真空助力器工作原理

SABS 上海汽车制动系统有限公司 1 第一章第一章 Actuation 产品的定义产品的定义 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。 图 1 Actuation 结构组成、性能及特点 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 （MAXMIN 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：20.64、22.2、23.81、25.4 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。 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 尺寸 单腔、双腔 单拐点、双拐点 标准式、ADAM或 电子主动式 空间 所需助力大小 制动速度效果 成本及输入力 结构形式特点 补偿孔式 中心阀式 Plunger 易磨损、压强 低 不易磨损、压 强高 缸体长度大大 缩短 结构形式决定因素 带或不带夜面报 警器 有或没有离合器 储液腔 整体式或分体式 成本 技术方案 发动机舱空间 、助力 SABS 上海汽车制动系统有限公司 2 第二章第二章 Booster 真空助力器真空助力器 一 StandardBooster 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。 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。 图 3 非工作位置的控制组件 接真空源 皮膜回位弹簧 真空室 控制阀体 推杆 皮膜托板 皮膜 接触面 1 后壳体 最大间隙 0.2 密封面 1 大气 推杆回位弹簧 回位弹簧 接触面 2 位置 3 密封环 SABS 上海汽车制动系统有限公司 3 2 临界状态 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。 图 4 临界状态的控制组件 3 最大助力状态 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 5 最大助力状态 大气（半压） 密封面 2 密封面 1 真空 控制气阀组件 空气 （全压） 工作室 密封面 2 位置 4 真空 皮膜托板 SABS 上海汽车制动系统有限公司 4 4 恢复状态 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。 图 6 恢复状态中的控制组件 二 Booster 的结构分类 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。 1 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。 工作室 密封面 2 密封面 1 推杆回位弹簧 位置 4 接触面 2 真空 SABS 上海汽车制动系统有限公司 5 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 单拐点助力器和双拐点助力器 a) 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。 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。 前腔 单腔 后腔 顶杆 反馈盘 推杆 空气阀 双腔助力器 单腔助力器 SABS 上海汽车制动系统有限公司 6 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。 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 TieRod 助力器和 FrontBolted 助力器 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 TieRod 助力器和 FrontBolted 助力器，如图 10 所示。 由图 10 中可以看出，FrontBolted 助力器比 TieRod 助力器多了套筒和密 封圈结构。采用 FrontBolted 助力器易于机械化装配，由于零件较 TieRod 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。 图 10 TieRod 助力器和 FrontBolted 助力器结构示意图 FrontBolted 助力器 TieRod 助力器 反馈盘 阀环 压块 SABS 上海汽车制动系统有限公司 7 4 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。 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 SABS 上海汽车制动系统有限公司 8 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。 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。 SABS 上海汽车制动系统有限公司 9 图 14 ADAM 助力器紧急制动触发功率曲线示意图 4） 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。 图 15 ADAM 助力器的正常制动功能工作示意图 相对位移 SABS 上海汽车制动系统有限公司 10 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。 图 16 ADAM 助力器的紧急制动功能工作示意图 c) ADAM 助力器紧急制动的释放 如图 17 所示，完成紧急制动后，推杆的输入力减小，推杆、空气阀等向右 （非制动位置）移动，空气阀与控制气阀组件接触，关闭了大气向助力器工作腔 流动，而控制阀体与控制气阀组件之间处于打开状态，真空源将对 ADAM 助力 器抽真空。当推杆、空气阀向右运动时，挡销很快就可以碰到后壳体而停止，这 样锁紧套也将随之停止运动。由于惯性关系和弹簧力作用，其它的紧急制动功能 组件继续运动，紧急制动组件的锁紧状态也就自动解开。 锁紧套由紧急制动的锁紧状态恢复到非锁紧状态所需的力最大为 20N。 钢珠支架位移 SABS 上海汽车制动系统有限公司 11 图 17 ADAM 助力器的紧急制动功能释放 5 ASMS 助力器电子式主动助力器 与其它类型的助力器相比， ASMS 助力器不同之处在于助力器内部增加了 一个位移传感器和电磁开关。控制阀体内部零件变化较大，其它零件与标准助力 器基本相同。位移传感器穿过助力器的前壳体，与助力器轴线平行，当助力器的 皮膜托板向前移动时，就与传感器接触，传感器可以测得皮膜托板的位移情况。 ASMS 助力器的工作过程如下： 1） 非制动状态 如图 18 所示，在非制动状态，助力器中的电磁开关处于常闭状态，通过电 磁力和回位弹簧的推力，使控制阀体内的零件处于非制动状态。 图 18 非制动状态时 ASMS 助力器零件位置示意图 挡销 锁紧套 电磁开关 SABS 上海汽车制动系统有限公司 12 2） ASMS 助力器制动状态 如图 19 所示，当进行制动时，推杆向前移动，推动零件 L 向左移动，使得 零件 L 与控制气阀组件的密封被打开， 空气进入助力器工作室， 助力器前后两个 工作室形成压力差，皮膜托板向左移动，位移传感器测得信号后，对电磁开关发 出指令，电磁开关打开，电磁力消失，控制阀体内部的零件，包括零件 L 一起快 速向左移动。 零件 L 与控制气阀组件之间的密封被完全打开， 空气迅速充满助力 器工作室，是整个助力器达到最大助力状态。 图 19 ASMS 助力器制动状态 3） ASMS 助力器复位 如图 20 所示，当完成制动后，推杆的输入力减小，控制阀体内部的零件一 起向右移动， 零件 L 与控制气阀组件之间的密封被关闭， 紧接着控制阀体与控制 气阀组件之间的密封被打开，真空源开始对助力器进行抽真空。由于没有了大气 压力差和推杆输入力，在回位弹簧的作用下，控制阀体连同内部的零件，一起回 到非制动工作位置。 图 20 ASMS 助力器的复位 L 电磁开关 SABS 上海汽车制动系统有限公司 13 ASMS 助力器可以用到 ESP 等电子制动系统中， 通过传感器测出转向系统信 号，判断驾驶者的转向意图，利用传感器测得左右车轮的转速，可以判断出实际 转向大小。 在 ECU 判断出是转向过度还是转向不足， 对 ASMS 助力器发出信号， 助力器内部的电磁开关进行自动打开或关闭，从而达到自动制动，调整汽车转向 的目的。 在进行真空助力器结构设计时，可以根据客户要求、发动机舱空间及成本要 求等情况对不同的结构进行组合， 例如 TieRod 结构和 Frontbolted 结构都可 以应用于单腔助力器和双腔助力器，同时 Booster 可以是单拐点的，也可以是双 拐点的，ADAM 助力器和 ASMS 助力器都可以采用单腔结构或双腔结构。 三 空气阀对助力器性能曲线的影响 在制动过程中，通过推杆可以传递一个逐渐增加的输入力，同时空气阀顶端 与反馈盘接触、作用，随着它们之间作用力的加剧，在反馈盘内部产生逐渐增加 的压力。 把推杆的输入力和顶杆的输出力关系反应在真空助力器力力特性曲 线上，就是一条逐渐升高的直线。直线的斜率就是真空助力器的助力比。 1 空气阀顶端形状对助力器性能曲线增跳值附近形状的影响 空气阀顶端形状不同，在空气阀开始与反馈盘接触时，接触面积由少到多变 化过程不同，反馈盘的变形及其内部压力升高的变化过程也不同。真空助力器特 性曲线在增跳值附近的形状与空气阀顶端形状的关系如图 21 所示。 图 21 空气阀顶端对助力器特性曲线增跳值附近形状的影响 2 空气阀与反馈盘之间距离对特性曲线的影响 在非制动状态时，空气阀与反馈盘间距的大小将直接影响到空气阀与反馈盘 刚刚开始接触时作用力的大小，即增跳值得大小，同时它也将影响到特性曲线的 SABS 上海汽车制动系统有限公司 14 形状。如图 22 所示。 图 22 空气阀与反馈盘之间距离对特性曲线的影响 助力器增跳值的大小一般由客户提出。如果增跳值过小，开始制动时驾驶者 会感觉制动不明显；如果增跳值过大，驾驶者会感到制动太剧烈，难于驾驶。所 以在设计助力器时空气阀与反馈盘之间距要合适。 一般是设计出长度逐渐变化的 一系列的空气阀，把它们逐个装配到助力器后进行试验，测得增跳值的大小，从 而选用一个长度合适的空气阀，达到满足客户要求的增跳值。 四 助力器助力比计算 1 单拐点助力比计算 2 2 2 1 D D I 式中：D1反馈盘直径 D2空气阀直径 2 双拐点助力比计算 如图 23 所示双拐点助力器内部结构示意图，其中 D1、D2、D3 分别是反馈 盘、阀环和压块的直径。 SABS 上海汽车制动系统有限公司 15 图 23 双助力比助力器相关结构尺寸示意图 双拐点助力器的理论助力比分别是 2 2 2 1 1 D D I 2 3 2 1 2 D D I 如图 24 所示双拐助力器性能比曲线示意图。由图中曲线可知，在达到同样 的助力情况下，双拐点助力所用的时间较短，推杆输入力也低，但是最大助力点 也较低。 图 24 双拐助力器性能曲线示意图 D1 SABS 上海汽车制动系统有限公司 16 五 助力器内部工作力计算 1） 制动启动力 FAN计算 真空助力器中的各个弹簧都是被预压缩的，即在非制动状态时弹簧中有一定 的抗力，在开始制动时，推杆的输入力必须克服弹簧力，如图 25 所示。 图 25 开始制动时推杆输入的启动力 FKR= FVK+ FAN 其中：FKR推杆回位弹簧的抗力 FVK空气阀密封面P P真空助力器的真空度 FAN启动助力器制动功能的推杆输入力 2) 回复力计算 完成制动后，推杆上的输入力消失或减小，空气阀与控制气阀组件的密封被 关闭，控制气阀组件的两侧，存在正常的真空度压力差，如图 26 所示。 图 26 回复力 FRUE 空气阀密封区压力 FVK 推杆回位弹簧力 FKR 控制气阀组件回位弹簧力 推杆回位弹簧力 空气压力差 SABS 上海汽车制动系统有限公司 17 FKR=FTVW+FTV+FRUE 其中：FKR推杆回位弹簧的抗力 FTVW具有压力差的控制气阀组件有效面积P FTV控制气阀组件弹簧的抗力 FRUE控制阀体内零件的回复力 3） 回位弹簧抗力计算 图 27 回位弹簧抗力示意图 在制动过程中，空气阀与控制气阀组件的密封被打开，在控制阀体内控制气阀组件 的两侧都充满了空气， 但是在控制气阀组件和控制阀体之间， 仍有一个环形区域两侧存在压 力差。如图 27 所示。 FGRFKRFTVFVAKFRUECK 其中： FGR回位弹簧抗力 FKR推杆弹簧抗力 FTV控制气阀组件回位弹簧抗力 FVAK存在压力差的有效面积P FRUECK系统的回复力 六 真空助力器的助力计算 1） 真空助力器输出力计算 如图 28 所示是制动状态下真空助力器的输入、输出力示意图。 皮膜回位弹簧力 推杆回位弹簧力 空气压力差 控制气阀弹簧力 SABS 上海汽车制动系统有限公司 18 图 28 真空助力器输入、输出力示意图 因此：FAFVFE1 FE1FEB 其中：FA真空助力器的输出力 FV真空助力器内径P FE推杆的输入力 B真空助力器的机械效率，约为 97% 2） Actuation 输出压力计算 如图 30 所示是 Actuation 的输入、输出力关系示意图。 图 30 Actuation 的输入、输出力关系示意图 Actuation 的输出压力： T TMC A A F P PA PA FE FE SABS 上海汽车制动系统有限公司 19 式中： PATMC 内压力 FABooster 的输出力 ATMCTMC 的活塞直径 TTMC 的机械效率，一般约为：95 七 助力器理论特性曲线的绘制 如图 31 所示，是助力器理论特性曲线的基本形状和所需的基本参数，而在 定义产品时，这些参数都是可以得到的，标准助力器的机械效率约为 97。如 果考虑了公差因素，就可以得出产品图纸中的标准助力器的特性曲线图。 图 31 助力器理论特性曲线的基本形状和所需的基本参数 根据上面所叙述的 Actuation 输出压力的计算公式， 可以计算出 Actuation 相 应的输出压力，进而就可以绘制出 Actuation 的力压强曲线。 八 真空助力器内部结构尺寸公差计算 真空助力器包含零件较多， 这些零件的尺寸精度的好坏对产品性能有很大的 影响。在这些零件的尺寸中，各个轴向尺寸的精度，尤其是控制阀体内各个零件 的轴向尺寸，对真空助力器能否按照先后次序正确地完成制动过程中的动作，有 着至关重要的作用。因此在进行真空助力器结构设计时，必须严格控制更改零件 的尺寸公差。 真空助力器中各个尺寸链的许多尺寸都是相互关联的，其中一个尺寸的改 变，可能会影响到其它若干个尺寸链。所以真空助力器内部结构尺寸公差计算量 比较大。在 TEVES，工程师利用专门的设计软件HEXAGOU 进行尺寸公差计 算。 FA 制动启动力制动启动力 FE 最大助力最大助力 增跳值增跳值 助力比助力比 SABS 上海汽车制动系统有限公司 20 第三章 TMC串联式制动主缸 串联式制动主缸（Tandem Master Cylinder）与 Booster 相连接，其作用是把 Booster 输出力转变为液压力，并提供可靠的液压和容积平衡。 根据内部结构的不同，可以把 TMC 划分为以下几类： 补偿孔式 TMC 中心阀式 TMC Plunger TMC 一 补偿孔式 TMC TMC 中补偿孔的作用是接通或切断储液罐和制动主缸之间的制动液流通。 如图 32 所示，在非制动状态下，密封圈处在补偿孔的右边，主缸工作腔中 没有压力。当开始制动时，活塞连同密封圈一起向前移动，当密封圈刚好通过补 偿孔时，主缸和储液罐之间的液体连接被切断，主缸工作腔中建立了工作压力， 如图 33 所示。随着液体变形量的增加，液体内部压力逐渐增加，但是在制动钳 控制制动前，主缸液体压力依然处于低压状态。这种相对低压状态可以减小密封 圈通过补偿孔时的机械磨损。为了同样的目的，补偿孔的直径都比较小，典型设 计为 0.7mm。 每次制动时，橡胶密封圈都要经过补偿孔，容易造成橡胶密封圈的磨损， 并且不易保证橡胶密封圈在低压状态通过补偿孔，尤其在 ABS 制动系统中，为 此开发了中心阀式制动主缸。 二 中心阀 TMC 中心阀的设计，经历了不同的发展时期，如图 34 所示。早期的设计成本较 高，且性能并不理想，经过不断的改进，最终定型为目前常用的形式，即图中 c 形式。 图 32 非制动状态下密封圈的位置 关闭 图 33 密封圈刚好通过补偿孔位置 打开 SABS 上海汽车制动系统有限公司 21 图 34 不同形式的中心阀结构 在非制动状态和活塞的复位状态，中心阀都处于打开状态，制动液可以在储 液罐和制动主缸之间自由流动。 如图 35 所示的中心阀结构，其中的密封件基体为金属，外面包着橡胶，在 两侧，橡胶比金属基体凸出 0.2mm。在制动时，主缸工作腔的压力升高，密封件 与活塞紧密接触，橡胶部分可以封住活塞上的孔，随着液体压力升高，橡胶变形 加大，密封件的金属基体与活塞接触，防止橡胶部分进一步变形、损坏。这种结 构的中心阀结构，最高可以承受 80bar 的正常工作压力。在活塞复位时，在制动 液压力作用下，密封件自动地打开，制动液可以自由流动。 图 35 中心阀工作原理 对于双中心阀式制动主缸而言，两个活塞可以同时开始工作，也可以先后依 次开始工作，要以客户的要求为准。如图 35 所示一个 TMC 示意图，当主缸中 的两根回位弹簧的刚度一样时，制动时两个活塞同时开始动作；当弹簧 1 的刚度 大时，活塞 2 先开始工作，当第二腔的压力上升到大于第一弹簧的抗力时，第一 活塞开始动作。反之，原理相同。 b) a) c) 橡胶 金属基体 有间隙 SABS 上海汽车制动系统有限公司 22 图 36 中心阀 TMC 弹簧刚度与活塞开始工作次序 三 Plunger 式 TMC 补偿孔式 TMC 和中心阀式 TMC 都比较长（一般在 120mm 以上） ，由于受 到发动机舱安装空间的限制，客户有时要求更短的 TMC。为此，开发了 Plunger 式的 TMC。 图 37 Plunger TMC 的结构形式 如图 37 所示，没有了中心阀，使得活塞内部结构变得简单，而主缸中的两 根弹簧深陷在活塞中，节约了主缸轴向长度。 储液罐和主缸腔内的制动液连通和断开与补偿孔类， 但是制动液的连通和断 开不是靠橡胶件位置移动实现， 而是由活塞上的径向孔与缸体上的孔的连通与相 互错位实现的，如图 38 所示（主缸第二回路） 。 弹簧 2 弹簧 1 第二活塞 第一活塞 SABS 上海汽车制动系统有限公司 23 图 38 Plunger TMC 补偿孔部分工作示意图 在制动状态时，活塞向前运动，当活塞跃过空行程后，缸体腔内压力升高， 使得橡胶件 7 变形，把图 38 中所示的孔和间隙封闭，切断缸体内和储液罐之间 的制动液流动。 例如在 TCS 制动系统中，将需要更多的制动液。当液压泵开始抽制动液时， 储液罐中的制动液必须能快速的补充到制动主缸中，此时，图中的橡胶密封件 7 则会变形，打开它与其它零件之间的密封。如图 39 所示。从而加快制动液的流 动速度。 图 39 Plunger TMC 的补液功能 如同 Booster 结构设计一样，TMC 的设计目标是满足客户的功能和价格要 求。因此，所设计的 TMC，一个产品中的两个补油孔可能是不一样的，例如有 的 TMC 是一个补偿孔和一个中心阀，另外在 TEVES 的新设计的产品中，有一 种特别为 D.C 设计的 Hybrid TMC, 是由一个 Plunger 和一个中心阀结构组成的。 如 40 图所示： SABS 上海汽车制动系统有限公司 24 40 Hybrid TMC 结构示意图 四 TMC 公差计算 同样，为了保证 TMC 内部零件的正确工作次序和精确控制 TMC 的行程， 必须对 TMC 内部零件进行公差计算，严格控制其尺寸精度。 与 Booster 内部的尺寸链类似，许多 TMC 尺寸是相互关联的，一个尺寸的 变化会影响到一系列的尺寸，因此进行 TMC 尺寸公差计算量也是比较大的。 目前，在 TEVES 是利用软件 HEXAGOU 进行 Booster 公差计算，而 TMC 仍然采用人工方式进行。 在进行 TMC 公差计算时，把相关的尺寸同时标注在图纸中，如图 41 所示。 如果要对某个尺寸进行公差分析，就在图纸中找出包含想要计算尺寸的尺寸链， 并且在该尺寸链中，需计算的部分是唯一未知尺寸公差。 图 41 双中心阀 TMC 尺寸示意图 现在以 TMC 第一腔行程为例，对其进行公差计算。根据图 41 标出的尺寸， 得出其尺寸链如图 42 所示， SABS 上海汽车制动系统有限公司 25 图 42 TMC 第一腔空行程尺寸链 依据尺寸链计算其公差，得： TMC 第一腔行程 17.2+0.3/-0.4 按照相同的原理， 可以对其它尺寸公差计算。 当计算结果不在规定的范围内， 要适当地调整相关尺寸，此时要注意必须对其它受影响的尺寸重新进行计算。 SABS 上海汽车制动系统有限公司 26 第四章 Reservoir 储液罐 在整个制动系统中，储液罐的作用是为液压制动系统提供所需的制动液补 偿，制动系统状态不同，所需的制动液体积是不同的，例如摩擦片磨损越严重， 需要的制动液也就越多。另外，在液压制动回路中，储液罐与大气相通，这样可 以降低非制动位置系统内液体压力。 一 储液罐产品定义 储液罐产品定义与开发， 要与客户一起完成。 通过设计者与客户之间的交流， 可以知道制动系统的一些基本的技术要求，例如所需的磨损容积、是否为离合器 提供制动液、是否带有液面报警器、报警器的类型和安装位置、储液罐与主缸连 接方式、过滤器等重要信息，这些信息对产品的性能和成本都有影响。经过这样 的谈论之后，基本上可以对客户要求的产品，给出一个较为准确的定义。 二 储液罐容积计算 随着安装空间不同， 储液罐形状千变万化， 再加上行车情况难以确定等因素， 不可能给出储液罐容积计算的精确数学模型。在总结了大量的工作经验的基础 上，设计者得出了具有一定指导意义的经验计算公式。 图 43 标准型储液罐基本结构示意图 如图 43 所示，是一个假设的标准型储液罐，其各部分含义及计算公式分别 如下： 1） 磨损容积 随着汽车行程的增加，摩擦片将逐渐磨损，这就需要更大的制动钳活塞进给 量和更多的制动液。 总的磨损容积： Vv=V 前轴V 后轴 考虑到 10%的公差和损耗，MIN 和 MAX 之间的容积： VMINMAXVv +10% Vv 2) 接通容积 如图 43 中所示 MIN标记和左、右两室隔板顶部之间的容积用来保证报警 SABS 上海汽车制动系统有限公司 27 器浮标处于正常位置必须的容积。 根据经验 Vs0.25Vv 3) 保留容积 根据经验，底部左、右两个小室的容积应为 MIN标记和 MAX 标记之间 容积的 30，即： Vrest xxVMINMAX30 每一腔 式中： xx-第一腔或第二腔 4） MAX 容积 在 MAX 标记处的容积 VMAXVMINMAXVs+VRest DK+ VRest SK VMAX2.05Vv 5) 间隙容积 根据经验，MAX 标记和储液罐顶部之间的间隙容积： VL10VMAX 6) 总容积 从储液罐底部到顶部之间的总容积： VgesVMINMAXVs+VRest DK+ VRest SK+ VL 经验值：储液罐总容积2.25Vv 三 储液罐报警器 从市场定位及成本出发，有的储液罐是不带报警器的。而带报警器的储液罐 又可以分为机械式和电子式两种。 1 机械式液面报警器 如图 44 所示，为机械式夜面报警器示意图，当液面较高时，浮标上升，接 触盘与触点是断开的，报警灯不会亮。相反，当液面下降，浮标一起降低，当接 触盘与触点接触，报警灯点亮报警。 图 44 机械式液面报警器结构示意图 有的机械式报警器带有软保护盖，当用适当的力压下时，可以检查报警器的 功能。 SABS 上海汽车制动系统有限公司 28 2 电子式液面报警器 如图 45 所示电子式液面报警器工作示意图。 图 45 电子式液面报警器工作示意图 磁心装配在浮标当中， 可以与浮标一起随液面上下浮动。 当液面较高时， （图 45 中右图） ，浮标与簧片接触距离较远，常开式簧片接触器处于打开状态。当浮 标随液面下降到与簧片接触器高度相同时（左图） ，由于磁心作用力，使得簧片 接触器接通电路，报警灯打开报警。 四 储液罐与主缸缸体的接口 储液罐和主缸连接方式一般是把储液罐接口直接插入主缸的进油口， 进油口 中装配起密封作用的连接套。将储液罐从连接套中沿轴线方向拔出的 N 不小于 200N，弹出压力不小于 0.5Mpa. 储液罐接口部分结构有两种形式，如图 46 所示。其中形式 a) 的连接力较形 式 b)的连接力要小。这两种形式的结构都为标准结构形式，即在不同的产品，它 们的尺寸都是相同的。 图 46 储液罐接口结构形式 五 储液罐结构设计 目前一些汽车发动机舱变得十分拥挤， 同时其它的制动部件如离合器等也可 能由储液罐提供制动液，使得对储液罐容积要求很大。这样储液罐结构变得很复 b) a) SABS 上海汽车制动系统有限公司 29 杂，难以设计。 进行储液罐结构设计时，应兼顾考虑以下几个方面问题： 安装空间的大小及形状、足够的容积、强度、合理的内部筋板设计、降低开 发成本等。 储液罐的容积和形状，可以根据客户提供的资料来确定。 为了保证足够的容积、刚度和强度，必须在储液罐的内部布置一些筋板。筋 板的形状和多少，要在总结经验的基础上，根据实际情况而定。 如图 47 所示，当汽车加速、减速、曲线行驶、上坡、下坡时，制动液面会 发生倾斜。在这情况下，可能会发生误报警，而把结构改为截面积较小的结构， 这种情况会有所改善，所以要把浮标所在位置隔离为合理的小室，如图 48 所示。 图 47 储液罐中液面倾斜严重 图 47 结构改良后的液面示意图 另外，合理地应用筋板间缝隙、阻尼孔等措施，也可以改善制动液在储液罐 中合理流动。 对于外形及内部结构复杂的储液罐，很难一次设计成功。一般的设计过程是 根据初试设计方案，由快速成型法制造样件，进行试验，发现不足，更改设计方 案，再制样件，再试验直到设计成功。 SABS 上海汽车制动系统有限公司 30 第五章 Customer Projects 客户项目 在 TEVES，产品的产品研发和项目管理是相互分开而保持一定的联系。整 个 Actuation 的组织机构如图 49 所示： Actuation BOOSTERTHZ/EHBSCHLAUCHEKUNDENPROJECTEKUNDENPROJECTE SERIE HBTK 4.1 ENTWICKLUNG HBTK 4.2 ENTWICKLUNG HBTK 4.3 THZ/EHB HBTK 2.1 SCHLAUCHE HSTK 1 REGLER/EHB HBTK 2.2 PROJEKTE HBTK 1.2 PROJEKTE HBTK 1.3 PROJEKTE HBTK 3.1 BEHAELTER HBTK 3.2 产品系列化 零件设计 试验协调 单腔助力器 开发 双腔助力器 研发 常规和EHB 主缸设计 .橡胶件试验 FORD 集团、 Honda 项目 VW 集团、 BMW 项目 Coetrio集 团、DC 项目 储液罐研发 图 49 TEVES Actuation 组织机构图 TEVES 的项目管理是以图 49 中所示的汽车集团客户为划分的， 相应项目管 理工程师的职责主要是负责相应项目的图纸等技术文档审核及管理、 产品设计状 态跟踪等。 一 FORD 集团 FORD 是美国的著名的汽车制造商之一，其产品包含高中低各个档次，种 类繁多，设计、制造组织分布在世界许多地方。例如在日本、欧洲、澳大利亚、 泰国、印度等地都有分支机构。 1 FORD 集团的品牌 FORD 集团旗下的品牌主要有 FORD、Volvo、Jaguar、MAZDA，不同产品 所用的标志也是不同的，如下图 50 所示： 图 50 FORD 产品品牌 FORD COMPANY USA FORD VolvoJaguarMAZDA SABS 上海汽车制动系统有限公司 31 2 FORD 集团 Actuation 研发设计流程 TEVES 为 FORD 集团旗下的各个品牌的汽车提供不同的制动助力器总成产 品。整个产品的开发如图 51 所示。处在英国的 FORD 公司提出要求，由 FRANKFURT 的 TEVES 和捷克的 YICIN 共同完成设计，其中大部分具体设计 工作是在 YICIN 完成。 DUNTJON / ENGLAND FORD CO. FRANKFURT YICIN FORDVolvoJaguarMAZDA 交流 设计方案 是否满 足要求 图纸 明细表 产品 图纸 品牌、标志 N Y 图 51 FORD 产品开发设计过程 对于 FORD 旗下不同的品牌来说，它们的图纸格式和技术要求范围，都是 一样的，只是图纸中的品牌名称和标志是不同的。 这种情况对于其它集团也是类似的。 3 FORD 产品的制造 由 TEVES 和 YICIN 完成产品的开发设计后，即进入制造阶段。FORD 产品 的制造大部分是在 YICIN 进行的。例如，对于 FORD B2XX 和 MAZDA 737G 系列的欧洲产品，Booster、TMC 和 Reservoir 都是在 YICIN 完成并装配在一起； 对于日本、泰国等地的 MAZDA 737E 产品，Booster 是在 YICIN 生产，TMC 和 Reservor 在 Shinei/CTC 生产的，最终装配也是在 Shinei/CTC。 4 MAZDA 产品的特点 目前，TEVES 为 MAZDA 的欧洲市场和日本市场分别开发了 8 种不同配置 的 Actuation，这些产品的级别不等，有的是非 ABS 的，有的配置了 ABS，有些 配置了 ESP。 这些产品大部分的技术指标是相同的，如表 1 所示。 市场 Booster TMC 理论助力比 实际助力比 增跳值 bar 欧洲 标准、ADAM Plunger-TMC 23.81 17/19 6.0 5.0 102.5 SABS 上海汽车制动系统有限公司 32 日本 标准、ADAM Plunger-TMC 23.81 17/19 5.5, 6.0 4.9 102.5 MAZDA 产品技术指标对照表 5 长安 FORD 产品状态的跟踪与交流 就长安 FORD 项目的发展进度、设计方案变更与 TEVES 工程师进行交流， 并把客户要求、设计方案变化等信息，及时反馈给 SABS TEB 组。 6 FORD 产品图纸阅读 阅读了一些 FORD 产品的 Actuation 的图纸，图纸中不懂的问题，及时向相 应的工程师请教。同时在阅读 Jaguar 还没有 released 的图纸时，帮着查找图纸 中的错误。 二 VW 集团和 BMW 1 PQ24 项目交流 与工程师讨论 PQ24 的发展，向 Mr Kleisinger 介绍了中国工作的进度。同 时，Mr Kleisinger 解释了 PQ24 项目的发展。 最初，TEVES 公司购买了 FTE 产品的技术，包括 ABS 和非 ABS 的两种 Actuation，想以此向 VW 供货，可是后来发现 FTE 产品存在着一些问题，其中 主要有： 1）Booster 壳体外形存在问题，在做装车试验时，发生干涉； 2）TMC 和 Booster 之间的密封性有问题，发生真空泄漏； 3）低温下 Actuation 性能不稳定。 由于 FTE 产品是 TEVES 向 FTE 购买的， 事故的责任在 FTE， 而非 TEVES， 产品的设计改进也由 FTE 负责。 所以， FTE 的 PQ24 项目的进展比较缓慢。 Booster 外形的改进设计已经完成，但是其它的问题仍然没有得到解决。 目前，FTE 产品的图纸，还没有得到 VW 的认可。 为了解决 FTE 产品存在的问题，TEVES 自行设计了新的 PQ24 产品，包括 双拐点和单拐点两种产品: 03.7844-0301.4 Dual-Ratio Actuation 03.7742-5201.4 Normal Actuation 当时，PQ24 产品处于 F06 状态，按照原项目进度计划，到 2003 年 2 月， 将升级到 F07 状态。 现在 PQ24 产品将更改为单拐点。 2 SANTANA 产品交流 与向 Mr Mr Kleisinger 讨论了中国 SANTANA 项目的发展状况。 SABS 上海汽车制动系统有限公司 33 3 了解 PQ24 认可进展 参加了有 Mr Piesche 、Mr Emmel 及相关试验负责人、项目负责人一起召开 的 PO24 项目进展会议，了解 PQ 样件在 TEVES 试验的情况，一些零件合格， 而其中一些没有通过试验，比较严重的是 8 根国产的大弹簧参与耐久试验，其中 6 根在 10 万70 次之间断裂。同时参与试验的两根弹簧，一根在 200 次以上断 裂，另一根仍然没有断裂。 同时通过于 Mr Loew 交流， 得到比较全面的国产零件在 TEVES 的试验结果 等相关情况，并及时发回到国内。 4 Audi 和 BMW 公司产品图纸阅读 阅读了一些为 Audi 和 BMW 公司设计产品的图纸。同时就图纸中的问题向 有关人员请教。 例如在 BMW 产品的之一 03