q u i s i t i o nc a r di n s t a l l m e n t a n dm o u n t , d a t ap r o c e s s i n g , d u a l - b u f f e ra n ds oo n t h eq u a l i t yo f t h ev a & d mb o o s t e r p r o p e r t yc a nb ej u d g e dd i r e c t l yo nt h ei n p u t - o u t p u tc h a r a c t e r i s t i ct e s t i n gc l = u v e t h i s t e c h n o l o g yc a np r o m o t et h ed e v e l o p m e n to f t h eo n - l i n ea u t o m a t i ct e s t i n gt e c h n o l o g y , h a st h ee x t r e m e l yv i t a ls i g n i f i c a n c et ot h ea u t o m o t i v ep a r t si n d u s t r y k e y w o r d s v e h i c l eb r a k e ：v a g u u mb o o s t e r ：t e s ts y s t e m ；q t n 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名： 日期：仝2 。：兰， 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：主盗叠荦导师签名：鱼缸日期：1 2 ：! y 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题研究的目的及实际意义 中国汽车工业发展迅速，汽车产量从1 9 9 8 年1 6 2 8 万辆全球排名第十位跃 居2 0 0 5 年5 7 0 7 7 万辆全球排名第三位，汽车销售近5 9 2 万辆，总规模超过德国 和日本跃居全球第二位，其中汽车零部件配套产值占整车6 2 以上。中国入世以 来，伴随着中国汽车的“井喷式”增长，汽车零部件业也实现了持续快速增长， 而且增幅超过了轿车、客车、载货车等行业，在1 2 个小行业中居第一位。汽车 制造业是我国重要的支柱产业，这是国家为汽车制造业的发展所制订的战略目 标，汽车工业水平是一个国家的综合国力和具有的先进工业生产能力以及技术水 平的一个直观而具体的体现【1 】。我国汽车零部件工业先于整车工业打入国际市 场，在出口产品结构上，仍然以劳动密集型、低附加值产品为主，但是技术含量 高、附加值大的商品也正在逐年增多。我国汽车零部件产业人均设备率逐年递增， 但行业整体的研发投入强度、技术人员的数量及比例、新产品销售额所占份额等 指标长年处于低水平。总体而言，汽车零部件企业并没有将研发作为重要的发展 战略，加大新产品开发、加快产品结构调整、提高后向整合能力是零部件企业可 持续发展的关键。 同时在我国随着汽车拥有量的增加，一方面有利于生产建设，便于人们工作 和生活，给经济发展和人们出行带来巨大好处，另一方面却造成了严重的社会问 题，交通安全事故每年都呈上升趋势。据统计，全世界6 0 亿人口每年死亡52 0 0 万人，其中死于交通事故的5 0 万人，占总死亡人数的1 ，排在人类死亡原因的 第l o 位；中国年交通事故死亡l o 万人，所占总死亡人数的百分比为1 ，5 ，摊 在死亡原因的第7 位。2 0 0 2 年，全国公安交通管理部门共受理道路交通事故4 1 2 8 6 0 起，8 35 2 9 人死亡，2 8 60 8 0 人受伤，造成直接经济损失2 1 24 0 1 万元，分别 比上年增长：9 3 ，7 o ，2 8 4 和1 0 1 。特别据交通事故统计数据表明，有轿 车和轻型货车参与的交通事故中造成死亡和重伤的比例较高。我国1 9 9 8 年死于 交通事故的7 80 6 7 人，其中轿车和轻型货车造成的交通事故导致1 81 6 7 人死亡， 占整个交通事故死亡人数的2 3 3 ，在有轿车和轻型货车参与的交通事故中，平 均4 起交通事故就造成1 人死亡。进入新世纪以后轿车和轻型货车交通事故造成 的死亡人数又有所上升。 由于交通事故对社会和家庭造成的伤害，各大汽车生产厂家在提高燃油经济 性、降低汽车排放的同时，越来越多地注重提高汽车的安全性能。汽车安全技术 分为主动安全技术和被动安全技术。过去，汽车安全设计主要考虑被动安全系统， 北泉i 业大学l ：学硕1 二学位论z 如设置安全带、安全气囊、保险杠等，现在汽车设计师们更多考虑的则是主动安 全设计，使汽车能够自己“思考”，主动采取措施避免事故的发生。 汽车制动性能的好坏，是安全行车最重要的因素之一，因此也是汽车检测诊 断的重剧2 1 。为了降低事故发生率，减少经济损失，就必须要求制动系统工作绝 对可靠。因此，加强对汽车制动零部件的出厂性能检测，以保证其工作可靠。由 于检测技术和检测设备在很大程度上决定了产品的质量和性能，所以笔者针对浙 江亚太机电有限公司的汽车真空助力器在线检测，提出了将计算机辅助测试技术 应用到真空助力器性能测试系统中，是符合测试发展和社会需求的，是对计算机 辅助测试的应用领域拓展进行一次尝试。 1 2 汽车制动零部件性能检测的发展现状 早在2 0 世纪4 0 年代，一些发达的资本主义国家以汽车的单项性能进行调试 和检测。6 0 年代后期汽车检测发展很快。如美国政府制定的汽车安全标准 简称m v s 8 标准、日本的道路运输车辆安全标准、欧洲经济共同体的e e c 指令、加拿大的c m v s 8 标准以及澳大利亚的a d r 标准等l l 】。自2 0 世纪9 0 年 代以来，国外在汽车安全性方面已经进行了多方面的研究，主要技术包括：预防 安全技术( 信息显示和报警) 、事故回避技术、全自动驾驶技术、碰撞安全技术 ( 乘员保护和减轻对行人伤害) 、防止灾害扩大技术和车辆基础技术。开发的系 统有：碰撞监测与防护系统、车距保持系统、弯道减速系统、自动停止警报和调 节系统、超声波停车装置、驾驶盲区警报系统、夜视系统等项目，这些项目有的 已取得实用成果并在部分车辆安装并应用。从检索到的文献等资料表明，国外关 于汽车制动传动系统动态特性研究，始于2 0 世纪7 0 年代中后期，大多数学者热 衷于对汽车气制动过程的理论和制动过程仿真研究。而且，大多数研发部门将精 力放在研究气压a b s 或气液混合型a b s 在气制动车辆上的应用上。当然也有一 些公司诸如德国的申克( s c h e n c k ) 公司、美国的m t 8 、i n t e r t e c k 公司等致力 于汽车零部件试验台的制造，但这些公司主要致力于汽车制动器耐久性试验台以 及一些疲劳寿命试验台等的研制，由于这些试验台一般生产量比较少，所以价格 比较昂贵。从国外制动法规可以看出国外制动法规的制定主要以道路试验为主， 主要内容是规定道路试验的方法和性能要求，其次也辅助有台架动力惯性试验， 但主要针对制动器等产品。 我国汽车检测技术起步比较晚，2 0 世纪6 0 年代后，由于国家有关政府部门 的重视，才逐步建立了一些汽车检测设备生产企业，开始制造一些结构简单的设 备。到了2 0 世纪7 0 年代，特别是2 0 世纪8 0 年代以来，随着我国汽车保有量的 迅速增长，促进了汽车检测维修企业和检测设备生产企业的发展。“六五”期间 国家把汽车检测技术列为重点推广项目，汽车检测技术迅速发展起来了 2 1 第1 章绪论 g b 7 2 5 8 1 9 9 7 机动车运行安全技术条件和g b l 2 6 7 6 - 1 9 9 9 汽车制动系统结 构、性能和试验方法两个强制性国家标准的实施，标志着我国机动车的检测技 术从人工经验检测向现代检测技术的转变。由于试验手段和设备的限制以及a b $ 大多数气制动车辆上应用仍然不是很广泛的实际情况，国内学者对气制动传动系 统的研究比较深入。归纳起来主要有；原西安公路学院等单位的理论研究学者， 针对汽车气制动传动的压缩空气为一维非定常流动过程这个特点。从2 0 世纪8 0 年代中期开始进行研究，他们主要通过对汽车气制动过程的状态监测对制动过程 等方面进行动态仿真和理论研究：以东北林业大学、中国重型汽车集团公司、重 庆重型机械研究所、东风汽车公司、第一汽车集团公司、北京汽车制造厂、南京 汽车制造厂、肖山汽车制动器厂、沈阳石棉厂等为代表的工程科技人员，从2 0 世纪8 0 年代初期开始对汽车制动系统的设计方法，检测理论及工程实践等方面 进行研究。东北林业大学和重庆汽车研究所研制了多种气压、液压制动系统总成 试验台，己形成系统产品。东风汽车公司、一汽长春汽车研究所也都根据自己的 需要研制了多种制动系统试验台。他们提出了在线检测、等效密封测试理论、压 力比例控制技术、全过程质量监控等概念。如图1 1 、图1 2 所示为国内目前汽 车制动试验台的一些照片，图1 - 1 左为高低温性能试验台，右为真空助力器检测 试验台；图1 2 左为制动主缸检测试验台，右为比例阀检测试验台。 图1 - 1 汽车制动检测试验台 f i g 1 1t h e t e s tr i g sa b o u t a u t o m o b i l eb r a k e 北京丁业大学工学硕士学位论文 图l - 2 汽车制动检测试验台 f i & l 2t h e t e s tr i g sa b o u ta u t o m o b i l eb l a k e 1 3 检测技术的发展 检测技术的发展与试验检验的完善有密切的关系。由于电子技术的发展，出 现了各种数据采集、变换、贮存、处理、控制等方面的仪器，例如，电测量技术 在现代汽车检测试验中就占有十分重要的地位。电测量技术是指利用各种电子测 量线路和仪器对非电物理量进行测量的方法，它借助于变换器将各种非电量信 号，如应力、力、力矩、压力等物理量变换为电信号，然后对此电信号进行测量， 以确定待测非电量的物理量值。电测量系统具有很高的灵敏度和测量精度，能够 测量变化速率很高的物理量，因而对不同特征的被测信号具有良好的适应性，易 于实现多参量集中同步测量，所使用的变换器尺寸小、重量轻、易于安装，由于 变换成电量，所以便于传输、放大、记录，特别是记录信号可以直接输入计算机 进行各种处理h 。 计算机技术、软件技术、传感器技术、数据采集系统以及现代通讯技术的发 展促使检测技术发生了质的变化。从检索到的文章可以看出，检测技术大体经历 了三个主要发展阶段【5 】： ( 1 ) 人工检测由测试人员用测量仪器、测量工具完成的测试，这种测试 方法有良好的适应性和灵活性，但不适用于高精度、高速度、高数量的测试要求。 ( 2 ) 自动检测在自动调节装置或程序控制装置的控制下，由传感器将被 测量转化为电量，并进行自动显示和记录。自动测试提高了检测的准确性、可靠 性和效率，但通用性较差。 ( 3 ) c a = r ( 计算机辅助检测)用计算机及其外部设备取代了人的动作、 感觉功能和思维功能所进行的测试。 计算机的应用对汽车检测试验起了巨大的促进作用。计算机在汽车的性能预 测、强度计算上提供了快速、准确的运算工具，从而代替了大量多方案比较试验， 第1 章绪论 计算机既是计算工具，也是检测试验的主要技术手段，计算机进行数据的采集、 处理，为试验数据分析提供了有力工具。在汽车检测试验中，不少设备将计算机 作为设备的组成部分，检测过程的计算机控制使检测试验工作高度自动化，使汽 车试验技术无论在方法上，还是装备上都达到了空前完善的程度阿。 1 4 文献综述 2 0 世纪9 0 年代以来，国内外学者对气制动零部件性能检测研究很多，对检 索到的相关文章大体归纳如下： ( 1 ) 性能测试技术研究密封特性的测试方法大体经历了密封特性压力测 试法、压差法以及绝对压力测量法这样一个过程。压差法避免了密封特性压力测 试法的局限性，而“气体绝对压力测量法”较传统测试方法，具有成本低、精度 高、可以进行泄露补偿的优点【7 】。 ( 2 ) 系统组建方式系统机构的组建是实现系统功能的一个基础，在设计 过程中占有非常重要的地位，要求机、电、液( 气) 一体化的设计方法，从检索 的文献可以看出系统组建由单体向分体组合的方式发展，从而便于机构的拆体和 运输以及维护和升级1 8 j ( 3 ) 控制技术和编程语言由使用单片机技术构建控制系统到使用基于微 型计算机的控制系统，促使编程环境从诸如c 语言、汇编语言等面向语言编程 到如v i s u a lb a s i c ，v i s u a lc + + 等可视化编程，缩短了控制系统的研发周期，并使 软、硬件系统易于维护和修改，且易于扩展系统功能。底层驱动程序由过去的用 户自行设计到现在以模块形式调用生产厂商提供的驱动程序，从而减少了编程时 间，节约编程费用( 9 】。 ( 4 ) 计算机辅助测试应用状况随着计算机技术、测试技术、数字信号处 理、可靠性及现代控制理论的飞速发展，计算机辅助测试技术有了重大的变化。 计算机辅助测试( c a t ) 技术是测量领域的前沿技术，在很多领域都有应用，是 测试技术的发展方向【1o 】。 ( 5 ) 元器件的选择从使用国产气路控制元件及传感器元件转变到使用国 外高可靠性的控制元件及高精度传感元件，如日本的s m c 公司的产品和德国 f e s t o 公司的产品，进一步提高系统的精度及可靠性，保证了系统性能的稳定 性和耐久性【6 】 1 5 论文的主要工作及内容 汽车的安全性能一直是汽车行业和全社会普遍关心的问题之一。在影响汽车 运行安全的诸多客观因素中，铝4 动性能对行车安全起决定性作用。而制动系统中 北京工业火学工学硕l 。学位论文 的各个零部件的质量和性能直接决定系统的制动性能。汽车零部件自主开发能力 是建立在试验技术和试验设施基础之上的，技术和试验设施在很大程度上决定了 产品的性能和质量。先进的检测设备和检测方法是对真空助力器进行严格的定量 检测的重要前提条件，没有先进的检测设备和检测方法，就无法严格保证助力器 产品的质量，因此，采用现代高新技术和检测方法，对产品逐一进行出厂前的性 能检测，是提高产品质量及保障交通安全的需要。 有鉴于此，为了提高产品的质量，提高生产效率，保证安全行车，减少交通 事故，针对由于信号的采集与控制、信号的分析与处理等方面存在一些问题而造 成检测精度较低、可靠性差、检测效率不高等问题，浙江萧山亚太机电股份有限 公司提出了对汽车真空助力器性能数字化检测项目：对真空助力器的性能在线检 测。 本论文课题在满足国家相关标准和企业相应的技术条件要求下，采用高性 能，低开支的可以替换其他昂贵操作系统的l i n u x 系统作为开发平台，主要从提 高检测精度、可靠性、效率方面对试验台进行方案可行性研究，本课题开发研制 的汽车真空助力器性能检测系统，应用高精度传感器、数字转换装置和计算机及 其外部设备进行自动检测、试验和数据处理，从而达到自动化程度高、测试精度 好、结构简单、适应工业现场流水线作业需要。检测系统有机地融合了现代检测 手段、计算机控制技术、自动化技术和可靠性理论，使测试与试验摆脱小规模、 单参数和单功能的状态，向工程规模化发展，满足了汽车真空助力器现场进行性 能检测和产品质量监测的需要。另外，由于真空助力器性能检测系统的使用，提 高了检测效率和检测精度，为产品性能的迸一步完善提供了技术基础。 第2 章汽车真窄勋力器性能捡；i 系统方关设计 第2 章汽车真空助力器性能检测系统方案设计 2 1 汽车制动系工作原理 2 i 1 汽车制动系基本原理 使行驶中的汽车减速或者停车。使下坡行驶的汽车的速度保持稳定。以及使 已停驶的汽车保持不动，这些作用统称为汽车制动。对汽车起到制动作用的制动 系统是作用在汽车上，其方向与汽车行驶方向相反的外力。作用在行驶汽车上的 滚动阻力、上坡阻力、空气阻力都能对汽车起制动作用，但这外力的大小都是随 机的、不可控制的。因此，汽车上必须装设一系列专门装置，以便驾驶员能根据 道路和交通等情况，借以使外界( 主要是路面) 在汽车某些部分( 主要是车轮) 施加一定的力，对汽车进行一定程度的强制制动。这种可控的对汽车进行制动的 外力，统称为制动力，这样的一系列专门装置即称为制动裂1 1 】。汽车制动系布置 如图2 1 所示： z， 卜驻车制动压杆按钮2 一弹簧3 一限位块4 一棘爪压杆5 - o 形圈6 一棘爪7 一棘爪销8 一棘爪齿 板9 一驻车制动操纵杆l o - 滚轮1 1 一调整拉杆1 2 - 调节阀接右后制动器油管1 3 - 右后制动器 1 4 - 左后制动器1 5 - 感载弹簧1 6 - 压力调节阀1 7 一驻车制动操纵缆绳1 8 - 调节阀接左后制动 器油管1 9 一左后制动器油管2 0 一右后制动器油管2 卜平衡杠杆2 2 一防尘套2 3 一支架2 4 一驻 车制动操作手柄2 5 一制动踏板2 6 - 真空助力器2 7 - 左前盘式制动器2 8 - 左前盘式制动器油 管2 9 - 主缸主动腔接右前盘式制动器油管3 0 - 右前盘式制动器 图2 一l 红旗c a 7 2 2 0 型轿车制动系统图 f i g 2 - lr e d - f l a g c a r c a 7 2 2 0 b r a k es y s t e m 北京工业大学工学硕士学位论文 2 1 2 制动器的工作原理 一般制动系的工作原理如图2 2 所示，图示是用一种简单的液压制动系示意 图来说明。一个以内圆面为工作表面的金属的制动鼓8 固定在车轮轮毂上，随车 轮一同旋转。在固定不动的底板1 1 上，有两个支撑销1 2 ，支撑着两个弧形制动 蹄1 0 的下端。制动蹄的外圆面上装有摩擦片9 。制动底板上还装有液压制动轮 缸6 ，用油管5 与装在车架上的液压制动主缸4 相连通。主缸活塞3 可由驾驶员 通过制动踏板机构来操作。 图2 - 2 制动系工作原理示意图 f i g 2 - 2b r a k es y s t e mo p e r a t i n gp r i n c i p l es c h e m a t i cd i a g r a m 汽车行车制动系是强制汽车从行驶状态减速或停车的装置。在行车出现意外 情况时，为了避免出现交通事故，需要在尽可能短的距离内迅速降低车速乃至停 车，因此，汽车行驶安全性与制动系的可靠性密切相关。 2 2 汽车真空助力器工作原理 2 2 1 真空助力器在制动系统中的作用 汽车在制动过程中，为减轻驾驶员的工作强度，提高制动的制动效能和舒适 性，现代汽车制动系统广泛采用伺服助力式液压制动，即真空助力器。真空助力 器是汽车制动系统的一个重要组成部件如图2 - 3 所示它是利用发动机进气管形 成的真空与外部大气压力的压差，借助于膜片式活塞将来自脚踏板l 的脚踏力放 大，推动制动主缸5 输出液压力，经制动力调节元件一比例阀分配到各个制动 第2 章汽车真空助力器性能检测系统方案设计 轮缸相应的液压力，由制动轮缸来制动各个车轮，实现汽车制动。 卜制动踏板2 一真空助力器3 一制动真空管纠诺油罐5 一制动主缸铲盘式制动器 7 一毂式制动器 图2 - 3 真空助力器在制动系统中的功能 f i 昏2 - 3t h ep c f f b m o f v a m m mb o o s t e ri nt h eb r a k es y s i c m 2 2 2 真空助力器的结构特点 真空助力器的组成结构如图2 4 所示，如图2 5 所示为真空助力器带制动主 缸的总成结构。 真空助力器的真空阀座l o 由塑料压制，内有连通前腔和控制阀腔的通道a ， 以及连通后腔与控制阀腔的通道b ，橡胶菌形阀1 9 与真空阀座内壁的月形槽组 成真空阀门，又与柱塞阀2 0 的端面组成大气阀门。柱塞阀2 0 与柱塞杆1 3 借后 者的球头铰接，在真空助力器不工作时，弹簧3 将柱塞杆连同真空阀座一起推到 右边极限位置，此时真空阀座开启，大气阀门关闭，形成前后腔连通，并与大气 隔绝的状态。在发动机工作，且真空单向阀5 被吸开后，伺服气室左右两腔内都 具产生一定的真空度。 当刚踏下制动踏板时，起初伺服气室尚未起作用，真空阀座不动，踏板力经 过杠杆放大作用到柱塞杆并压缩弹簧3 ，连同柱塞阀一起相对真空阀座左移，当 柱塞阀与橡胶反作用盘9 之间的间隙消除后，控制力就经过反应盘与主缸推杆组 件，使制动主缸内产生一定的压力并传到制动轮缸。 北京工业大学工学硕士学位论文 卜前壳体2 一主缸推杆3 一回位弹簧4 - 安装主缸螺栓5 一真空单向阀6 - 膜片托盘7 一膜片 8 一后壳尹反作用盘l o - 真空阀座1 卜真空弹簧1 2 一密封圈1 3 一柱塞杆1 4 一防尘罩1 5 一滤 清器1 6 _ 空气弹簧座1 7 一空气弹簧1 8 一真空弹簧座1 9 - 菌形阀2 0 - 柱塞阀 图2 - 4 真空助力器结构图 f i g 2 - 4 t h es l n o u c t u r cs k e t c h o f v a c u u m b o o s t e r 图2 - 5 真空助力器总成图， f i g 2 - 5t h ev a “l u mb o o s t e rs c h e m a t i cd i a g r a m 橡胶反作用盘装在由柱塞阀、真空阀座和制动主缸推杆形成的密闭空间中， 因为橡胶是体积不可压缩的柔性材料，具有和液体一样的传递压力的性质，故经 过橡胶反应盘的传动后，主缸推杆从反作用盘得到的力大于柱塞阀加在反应盘上 的力，而主缸推杆的位移小于柱塞阀的位移【1 2 1 。与此同时，菌形阀在弹簧l o 的 作用下，继续向左移动，直到与真空阀座上的月形槽接触，关闭了真空阀座，a 第2 章汽车真空助力器性能挣铡系统方案设计 通道被关闭，伺服气室左右两腔被隔开，即后腔与真空源隔开。随着控制推杆继 续前进，柱塞阀克服弹簧l l 的压紧力，离开菌形阀，这样，外界大气便经过滤 清器和消声器1 5 进入控制阀腔，并通过通道b 进入伺服气室的后腔，使后腔的 真空度降低，在此过程中，膜片7 与阀座也不断前移，直到阀门重新与大气阀座 接触而达到平衡状态为止。因此，在任何一个平衡状态下，伺服气室后腔中的稳 定真空度均与踏板行程成递增函数关系。伺服气室两腔真空度差值所造成的作用 力，除一部分用来平衡回位弹簧的作用力以外，其余都通过真空阀座作用在反作 用盘上，因此，制动主缸推杆受到的力为真空阀座和柱塞阀二者所施作用力之和 这意味着驾驶员所施加的踏板力不仅要足以启动控制阀，并使制动主缸产生一定 液压，而且还要足以平衡与伺服气室作用力成正比的经反应盘反馈回来的力，这 样，驾驶员便可以通过所加的踏板力的大小来感知伺服气室的作用力大小，具有 一定的踏板感。 2 2 3 真空助力器常见故障 汽车制动真空助力器广泛应用于轿车和轻型货车中。随着我国汽车工业的发 展，真空助力器的需求是大大增加。及时正确维护真空助力器，并进行严格检验， 保持制动效能良好，是保证性行车安全的重要条件【 1 。 真空助力器是汽车制动系统中较为常见的助力器之一，其性能好坏直接影响 着驾驶制动操作的准确及时性和疲劳强度【1 4 】。近年来，随着车辆技术的进步和汽 车行驶速度的提高，这种重要性表现得越来越明显。而汽车制动系统的发展其实 就是制动系统的每个组成部分各个方面性能的提高。真空助力器是汽车液压制动 传动机构中重要的装置之一。由于真空助力器是靠真空度来助力。因此，真空度 不足，单向阀失效，阀门磨损，磨片破裂是最常见的故障【旧。由于制动真空助力 器目前尚无有效的国际标准可依，而国内目前所采用的制动真空助力器产品又来 自不同的国家，因此其结构和技术条件也不一致。目前，国内制动真空助力器按 所用车型的情况大致可分为：用于奥迪、捷达、桑塔纳等车型的采用德国大众标 准；用于江铃、庆铃等车型的采用日本五十铃标准：用于夏利、奥拓等车型的采 用日本尼桑标准；用于广州标致的采用法国标致标准；用于北京切诺基的采用美 国克莱斯勒标准。而真空助力器的特性曲线是评价制动真空助力器基本性能的主 要指标1 6 1 。 北京工业大学工学硕士学位论文 2 3 汽车真空助力器性能检测要求 2 3 1真空助力器的特性曲线 真空助力器的特性曲线是评价制动真空助力器基本性能的主要指标，特性曲 线如图2 - 6 所示当踏动制动踏板使助力器控制推杆在一定输入力的作用运行某 一行程后，此时真空阀座受到膜片包括膜片托盘的推力作用向前移动，由于阀杆 总成中空气阀座的回位弹簧以及反应盘的反力作用下控制推杆相对于真空阀座 后移，使空气阀座关闭，这样，空气不再进入真空助力器的后腔即加力气室，而 在真空阀口关闭时，后腔与前腔保持一定的气压差，使助力不再增加，此时助力 器则处于平衡状态。 蟹出力啦n ) f 2 f 日l j p of a i f af l f x 2 输入力a ：n j p 一跳跃值f a l 一释放力f a 一始动力e - j 大助力点f 入卜最大助力点时3 0 的输入力 f 入2 一最大助力点时8 0 5 的输入力f 出卜最大助力点时3 0 9 6 的输出力 f 出2 - 最大助力点时8 0 0 6 的输出力 图2 - 6 真空助力器的特性曲线 f i g 2 - 6t h er , * r f o r m a c eg l i n t r eo f v a c u u mb o o s t e r 下面说明几个专业名词： f a 始动力：使真空助力器产生输出力时的最小输入力。 f a l - - 释放力：在真空助力器的输入力连续下降的过程中，其输出力降为 零时的输入力。 j p 跳跃值：通过始动力的点作的垂线与助力器的助力比特性线的延长 线的交点。 e 最大助力点；在真空助力器特性曲线中，助力比特性线的延长线与输 第2 章汽车真窄助力器性能拄= 测系统方巢设计 入力和输出力的增量比例为l 的直线的延长线的交点。 k 助力比：在助力器特性曲线中，跳跃区以上，最大助力点以下的性 能区域内，输出力的增量与输入力的增量之比。 全行程在未装挡块及主缸状态下，真空助力器输出推杆的最大行程。 反应时间- 在真空助力器正常工作条件下，快速制动，从加力至最大助力 点的9 7 所用的时间。 空行程助力器的输入推杆由静止位置开始，当助力器输出杆产生位移 时输入推杆的行程。 2 3 2 真空助力器主要检测内容 为满足信息化带动工业化的要求，同时也为了参与汽车零部件国际化要求， 在满足国家行业标准的前提下，汽车真空助力器性能检测试验系统是以国家行业 标准( q c t3 0 7 汽车真空助力器技术条件、北汽福田标准q f t a 0 4 9 - 2 0 0 1 车 辆产品一真空助力器技术条件、一汽大众标准( q j a b f6 5 真空助力器带制动 主缸技术条件、一汽马自达标准 m e sp a 4 3 8 0 0 c 真空助力器工程标准和上 海大众标准( t l 8 7 3 供货技术条件带有制动主缸的真空助力器功能要求等为 基础开发的，浙江亚太公司对汽车真空助力器生产线提出了流水线检测项目如 下： 输入输出特性检测； 非工作状态密封性检测； 最大助力点以下状态密封性检测； 最大助力点以上状态密封性检测； 空行程检测。 2 3 3 真空助力器性能检测试验台检测标准与规范 2 3 3 1 输入输出特性检测试验方法：保持真空度为6 6 7 k p a + 1 3 心a ，调整负 载，使真空助力器的输入推杆的行程至全行程的7 5 以上，在助力器的输入推 杆以1 5 0 n s 3 0 0 n s 的速率连续加载到最大助力点的1 3 0 以上，然后以 1 0 0 n s 2 5 0 n s 的速率连续卸荷，测定加载和卸荷时相应的输入力、输出力；描 绘其特性曲线，并测出或计算下列值： 始动力f a ； 释放力f a l ； 跳跃值j p ： 当输入力为最大助力点的3 0 时，所对应的输出力值； 北京工业大学工学硕士学位论文 当输入力为最大助力点的8 0 时，所对应的输出力值； 最大助力点； 真空助力器的助力比k 。真空助力器的助力比，应分别以最大助力点时的 3 0 时的输出力f l 及所对应的输出力f 出l 和最大助力点时的8 0 时的输入力 f 3 2 及所对应的输出力f8 i 2 为依据，计算助力比。助力比的计算公式为： i r = ( f i i l 2 一f 出1 ) ( f 旭一f )( 2 一1 ) 试验要求：真空助力器的特性曲线应符合下列要求： 始动力f a 1 1 0 n ： 释放力f a l 3 0 n ； 跳跃值j 口按图纸要求； 输入力分别为最大助力点的3 0 时、8 0 时及最大助力点时，输出力应在 理论设计特性曲线的1 0 范围之内； 助力比h 应为理论设计值的9 5 以上； 特性曲线不应出现任何不规则或不连续，试验中不得出现异常噪声。 2 3 3 2 助力器密封性能检测试验方法：将真空助力器与真空源连接，其输入 推杆的推杆行程及输入力如表2 1 所示，当真空度达到6 6 7 k p a 1 3 k p a 时，切 断真空源，系统压力稳定后，检测时间为1 5 s 时的真空度下降值。 表2 - 1 助力器密封性检测参照值 t a b l e 2 - 1t h ev a l u er e f e rt ot h et i g h m e s sd e t e c t i o no f b o o s t e r 项目推杆行程输入力 q v r 作状态密封性原始位置无 助力点以下密封性 7 0 - 8 0 ( 全行程) 5 0 - - 7 0 ( 最大助力点) 助力点以上密封性7 0 - 8 0 ( 全行程) 1 2 0 - 1 4 0 ( 最大助力点) 非工作状态密封性试验 试验条件：助力器的输入推杆处于原始位置的状态下。 测试时间：1 5 s 。 试验要求：真空度值下降不大于3 3 k p a 最大助力点以下密封性试验 试验条件：输入力为最大助力点时的5 0 一7 0 测试时间：1 5 s 。 试验要求：真空度值下降不大于6 6 k p a 。 最大助力点以上密封性试验 试验条件：输入力为最大助力点时的1 2 0 - - 1 4 0 。 第2 章汽车真空助力器性能挣测系统方寨设计 测试时间：1 5 s 。 试验要求：真空度值下降不大于3 3 k p a 2 3 3 3 空行程试验检测试验方法：将真空助力器与真空源连接，真空度达到 6 6 7 k p a