純電動(dòng)車真空助力系統(tǒng)的匹配測(cè)試研究

李航 吳海軍 張波波 張敬玉 于東輝

摘 要：純電動(dòng)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(dòng)的安全性與舒適性，如制動(dòng)距離與踏板感，在緊急制動(dòng)或者連續(xù)踩制動(dòng)時(shí)，真空的儲(chǔ)備提供能力尤為重要，文章對(duì)真空助力系統(tǒng)中電動(dòng)真空泵、真空助力器以及控制邏輯（電動(dòng)真空泵的啟/停閾值）的匹配工作進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，通過多次模擬測(cè)定，確定了三者之間的關(guān)系，該測(cè)試研究總結(jié)出了真空助力系統(tǒng)的測(cè)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(dòng)汽車;真空助力系統(tǒng);匹配試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：U467? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B? 文章編號(hào)：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(dòng)車通過發(fā)動(dòng)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(dòng)車并不需太關(guān)注其真空提供能力，但純電動(dòng)車沒有了發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)不斷的提供真空，只能依靠電動(dòng)真空泵為真空助力器提供真空，目前市場(chǎng)上主流的電動(dòng)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(huì)產(chǎn)生磨損，故壽命按時(shí)間計(jì)算，如果真空助力系統(tǒng)各部件匹配不合理，可能會(huì)使真空泵工作頻率/時(shí)間偏長(zhǎng)，最終導(dǎo)致質(zhì)保里程未到的情況下，真空泵已到時(shí)間，引起客戶抱怨，因此，純電動(dòng)車真空助力系統(tǒng)中真空的消耗與補(bǔ)給的匹配測(cè)試很有必要。

本文以純電動(dòng)車為例，對(duì)其真空助力系統(tǒng)進(jìn)行了匹配測(cè)試，在保證制動(dòng)要求的前提下，測(cè)試出真空助力器規(guī)格、電動(dòng)真空泵規(guī)格和電動(dòng)電動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)組件構(gòu)成與工作原理

與傳統(tǒng)燃油車相比，電動(dòng)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(dòng)真空泵作為真空提供源、真空罐作為真空儲(chǔ)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(gè)狀態(tài)：

（1）自由狀態(tài)：未踩下制動(dòng)踏板時(shí)，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(dòng)狀態(tài)：踩下制動(dòng)踏板時(shí)，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(shí)，反作用盤進(jìn)一步擠壓，推動(dòng)柱塞向后退（相對(duì)閥體而言），產(chǎn)生助力。

（3）制動(dòng)釋放狀態(tài)：松開制動(dòng)踏板時(shí)，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(shí)電動(dòng)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(shí)真空度傳感器將真空度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，傳輸給控制器，使電動(dòng)真空泵停止工作。

3 真空助力制動(dòng)系統(tǒng)的匹配計(jì)算

真空助力制動(dòng)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(dòng)要求，理論計(jì)算時(shí)，空氣閥關(guān)閉時(shí)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(duì)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(dòng)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(cè)試，檢測(cè)單次/連續(xù)制動(dòng)時(shí)真空消耗情況，同時(shí)也可以對(duì)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(cè)試結(jié)果可初步用來支撐整車制動(dòng)測(cè)試時(shí)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(cè)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(cè)試導(dǎo)致開發(fā)周期長(zhǎng)與研發(fā)成本高昂的問題。

4 真空助力制動(dòng)系統(tǒng)的匹配測(cè)試

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

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

測(cè)試設(shè)備簡(jiǎn)化：保留發(fā)動(dòng)機(jī)艙中的發(fā)動(dòng)機(jī)，真空泵，真空助力器，制動(dòng)踏板，制動(dòng)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(cè)試系統(tǒng)。

4.2 真空助力制動(dòng)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(dòng)踏板;

制動(dòng)器總成;

制動(dòng)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(cè)試條件簡(jiǎn)化

全行程制動(dòng)，連續(xù)測(cè)試3次，制動(dòng)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(shí)間;真空度的啟/停時(shí)間可初步設(shè)定-50/70 kpa，-68/81kpa，對(duì)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(dòng)需求。

4.4 試驗(yàn)結(jié)果及驗(yàn)證

將真空助力器、電動(dòng)真空泵等部件裝配于試驗(yàn)臺(tái)，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(cè)試，記錄不同啟/停閾值下真空度的變化以及連續(xù)制動(dòng)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(duì)連續(xù)制動(dòng)時(shí)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(shí)，第二次時(shí)壓力降至-50Kpa，對(duì)制動(dòng)踏板感提出挑戰(zhàn)。

5 結(jié)束語

對(duì)純電動(dòng)車制動(dòng)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(duì)真空助力系統(tǒng)進(jìn)行先期臺(tái)架測(cè)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(dòng)真空泵選型和匹配提供了測(cè)試方法，同時(shí)對(duì)于是否增加真空儲(chǔ)能裝置也提供依據(jù)。經(jīng)過以上測(cè)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(dòng)車時(shí)，因真空源提供部件變化，對(duì)真空助力系統(tǒng)的匹配要求更高。

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

c.選擇合適的真空儲(chǔ)存裝置，能有效延遲電動(dòng)真空泵的壽命，保證其可靠性，但真空系統(tǒng)部件的性價(jià)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(dòng)性能的需要，結(jié)合電動(dòng)真空泵的抽氣特性曲線，選擇最佳的抽氣效率段。

參考文獻(xiàn)

[1] 夏青松，楊華，徐達(dá)等.電動(dòng)真空助力制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].上海汽車， 2007，11.

[2] 方泳龍.汽車制動(dòng)理論與設(shè)計(jì)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005.

[3] 余志生.汽車?yán)碚揫M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1989.

[4] 劉惟信.汽車制動(dòng)系的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)計(jì)算[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[5] 汽車工程手冊(cè)編委會(huì).汽車工程手冊(cè).北京：人民交通出版社，2001.