電動(dòng)真空泵系統(tǒng)及其控制策略在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用

宗紅軍

摘 要：電動(dòng)汽車是指以車載電源為動(dòng)力，用電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項(xiàng)要求的車輛。由于其采用電能驅(qū)動(dòng)，行駛過(guò)程中無(wú)廢氣排出，不污染環(huán)境，對(duì)空氣PM2.5日益超標(biāo)的城市來(lái)說(shuō)，無(wú)疑將能改善城市的空氣環(huán)境，電動(dòng)汽車更是今后汽車的發(fā)展趨勢(shì)之一，從國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車的產(chǎn)銷情況可見(jiàn)電動(dòng)汽車發(fā)展迅猛的勁頭，再加上選擇在夜間用電低谷時(shí)充電還能進(jìn)一步減少能源浪費(fèi)和降低使用成本，正因?yàn)樯鲜鰞?yōu)點(diǎn)，電動(dòng)汽車越來(lái)越受到人們的青睞，市場(chǎng)前景廣闊。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)真空泵;控制策略;故障對(duì)策

1 前言

由于電動(dòng)汽車取消了發(fā)動(dòng)機(jī)，賴以發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的真空助力源隨之消失，為了保持良好的剎車性能，必須另外增加一套助力系統(tǒng)，目前市場(chǎng)上有活塞真空泵、葉片式真空泵以及機(jī)電制動(dòng)助力器等多種選擇，但是活塞式真空泵故障率高、響應(yīng)慢、重量大等緣故市場(chǎng)份額越來(lái)越小;機(jī)電制動(dòng)助力器又因價(jià)格昂貴使諸多主打性價(jià)比的車輛望而卻步;而葉片式電動(dòng)真空泵特點(diǎn)體積小、質(zhì)量輕、性能穩(wěn)定、速率快、價(jià)格適中等因素收到廣大主機(jī)廠的青睞;經(jīng)過(guò)對(duì)葉片式真空泵和活塞泵進(jìn)行抽氣速率對(duì)比試驗(yàn)，以2L真空罐為例，兩種真空泵同時(shí)將系統(tǒng)壓力從0抽至-70kPa時(shí)，活塞泵用時(shí)均在20s以上，而葉片式真空泵均在在12s以內(nèi)，所以效果顯而易見(jiàn)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的及時(shí)響應(yīng)至關(guān)重要。

2 傳感器的選擇

真空泵的工作離不開壓力傳感器和控制器，接觸式壓力傳感器壽命短，容易使剎車輔助系統(tǒng)發(fā)生故障;真空剎車輔助系統(tǒng)中的傳感器的作用，是采集系統(tǒng)的真空壓力，當(dāng)高于或低于設(shè)定的壓力時(shí)，將信號(hào)反饋給真空泵控制器，使控制器控制真空泵的啟停。目前市場(chǎng)上已經(jīng)裝配剎車輔助系統(tǒng)所使用的傳感器，大多數(shù)為接觸式壓力傳感器，只能對(duì)系統(tǒng)某一壓力點(diǎn)進(jìn)行采集，當(dāng)遇到不同的剎車系統(tǒng)需要調(diào)試匹配時(shí)，十分不方便，而且這種接觸式的壓力傳感器存在機(jī)械接觸，其壽命受到嚴(yán)重影響，當(dāng)傳感器失效時(shí)要么整個(gè)系統(tǒng)停止工作，使剎車性能下降，要么使真空泵長(zhǎng)時(shí)間工作導(dǎo)致電機(jī)損壞，所以選擇什么樣的壓力傳感器對(duì)整個(gè)真空剎車輔助系統(tǒng)性能影響較大。

3 控制策略的研究

真空泵控制器的性能好壞，說(shuō)到底是控制策略的優(yōu)劣;一個(gè)好的控制策略，不但能最大發(fā)揮整個(gè)系統(tǒng)的性能，而且還能提高系統(tǒng)的使用壽命，比如在系統(tǒng)真空壓力低于設(shè)定值時(shí)，控制器控制真空泵工作，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，控制器切斷真空泵工作，這樣既能保證剎車所需的真空壓力，又能使真空泵間隙工作而提高工作壽命，還能為電動(dòng)汽車節(jié)省寶貴的電能，所以一個(gè)好的控制策略是整個(gè)剎車輔助系統(tǒng)的關(guān)鍵。

針對(duì)電動(dòng)汽車剎車輔助系統(tǒng)遇到的問(wèn)題，將一種新型的真空剎車輔助系統(tǒng)用到電動(dòng)汽車中，并提出合理的控制策略，使達(dá)到性能優(yōu)化的目的;本系統(tǒng)采用葉片式真空泵，配備霍爾感應(yīng)式傳感器，其特點(diǎn)就是隨系統(tǒng)壓力呈線性變化，將系統(tǒng)壓力變化情況轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)輸出，可根據(jù)不同車輛所標(biāo)定的系統(tǒng)壓力進(jìn)行設(shè)定，使用方便;加上其內(nèi)部為霍爾元件感應(yīng)，無(wú)機(jī)械接觸，使用壽命長(zhǎng);本系統(tǒng)所匹配的控制器功能強(qiáng)大，此控制器具備自檢和應(yīng)急處理功能，它能在車輛開動(dòng)前檢測(cè)系統(tǒng)是否存在故障，假如在行車過(guò)程中出現(xiàn)故障，能及時(shí)將警告輸送至儀表，駕駛員根據(jù)儀表顯示的故障代碼能判斷系統(tǒng)為何種故障，以便采取相應(yīng)的措施，同時(shí)控制器控制真空泵進(jìn)入應(yīng)急工作模式狀態(tài)，最大化的保護(hù)汽車和人員的安全，除此之外，控制器在控制電機(jī)啟停時(shí)，采用PWM調(diào)速，采用慢啟停，這樣防止大電流對(duì)電機(jī)和控制器的沖擊，能提高系統(tǒng)的使用壽命，此控制策略如下：

3.1 系統(tǒng)上電自檢，檢測(cè)內(nèi)容包括開路、短路、系統(tǒng)壓力

1）系統(tǒng)正常時(shí)：剎車故障指示燈亮2S后熄滅;

2）系統(tǒng)故障時(shí)：按照故障模式指示燈閃爍。

3.2 正常工作

1）真空泵工作條件：系統(tǒng)壓力≤-40KPa;

2）真空泵停止條件：系統(tǒng)壓力≥-70KPa;

3）有剎車信號(hào)時(shí)，不管系統(tǒng)壓力是多少，真空泵啟動(dòng)工作。

4）電機(jī)采用PMW調(diào)速方式控制，開機(jī)占空比100%，停機(jī)采用慢停，由PWM逐步衰減到0%（不超過(guò)2S）。

3.3 系統(tǒng)漏氣及對(duì)策

1）小漏氣：真空泵工作20S系統(tǒng)壓力無(wú)法達(dá)到最大值，但≥-40KPa，此狀態(tài)為小漏氣;

對(duì)策①輸出剎車故障指示信號(hào)到儀表;②電機(jī)間歇工作，工作20S停10S。

2）大漏氣：真空泵工作20S系統(tǒng)壓力無(wú)法達(dá)到-40KPa，此狀態(tài)未大漏氣;

對(duì)策①輸出剎車故障指示信號(hào)到儀表;②輸出故障I/O信號(hào)，整車控制器接受到此信號(hào)禁止車輛行駛。

將所有零部件通過(guò)管路、線路按要求進(jìn)行連接，如圖1所示：

從圖中看出，電動(dòng)真空泵和真空罐通過(guò)真空軟管相連，真空罐另一出口和真空助力器帶制動(dòng)主缸總成相連，壓力傳感器固定在真空罐上，將罐內(nèi)壓力轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)通過(guò)導(dǎo)線傳遞給控制器，控制器根據(jù)電壓值來(lái)控制真空泵是否開啟，假如系統(tǒng)出現(xiàn)故障，控制器將把故障代碼輸送至儀表，方便駕駛員接受信息;在遇到故障嚴(yán)重影響行車安全時(shí)，控制器會(huì)將信息輸送給整車控制器，控制器將禁止車輛行駛，以免發(fā)生意外;在行車過(guò)程中，踩下剎車踏板，剎車開關(guān)將信號(hào)提供控制器，此時(shí)無(wú)論系統(tǒng)壓力是否已經(jīng)達(dá)到設(shè)定值，真空泵將立即工作，這樣能保證真空助力器獲得最大的真空助力，保證行車安全和操控舒適。

4 結(jié)束語(yǔ)

此電動(dòng)真空泵系統(tǒng)經(jīng)過(guò)在公司試驗(yàn)、批量生產(chǎn)驗(yàn)證，有如下優(yōu)點(diǎn)：性能穩(wěn)定、性價(jià)比高、維修使用方便和可追溯性，適合在電動(dòng)汽車上廣泛使用，值得推廣，能最大限度的保證剎車系統(tǒng)的安全性。