摘要：当今汽车安全越来越重要，对真空助力器的要求越来越高，因此，本文详细的研究了真空助力器最大助力点和真空助力器助力比之间的关系，通过对真空助力器工作原理和真空助力器标准特性曲线的分析及助力比和最大助力点的关系的理论推导得出以下结论：真空助力器在确定真空度、确定膜片直径的情况下，助力比越大，最大输出力反而减小。
主题词： 最大助力点，真空助力器、助力比、特性曲线、输入力-输出力
中图分类号：U463.55 文献标示符：A
0、引言
在汽车液压制动管路系统中,真空助力器是非常重要的部件,起到了真空助力的作用,减轻了驾驶员的操作强度,所以真空助力器的性能好坏直接影响到汽车的制动效果.由此,很多汽车真空助力器的生产厂家以为靠增加真空助力器的助力比,就可以达到增大输出力的目的,但是实际上根据真空助力器的性能分析,增大真空助力器助力比是否真的就增大输出力了呢?另外增大真空助力器助力比会引发什么相关的后果呢?在本文中将做详细的研究。
1、 真空助力器标准特性曲线
根据真空助力器QC/T307-1999中规定的真空助力器特性曲线标准形式,如下图1所示
图1 真空助力器特性曲线
其中: JP 为跳跃值
Fa 为始动力
Fa1 为释放力
F3 为最大助力点的输出力
F3’ 为最大助力点的输入力
F2 为输入力为最大助力点时的30%时,对应的输出力
F2’ 为输入力为最大助力点时的30%时,对应的输入力
F1 为输入力为最大助力点时的80%时,对应的输出力
F1’ 为输入力为最大助力点时的80%时,对应的输入力
助力比定义: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增量之比
计算公式:
(1)
从助力比定义中,可以认为在同样的输入力的条件下增大助力比可以增大输出力,但实际是否如此呢?
2、 分析真空助力器工作原理
先看一 下真空助力器的内部结构,如下图2所示:
图2 真空助力器内部结构图
从真空助力器的内部结构中看出:
真空助力器的内部被膜片等分成了前腔和后腔, 真空助力器试验前先通过真空接头对前腔和后腔抽真空,在试验时一般规定抽到-66.7KPa, 在真空助力器工作时,因真空阀关闭,使得前腔和后腔隔离,由于大气阀打开,使得后腔的真空度下降,使得前腔和后腔产生压差,产生真空助力的作用。
因此推出, 在前腔的真空度保持在-66.7KPa保持不变，后腔为大气压时，产生最大真空助力,定义这个力为最大伺服力，
即:
(2)
其中: 为真空度,(一般测试时为-66.7KPa)
为膜片的面积
为伺服力
从上面的分析中可以得出如下结论:
对于给定的真空助力器,真空度和膜片面积为定值,最大伺服力也为定值。
推出,真空助力器的输出力与输入力以及和伺服力之间存在以下关系:
(3)
其中: 为最大助力点的输出力，以下简称为最大输出力
为输入力
为伺服力
3、分析助力比和最大助力点的关系
根据有关文献和技术标准QC/T307-1999的定义,存在如下关系式:
(4)
(5)
(6)
根据(2) (3) (4) (5) (6) 得: (7)
其中:
,
对式(7)进行分析:
(1) 若 , 即:助力比 ; 则 即输出力
(2) 若 , 即:助力比 ; 则 即输出力
(3) 若 , 即: 助力比 ;则 即输出力
有助力比与最大输出力之间的关系图3:
图3 助力比与最大输出力的关系图
从上图中可以看出,最大输出力与助力比之间为单调减小的关系,即在真空助力器的膜片面积和真空度一定的情况下,增大助力比反而减小了最大助力点的输出力。
进一步研究助力比、输入力、和最大输出力之间的关系：
根据以上公式（3），（4）得到，如下关系式：
（8）
（9）
假设：
则得： (10)
变形得到： (11)
分析：若 ，则 与前面的讨论符合
若 ，则
若 时，则可得： 。
若要求各条不同助力比的真空助力器输出相同的输出力 ，则输入力大小是如何呢？画出如下的曲线图4：
图4 助力比、输入力以及输出力之间的关系图
从图4中得出结论：
1） 在增大助力比的情况之下，最大输出力在减小： ；
2） 不同助力比的特性曲线上的最大助力点满足式（11）；
3） 在跳跃值之上，最大助力点以下的工作范围内，在同样大小的输入力的情况下，增大助力比，可以增大助力。
4、总结
从本文的分析中可以看出，生产厂家在没有改变真空度和助力器的内部结果的情况下，增加真空助力比，不仅不会提高最大助力点，反而减小了最大助力点的输出力，在急刹车的情况下就有可能出现制动力不足的情况。
参考文献：
1、 杨维和，制动真空助力器特性曲线的综合评价，汽车技术，1999（3），12-15。
2、 杨维和，汽车制动真空助力器的工作原理和性能计算，汽车技术，1991（10），8-13。
3、 QC/T307-1999， 真空助力器技术标准，中华人民共和国汽车行业标准，1999，8。
4、 刘力平，汽车制动系统设计开发思路及方法，重庆汽车工程师论文集，255-263。
5、 陈家瑞主编，汽车构造，第3版，北京，人民交通出版社，1994
6、 DB12676-1999，汽车制动系统机构、性能、和试验方法，中华人民共和国汽车行业标准。
作者简介：沈军民，男，1976年生，硕士研究生，任教于浙江理工大学。从事研究汽车制动系统零部件的检测。电话：13819197638
