【正文】 汽車真空助力器能的真空能實(shí)現(xiàn)方式的響應(yīng)速度慢；而另一個(gè)因素是：它的實(shí)際的有效輸入實(shí)際上是有三個(gè)階段的具體的輸入（應(yīng)用階段，維持階段，釋放階段），同時(shí)需要各階段平衡位置的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換。這使得控制系統(tǒng)想要得到快速而準(zhǔn)確的操縱變得很困難。2. 真空助力器非線形屬性的來(lái)源：真空助力器的輸出首先需要克服控制閥彈簧和控制閥推桿回位彈簧的預(yù)載荷力使助力器在初始端存在一個(gè)嚴(yán)重的死區(qū)；從大氣到應(yīng)用氣室（應(yīng)用狀態(tài)）和從應(yīng)用氣室到真空氣室（釋放狀態(tài)）的大氣流動(dòng)都呈現(xiàn)非線形的動(dòng)力屬性。這些屬性使得真空助力器的數(shù)學(xué)模型在控制系統(tǒng)的使用受到了一定的限制。在大部分的研究中，通常對(duì)關(guān)于汽車動(dòng)力學(xué)[48]的各種控制中均采用了各種形式的滑?？刂?，即變結(jié)構(gòu)控制[39]。在控制系統(tǒng)中可以選取兩種方案：一種是利用真空助力器來(lái)設(shè)定控制方案，另一種是利用主缸和輪缸來(lái)設(shè)定控制方案。在第一方案中，是利用真空助力器來(lái)進(jìn)行控制，則其信號(hào)必須在真空助力器空氣氣室和真空氣室分別接入氣壓的傳感器。盡管，在邏輯上真空助力器的信號(hào)比制動(dòng)主缸和制動(dòng)分缸的響應(yīng)提前，但是，這樣會(huì)出現(xiàn)了兩個(gè)難以解決的困難。第一，在真空助力器的空氣氣室和真空氣室接入氣壓的傳感器會(huì)降低密封性能的可靠性；第二，由于在氣室內(nèi)的腔體的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，兩氣室的大氣流動(dòng)都呈現(xiàn)非線形的動(dòng)力屬性，所以，如果只使用一個(gè)傳感器，其傳感器的數(shù)值很難保證精確，如果在不同地方使用多個(gè)氣壓傳感器的話，其結(jié)構(gòu)會(huì)受到汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的倉(cāng)體結(jié)構(gòu)的限制，且氣壓傳感器的增多會(huì)進(jìn)一步降低密封性能的可靠性。因此，這種方案不建議采用。在另一種方案中，利用主缸的壓力作為控制量和利用輪缸為被控量來(lái)設(shè)定的控制方案是一種比較好的選擇。在主缸和輪缸上安裝壓力傳感器是十分方便且數(shù)值的準(zhǔn)確性可靠。在文獻(xiàn)[51]中，假定在跟蹤控制中利用滑?？刂七M(jìn)行了仿真。對(duì)于以 為控制量， 為被控量，使 跟蹤期望 的汽車制動(dòng)控制問(wèn)題，選取輪缸的壓力與期望的輪缸的壓力之差以及積分作為切換面，可取切換函數(shù)為：（317）按指數(shù)趨近律，有（318）公式318等式的兩邊乘以 ，顯然有 ，符合滑?？刂频那袚Q函數(shù)的要求。則由式317和式318得到（319）而由式316，可知（320）由式31式320得到控制律控制律 取為：的作用是利用微分來(lái)平滑和抑制滑?？刂浦械亩墩瘳F(xiàn)象[30]。其控制方案的結(jié)構(gòu)如圖34所示，可以看出，在控制過(guò)程中避開(kāi)了的真空助力器的環(huán)節(jié)。圖34控制框圖利用MATLAB對(duì)該系統(tǒng)的滑?？刂七M(jìn)行仿真得到的曲線如圖35所示[51]，在仿真的曲線中，抖振的現(xiàn)象得到了很好的抑制，跟蹤的精度得到很好的滿足，其響應(yīng)的速度也較快， 該系統(tǒng)的選用的控制量和選用的切換函數(shù)與選用的控制律得到的滑?？刂频姆抡娼Y(jié)果是比較理想的。因此，可以看出，通過(guò)避開(kāi)真空助力器而利用主缸和輪缸的壓力來(lái)設(shè)定控制方案是效果較好的而且現(xiàn)實(shí)可行的控制方案。1. 虛線為 圖35 仿真曲線 本章小結(jié)在本章中根據(jù)不同結(jié)構(gòu)的控制閥，通過(guò)理論分析和邏輯推導(dǎo)對(duì)一部分的性能參數(shù)做出了推算，而對(duì)于一些涉及因素較多的性能參數(shù)的獲取建議通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)解決，對(duì)真空助力器總成和制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了建模。在本章中，得到了如下一些結(jié)論。，即復(fù)合式控制閥和疊加式控制閥。同時(shí)，按兩種不同控制閥體，分別給出了始動(dòng)力值的計(jì)算方法。同時(shí)，給出了總體的力學(xué)公式、始動(dòng)力和系統(tǒng)始動(dòng)力的計(jì)算公式及其相互轉(zhuǎn)換關(guān)系。但是，應(yīng)該注意的是，各公式的是在理想化的和簡(jiǎn)化了的狀態(tài)下給出的。在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，一定要堅(jiān)持理論公式與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)相結(jié)合來(lái)完成一個(gè)合理的設(shè)計(jì)。3. 另外，有些性能參數(shù)的數(shù)值確定是不能由公式來(lái)確定的，而是需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)確定和規(guī)范的。特別是助力器的跳躍值的計(jì)算方法。這是因?yàn)楹芏嘈阅軈?shù)的數(shù)值與其它的綜合因素有關(guān)且受到各種因素影響都很大。例如：不同材質(zhì)的選用、相同材料的不同的工藝處理、尺寸的大小不同、形狀的不同等諸多因素。指望用理論公式來(lái)完成一切的設(shè)計(jì)是不現(xiàn)實(shí)的、不經(jīng)濟(jì)的、甚至是不合理的。4. 提出了真空助力器跳躍值產(chǎn)生的原因是助力器的始動(dòng)平衡和釋放平衡中反作用盤(pán)處于調(diào)整狀態(tài)，而不是用靜摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)摩擦所至[18]。5. 本章說(shuō)明由于真空助力器非線性因素的存在，使得利用了Gerdes等人建立的真空助力器數(shù)學(xué)模型，在進(jìn)行與制動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)的電子控制系統(tǒng)上的應(yīng)用存在著很大弊端；而利用主缸或輪缸對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)的控制，通過(guò)滑模變結(jié)構(gòu)的跟蹤控制的仿真，可以看出取得了較好的效果，該方案可以作為在汽車的各種控制系統(tǒng)上應(yīng)用的參考。 第4章汽車真空助力器的特性曲線分析方法在真空助力器出現(xiàn)的早期，由于真空助力器尚無(wú)統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)可依，而我國(guó)所采用的真空助力器大多仿制不同國(guó)家的產(chǎn)品。因此，所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)也各不相同[13]。國(guó)內(nèi)的真空助力器按所用車型的情況大致可分為：用于奧迪、捷達(dá)、桑塔納等車型的德國(guó)大眾標(biāo)準(zhǔn)；用于江鈴、慶鈴等車型采用的是日本五十鈴的標(biāo)準(zhǔn)；用于夏利、奧拓等車型的日本日產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)；標(biāo)致轎車的法國(guó)標(biāo)致標(biāo)準(zhǔn)；用于北京切諾基助力器的美國(guó)克萊斯勒標(biāo)準(zhǔn)。真空助力器的特性曲線是評(píng)價(jià)真空助力器的基本性能的主要方式。在各種不同的標(biāo)準(zhǔn)中，都對(duì)真空助力器的特性曲線提出了較為詳細(xì)的要求。因此，對(duì)真空助力器特性曲線的評(píng)價(jià)，是對(duì)真空助力器工作性能的最基本的描述。這里所說(shuō)的真空助力器的特性曲線是指真空助力器輸入力與輸出力之間的特性曲線。在各種類型的特性曲線中，由于德國(guó)大眾公司的制動(dòng)真空助力器特性曲線能更直觀，更準(zhǔn)確的反映真空助力器的整個(gè)工作過(guò)程的性能狀況，現(xiàn)在已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)各企業(yè)對(duì)所生產(chǎn)真空助力器的主要評(píng)價(jià)方法。下面，對(duì)德國(guó)大眾的真空助力器輸入力輸出力特性曲線進(jìn)行詳細(xì)的闡述，以下將德國(guó)大眾的輸入力輸出力特性曲線直接稱為特性曲線，在此說(shuō)明。真空助力器的輸入力輸出力特性曲線的定義是：在真空助力器工作時(shí)，經(jīng)過(guò)一次完整工作過(guò)程時(shí)，所表現(xiàn)出來(lái)的助力器輸入力（或液壓）與相對(duì)應(yīng)的輸出力（或液壓）之間關(guān)系的曲線。根據(jù)真空助力器QC/T3071999中規(guī)定的真空助力器特性曲線的標(biāo)準(zhǔn)形式,如圖41所示。圖41 理論上標(biāo)準(zhǔn)的輸入力輸出液壓的特性曲線其中,各性能參數(shù)的特征點(diǎn)的定義如下: 為跳躍值； 為始動(dòng)力；為釋放力； 為輸入力為最大助力點(diǎn)時(shí)的80 時(shí),對(duì)應(yīng)的輸出力； 為輸入力為最大助力點(diǎn)時(shí)的80 時(shí),對(duì)應(yīng)的輸入力； 為輸入力為最大助力點(diǎn)時(shí)的30 時(shí),對(duì)應(yīng)的輸出力； 為輸入力為最大助力點(diǎn)時(shí)的30 時(shí),對(duì)應(yīng)的輸入力；為 最大助力點(diǎn)的輸出力； 為最大助力點(diǎn)的輸入力。 真空助力器特性曲線實(shí)例分析一個(gè)真空助力器特性曲線是分析該真空助力器性能最為重要的手段。通過(guò)對(duì)特性曲線中反映出來(lái)的性能參數(shù)以及連續(xù)過(guò)程的曲線，可以得到很多助力器性能的信息。在查閱資料的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)目前還沒(méi)有一個(gè)完整的、系統(tǒng)的文獻(xiàn)對(duì)此進(jìn)行過(guò)相關(guān)的研究。在企業(yè)里和行業(yè)里都僅僅對(duì)性能曲線的性能參數(shù)值同技術(shù)要求的數(shù)值做簡(jiǎn)單的比較，具體要求見(jiàn)文獻(xiàn)[36]，這實(shí)際上浪費(fèi)許多在性能曲線已經(jīng)反映出來(lái)該助力器的某些信息。在課題的研究過(guò)程中，通過(guò)了大量的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了一些分析真空助力器特性曲線的方法。下面，就從實(shí)驗(yàn)中得到的眾多形狀各有差異的特性曲線中，就幾種典型的特性曲線所包含的信息做詳細(xì)的分析。圖42輸入力輸出液壓的特性曲線表41 圖42特性曲線對(duì)應(yīng)的性能參數(shù)值表項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)值實(shí)測(cè)值真空度(MAX)KPa(MIN)最大輸入力(N)1200始動(dòng)力(N)110釋放力(N)最大助力點(diǎn)輸入力(N)800734最大助力點(diǎn)輸出液壓(MPa)跳躍值(MPa)助力比實(shí)例1：某個(gè)助力器性能曲線圖如圖42所示?？梢钥吹竭@是一個(gè)性能良好的真空助力器特性所產(chǎn)生的曲線。重要表現(xiàn)在有明顯的跳躍值和拐點(diǎn)，升壓 圖43輸入力輸出液壓的特性曲線表42 圖43特性曲線對(duì)應(yīng)的性能參數(shù)值表項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)值實(shí)測(cè)值真空度(MAX)KPa(MIN)最大輸入力(N)1800始動(dòng)力(N)110釋放力(N)最大助力點(diǎn)輸入力(N)最大助力點(diǎn)輸出液壓(MPa)跳躍值(MPa)助力比曲線和降壓曲線的線形度良好，最大助力點(diǎn)輸出的液壓正常。由于在始動(dòng)力處圖44 輸入力輸出液壓的特性曲線表43 圖44特性曲線對(duì)應(yīng)的性能參數(shù)值表項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)值實(shí)測(cè)值真空度(MAX)KPa(MIN)最大輸入力(N)1400始動(dòng)力(N)110釋放力(N)最大助力點(diǎn)輸入力(N)最大助力點(diǎn)輸出液壓(MPa)跳躍值(MPa)助力比和釋放力出均有明顯的跳躍值，則可以肯定的是該助力器的核心尺寸鏈滿足了間隙配合的要求,即 。同時(shí)，可以看到，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，利用彈性體作為控制元件是完全可以得到良好的比例關(guān)系的特性。實(shí)例2．某個(gè)助力器性能曲線圖如圖43所示?？梢钥吹皆撝ζ餍阅芮€的特點(diǎn)是：始動(dòng)力處的沒(méi)有產(chǎn)生跳躍值，而釋放力處存在跳躍值，這顯然是一個(gè)工作性能不符合技術(shù)要求的助力器。產(chǎn)生此現(xiàn)象的根本原因是該助力器的核心尺寸鏈不是間隙配合，且尺寸鏈關(guān)系為 。其中， 為控制閥的真空閥口處的密封形變量， 為控制閥的空氣閥口處的密封形變量。因此，可以通過(guò)減小空氣閥柱長(zhǎng)度 的值，形成間隙配合，就可以在始動(dòng)力處得到合理的跳躍值。實(shí)例3．某個(gè)助力器性能曲線圖如圖44所示?？梢钥吹皆撝ζ餍阅芮€的特點(diǎn)是：始動(dòng)力處的沒(méi)有產(chǎn)生跳躍值，而且在釋放力處也沒(méi)有跳躍值，且始動(dòng)力的數(shù)值很大，這臺(tái)助力器的工作性能指標(biāo)顯然更不符合技術(shù)要求的規(guī)定。產(chǎn)生此現(xiàn)象的根本原因是：該真空助力器的核心尺寸鏈同樣不是間隙配合，且實(shí)際尺寸鏈關(guān)系為 。即，該助力器空氣閥柱的長(zhǎng)度比圖43的助力器的空氣閥柱的長(zhǎng)度還要長(zhǎng)。同樣，可以通過(guò)減小空氣閥柱長(zhǎng)度 的值，形成間隙配合，就可以在始動(dòng)力處和釋放力處得到合理的跳躍值。始動(dòng)力的數(shù)值很大的原因是：此真空助力器總成系統(tǒng)沒(méi)有初始平衡位置和最后平衡位置。伺服力在初始階段根本沒(méi)有產(chǎn)生，只是通過(guò)輸入力克服回位彈簧的臨界抗力和主缸的裝配預(yù)緊力來(lái)產(chǎn)生輸出，直到空氣閥口打開(kāi)伺服力才開(kāi)始產(chǎn)生，顯然不會(huì)存在初始平衡位置。因此，所需要的輸入力很大。而在降壓的結(jié)束階段同樣是在輸入力還存在的情況下，伺服力過(guò)早的消失造成的等量輸入與輸出而沒(méi)有最后的平衡位置。實(shí)例4．某個(gè)助力器性能曲線如圖45所示?？梢钥吹皆撝ζ餍阅芮€的特點(diǎn)是：在始動(dòng)力處無(wú)跳躍值，而且降壓曲線的末端有一小段曲線的輸入力為零。 。而降壓末端的輸入力為零的一段曲線則意味著該助力器的回程速度慢，沒(méi)有達(dá)到技術(shù)要求的規(guī)定，該性能曲線具體的分析在第5圖45輸入力輸出液壓的特性曲線表44 圖45特性曲線對(duì)應(yīng)的性能參數(shù)值表項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)值實(shí)測(cè)值真空度(MAX)KPa(MIN)最大輸入力(N)1400始動(dòng)力(N)110釋放力(N)最大助力點(diǎn)輸入力(N)最大助力點(diǎn)輸出液壓(MPa)跳躍值(MPa)助力比章將有詳細(xì)的說(shuō)明。實(shí)例5．某個(gè)助力器性能曲線圖如46所示。該助力圖46輸入力輸出液壓的特性曲線表45 圖46特性曲線對(duì)應(yīng)的性能參數(shù)值表項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)值實(shí)測(cè)值真空度(MAX)KPa(MIN)最大輸入力(N)1400始動(dòng)力(N)110釋放力(N)最大助力點(diǎn)輸入力(N)最大助力點(diǎn)輸出液壓(MPa)跳躍值(MPa)助力比器的升壓曲線的助力比不平穩(wěn)，有較大的波動(dòng)。但是，該特性曲線的最大助力點(diǎn)的輸出液壓正常。同時(shí)，降壓曲線的助力比波動(dòng)較小。可見(jiàn)，該助力器降壓時(shí)的工作性能優(yōu)于升壓時(shí)的工作性能。由于最大助力點(diǎn)輸出正常，表明助力器的真空