CN105404782B - 一种轿车制动过程中真空度的计算方法 - Google Patents

一种轿车制动过程中真空度的计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于轿车制动系统技术领域，涉及一种轿车制动过程中真空度的计算方法，该方法基于汽车真空伺服系统，该计算方法的步骤为：步骤一：确定真空伺服系统在两个状态下的各种参数；步骤二：利用空气分子数来表达真空助力器后腔的真空度损失值；步骤三：根据公式pV＝nRT..............(1)公式 和公式pi＝p‑p0.............(3)计算伺服系统的真空度。本发明的轿车制动过程中真空度的理论计算，通过对真空助力器的结构进行分析，利用阿伏伽德罗气体压强公式进行计算，可得到制动系统在不同制动状态下的真空度，进而可通过相关理论计算对车辆的制动性能进行评估。通过对真空伺服系统真空度的计算，可对车辆制动系统进行优化匹配，使车辆制动性能更加合理；使真空伺服系统的性能更优。

Description

一种轿车制动过程中真空度的计算方法
技术领域
本发明属于轿车制动系统技术领域，具体涉及一种轿车制动过程中真空度的计算方法。
背景技术
在具有液压制动系的轿车制动系统中，真空伺服装置是制动系统中控制装置的重要部件；真空伺服系统性能的优劣直接影响车辆的制动性能；目前国内没有系统的对制动伺服系统真空度的计算，在正常的行车制动过程中，车辆制动性能不能有效地进行优化，特别是对以电能作为动力的新能源车辆，车辆的制动性能仅可通过试验标定，在开发前期难以合理匹配。存在对车辆不同制动状态的制动性能不能有效地进行评估；同时对车辆真空伺服系统中真空罐、真空泵、真空助力器等关键部件的设计选型不能有效地提供技术支持等问题。
发明内容
本发明针对现有技术存在没有系统的对制动伺服系统真空度的进行计算的问题，在正常的行车制动过程中，车辆制动性能不能有效的进行优化及制动系统开发前期难以合理匹配，同时对车辆真空伺服系统中真空罐、真空泵、真空助力器等关键部件的设计选型不能有效地提供技术支持等问题，提出一种轿车制动过程中真空度的计算方法。
本发明的技术方案是：一种轿车制动过程中真空度的计算方法，该计算方法基于汽车真空伺服系统，该计算方法的步骤为：
步骤一：确定真空伺服系统在两个状态下的各种参数；
步骤二：利用空气分子数来表达真空助力器前腔的真空度损失值；
步骤三：根据公式pV＝nRT...................(1)、
公式
和公式pz＝p-p0.................(3)
计算伺服系统的真空度，式中：
p为容积为V的腔体中的气体压强，
V为腔体体积，
n为物质的量，
R为系数，
T为气体绝对温度，
ρ为气体密度，
M为气体相对分子质量，
Pz为容积为V的腔体中的真空度，
p0当地空气压强。
所述的轿车制动过程中真空度的计算方法，所述确定真空伺服系统在两个状态下的各种参数具体方法为：假设在真空伺服系统处于自然状态时，真空助力器后腔容积为V1，真空助力器前腔容积为V2，真空罐容积为V3；假设在真空助力器处于最大行程状态时，真空助力器后腔的容积会增大，设为V0，输入推杆的最大行程为s，真空助力器助力膜片有效直径为d，电子真空泵能够提供的系统真空度为ps-101x103，此时真空助力器前腔的压强为ps。
所述的轿车制动过程中真空度的计算方法，所述利用空气分子数来表达真空助力器前腔的真空度损失值的具体方法为：假设真空伺服系统的环境温度为25℃，且其在工作工程中，温度不变；在此状态下1L容量的空气中空气分子的物质的量为N0，对应的空气分子数为N0*NA；在驾驶员促动制动踏板时，真空助力器后腔与前腔相通被切断，且其与大气相通，有空气注入后，真空度为0Pa；设第i次制动时，真空助力器后腔的分子数为
p(i-1)V1NA/(RT)...................(4)
所述计算伺服系统真空度的具体方法为：第i次制动后，真空助力器前腔中的压强为
V＝V1+V2+V3
简化可得
其中：T＝298.15K R＝8.3
则
真空伺服系统真空度：
pz＝pi-p0.................(6)。
本发明的有益效果是：1、本发明的轿车制动过程中真空度的理论计算，通过对真空助力器的结构进行分析，利用阿伏伽德罗气体压强公式进行计算，可得到制动系统在不同制动状态下的真空度，进而可通过相关理论计算对车辆的制动性能进行评估。
2、通过对真空伺服系统真空度的计算，可对车辆制动系统进行优化匹配，使车辆制动性能更加合理；对真空罐、真空泵、真空助力器等关键部件选型提供技术支持，使真空伺服系统的性能更优。
附图说明
图1为车辆真空伺服系统自然状态；
图2为车辆真空伺服系统最大行程状态；
图中，1为电动真空泵，2为真空罐，3为真空助力器前腔，4为真空助力器后腔，5为真空助力器膜片，6为真空助力器输入杆，7为助力膜片，8为膜片回位弹簧，9为真空助力器气输出杆，10为真空管。
具体实施方式
实施例1：结合图1-图2，一种轿车制动过程中真空度的计算方法，该计算方法基于汽车真空伺服系统，该计算方法的步骤为：
步骤一：确定真空伺服系统在两个状态下的各种参数；具体方法为：假设在真空伺服系统处于自然状态时，真空助力器后腔容积为V1，真空助力器前腔容积为V2，真空罐容积为V3；假设在真空助力器处于最大行程状态时，真空助力器后腔的容积会增大，设为V0，输入推杆的最大行程为s，真空助力器助力膜片有效直径为d，电子真空泵能够提供的系统真空度为ps-101x103，此时真空助力器前腔的压强为ps。
步骤二：利用空气分子数来表达真空助力器后腔的真空度损失值；
具体方法为：假设真空伺服系统的环境温度为25℃，且其在工作工程中，温度不变；在此状态下1L容量的空气中空气分子的物质的量为N0，对应的空气分子数为N0*NA；在驾驶员促动制动踏板时，真空助力器后腔与前腔相通被切断，且其与大气相通，有空气注入后，真空度为0Pa；
设第i次制动时，真空助力器后腔的分子数为
p(i-1)V1NA/(RT)...................(4)。
步骤三：根据公式pV＝nRT...................(1)、
公式
和公式pz＝p-p0.................(3)
计算伺服系统的真空度，式中：
p为容积为V的腔体中的气体压强，
V为腔体体积，
n为物质的量，
R为系数，
T为气体绝对温度，
ρ为气体密度，
M为气体相对分子质量，
Pz为容积为V的腔体中的真空度，
p0当地空气压强。
则，第i次制动后，真空助力器前腔中的压强为
V＝V1+V2+V3
简化可得
其中：T＝298.15K R＝8.3
则
真空伺服系统真空度：
pz＝pi-p0.................(6)。
实施例2，结合图1-图2，真空度计算的原理和计算：真空度是某一容积内的压强低于当地大气压强的值，通常取负值，单位是帕斯卡，Pa；真空度是大气压强的一种新的表达形式；真空伺服系统就是利用密闭的两个腔，一个是标准大气压强，另一个是有一定真空度的大气压强，两个腔体共用一个腔壁，那么腔壁上就会因压强不同而产生一个作用力，我们就利用这个力为制动系统提供助力，这个力可以称为真空助力。
依据阿伏伽德罗气体压强公式，相同的空气温度、相同的空气容积，大气压强与空气分子的数量是线性关系，我们可以此关系求得真空伺服系统的真空度。
pV＝nRT...................(1)
pz＝p-p0.................(3)
式中，p为容积为V的腔体中的气体压强；V为腔体体积；n为物质的量；R为系数；T为气体绝对温度；ρ为气体密度；M为气体相对分子质量，pz为容积为V的腔体中的真空度；p0当地空气压强。
二、车辆真空伺服系统真空度计算
电动真空泵是真空伺服系统的动力源，工作状态时，将真空罐中的空气抽出并排入大气，使真空罐处于一定的真空状态，真空罐与真空助力器前腔相通；真空助力器的前腔和后腔在自然状态是相通的，当驾驶员促动制动踏板，给真空助力器输入一定推力时，前腔和后腔的连通被隔断，同时真空助力器后腔与大气相通，真空助力器前腔仍与真空罐相通，真空助力器前腔和后腔产生压强差，助力膜片和真空助力器输出杆相连，真空助力器输出杆产生的推力是助力膜片的助力和输入杆的输入力之和，真空助力器输入杆上的推力被放大，真空伺服系统产生了助力作用。
具体的真空伺服系统真空度计算为：真空伺服系统助力效果的大小取决于真空助力器前腔和后腔的压强差，真空助力器的后腔在真空伺服系统工作时，与大气相通，压强值为一定值，真空助力器前腔与真空罐相通，压强值由电动的真空泵的工作能力决定，是一个变量，两者之差即是真空助力器前腔的真空度，也是真空伺服系统中的压强差；
由此可见，真空助力器前腔的真空度是真空伺服系统助力效果的决定因素，如何量化真空度，是车辆制动系统中一个非常重要的问题；本文将通过阿伏伽德罗气体压强公式，对制动伺服系统中真空度做量化计算。
如图1和图2，设在真空伺服系统处于自然状态时，真空助力器后腔容积为V1，L；真空助力器前腔容积为V2，L；真空罐容积为V3，L；在真空助力器处于最大行程状态时，真空助力器后腔的容积会增大，设为V0，L且输入推杆的最大行程为s mm；真空助力器助力膜片有效直径为d mm；电子真空泵能够提供的系统真空度为ps-101x103，(真空助力器前腔的压强为ps)Pa；pi为制动i次后，真空伺服系统的压强；
假设真空伺服系统的环境温度为25℃(对应的绝对温度为298.15K)，且其在工作工程中，温度不变；在此状态下1L容量的空气中空气分子的物质的量为N0，对应的空气分子数为N0*NA；
真空伺服系统的工作状态为“自然状态-最大行程状态-自然状态”,在此过程中有V0L的空气进入真空助力器后腔，真空伺服系统的真空度降低，助力性能下降；同时真空助力器后腔的真空度，在驾驶员促动制动踏板时，与真空助力器前腔相通被切断，且其与大气相通，有空气注入后，真空度为0Pa。
设第i次制动时，真空助力器后腔的分子数为
p(i-1)V1NA/(RT)...................(4)
则第i次制动后，真空助力器前腔中的压强为
V＝V1+V2+V3
简化可得
其中：T＝298.15K R＝8.3
则
真空伺服系统真空度：
pz＝pi-p0.................(6)
上式计算中忽略了真空管路中的空气容积和空气温度变化对空气压强的影响，计算值比实际值略大。
制动系统真空度的量化，对制动过程中的真空度变化也可求解，对真空罐容积设计，真空泵选型有重要意义；同时制动系统的助力性能得到量化，对车辆的制动性能评价有深远意义。

Claims (1)

1.一种轿车制动过程中真空度的计算方法，该计算方法基于汽车真空伺服系统，其特征在于：该计算方法的步骤为：
步骤一：确定真空伺服系统在两个状态下的各种参数，具体方法为：假设在真空伺服系统处于自然状态时，真空助力器后腔容积为V1，真空助力器前腔容积为V2，真空罐容积为V3；假设在真空助力器处于最大行程状态时，真空助力器后腔的容积会增大，设为V0，输入推杆的最大行程为s，真空助力器助力膜片有效直径为d，电子真空泵能够提供的系统真空度为ps-101x103，此时真空助力器前腔的压强为ps；
步骤二：利用空气分子数来表达真空助力器前腔的真空度损失值，具体方法为：假设真空伺服系统的环境温度为25℃，且其在工作过程中，温度不变；在此状态下1L容量的空气中空气分子的物质的量为N0，对应的空气分子数为N0*NA，NA为阿伏伽德罗常数；在驾驶员促动制动踏板时，真空助力器后腔与真空助力器前腔相通被切断，且其与大气相通，有空气注入后，真空度为0Pa；
设第i次制动时，真空助力器后腔的分子数为
p(i-1)V1NA/(RT)...................(4)；
步骤三：根据公式pV＝nRT...................(1)、
公式
和公式pz＝p-p0.................(3)
计算伺服系统的真空度，式中：
p为容积为V的腔体中的气体压强，
V为腔体体积，
n为物质的量，
R为系数，
T为气体绝对温度，
ρ为气体密度，
M为气体相对分子质量，
pz为容积为V的腔体中的真空度，
p0为当地空气压强；
所述计算伺服系统真空度的具体方法为：第i次制动后，真空助力器前腔中的压强为
<mrow> <msub> <mi>p</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>iV</mi> <mn>0</mn> </msub> <msub> <mi>N</mi> <mn>0</mn> </msub> <msub> <mi>N</mi> <mi>A</mi> </msub> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>p</mi> <mi>s</mi> </msub> <mi>V</mi> </mrow> <mrow> <mi>R</mi> <mi>T</mi> </mrow> </mfrac> <msub> <mi>N</mi> <mi>A</mi> </msub> <mo>-</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </munderover> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>p</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </msub> <msub> <mi>V</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> <mrow> <mi>R</mi> <mi>T</mi> </mrow> </mfrac> <msub> <mi>N</mi> <mi>A</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>N</mi> <mi>A</mi> </msub> </mfrac> <mo>*</mo> <mfrac> <mrow> <mi>R</mi> <mi>T</mi> </mrow> <mi>V</mi> </mfrac> </mrow>
V＝V1+V2+V3
简化可得
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其中：T＝298.15K R＝8.3
则
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真空伺服系统真空度：
pz＝pi-p0.................(6)。
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