作者 | 磐匠
上两篇：
从汽车诞生起，制动系统就在车辆安全方面扮演着至关重要的角色。最原始的制动控制只是通过驾驶员操纵一组简单的机械制动装置来产生制动力，这时的车辆质量比较小，速度比较低，机械制动已满足车辆制动的需要。
随着科学技术的发展及汽车工业的发展，尤其是军用车辆及军用技术的发展，车辆制动有了新的突破，液压制动是继机械制动后的又一重大革新。于此同时随着车辆越来越重，制动助力器开始被广泛使用，配合传统发动机工作的真空助力器 (Vacuum Booster) 一度成为乘用车的标配。
虽然在汽车智能化和电动化的浪潮之下，线控助力器如 eBooster 等正在逐渐蚕食真空助力器的市场份额，但是巨大的成本优势依旧让真空助力器在乘用车市场份额中遥遥领先。根据预测，到 2028 年乘用车市场仍然有超过一半的份额属于真空助力器。
本文将对真空助力器展开介绍，内容包括：
- 液压制动系统与真空助力器
- 真空助力器工作原理
- 真空助力器与稳定性控制系统
液压制动系统与真空助力器
由于中、大型商用车满载重量大，对制动力要求也很高，所以一般采用结构复杂的气压制动系统来辅助驾驶员制动。气压制动以压缩控制为制动源，制动踏板控制压缩空气进入车轮制动器实现制动。对长轴距、多轴和拖带半挂车和挂车来说，气压制动在实现异步分配制动上有独特的优越性，但是其缺点也比较明显：由于其制动特性不如液压式柔和，行驶舒适性受到影响。
乘用车和轻型商用车的制动系统主要采用液压作为传动媒介，相比气压制动系统，液压制动系统结构相对简单，整车布置自由度相对灵活，既能满足整车制动需求，其优秀的制动特性也提高了驾驶舒适性。
一般乘用车的液压制动系统由以下部分组成。其中，真空助力器是辅助驾驶员增大制动力的关键。
- 制动踏板
- 真空助力器
- 制动液
- 制动油管
- 制动主缸
- 制动轮缸
- 车轮制动器（盘式制动器或鼓式制动器）
以盘式制动器为例，驾驶员踩下制动踏板，由于杠杆作用，踏板力经过第一级放大传递到真空助力器；真空助力器经过第二级放大将制动力传递到主缸；主缸的制动液被推入轮缸并在压强的作用下产生更大的制动力，推动轮端卡钳加紧刹车盘，从而实现制动。
真空助力器正常工作的关键在于有稳定的真空来源。装有汽油发动机的车辆由于发动机采用点燃式，因此在进气歧管可以产生较高的真空压力，可以为真空助力制动系统提供足够的真空来源，而对于柴油发动机驱动的车辆，由于发动机采用压燃式 CI（Compression Ignition cycle），这样在进气歧管处不能提供相同水平的真空压力，所以需要安装提供真空来源的真空泵。
有些读者想必有这样的驾驶经验：发动机不启动时，刹车很硬，踩不下去；当发动机启动后，踩刹车就很轻，制动力也很大。其中原因就是只有当发动机启动时，真空助力器有了真空源才能正常工作。
另外，对于为了满足较高的排放环保要求而设计的汽油直喷发动机 GDI（Gasoline Direct Injection），在进气歧管处也不能提供相同水平的真空压力来满足真空制动助力系统的要求，因此也需要真空泵来提供真空来源，真空泵在系统中的位置如下图所示。
在正常情况下，真空助力器辅助驾驶员制动，当助力器失效时，仍可全由人力驱动液压系统产生一定程度的制动力。
真空助力器工作原理
当发动机工作时，其进气道内的压力会低于大气压力，从而形成一定的真空度，这种压力差会通过真空管吸入真空助力器前腔的空气，使得助力器前腔气压低于大气压力，当踩下制动踏板时，助力器的后腔进气控制阀打开，后腔充气至大气压，压力大于前腔形成压力差，形成对制动主缸推杆向前的推力，推动制动主缸内的液体进入制动管路形成车轮制动力。所以制动踏板只需要发出较小的制动踏板力推动真空助力器控制阀推杆，即可打开真空助力器内后腔进气控制阀，形成真空助力，以较小的制动踏板力，获取较高的制动管路压力和制动减速度，有效地缩短了制动距离，提高了安全性。
控制阀推杆的动作在真空助力器工作过程中至关重要。如下图所示，在非工作的状态下，控制阀推杆回位弹簧将控制阀推杆推到右边的锁片锁定位置，真空单向阀口处于开启状态，控制阀弹簧使控制阀皮碗与空气阀座紧密接触，从而关闭了空气阀口。此时真空助力器的真空气室和应用气室分别通过活塞体的真空气室通道与应用气室通道经控制阀腔处相通，并与外界大气相隔绝。发动机起动后，发动机的进气歧管处的真空度上升，随之，真空助力器的真空气室、应用气室的真空度均上升，并处于随时工作的准备状态。
当进行制动时，踩下制动踏板，踏板力经杠杆放大后作用在控制阀推杆上。首先，控制阀推杆回位弹簧被压缩，控制阀推杆连同空气阀柱往前移。当控制阀推杆前移到控制阀皮碗与真空单向阀座相接触的位置时，真空单向阀口关闭。此时，助力器的真空气室、应用气室被隔开。此时，空气阀柱端部刚好与反作用盘的表面相接触。随着控制阀推杆的继续前移，空气阀口将开启。外界空气经过滤气后通过打开的空气阀口及通往应用气室的通道，进入到助力器的应用气室（右气室），伺服力产生。由于反作用盘的材质（橡胶件）有受力表面各处的单位压强相等的物理属性要求，使得伺服力随着控制阀推杆输入力的逐渐增加而成固定比例（伺服力比）增长。由于伺服力资源的有限性，当达到最大伺服力时，即应用气室的真空度为零时（即一个标准大气压），伺服力将成为一个常量，不再发生变化。此时，助力器的输入力与输出力将等量增长；取消制动时，随着输入力的减小，控制阀推杆后移，真空单向阀口开启后，助力器的真空气室、应用气室相通，伺服力减小，活塞体后移。就这样随着输入力的逐渐减小，伺服力也将成固定比例（伺服力比）的减少，直至制动被完全解除。
真空助力器与稳定性控制系统
随着制动防抱死系统 (Anti-lock Brake System,ABS) 和电子稳定性控制系统 ESC（Electric Stability Controller）的普及，真空助力器自然需要实现和这些稳定性系统的兼容，以扩展整车制动系统的能力。下图为真空助力器与 ABS 的布置示意图。
另外，真空助力器的助力能力通常受到以下几个因素的影响：
- 发动机舱空间导致助力器尺寸受限而造成的真空度不足；
- 在高海拔地区驾驶时导致的真空度不足；
- 在冷启动工况下导致的真空度不足。
ESC 系统由于具备主动控制四个轮缸制动力的能力，因此可以弥补真空助力器的能力不足，真空助力器辅助功能 HBB (HydraulicBrake Boost) 作为 ESC 系统的增值功能，可以辅助车辆在进行动态制动时的主动增压，基本原理是在特定驾驶工况下将驾驶员的制动请求进行放大。
当驾驶员踩下制动踏板时，HBB 将准备就绪。在预处理过程中，HBB 将读取驾驶员的制动请求并进行放大，然后将计算值发送到状态机，以便根据相应的触发条件触发不同的 HBB 状态。当 HBB 满足激活条件时，目标压力值将通过后处理传递给液压控制模块，用以控制泵速和阀门动作。泵的速度将会影响主缸压力，进而影响到驾驶者的制动请求，制动踏板以及驾驶者本身。驾驶员通过调整自身行为来适应由于泵速造成的变化。该部分控制为闭环控制，整个过程如下所示。
综上可以看出，对于传统燃油车来说，真空助力器既能满足制动系统的基本功能，又能和稳定性功能配合提高制动稳定性，具备巨大的成本让其仍具备坚挺的市场竞争力。但是在电动化的趋势下，发动机被高压电机取代，真空助力器没有了稳定的真空提供源，真空助力器使用受到限制；汽车智能化对制动系统的高要求又让真空助力器受到进一步限制，这让制动助力系统不得不进化。
