汽车制动真空助力泵及其技术特点综述
即使有液压助力器帮助驾驶人员进行制动，但对于很弱小的女性驾驶员来说，如果没有足够的力量踩制动踏板，那么遇到紧急情况如果制动力不够，也非常危险。因此，为了提高汽车制动性能, 改善驾驶员的劳动条件, 降低行车事故发生率，提高整车安全性，在中小型汽车的发动机室靠近驾驶人的位置，也就是制动踏板与制动液压泵之间，都安装了真空助力器。真空助力泵为真空助力器提供了真空源，其性能的优劣，直接影响了制动性能的好坏，因此，车用真空助力泵的技术研究也显得非常重要。
1 真空助力制动系统工作原理
真空制动助力系统也称作真空伺服制动系统, 伺服制动系是在人力液压制动的基础上加设一套由其他能源提供制动力的助力装置, 使人力与动力可兼用, 即兼用人力和发动机动力作为制动能源的制动系。真空助力制动系统制动原理图, 如图1 所示
图1 真空助力制动系统制动原理图
1. 前轮制动器2. 制动总泵3. 制动踏板4. 真空泵5. 单向阀 6.真空筒
7. 真空增压器8. 压力表9. 后轮制动器
真空泵作为助力制动系统的真空源由发电机轴带动, 当它工作时, 所产生的真空度经由单向阀传给真空筒, 使筒内产生一定的真空度作为制动加力的力源。
真空助力器是真空助力系统的核心部件，其结构图和实物如图2和图3所示：
图2 真空助力器的结构示意图
1—前壳体 2—螺栓 3—输出力推杆 4—活塞体回位弹簧 5—真空弯管 6—膜片盘 7—膜片 8—后壳体 9—弹簧座 10—反馈盘 11—活塞体 12—密封圈 13—控制阀弹簧 14—输入力推杆 15—防尘罩 16—泡沫过滤器 17—推杆垫片18—输入力推杆回位弹簧
19—控制阀卡座 20—控制阀 21—空气阀柱 22—锁片
图3 双模片真空助力器总成
对于真空助力系统的真空来源, 装有汽油发动机的车辆由于发动机采用点燃式因此在进气歧管可以产生较高的真空压力, 可以为真空助力制动系统提供足够的真空来源, 而对于柴油发动机驱动的车辆, 由于发动机采用压燃式, 这样在进气歧管处不能提供相同水平的真空压力, 所以需要安装提供真空来源的真空泵。另外, 对于为了满足较高的排放环保要求而设计的汽油直喷发动机, 在进气歧管处也不能提供相同水平的真空压力来满足真空制动助力系统的要求, 因此也需要真空泵来提供真空来源, 真空泵在系统中的位置如图4所示。
图4 真空助力泵在制动系统中的位置
2 真空泵工作原理
真空泵的结构原理图如图5所示
图5 真空助力泵的结构原理图
真空助力泵主要由泵体、转子、滑块、泵盖、齿轮、密封圈等零件组成，当泵工作时，带有四个滑块的偏心转子按逆时针方向旋转，滑块在自身离心力的作用下，紧贴着泵体内壁滑行，吸气工作室不断扩大，被抽气体通过吸气管打开单向阀（泵内装单向阀，对系统起保压作用）进人吸气工作室。当滑块转至一定位置时，吸气完毕，此时吸人的气体被隔离，转子继续旋转，被隔离的气体被逐渐压缩－压力升高。当工作室转至与出气孔相通时，气体从出气孔排出。泵工作过程申，滑块始终将泵腔分成四个工作室，转子每转一周，有四次吸气和排气过程。
3. 真空助力泵的种类
在汽车领域的制动助力真空系统应用的真空泵, 其主要类型有以下几种：单叶片式真空泵, 柱塞式真空泵和多叶片式真空泵, 其中单叶片式真空泵和多叶片式真空泵应用的较多。这三种真空泵的主要驱动形式如下：
(1)单叶片式真空泵的驱动形式一般为发动机凸轮轴驱动；
(2)柱塞式真空泵的驱动形式一般为凸轮驱动；
(3)多叶片式真空泵的驱动形式一般为皮带, 发电机, 齿轮和电机。
单叶片真空泵的结构原理图和实物图如图6和图7所示：
图6 单叶片式真空泵结构原理图
1. 泵盖2. 泵体3. 叶片4. 转子5. 单向阀6. 进气口7. 润滑油口8. 排气口
图7 单叶片式真空助力泵实物图。
4. 真空助力泵的技术特点
为真空助力器系统提供真空来源的真空泵, 其技术特点主要有：
（1）由于真空泵的驱动源来自发动机的凸轮轴, 因此应对其连接触点和执行部件进行加载动态分析, 根据客户提供的发动机凸轮轴振动谱和输入扭矩进行动态分析保证其在动态载荷下的可靠性；
（2）通过对真空泵的动态分析可以获得发动机凸轮轴和真空泵连接器的接触点的加载值, 从而根据接触点的加载输入数据对真空泵的连接部件和执行部件进行静态分析和疲劳分析保证其可靠性（如图8）；
图8 真空泵的静力学分析
（3）真空泵容腔的轮廓对叶片的加速度和减速度、叶片与轮廓之间的摩擦、功率的消耗,NVH 振动和噪声等都有较大影响，因此，容腔的轮廓设计非常重要, 威伯科公司通过真空泵轮廓设计优化软件对其进行最优化设计可以获得唯一最优的容月空轮廓。通过最优化设计获得的真空泵特有的唯一轮廓参数可以优化以下 性能；使加速度过渡更加平顺；降低发动机功率的消耗；降低振动和噪声；降低零部件之间的磨损；延长真空泵的使用寿命；
（4）在真空泵的主要应用类型中, 其中单叶片式真空泵应用最多, 因为单叶片真空泵有其无法替代的优点：基于高的成本有效率的设计；较低的发动机功率消耗,
对节能有着重要的意义；在适用的温度范围内更加有效的真空性能、较高的耐用性、较低的润滑油流量、重量轻和零部件少、较低的振动和噪声；
（5）单片式真空泵与多片式真空泵的对比叶片式真空泵的单叶片和多叶片, 各自有其不同的技术特点, 其中单叶片真空泵主要应用在转速较低的范围, 而叶片真空泵主要应用在高转速的范围领域, 如图9所示。单叶片和多叶片真空泵的特点对比如附表1所示。
图9 单片式真空泵与多片式真空泵适应的速度范围
表1 单片式真空泵与多片式真空泵的技术特点对比
5. 真空助力泵的研究现状
关于真空泵的研究大都局限于抽水泵、罗茨真空泵、涡轮分子泵。这些真空泵额定转速低、体积大、叶片少、单位体积抽速小, 其研究成果不能直接用于转速高、体积小、使用较多叶片的车辆用真空泵。目前国内并未形成一种有效的算法, 来指导车辆用真空泵的设计生产。
目前对于真空助力泵的研究内容主要有;
（1）真空助力泵的主要参数设计，即根据经验和公式选取不同参数进行计算、
比较再选择并把尺寸圆整, 最后选定方案, 验算有关数值。主要参数包括几何抽速、泵轴转速、叶片数目、直径比、长径比、容积利用系数、叶片尺寸及压缩功等。
（2）真空助力器- 制动主缸总成测试研究，测试内容主要有密封性、输入- 输
出特性、返程时间、静强度、常温性能、高低温性能、振动耐久性、耐腐蚀性、耐压性能等。
（3）真空助力泵与发动机的参数匹配。真空泵的能量来源是汽车的发动机，真
空泵一般是直接安装在发动机的主轴上，或者通过皮带，电磁阀等装置相连接。通过对发动机主轴以及真空泵的分析，可以得到真空泵与发动机之间的动态关系，通过这种关系，我们可以很容易的对两者进行分析，从而得出不同的情况下真空泵的动态工作参数
参考文献
1. 傅维舟 戴成武，真空增压制动系统的发展与应用[J].陕西汽车，1996,4
2. 史立伟 张学义 陈金戈, 汽车真空助力泵设计[J].机械设计与制造,2008,4
3. 罗文发 李莉薇，真空助力制动系统的真空泵技术[J].技术与市场,2008,8
4. 袁野，电动汽车刹车系统的研究[D].北京理工大学，2011,6
汽车制动真空助力泵及其技术特点综述
即使有液压助力器帮助驾驶人员进行制动，但对于很弱小的女性驾驶员来说，如果没有足够的力量踩制动踏板，那么遇到紧急情况如果制动力不够，也非常危险。因此，为了提高汽车制动性能, 改善驾驶员的劳动条件, 降低行车事故发生率，提高整车安全性，在中小型汽车的发动机室靠近驾驶人的位置，也就是制动踏板与制动液压泵之间，都安装了真空助力器。真空助力泵为真空助力器提供了真空源，其性能的优劣，直接影响了制动性能的好坏，因此，车用真空助力泵的技术研究也显得非常重要。
1 真空助力制动系统工作原理
真空制动助力系统也称作真空伺服制动系统, 伺服制动系是在人力液压制动的基础上加设一套由其他能源提供制动力的助力装置, 使人力与动力可兼用, 即兼用人力和发动机动力作为制动能源的制动系。真空助力制动系统制动原理图, 如图1 所示
图1 真空助力制动系统制动原理图
1. 前轮制动器2. 制动总泵3. 制动踏板4. 真空泵5. 单向阀 6.真空筒
7. 真空增压器8. 压力表9. 后轮制动器
真空泵作为助力制动系统的真空源由发电机轴带动, 当它工作时, 所产生的真空度经由单向阀传给真空筒, 使筒内产生一定的真空度作为制动加力的力源。
真空助力器是真空助力系统的核心部件，其结构图和实物如图2和图3所示：
图2 真空助力器的结构示意图
1—前壳体 2—螺栓 3—输出力推杆 4—活塞体回位弹簧 5—真空弯管 6—膜片盘 7—膜片 8—后壳体 9—弹簧座 10—反馈盘 11—活塞体 12—密封圈 13—控制阀弹簧 14—输入力推杆 15—防尘罩 16—泡沫过滤器 17—推杆垫片18—输入力推杆回位弹簧
19—控制阀卡座 20—控制阀 21—空气阀柱 22—锁片
图3 双模片真空助力器总成
对于真空助力系统的真空来源, 装有汽油发动机的车辆由于发动机采用点燃式因此在进气歧管可以产生较高的真空压力, 可以为真空助力制动系统提供足够的真空来源, 而对于柴油发动机驱动的车辆, 由于发动机采用压燃式, 这样在进气歧管处不能提供相同水平的真空压力, 所以需要安装提供真空来源的真空泵。另外, 对于为了满足较高的排放环保要求而设计的汽油直喷发动机, 在进气歧管处也不能提供相同水平的真空压力来满足真空制动助力系统的要求, 因此也需要真空泵来提供真空来源, 真空泵在系统中的位置如图4所示。
图4 真空助力泵在制动系统中的位置
2 真空泵工作原理
真空泵的结构原理图如图5所示
图5 真空助力泵的结构原理图
真空助力泵主要由泵体、转子、滑块、泵盖、齿轮、密封圈等零件组成，当泵工作时，带有四个滑块的偏心转子按逆时针方向旋转，滑块在自身离心力的作用下，紧贴着泵体内壁滑行，吸气工作室不断扩大，被抽气体通过吸气管打开单向阀（泵内装单向阀，对系统起保压作用）进人吸气工作室。当滑块转至一定位置时，吸气完毕，此时吸人的气体被隔离，转子继续旋转，被隔离的气体被逐渐压缩－压力升高。当工作室转至与出气孔相通时，气体从出气孔排出。泵工作过程申，滑块始终将泵腔分成四个工作室，转子每转一周，有四次吸气和排气过程。
3. 真空助力泵的种类
在汽车领域的制动助力真空系统应用的真空泵, 其主要类型有以下几种：单叶片式真空泵, 柱塞式真空泵和多叶片式真空泵, 其中单叶片式真空泵和多叶片式真空泵应用的较多。这三种真空泵的主要驱动形式如下：
(1)单叶片式真空泵的驱动形式一般为发动机凸轮轴驱动；
(2)柱塞式真空泵的驱动形式一般为凸轮驱动；
(3)多叶片式真空泵的驱动形式一般为皮带, 发电机, 齿轮和电机。
单叶片真空泵的结构原理图和实物图如图6和图7所示：
图6 单叶片式真空泵结构原理图
1. 泵盖2. 泵体3. 叶片4. 转子5. 单向阀6. 进气口7. 润滑油口8. 排气口
图7 单叶片式真空助力泵实物图。
4. 真空助力泵的技术特点
为真空助力器系统提供真空来源的真空泵, 其技术特点主要有：
（1）由于真空泵的驱动源来自发动机的凸轮轴, 因此应对其连接触点和执行部件进行加载动态分析, 根据客户提供的发动机凸轮轴振动谱和输入扭矩进行动态分析保证其在动态载荷下的可靠性；
（2）通过对真空泵的动态分析可以获得发动机凸轮轴和真空泵连接器的接触点的加载值, 从而根据接触点的加载输入数据对真空泵的连接部件和执行部件进行静态分析和疲劳分析保证其可靠性（如图8）；
图8 真空泵的静力学分析
（3）真空泵容腔的轮廓对叶片的加速度和减速度、叶片与轮廓之间的摩擦、功率的消耗,NVH 振动和噪声等都有较大影响，因此，容腔的轮廓设计非常重要, 威伯科公司通过真空泵轮廓设计优化软件对其进行最优化设计可以获得唯一最优的容月空轮廓。通过最优化设计获得的真空泵特有的唯一轮廓参数可以优化以下 性能；使加速度过渡更加平顺；降低发动机功率的消耗；降低振动和噪声；降低零部件之间的磨损；延长真空泵的使用寿命；
（4）在真空泵的主要应用类型中, 其中单叶片式真空泵应用最多, 因为单叶片真空泵有其无法替代的优点：基于高的成本有效率的设计；较低的发动机功率消耗,
对节能有着重要的意义；在适用的温度范围内更加有效的真空性能、较高的耐用性、较低的润滑油流量、重量轻和零部件少、较低的振动和噪声；
（5）单片式真空泵与多片式真空泵的对比叶片式真空泵的单叶片和多叶片, 各自有其不同的技术特点, 其中单叶片真空泵主要应用在转速较低的范围, 而叶片真空泵主要应用在高转速的范围领域, 如图9所示。单叶片和多叶片真空泵的特点对比如附表1所示。
图9 单片式真空泵与多片式真空泵适应的速度范围
表1 单片式真空泵与多片式真空泵的技术特点对比
5. 真空助力泵的研究现状
关于真空泵的研究大都局限于抽水泵、罗茨真空泵、涡轮分子泵。这些真空泵额定转速低、体积大、叶片少、单位体积抽速小, 其研究成果不能直接用于转速高、体积小、使用较多叶片的车辆用真空泵。目前国内并未形成一种有效的算法, 来指导车辆用真空泵的设计生产。
目前对于真空助力泵的研究内容主要有;
（1）真空助力泵的主要参数设计，即根据经验和公式选取不同参数进行计算、
比较再选择并把尺寸圆整, 最后选定方案, 验算有关数值。主要参数包括几何抽速、泵轴转速、叶片数目、直径比、长径比、容积利用系数、叶片尺寸及压缩功等。
（2）真空助力器- 制动主缸总成测试研究，测试内容主要有密封性、输入- 输
出特性、返程时间、静强度、常温性能、高低温性能、振动耐久性、耐腐蚀性、耐压性能等。
（3）真空助力泵与发动机的参数匹配。真空泵的能量来源是汽车的发动机，真
空泵一般是直接安装在发动机的主轴上，或者通过皮带，电磁阀等装置相连接。通过对发动机主轴以及真空泵的分析，可以得到真空泵与发动机之间的动态关系，通过这种关系，我们可以很容易的对两者进行分析，从而得出不同的情况下真空泵的动态工作参数
参考文献
1. 傅维舟 戴成武，真空增压制动系统的发展与应用[J].陕西汽车，1996,4
2. 史立伟 张学义 陈金戈, 汽车真空助力泵设计[J].机械设计与制造,2008,4
3. 罗文发 李莉薇，真空助力制动系统的真空泵技术[J].技术与市场,2008,8
4. 袁野，电动汽车刹车系统的研究[D].北京理工大学，2011,6