汽車制動主缸原理及失效案例分析

孫海濤+++姜大衛

摘 要：汽車制動主缸是制動系統管路中重要零部件之一，作用是將自外界輸入的機械能轉換成液壓能，從而液壓能通過管路再輸給制動輪缸。制動主缸主要分為三類：補償孔式、中心閥式和柱塞式。制動主缸功能失效將會導致整個制動系統失去作用，從而造成汽車制動力減弱或喪失。

關鍵詞：壓力；制動主缸；側向力；密封作用

1 制動主缸的工作原理

帕斯卡定律：

定義：根據靜壓力基本方程（p=p0+ρgh），盛放在密閉容器內的液體，其外加壓強p0發生變化時，只要液體仍保持其原來的靜止狀態不變，液體中任一點的壓強均將發生同樣大小的變化。 這就是說，在密閉容器內，施加于靜止液體上的壓強將以等值同時傳到各點。這就是帕斯卡原理，或稱靜壓傳遞原理。

制動主缸利用帕斯卡原理將真空助力器的輸出力轉化為液壓輸出到制動管路；將機械力轉化為液壓力過程。

2 制動主缸的類型特點

2.1 補償孔式主缸，不能承受高的壓力沖擊，因為它的第一密封圈位于擴張孔的后面，高的壓力沖擊會使密封圈脫落，同樣，它的制動液流動能力也非常有限。

2.2 中心閥式主缸，結構較復雜，能滿足ABS和ESP的要求，是這些年的主流。

2.3 柱塞式主缸，結構作了很大的改進，總長度縮短（節省空間），全行程更大，皮碗改為固定在缸體槽內，不再隨活塞一起運動，缸體內部結構較復雜，加工難度偏大，能同時滿足ABS和ESP的要求，耐久性提高，事故安全性更高。

3 常見失效案例分析

3.1 柱塞式制動主缸

3.1.1 失效模式

失效現象為制動力減弱，制動液報警燈點亮，檢查發現儲液壺制動液不足。確認制動主缸發現活塞偏磨、密封圈磨損導致配合不嚴泄漏。

3.1.2 失效機理

助力器回位彈簧在安裝后存在一定的初始壓縮量，此狀態下彈簧側向力較大，一般在24N以上。（如圖1）

助力器彈簧側向力Fv導致初始狀態時助力器輸出推桿發生偏斜，偏斜的推桿與主缸活塞接觸不同軸，在制動時輸出推桿軸向力產生部分側向分力，推桿軸向力Fa越大產生的側向分力越大，從而產生的偏轉力矩Mh越大，造成主缸活塞運動不同心與內壁發生嚴重摩擦，最終導致活塞、皮碗磨損。（如圖2）

主缸內部結構導向短、導向面積不足的話，活塞受力偏斜后導正能力弱。（圖3所示）

柱塞式制動主缸活塞靠四道密封皮碗支撐懸浮于主缸內，由于密封皮碗固定在主缸內壁上，主缸工作只有活塞作往復運動，此運動模式對主缸內壁依賴性較強，活塞每一次進程都要與主缸內壁發生輕微摩擦，此時活塞受到較大側向力影響，運動軌跡偏斜，增強與內壁摩擦程度；在主缸內壁不光滑、且導向面積小的情況下，勢必加劇了摩擦、磨損程度。

3.1.3 再現性驗證

如果一個產品能夠滿足耐久性試驗驗證，我們就說這個產品是可靠的；柱塞式制動主缸在標準《QCT 311-2008 汽車液壓制動主缸性能要求及臺架試驗方法》工作耐久性試驗條件下進行測試，如果存在助力器回位彈簧側向力偏大，且缸體導向結構不好的情況下測試必然出現活塞偏磨失效。

3.1.4 解決措施

針對助力器回位彈簧側向力大，我們通過調整彈簧參數解決，方法有：剛度降低、自由長度增加、增加總圈數、增加有效圈數等。

針對制動主缸導向面積小，增加主缸導向長度，從而增加與活塞配合面積，提升活塞運動穩定性。

3.2中心閥式制動主缸

（釋義：中心閥以下統稱進油閥）

主要失效模式為制動泄壓，制動距離長；原因為進油閥密封不良，閥桿與閥座不能形成有效密封。閥座骨架存在尖角、毛刺，導致外包橡膠密封件受制動液壓力作用剪切、開膠，失去密封作用。

制動主缸工作時，進油閥座密封線受到進油閥桿傳遞的正壓力F1（圖4），同時受到制動液側向壓力F2（圖4），在合力作用下，密封唇口向內擠壓。如果進油閥骨架粘結唇口存在毛刺，或粘結力不足，骨架粘結唇口將受到剪切，從而出現粘結唇口開膠、撕裂，進而導致密封線破損，密封失效。制動時制動液經破損處流回儲液罐內，造成制動主缸工作腔不建壓，導致制動效果差。

通常解決方法為優化進油閥總成結構，骨架邊緣圓角處理和增大密封膠圈密封線圓角，增加受力面，確保密封和穩定強度。endprint