高玉振,程源,劉艷紅,榮軍,盧生林

(奇瑞汽車股份有限公司試驗和整車技術工程院性能集成與業(yè)務計劃部,安徽蕪湖241009)

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高原環(huán)境下制動助力器對汽車制動性能影響

高玉振,程源,劉艷紅,榮軍,盧生林

(奇瑞汽車股份有限公司試驗和整車技術工程院性能集成與業(yè)務計劃部,安徽蕪湖241009)

摘要：隨著科學技術的進步，特別是近幾年電子技術的發(fā)展應用，增加了汽車的應用功能并使汽車的各項性能得到很大提升，各種極限環(huán)境下的汽車性能日益受到用戶的關注。依據(jù)高原環(huán)境下汽車制動性能的表現(xiàn)，對比分析了當前主流制動真空助力器和電子制動助力器在高海拔環(huán)境下對汽車制動性能的影響，為后續(xù)的高原環(huán)境汽車制動性能提升與改善提供指導和依據(jù)。

關鍵詞：汽車助力器；制動性能；高原試驗

0引言

隨著汽車市場的高速發(fā)展和普及，汽車越來越多地進入人們的生活和工作中，在給人們的生活提供便捷的同時，有些系統(tǒng)的功能和性能還有待完善提升。近幾年汽車數(shù)量和品牌日益增多，市場競爭較大，顧客對汽車性能也提出了更高的要求，單純的汽車功能已經(jīng)不能夠滿足顧客對汽車的需要。各汽車公司在追求汽車功能配置時，同時也把各項性能表現(xiàn)作為重要指標?，F(xiàn)在各汽車公司在生產(chǎn)和制造車輛的時候，除了要考慮一般地區(qū)和環(huán)境下汽車的性能，還要考慮極限環(huán)境下汽車的各項性能，比如高溫、高原和高寒環(huán)境對汽車性能的影響。汽車制動性能是汽車的主要動態(tài)性能之一，直接關系到駕乘人員安全和車輛本身的行駛安全，因此可以看到現(xiàn)在各個汽車廠家都把環(huán)境性試驗作為考核汽車性能的一項重要試驗在開展，以滿足不同地域和環(huán)境下顧客對汽車各項性能的使用需求。

我國高原地區(qū)主要指西北高原和西南高原，海拔多在2 000～5 000 m，大氣壓低，氣溫變化大，尤其以大氣壓低最為突出，這對車輛使用性能的影響也最大。據(jù)資料統(tǒng)計：我國高原和高寒地區(qū)面積廣闊，海拔1 000 m以上的地區(qū)占國土面積的58%，海拔2 000 m以上的地區(qū)占國土面積33%以上，有延綿數(shù)千公里的高原和高寒的邊界線。汽車的制動性能作為汽車的主要性能之一，它直接關系到車輛的交通安全，并確保駕乘人員安全和車輛本身的行駛安全。同時，汽車的制動性能也是極易受到海拔環(huán)境影響的性能之一，因此，研究和分析高原環(huán)境對汽車制動性能的影響有著重要的意義。

1高原環(huán)境對汽車制動性能的影響

在高原環(huán)境下，隨著海拔高度的升高，大氣壓力越低，可以用下面的表達式來表示大氣壓與海拔高度之間的關系：

其中：p0為標準大氣壓，等于101.325 kPa；

h表示以米為單位的海拔高度；

p為某一高度的以kPa為單位的氣壓。大氣壓力與海拔高度的關系如圖1所示，試驗地點及海拔高度對比如圖2所示，大氣壓力、含氧量與海拔高度的關系如圖3所示。

從圖中可以看出:隨著海拔高度的升高，大氣壓力減小，同時空氣中的含氧量也隨之減少。針對上述高原環(huán)境下對匹配不同制動助力器形式的車輛，通過試驗得到大量的高原制動性能客觀測試數(shù)據(jù)及主觀評價的相關結論。

2高原環(huán)境真空助力器制動試驗狀況結果描述

2.1青藏高原環(huán)境介紹

青藏高原平均海拔高度在4 000 m左右,享有“世界屋脊”之稱。高海拔導致了低大氣壓、低氧分壓的形成,這也是空氣稀薄、氧氣缺乏的根本原因所在。此次試驗的地點就選在青海省格爾木市至昆侖山口典型的青藏高原地區(qū)。當車輛在高原環(huán)境工況下行駛至海拔高度3 500～4 700 m時，以及車輛在停車場原地調(diào)頭這時踩下制動踏板讓車輛減速和停車，制動踏板表現(xiàn)為力增大明顯感覺到制動真空助力不夠，駕駛人員感覺車輛剎不住、制動效果差；需要使用很大的力踩下制動踏板進行制動。多次制動后，依然有此現(xiàn)象。在低速行駛一段時間后，制動效果才有所恢復，但踏板制動力還是偏大。真空助力器原理及結構如圖4、圖5所示。

2.2原因分析

真空助力系統(tǒng)的助力是由真空助力器中真空度與使用地區(qū)的大氣壓力差來實現(xiàn)的，即壓力差越大，制動效果越好；反之，隨著車輛行駛的海拔環(huán)境逐步升高，大氣壓力越小，進而壓力差變小，其制動效果也越差。感覺制動踏板力非常大，制動踏板很硬，同時影響汽車在高原環(huán)境安全行車。

當駕駛人員控制踏板時，與踏板相連的是真空助力器，它負責將駕駛員施予踏板的力放大并推動主泵活塞進行制動壓力，最后制動分泵由活塞推動制動片夾緊制動盤實現(xiàn)車輛制動。真空助力器是一種制動傳動伺服能量轉換裝置，它利用發(fā)動機進氣歧管處節(jié)氣門關閉或電子真空泵產(chǎn)生的真空所產(chǎn)生的負壓驅(qū)動助力器膜片而產(chǎn)生助力，使駕駛員用較小的踏板力按一定比例放大輸出，通過制動主缸建立液壓傳遞到制動輪缸，從而在制動器上產(chǎn)生很大的制動推力，提高制動效能。在高原環(huán)境下，由于空氣中含氧量減少，燃燒相同的油量需要進入更多的空氣。在這種情況下，節(jié)氣門一般都是全部開啟，以便在高原環(huán)境下吸入更多空氣讓燃油充分燃燒，獲取更大的動力，但是在節(jié)氣門全開的情況下，發(fā)動機從真空管抽取的氣體量會減少，導致真空助力器中的真空度不足，助力減小、踏板力增大從而影響制動性能。高原制動試驗測試數(shù)據(jù)如圖6、圖7所示。

2.3優(yōu)化改進措施及方案

在高原環(huán)境下真空助力器所產(chǎn)生的真空度不足，可以采取以下幾種方法提高真空度：

(1)對發(fā)動機進行ECU電控標定提高發(fā)動機轉速；

(2)增加真空罐。在制動真空不足時，利用真空罐里儲存的真空補充助力器需求的真空度；

(3)增加電動真空泵。在真空不足情況下，通過電動泵對制動助力器抽真空滿足助力要求。

3高原環(huán)境電子助力器制動試驗結果

3.1高原環(huán)境電子助力器制動試驗結果

車輛在高原環(huán)境工況下行駛至海拔3 500～4 700 m踩下制動踏板減速和停車，以及車輛在停車場原地調(diào)頭這時踩下制動踏板讓車輛減速和停車，多次試驗制動性能，采集踏板力的變化等相關數(shù)據(jù)，驗證制動踏板力和制動效果對比正常海拔地區(qū)有無變化，試驗地點和試驗方法都和匹配真空助力器車輛是同樣的，由于電子助力器不需要產(chǎn)生真空助力，試驗只對踏板力線性和制動效能進行測試。通過多次客觀測試數(shù)據(jù)和主觀評價結果一致認為：匹配電子助力器車輛制動性能，在高原環(huán)境下制動踏板力的大小及線性全面超越真空制動助力器，最主要體現(xiàn)在車輛制動踏板力和效能對比正常海拔環(huán)境下時沒有變化。電子制動助力器試驗測試數(shù)據(jù)如圖8所示。

3.2電子助力器發(fā)展

近幾年很多制動系統(tǒng)廠家在開發(fā)電子控制助力器，并且取得很好的技術成果。從結構上來說，它代替了原先的真空助力器，減小了很多的安裝空間，從而徹底終結了制動系統(tǒng)對真空的依賴。盡管對技術原理進行了革新，但駕駛員在踩下制動踏板時對這樣的變化不會有所察覺。駕駛員在踩下踏板時推力仍舊作用于后方推桿上，不過在踏板向后方移動的過程中，位置傳感器會監(jiān)測并向控制電腦傳遞踏板行程信息，以此為依據(jù)結合實際工況計算出所需制動力，隨即將信號傳遞至伺服電機，伺服電機為直流無刷類型。事實上，這個伺服電機并不是直接作用于制動主缸，中間還有一個二級齒輪裝置對傳遞方向以及扭矩進行轉化，之后再推動制動主缸，而建立制動油壓的過程仍舊是延續(xù)傳統(tǒng)制動液壓結構。電子制動助力器構造及原理如圖9、圖10所示。

4結論

通過試驗分析在高原環(huán)境下2種不同制動助力器對汽車性能的影響，文中僅分析了在高原條件下車輛真空助力器與電子助力器測試試驗數(shù)據(jù)對比，并對2種配置不同助力器的汽車制動性能做了主觀評價，可以為后續(xù)的車輛設計改進和產(chǎn)品開發(fā)提供相關依據(jù)。

參考文獻:

【1】王維忠.真空助力高原制動問題[J].汽車與配件,1988(1):26.

【2】程源，高玉振，盧生林，等.高原高寒環(huán)境對汽車制動性能的影響[J].汽車工程師,2013(3):41-43.

【3】魏偉,王培強.高原低氣壓環(huán)境下列車制動能力預測[J].鐵道車輛,2005,43(12):8-12.

【4】楊希志,謝桃新.高原環(huán)境汽車真空伺服制動系統(tǒng)性能分析[J].汽車工程師,2014(2):36-38.

【5】李思鼎,陳國安.高原和高寒環(huán)境對車輛的影響分析[J].城市車輛,2009(2):43-45.

Impact of Brake Booster on Automobile Brake Performance in Plateau Environment

GAO Yuzhen, CHENG Yuan, LIU Yanhong, RONG Jun, LU Shenglin

(Attribute Integrated and Business Department，Test and Vehicle Technology Engineering Institute，Chery Automobile Co.,Ltd.,Wuhu Anhui 241009,China)

Keywords:Brake booster; Brake performance; Plateau environment test

Abstract:With the progress of science and technology, especially the development and application of electronic technology in recent years, the application functions of automobile are increased and automobile performance is improved. Under various limit environments, automobile performance is increasingly attracting the attention of user. Based on automobile brake performance in plateau environment, the influences of the current mainstream braking vacuum booster and electronic brake booster in high altitude environment to the automobile braking performance were compared. It provides guidance and basis for subsequent automobile braking performance improvement in plateau environment.

收稿日期：2015-10-23

作者簡介：高玉振，男，大學本科，研究方向為整車性能開發(fā)和可靠性。E-mail：gaoyuzhen@mychery.com。

中圖分類號:U461.3

文獻標志碼：A

文章編號：1674-1986(2016)04-025-04