純電動車真空助力系統(tǒng)的匹配測試研究

李航 吳海軍 張波波 張敬玉 于東輝

摘 要：純電動車的真空源由電子真空泵提供，其供氣能力直接決定整車制動的安全性與舒適性，如制動距離與踏板感，在緊急制動或者連續(xù)踩制動時，真空的儲備提供能力尤為重要，文章對真空助力系統(tǒng)中電動真空泵、真空助力器以及控制邏輯（電動真空泵的啟/停閾值）的匹配工作進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試，通過多次模擬測定，確定了三者之間的關(guān)系，該測試研究總結(jié)出了真空助力系統(tǒng)的測試方法、規(guī)律特性，為后續(xù)開發(fā)車型進(jìn)行相關(guān)匹配提供了參考。

關(guān)鍵詞：純電動汽車;真空助力系統(tǒng);匹配試驗(yàn)

中圖分類號：U467? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B? 文章編號：1671-7988（2019）04-25-03

CLC NO.： U467? Document Code： B? Article ID： 1671-7988（2019）04-25-03

1 前言

傳統(tǒng)燃油車/混動車通過發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管或者與輔助真空泵搭配共同為真空伺服機(jī)構(gòu)提供真空源，正常情況下，可源源不斷的提供真空，所以傳統(tǒng)燃油車/混動車并不需太關(guān)注其真空提供能力，但純電動車沒有了發(fā)動機(jī)持續(xù)不斷的提供真空，只能依靠電動真空泵為真空助力器提供真空，目前市場上主流的電動真空泵為葉片式結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子材料為石墨，工作過程中會產(chǎn)生磨損，故壽命按時間計(jì)算，如果真空助力系統(tǒng)各部件匹配不合理，可能會使真空泵工作頻率/時間偏長，最終導(dǎo)致質(zhì)保里程未到的情況下，真空泵已到時間，引起客戶抱怨，因此，純電動車真空助力系統(tǒng)中真空的消耗與補(bǔ)給的匹配測試很有必要。

本文以純電動車為例，對其真空助力系統(tǒng)進(jìn)行了匹配測試，在保證制動要求的前提下，測試出真空助力器規(guī)格、電動真空泵規(guī)格和電動電動真空泵啟/停閾值之間的匹配關(guān)系，為后續(xù)真空系統(tǒng)的選型提供了依據(jù)。

2 真空助力制動系統(tǒng)組件構(gòu)成與工作原理

與傳統(tǒng)燃油車相比，電動車真空助力系統(tǒng)除了真空助力器和真空管路，還增加了電動真空泵作為真空提供源、真空罐作為真空儲存裝置等部件，構(gòu)成如圖1所示：

真空助力系統(tǒng)中真空助力器工作分為3個狀態(tài)：

（1）自由狀態(tài)：未踩下制動踏板時，真空閥打開，空氣閥關(guān)閉，真空助力器中的真空腔與工作腔相通，真空泵抽取兩腔真空，使其均為真空狀態(tài)。

（2）制動狀態(tài)：踩下制動踏板時，真空腔與工作腔隔離，在輸入桿上加力使空氣閥打開，工作腔內(nèi)的真空降低，因此兩腔壓力差增加，當(dāng)輸出力大于輸入力乘以助力比時，反作用盤進(jìn)一步擠壓，推動柱塞向后退（相對閥體而言），產(chǎn)生助力。

（3）制動釋放狀態(tài)：松開制動踏板時，工作腔與真空腔相通，工作腔中的空氣進(jìn)去真空腔，真空腔真空度降低，當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定值（如-55kpa）時電動真空泵開始工作，抽取真空腔與工作腔中的空氣，到一定值（如-75kpa）時真空度傳感器將真空度信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，傳輸給控制器，使電動真空泵停止工作。

3 真空助力制動系統(tǒng)的匹配計(jì)算

真空助力制動系統(tǒng)理論匹配的重要環(huán)節(jié)是計(jì)算真空助力器真空消耗量與真空泵的抽真空量能滿足制動要求，理論計(jì)算時，空氣閥關(guān)閉時間、空行程、不同真空度下空氣分子數(shù)均為一定值或者不考慮，但該理論計(jì)算與實(shí)際情況有較大偏差，難以滿足先期設(shè)計(jì)需求，所以在全新車型開發(fā)前期，可對選定的真空助力系統(tǒng)參數(shù)（真空助力器規(guī)格、主缸直徑、行程、電動真空泵規(guī)格）安裝規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行匹配測試，檢測單次/連續(xù)制動時真空消耗情況，同時也可以對真空泵不同的啟/停值進(jìn)行設(shè)置，循環(huán)試驗(yàn)，初步選定合適的值，測試結(jié)果可初步用來支撐整車制動測試時相關(guān)要求，該方法避免了方案確定、試件制作完成后進(jìn)行實(shí)車測試而不滿足性能要求，需重新驗(yàn)證的問題，也避免了反復(fù)變更、再測試導(dǎo)致開發(fā)周期長與研發(fā)成本高昂的問題。

4 真空助力制動系統(tǒng)的匹配測試

4.1 真空助力制動系統(tǒng)匹配實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)

實(shí)車的制動功能測試是在規(guī)定道路上按標(biāo)準(zhǔn)的測試方法進(jìn)行的，實(shí)驗(yàn)室不具備道路車輛條件，必須簡化模擬來進(jìn)行真空助力系統(tǒng)驗(yàn)證：

測試設(shè)備簡化：保留發(fā)動機(jī)艙中的發(fā)動機(jī)，真空泵，真空助力器，制動踏板，制動器和相應(yīng)管路;配置踏板力傳感器，液壓傳感器，數(shù)據(jù)采集器和記錄器等設(shè)備組成測試系統(tǒng)。

4.2 真空助力制動系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成

真空助力器帶主缸總成：10寸;

真空罐：1.2L;

電子真空泵：HVP-5X獨(dú)立泵;

制動踏板;

制動器總成;

制動踏板傳感器：輸出電壓范圍0-12V/ 采樣分辨率1/200

壓力傳感器：輸出電壓范圍0-12V / 采樣分辨率1/1000

液壓傳感器：輸出電流范圍4-20mA

電源：0 ～ 24Vdc / 50A

采集記錄器：曲線圖820L / 100ms/采樣

4.3 測試條件簡化

全行程制動，連續(xù)測試3次，制動周期2s，周期間隔1s;查看、記錄真空的消耗其情況、停止后記錄真空度和真空度恢復(fù)至停止值時間;真空度的啟/停時間可初步設(shè)定-50/70 kpa，-68/81kpa，對比不同真空泵啟/停值下的真空需求情況，驗(yàn)證系統(tǒng)參數(shù)選型是否滿足戀連續(xù)制動需求。

4.4 試驗(yàn)結(jié)果及驗(yàn)證

將真空助力器、電動真空泵等部件裝配于試驗(yàn)臺，設(shè)置真空泵的啟/停閾值，接通電源，按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行測試，記錄不同啟/停閾值下真空度的變化以及連續(xù)制動后真空度的恢復(fù)情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6、7所示。

從圖表中可以看出，不同的啟停閾值對連續(xù)制動時的真空需求有非常大的影響，真空泵啟/停閾值設(shè)置在-55/70Kpa時，第二次時壓力降至-50Kpa，對制動踏板感提出挑戰(zhàn)。

5 結(jié)束語

對純電動車制動系統(tǒng)真空助力系統(tǒng)的全新設(shè)計(jì)在理論上計(jì)算有難度的情況下，通過對真空助力系統(tǒng)進(jìn)行先期臺架測試，掌握在不同啟/停值下的真空變化情況，為真空助力系統(tǒng)中真空助力器、電動真空泵選型和匹配提供了測試方法，同時對于是否增加真空儲能裝置也提供依據(jù)。經(jīng)過以上測試，可以得出以下結(jié)論：

a.傳統(tǒng)燃油汽車真空系統(tǒng)真空助力系統(tǒng)匹配至純電動車時，因真空源提供部件變化，對真空助力系統(tǒng)的匹配要求更高。

b.電動真空泵的不同啟停/閾值對連續(xù)制動時的真空需求匹配至關(guān)重要，但同時也要考慮高啟/停閾值策略下對電動真空泵壽命的影響。

c.選擇合適的真空儲存裝置，能有效延遲電動真空泵的壽命，保證其可靠性，但真空系統(tǒng)部件的性價比需要同步考慮。

d.真空的啟/停閾值的設(shè)定，需要考慮整車制動性能的需要，結(jié)合電動真空泵的抽氣特性曲線，選擇最佳的抽氣效率段。

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