汽车制动主缸原理及失效案例分析

孙海涛+++姜大卫

摘 要：汽车制动主缸是制动系统管路中重要零部件之一，作用是将自外界输入的机械能转换成液压能，从而液压能通过管路再输给制动轮缸。制动主缸主要分为三类：补偿孔式、中心阀式和柱塞式。制动主缸功能失效将会导致整个制动系统失去作用，从而造成汽车制动力减弱或丧失。

关键词：压力；制动主缸；侧向力；密封作用

1 制动主缸的工作原理

帕斯卡定律：

定义：根据静压力基本方程（p=p0+ρgh），盛放在密闭容器内的液体，其外加压强p0发生变化时，只要液体仍保持其原来的静止状态不变，液体中任一点的压强均将发生同样大小的变化。 这就是说，在密闭容器内，施加于静止液体上的压强将以等值同时传到各点。这就是帕斯卡原理，或称静压传递原理。

制动主缸利用帕斯卡原理将真空助力器的输出力转化为液压输出到制动管路；将机械力转化为液压力过程。

2 制动主缸的类型特点

2.1 补偿孔式主缸，不能承受高的压力冲击，因为它的第一密封圈位于扩张孔的后面，高的压力冲击会使密封圈脱落，同样，它的制动液流动能力也非常有限。

2.2 中心阀式主缸，结构较复杂，能满足ABS和ESP的要求，是这些年的主流。

2.3 柱塞式主缸，结构作了很大的改进，总长度缩短（节省空间），全行程更大，皮碗改为固定在缸体槽内，不再随活塞一起运动，缸体内部结构较复杂，加工难度偏大，能同时满足ABS和ESP的要求，耐久性提高，事故安全性更高。

3 常见失效案例分析

3.1 柱塞式制动主缸

3.1.1 失效模式

失效现象为制动力减弱，制动液报警灯点亮，检查发现储液壶制动液不足。确认制动主缸发现活塞偏磨、密封圈磨损导致配合不严泄漏。

3.1.2 失效机理

助力器回位弹簧在安装后存在一定的初始压缩量，此状态下弹簧侧向力较大，一般在24N以上。（如图1）

助力器弹簧侧向力Fv导致初始状态时助力器输出推杆发生偏斜，偏斜的推杆与主缸活塞接触不同轴，在制动时输出推杆轴向力产生部分侧向分力，推杆轴向力Fa越大产生的侧向分力越大，从而产生的偏转力矩Mh越大，造成主缸活塞运动不同心与内壁发生严重摩擦，最终导致活塞、皮碗磨损。（如图2）

主缸内部结构导向短、导向面积不足的话，活塞受力偏斜后导正能力弱。（图3所示）

柱塞式制动主缸活塞靠四道密封皮碗支撑悬浮于主缸内，由于密封皮碗固定在主缸内壁上，主缸工作只有活塞作往复运动，此运动模式对主缸内壁依赖性较强，活塞每一次进程都要与主缸内壁发生轻微摩擦，此时活塞受到较大侧向力影响，运动轨迹偏斜，增强与内壁摩擦程度；在主缸内壁不光滑、且导向面积小的情况下，势必加剧了摩擦、磨损程度。

3.1.3 再现性验证

如果一个产品能够满足耐久性试验验证，我们就说这个产品是可靠的；柱塞式制动主缸在标准《QCT 311-2008 汽车液压制动主缸性能要求及台架试验方法》工作耐久性试验条件下进行测试，如果存在助力器回位弹簧侧向力偏大，且缸体导向结构不好的情况下测试必然出现活塞偏磨失效。

3.1.4 解决措施

针对助力器回位弹簧侧向力大，我们通过调整弹簧参数解决，方法有：刚度降低、自由长度增加、增加总圈数、增加有效圈数等。

针对制动主缸导向面积小，增加主缸导向长度，从而增加与活塞配合面积，提升活塞运动稳定性。

3.2中心阀式制动主缸

（释义：中心阀以下统称进油阀）

主要失效模式为制动泄压，制动距离长；原因为进油阀密封不良，阀杆与阀座不能形成有效密封。阀座骨架存在尖角、毛刺，导致外包橡胶密封件受制动液压力作用剪切、开胶，失去密封作用。

制动主缸工作时，进油阀座密封线受到进油阀杆传递的正压力F1（图4），同时受到制动液侧向压力F2（图4），在合力作用下，密封唇口向内挤压。如果进油阀骨架粘结唇口存在毛刺，或粘结力不足，骨架粘结唇口将受到剪切，从而出现粘结唇口开胶、撕裂，进而导致密封线破损，密封失效。制动时制动液经破损处流回储液罐内，造成制动主缸工作腔不建压，导致制动效果差。

通常解决方法为优化进油阀总成结构，骨架边缘圆角处理和增大密封胶圈密封线圆角，增加受力面，确保密封和稳定强度。endprint