王發(fā)良，夏罡臻，汪兆棟，黃充

電子真空系統(tǒng)在某型純電動(dòng)車上的應(yīng)用

王發(fā)良1，夏罡臻2，汪兆棟1，黃充1

（1.景德鎮(zhèn)學(xué)院 機(jī)械電子工程學(xué)院，江西 景德鎮(zhèn) 333000；2.江西昌河汽車有限責(zé)任公司，江西 景德鎮(zhèn) 333000）

傳統(tǒng)燃油汽車大多采用真空助力伺服制動(dòng)系統(tǒng)，其真空源由發(fā)動(dòng)機(jī)提供。而純電動(dòng)車的制動(dòng)系統(tǒng)由于沒(méi)有真空動(dòng)力源，僅僅由駕駛者對(duì)踏板操作產(chǎn)生的制動(dòng)力無(wú)法實(shí)現(xiàn)制動(dòng)效果。文章針對(duì)某型電動(dòng)轎車提出了一種電子真空助力制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。

汽車制動(dòng)系統(tǒng)；電子真空泵；智能制動(dòng)助力器

前言

燃油汽車剎車制動(dòng)系統(tǒng)的工作過(guò)程主要是：首先汽車駕駛?cè)藛T對(duì)剎車進(jìn)行制動(dòng)，隨后制動(dòng)踏板產(chǎn)生的力被真空助力器進(jìn)行放大，從而使得汽車制動(dòng)泵產(chǎn)生的液壓力能夠傳送到每一個(gè)制動(dòng)輪內(nèi)的制動(dòng)器中，最終制動(dòng)器產(chǎn)生足夠的摩擦力，實(shí)現(xiàn)汽車減速甚至停車的效果。這其中關(guān)鍵的一步是將人力產(chǎn)生的制動(dòng)力經(jīng)由真空助力器進(jìn)行放大，而真空助力器中真空度的來(lái)源是發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管，然而純電動(dòng)汽車等新能源汽車由于發(fā)動(dòng)機(jī)總成被拆除，導(dǎo)致汽車失去了真空來(lái)源，僅由人力所產(chǎn)生的制動(dòng)力無(wú)法滿足行車制動(dòng)的需要，因此需要對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)真空助力裝置進(jìn)行改制，而改制的核心問(wèn)題是產(chǎn)生足夠壓力的真空源[1]?；谀耻囆脱邪l(fā)的純電動(dòng)轎車，在保證制動(dòng)性能的前提下，本文提出了一種電子真空助力制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。

1 傳統(tǒng)汽車制動(dòng)系統(tǒng)

傳統(tǒng)汽車的制動(dòng)工作原理主要是在駕駛者踩下制動(dòng)踏板時(shí)，經(jīng)由真空助力器放大后的力使得制動(dòng)泵中的液壓力傳遞到制動(dòng)器中，從而產(chǎn)生摩擦力使得汽車進(jìn)行強(qiáng)制減速甚至停車。制動(dòng)力的來(lái)源于汽車駕駛?cè)藛T對(duì)踏板的制動(dòng)，然而要實(shí)現(xiàn)汽車制動(dòng)效果，僅僅靠人力產(chǎn)生的制動(dòng)力是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，因此需要將人力產(chǎn)生的制動(dòng)力進(jìn)行放大。

真空助力器對(duì)于司機(jī)具有非常大的輔助制動(dòng)作用，僅由人力所產(chǎn)生的制動(dòng)力是無(wú)法滿足行車制動(dòng)的需要的，需要真空助力器將人力所產(chǎn)生的制動(dòng)力進(jìn)行放大，從而達(dá)到制動(dòng)效果。因此，一旦真空助力器失效，駕駛員無(wú)法對(duì)汽車進(jìn)行制動(dòng)，從而可能導(dǎo)致嚴(yán)重的后果[2]。因此，國(guó)內(nèi)外眾多廠商采用各種方案保證真空助力器的可靠運(yùn)行。但是新能源汽車與傳統(tǒng)燃油汽車不同之處在于其動(dòng)力來(lái)源是電動(dòng)機(jī)，而不是傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)，制動(dòng)系統(tǒng)由于沒(méi)有真空動(dòng)力源而喪失真空助力功能。

2 電子真空泵

前面提到電動(dòng)汽車等新能源汽車由于沒(méi)有真空動(dòng)力源而喪失真空助力的功能，針對(duì)此問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外的整車廠一般采用以下兩種方法：一是研發(fā)一種與現(xiàn)有汽車制動(dòng)控制技術(shù)完全不同的全新的汽車制動(dòng)控制技術(shù)，并且設(shè)計(jì)一套全新的汽車制動(dòng)系統(tǒng)，與現(xiàn)有的汽車制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同，不再需要真空助力器；二是尋找新的真空動(dòng)力源，替代真空助力器[3]。第一種方法屬于全新的設(shè)計(jì)，研發(fā)投入的時(shí)間成本和資金成本高，需要大量的人力物力。第二種方法屬于在現(xiàn)有的制動(dòng)系統(tǒng)上進(jìn)行改進(jìn)，研發(fā)成本和時(shí)間投入相對(duì)于第一種都比較少，因此，第二種方法是一種合理的過(guò)渡方法。

目前而言，最簡(jiǎn)單直接的方法就是利用外部真空泵代替汽車發(fā)動(dòng)機(jī)作為真空源，電子真空泵是一種典型的外部真空泵，當(dāng)傳感器檢測(cè)到真空度不足時(shí)，電子真空泵控制器就是控制真空泵開(kāi)始工作。采用外部真空泵作為真空源的優(yōu)勢(shì)在于沒(méi)有對(duì)原有制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改動(dòng)，只需要將連接到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管的接口接到外部真空泵，也即此時(shí)真空源由發(fā)動(dòng)機(jī)中的真空助力器切換成外部真空泵，制動(dòng)系統(tǒng)的其余部分保持不變[4]。由此可見(jiàn)，此類方案幾乎沒(méi)有對(duì)汽車的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改動(dòng)，尤其是汽車的底盤部分，而純電動(dòng)汽車幾乎都是在傳統(tǒng)汽車的底盤上改造而來(lái)的，因此制動(dòng)系統(tǒng)改造大多采用此方法[5]。

3 電動(dòng)真空發(fā)生系統(tǒng)設(shè)計(jì)

選擇吉林東光奧威汽車制動(dòng)系統(tǒng)有限公司生產(chǎn)的 12V 電動(dòng)真空泵。該真空泵的基本性能曲線如圖1所示。

圖1 真空泵的基本性能曲線圖

如果將真空泵和12V電壓直接相連，那么一旦12V電源接通，真空泵就會(huì)開(kāi)始工作，吉林東光奧威汽車制動(dòng)系統(tǒng)有限公司生產(chǎn)的12V電動(dòng)真空泵可連續(xù)工作40h，然而汽車制動(dòng)系統(tǒng)是汽車的安全部件，連續(xù)工作40h小時(shí)的工作情況是幾乎不可能出現(xiàn)的。

為了保證電動(dòng)汽車的操作性和安全性，考慮到真空助力制動(dòng)系統(tǒng)中的真空泵壽命和真空系統(tǒng)能源的消耗，對(duì)真空發(fā)生系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出以下幾點(diǎn)要求：

（1）為保證汽車的制動(dòng)效果，應(yīng)盡量選擇合適的電動(dòng)真空泵；

（2）考慮到真空泵的使用壽命，應(yīng)采用合適的真空泵控制單元；

（3）增加控制單元后，必須配備真空儲(chǔ)能罐，以保證汽車操縱的需要。

由此，電動(dòng)真空助力制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理圖如圖 2 所示。

圖2 電動(dòng)真空助力制動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖

該電動(dòng)真空助力制動(dòng)系統(tǒng)的基本原理為：當(dāng)汽車啟動(dòng)時(shí)，12 V電源接通，電子真空泵控制器開(kāi)始自檢。如果檢測(cè)到真空罐內(nèi)的真空度比設(shè)定值小，傳感器將檢測(cè)到電壓信號(hào)傳遞給電子真空泵控制器，隨后控制器發(fā)出信號(hào)控制電子真空泵啟動(dòng)并開(kāi)始工作；當(dāng)真空管內(nèi)的真空度等于設(shè)定值時(shí)，傳感器輸出相應(yīng)的電壓信號(hào)傳送給電子真空泵控制器，控制器發(fā)出信號(hào)使得電子真空泵停止工作；當(dāng)汽車制動(dòng)導(dǎo)致真空罐內(nèi)的真空度小設(shè)定值時(shí)，傳感器輸出相應(yīng)的電壓信號(hào)給電子真空泵控制器，控制器控制真空泵再次啟動(dòng)并工作，如此循環(huán)工作。此外還增加了一個(gè)環(huán)境氣壓傳感器，使真空泵能夠在不同海拔高度都能正常工作。

4 結(jié)論

對(duì)汽車制動(dòng)系統(tǒng)而言，真空泵產(chǎn)生的真空度直接決定了汽車的制動(dòng)效果，真空度越大，汽車的制動(dòng)效果越好。因此，為了保證汽車制動(dòng)系統(tǒng)的易操作性和制動(dòng)性，在選擇電動(dòng)真空泵時(shí)，應(yīng)盡量保證所選擇真空泵所產(chǎn)生的真空度能滿足制動(dòng)要求。本文設(shè)計(jì)的電子真空助力制動(dòng)系統(tǒng)能夠滿足制動(dòng)要求并能有效提高真空泵的使用壽命。下一步將進(jìn)行整車道路試驗(yàn)，驗(yàn)證電動(dòng)真空助力制動(dòng)系統(tǒng)的合理性。

[1] 張欣宇,黃妙華,夏青松.一種用于電動(dòng)汽車的真空助力制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].北京汽車,2007,6(3):27-29.

[2] Park M,Kim S,Yang L,et al.Development of the control logic of electronically controlled hydraulic brake system for hybrid vehicle [C]//Proceedings of SAE World Congress＆Exhibition. Detroit: SAE,2009.

[3] 溫一鵬.電動(dòng)汽車再生制動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].太原理工大學(xué),2017.

[4] 余志生.汽車?yán)碚揫M].北京:機(jī)械出版社,1989.

[5] 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.

Application of Electronic Vacuum System on a Certain Type of Pure Electric Vehicle

Wang Faliang1, Xia Gangzhen2, Wang Zhaodong1, Huang Chong1

( 1.Department of Mechanical and Mechatronic Engineering, Jingdezhen University, Jiangxi Jingdezhen 333000;2.Jiangxi Changhe Automobile Co, Ltd, Jiangxi Jingdezhen 333000 )

Most of the traditional fuel vehicles use a vacuum-assisted servo braking system, and the vacuum source is provided by the engine. However, since the braking system of a pure electric vehicle has no vacuum power source, the braking force generated by the driver only on the pedal operation cannot achieve the braking effect. This paper proposes a design method of electronic vacuum assisted braking system for a certain type of electric car.

Automotive brake system; Electronic vacuum pump; Intelligent brake booster

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.02.003

U463.5

A

1671-7988(2021)02-08-03

U463.5

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1671-7988(2021)02-08-03

王發(fā)良，就職于景德鎮(zhèn)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院。

景德鎮(zhèn)學(xué)院2019年度校級(jí)課題。