高玉振,程源,刘艳红,荣军,卢生林

(奇瑞汽车股份有限公司试验和整车技术工程院性能集成与业务计划部,安徽芜湖241009)



高原环境下制动助力器对汽车制动性能影响

高玉振,程源,刘艳红,荣军,卢生林

(奇瑞汽车股份有限公司试验和整车技术工程院性能集成与业务计划部,安徽芜湖241009)

摘要：随着科学技术的进步，特别是近几年电子技术的发展应用，增加了汽车的应用功能并使汽车的各项性能得到很大提升，各种极限环境下的汽车性能日益受到用户的关注。依据高原环境下汽车制动性能的表现，对比分析了当前主流制动真空助力器和电子制动助力器在高海拔环境下对汽车制动性能的影响，为后续的高原环境汽车制动性能提升与改善提供指导和依据。

关键词：汽车助力器；制动性能；高原试验

0引言

随着汽车市场的高速发展和普及，汽车越来越多地进入人们的生活和工作中，在给人们的生活提供便捷的同时，有些系统的功能和性能还有待完善提升。近几年汽车数量和品牌日益增多，市场竞争较大，顾客对汽车性能也提出了更高的要求，单纯的汽车功能已经不能够满足顾客对汽车的需要。各汽车公司在追求汽车功能配置时，同时也把各项性能表现作为重要指标。现在各汽车公司在生产和制造车辆的时候，除了要考虑一般地区和环境下汽车的性能，还要考虑极限环境下汽车的各项性能，比如高温、高原和高寒环境对汽车性能的影响。汽车制动性能是汽车的主要动态性能之一，直接关系到驾乘人员安全和车辆本身的行驶安全，因此可以看到现在各个汽车厂家都把环境性试验作为考核汽车性能的一项重要试验在开展，以满足不同地域和环境下顾客对汽车各项性能的使用需求。

我国高原地区主要指西北高原和西南高原，海拔多在2 000～5 000 m，大气压低，气温变化大，尤其以大气压低最为突出，这对车辆使用性能的影响也最大。据资料统计：我国高原和高寒地区面积广阔，海拔1 000 m以上的地区占国土面积的58%，海拔2 000 m以上的地区占国土面积33%以上，有延绵数千公里的高原和高寒的边界线。汽车的制动性能作为汽车的主要性能之一，它直接关系到车辆的交通安全，并确保驾乘人员安全和车辆本身的行驶安全。同时，汽车的制动性能也是极易受到海拔环境影响的性能之一，因此，研究和分析高原环境对汽车制动性能的影响有着重要的意义。

1高原环境对汽车制动性能的影响

在高原环境下，随着海拔高度的升高，大气压力越低，可以用下面的表达式来表示大气压与海拔高度之间的关系：

其中：p0为标准大气压，等于101.325 kPa；

h表示以米为单位的海拔高度；

p为某一高度的以kPa为单位的气压。大气压力与海拔高度的关系如图1所示，试验地点及海拔高度对比如图2所示，大气压力、含氧量与海拔高度的关系如图3所示。

从图中可以看出:随着海拔高度的升高，大气压力减小，同时空气中的含氧量也随之减少。针对上述高原环境下对匹配不同制动助力器形式的车辆，通过试验得到大量的高原制动性能客观测试数据及主观评价的相关结论。

2高原环境真空助力器制动试验状况结果描述

2.1青藏高原环境介绍

青藏高原平均海拔高度在4 000 m左右,享有“世界屋脊”之称。高海拔导致了低大气压、低氧分压的形成,这也是空气稀薄、氧气缺乏的根本原因所在。此次试验的地点就选在青海省格尔木市至昆仑山口典型的青藏高原地区。当车辆在高原环境工况下行驶至海拔高度3 500～4 700 m时，以及车辆在停车场原地调头这时踩下制动踏板让车辆减速和停车，制动踏板表现为力增大明显感觉到制动真空助力不够，驾驶人员感觉车辆刹不住、制动效果差；需要使用很大的力踩下制动踏板进行制动。多次制动后，依然有此现象。在低速行驶一段时间后，制动效果才有所恢复，但踏板制动力还是偏大。真空助力器原理及结构如图4、图5所示。

2.2原因分析

真空助力系统的助力是由真空助力器中真空度与使用地区的大气压力差来实现的，即压力差越大，制动效果越好；反之，随着车辆行驶的海拔环境逐步升高，大气压力越小，进而压力差变小，其制动效果也越差。感觉制动踏板力非常大，制动踏板很硬，同时影响汽车在高原环境安全行车。

当驾驶人员控制踏板时，与踏板相连的是真空助力器，它负责将驾驶员施予踏板的力放大并推动主泵活塞进行制动压力，最后制动分泵由活塞推动制动片夹紧制动盘实现车辆制动。真空助力器是一种制动传动伺服能量转换装置，它利用发动机进气歧管处节气门关闭或电子真空泵产生的真空所产生的负压驱动助力器膜片而产生助力，使驾驶员用较小的踏板力按一定比例放大输出，通过制动主缸建立液压传递到制动轮缸，从而在制动器上产生很大的制动推力，提高制动效能。在高原环境下，由于空气中含氧量减少，燃烧相同的油量需要进入更多的空气。在这种情况下，节气门一般都是全部开启，以便在高原环境下吸入更多空气让燃油充分燃烧，获取更大的动力，但是在节气门全开的情况下，发动机从真空管抽取的气体量会减少，导致真空助力器中的真空度不足，助力减小、踏板力增大从而影响制动性能。高原制动试验测试数据如图6、图7所示。

2.3优化改进措施及方案

在高原环境下真空助力器所产生的真空度不足，可以采取以下几种方法提高真空度：

(1)对发动机进行ECU电控标定提高发动机转速；

(2)增加真空罐。在制动真空不足时，利用真空罐里储存的真空补充助力器需求的真空度；

(3)增加电动真空泵。在真空不足情况下，通过电动泵对制动助力器抽真空满足助力要求。

3高原环境电子助力器制动试验结果

3.1高原环境电子助力器制动试验结果

车辆在高原环境工况下行驶至海拔3 500～4 700 m踩下制动踏板减速和停车，以及车辆在停车场原地调头这时踩下制动踏板让车辆减速和停车，多次试验制动性能，采集踏板力的变化等相关数据，验证制动踏板力和制动效果对比正常海拔地区有无变化，试验地点和试验方法都和匹配真空助力器车辆是同样的，由于电子助力器不需要产生真空助力，试验只对踏板力线性和制动效能进行测试。通过多次客观测试数据和主观评价结果一致认为：匹配电子助力器车辆制动性能，在高原环境下制动踏板力的大小及线性全面超越真空制动助力器，最主要体现在车辆制动踏板力和效能对比正常海拔环境下时没有变化。电子制动助力器试验测试数据如图8所示。

3.2电子助力器发展

近几年很多制动系统厂家在开发电子控制助力器，并且取得很好的技术成果。从结构上来说，它代替了原先的真空助力器，减小了很多的安装空间，从而彻底终结了制动系统对真空的依赖。尽管对技术原理进行了革新，但驾驶员在踩下制动踏板时对这样的变化不会有所察觉。驾驶员在踩下踏板时推力仍旧作用于后方推杆上，不过在踏板向后方移动的过程中，位置传感器会监测并向控制电脑传递踏板行程信息，以此为依据结合实际工况计算出所需制动力，随即将信号传递至伺服电机，伺服电机为直流无刷类型。事实上，这个伺服电机并不是直接作用于制动主缸，中间还有一个二级齿轮装置对传递方向以及扭矩进行转化，之后再推动制动主缸，而建立制动油压的过程仍旧是延续传统制动液压结构。电子制动助力器构造及原理如图9、图10所示。

4结论

通过试验分析在高原环境下2种不同制动助力器对汽车性能的影响，文中仅分析了在高原条件下车辆真空助力器与电子助力器测试试验数据对比，并对2种配置不同助力器的汽车制动性能做了主观评价，可以为后续的车辆设计改进和产品开发提供相关依据。

参考文献:

【1】王维忠.真空助力高原制动问题[J].汽车与配件,1988(1):26.

【2】程源，高玉振，卢生林，等.高原高寒环境对汽车制动性能的影响[J].汽车工程师,2013(3):41-43.

【3】魏伟,王培强.高原低气压环境下列车制动能力预测[J].铁道车辆,2005,43(12):8-12.

【4】杨希志,谢桃新.高原环境汽车真空伺服制动系统性能分析[J].汽车工程师,2014(2):36-38.

【5】李思鼎,陈国安.高原和高寒环境对车辆的影响分析[J].城市车辆,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

作者简介：高玉振，男，大学本科，研究方向为整车性能开发和可靠性。E-mail：gaoyuzhen@mychery.com。

中图分类号:U461.3

文献标志码：A

文章编号：1674-1986(2016)04-025-04