Определение параметров электровакуумного насоса для тормозных усилителей автомобиля

Введение. При модернизации автомобиля с бензинового двигателя на дизель показатели эффективности тормозов не соответствуют нормативным требованиям, т.е. гидровакуумный усилитель (ГВУ) в тормозной системе автомобиля не вырабатывает достаточной мощности. Это связано с тем, что при торможении двигатель переходит на холостой режим работы, дроссельная заслонка при работе бензинового двигателя на холостом режиме закрыта, а в вакуумной камере ГВУ создается разряжение, достаточное для работы ГВУ. В случае дизеля разряжение относительно небольшое и недостаточно для работы ГВУ. В результате снижается эффективность торможения автомобиля. Для предотвращения этого рекомендуется использовать в тормозной системе электровакуумный насос (ЭВН).

Объект исследования : автомобиль ГАЗ-53А.

Предмет исследования : параметры ГВУ автомобиля ГАЗ-53А.

Цель исследования: обеспечить, что показатели тормозных свойств модернизированного автомобиля находятся на уровне нормативных требований.

Задачи исследования:

• -    определение разряжения, которое может создавать ЭВН;

• -    моделирование процесса торможения автомобиля;

• - оценка тормозных характеристик автомобиля.

Проанализированы возможности изменения параметров ГВУ при модернизации тормозной системы. Поэтому ЭВН был применен в тормозной системе автомобиля для получения необходимого для работы ГВУ разрежения.

С целью обоснования параметров ЭВН была разработана методика выбора конструкции и параметров ГВУ при модернизации автомобиля и определено разрежение, необходимое для нормальной работы ГВУ. При изменении массы автомобиля разрежение, создаваемое ЭВН, должно изменяться. Для обеспечения этого изменения на ЭВН установлен датчик давления. Между электронным блоком управления и ЭВН установлено реле, которое включает ЭВН и тем самым обеспечивает автоматическую работу ЭВН.

Максимальное тормозное усилие, которое может производить автомобиль при определенных дорожных условиях, определяется следующим образом [1]:

PTϕ = Ma ⋅ g ⋅ϕ

где: M_a - полная масса автомобиля; [кг]

g

- ускорение свободного падения, [м/с2]

ϕ - коэффициент сцепления колеса с дорогой

Замедление, создаваемое этой тормозной силой, также является максимальным. Следует отметить, что в расчете тормозной системы есть два упрощения:

• -    коэффициент сцепления ϕ одинаковый на всех колесах;

• -    тормозное усилие достигает максимального значения на всех

колесах одновременно.

Известно, что давление, создаваемое в гидроцилиндре ГВК, прямо пропорционально ходу педали тормоза и обратно пропорционально разрежению в камере усилителя.

коллектору

Рис 2. Схема гидровакуумного усилителя

Коэффициент усиления гидровакуумного усилителя определяется

[2]:

K у

_ Рж 2

-

Р ж 1

Р _{ж 1}

;

где: рж1 - давление жидкости в левой полости гидроцилиндра ГВУ;

рж2 - давление жидкости в правой полости гидроцилиндра ГВУ.

Давление жидкости в левой полости определяется по следующей формуле:

гидроцилиндра

ГВУ

P П ⋅ U П

^Р ж 1             ’

F 1

где: Р П - усилие водителя на педали тормоза;

U_n - передаточное число педали тормоза;

F 1 — площадь поршня гидроцилиндра.

Давление жидкости в правой полости определяется следующим образом:

гидроцилиндра

ГВУ

P '

Рж 2 = —т; π⋅rn

/ где:  P - приводная сила в тормозном механизме,

r n - радиус поршня гидроцилиндра;

Суммарная сила, действующая на поршень гидроцилиндра определяется следующим образом [2]:

ГВУ,

^р ж 2 • F 5 + ^Рпр 2

Р 1 - Р 2 = ----------

F 4

-

Р ж 1 • F 1 .

;

где: Р_пр2 -усилие пружины;

F 1 - поверхность поршня главного тормозного цилиндра;

F 4 - активная поверхность мембранной камеры;

F 5 - поверхность поршня гидроцилиндра ГВК.

Из этого выражения можно определить, какое разряжение следует создать с правой стороны диафрагмы, чтобы обеспечить максимальное тормозное усилие на сцеплению колес с дорогой, и выбрать вакуумный насос с требуемой производительностью.

Из приведенных формул видно, что, изменяя разряжение с правой стороны мембраны, можно получить нужное значение коэффициента усиления (Ку = 2...3).

На основе приведенных уравнений разработана математическая модель процесса торможения автомобиля, которая имеет следующий вид [4].

Рис.5. Математическая модель процесса торможения автомобиля.

Результаты исследования. По математической модели можно определить замедление, тормозной путь и время торможения модернизированного автомобиля. Электронный блок управления поддерживает коэффициент усиления по сцепному моменту (управляет работой вакуумного насоса), поэтому замедление модернизированного автомобиля при торможении выше, а время торможения и тормозной путь одинаковы.

Рис.6. График зависимости замедления автомобиля от скорости автомобиля с разными массами время торможения, сек

Рис.7. График зависимости времени торможения от скорости автомобиля с разными массами

Рис.8. График зависимости пути торможения от скорости автомобиля с разными массами

Вывод.

Коэффициент усиления ГВУ с ЭВН составил 2,9. Этот показатель настраивается автоматически в зависимости от загрузки автомобиля, т.е. он может создавать необходимое давление.

Разработана математическая модель торможения автомобиля и получены результаты, где показатели тормозных свойств расчетного автомобиля лучше по сравнению с параметрами в нормативных документах, т.е. величина замедления по ГОСТу при торможении на скорости 50 км/ч должна быть не менее 4,5 м/с2.

Значение замедления, полученное в результате моделирования, составило в среднем 5,5 м/с2. Тормозной путь составил 18 м, а по нормативу 28,9 метра. Время торможения составляет 2,5 секунды, а по нормативу 4 секунды. Анализ показывает, что использование электровакуумных насосов в тормозных  усилителях  улучшают показателей тормозных свойств автомобилей.