電動(dòng)汽車制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

夏世甜，王亞飛

（德州學(xué)院，山東德州 253023）

電動(dòng)汽車制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

夏世甜，王亞飛

（德州學(xué)院，山東德州 253023）

文章主要介紹了電動(dòng)汽車制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)探索，制動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車不可缺少的一部分，制動(dòng)系統(tǒng)直接影響了電動(dòng)汽車行駛的安全性。此制動(dòng)系統(tǒng)是基于真空助力器并對(duì)其進(jìn)行分析與計(jì)算，設(shè)計(jì)出更合理的電動(dòng)汽車制動(dòng)系統(tǒng)。

電動(dòng)汽車；真空助力；伺服制動(dòng)

作為 21 世紀(jì)最清潔的能源——電能，既是無污染又是可再生資源，因此電動(dòng)汽車應(yīng)運(yùn)而生，隨著人民生活水平和環(huán)保覺悟的提高電動(dòng)汽車越來越受到廣泛關(guān)注。所以電動(dòng)汽車的安全制動(dòng)問題也顯得至關(guān)重要，而在這里筆者采用的是伺服制動(dòng)系統(tǒng)（即兼用人體和發(fā)動(dòng)機(jī)作為制動(dòng)能源的制動(dòng)系統(tǒng)），伺服制動(dòng)系統(tǒng)按伺服能量的形式分為真空伺服式、液壓伺服式和氣壓伺服式，其中真空助力伺服制動(dòng)系統(tǒng)在眾多汽車的伺服助力系統(tǒng)中應(yīng)用最多。

1 制動(dòng)系統(tǒng)性能的分析

（1）制動(dòng)原理：汽車在行駛過程中停車或者減速使汽車的速度達(dá)到實(shí)際情況所需的車速稱為制動(dòng)，而采用真空助力制動(dòng)系統(tǒng)是在制動(dòng)踏板與制動(dòng)主缸之間安裝上真空伺服氣室和控制閥（即真空助力器）。在制動(dòng)系統(tǒng)工作時(shí)真空伺服氣室會(huì)產(chǎn)生推力同制動(dòng)踏板力一起作用于制動(dòng)主缸的活塞推桿上來增加制動(dòng)主缸的對(duì)外輸出壓力。

圖1 真空度數(shù)值程序框圖

（2）真空助力器的基本結(jié)構(gòu)與性能。真空助力器的伺服氣室被其內(nèi)的氣室膜片分為常壓室與變壓室（即當(dāng)閥門打開時(shí)可與大氣相通）一般來說真空泵會(huì)使常壓室的真空度維持在67KPa 到 90KPa 之間。真空助力器提供的助力是依據(jù)變壓室與常壓室的壓差的大小，因此真空助力器提供最大壓力的時(shí)候是在變壓室達(dá)到外界大氣壓時(shí)。與汽車相比電動(dòng)車其他制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不變化，只用電動(dòng)真空泵代替原真空泵分析所需最小真空度數(shù)值其程序框圖分析如圖1 所示。

根據(jù)流程框圖計(jì)算出最小真空度的數(shù)值，在保證制動(dòng)性合理的條件下再對(duì)真空助力制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行分析計(jì)算，得到所需的真空度：

F2 為真空助力器輸出力 F1 為輸入力 P 為腔內(nèi)的真空度D 為氣室膜片的有效面積由公式 1 可得到不同真空度時(shí)所對(duì)應(yīng)的輸入輸出力，畫出輸入輸出特性圖，如圖2 所示。

圖2 輸入輸出特性圖

盤式制動(dòng)器的制動(dòng)力矩：

f為摩擦因數(shù)，R 為半徑

其中：R2為車輪的半徑

假設(shè)最開始輸入的真空度是 90kPa，并且以△P=0.2kPa的量遞減，當(dāng)計(jì)算到制動(dòng)器的制動(dòng)力小于車倆所需的最大制動(dòng)力時(shí)，檢驗(yàn)計(jì)算停止把上一輸出的真空度作為所需要的最小真空度 36kPa 在此刻得出的制動(dòng)器制動(dòng)力為 16.38kN。由上述可得出在不同真空度下制動(dòng)器的制動(dòng)力 Fμ隨自變量踏板力的變化情況。

2 制動(dòng)真空發(fā)生系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

與汽車相比電動(dòng)汽車沒有相應(yīng)的進(jìn)氣歧管，無法產(chǎn)生真空壓力，所以缺少真空助力制動(dòng)系統(tǒng)所有的真空源，因此需要提供一個(gè)合理的電動(dòng)真空泵，為真空助力制動(dòng)系統(tǒng)提供所需的助力，使電動(dòng)汽車的制動(dòng)性得到滿足，根據(jù)一般電動(dòng)汽車的計(jì)算分析選擇普遍的 12V 膜片式電動(dòng)真空泵，其基本參數(shù)如表1 所示。

表1 基本參數(shù)表

為保證電動(dòng)汽車的較好控制性和制動(dòng)安全，及電動(dòng)真空泵的使用壽命等問題，對(duì)制動(dòng)真空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出如下技術(shù)要求：①對(duì)電動(dòng)汽車的制動(dòng)可行性和易于掌控制動(dòng)行駛方向，根據(jù)計(jì)算分析真空泵的排氣量，選擇相適應(yīng)的電動(dòng)真空泵。②為保障真空泵的使用壽命應(yīng)定期檢查更換配氣裝置、濾液管，并保障其系統(tǒng)的潤(rùn)滑防止摩擦破壞。③需要增加電控單元，對(duì)氣壓需要隨時(shí)做出調(diào)整。為控制真空度的變化需添置壓力延時(shí)開關(guān)，為保證真空量的持續(xù)供給要安裝真空儲(chǔ)能裝置（真空儲(chǔ)能罐），在真空儲(chǔ)能罐的選擇上一般選用 1500mL 容積的即可。

電動(dòng)汽車的真空助力制動(dòng)系基本構(gòu)圖如圖3 所示。

圖3 電動(dòng)汽車的真空助力制動(dòng)系基本構(gòu)圖

真空泵的工作模式是間歇性的，其電控單元的設(shè)置為當(dāng)接通 12V 電源時(shí)，壓力延時(shí)開關(guān)會(huì)作用，真空泵工作 20s 后關(guān)閉，使得真空儲(chǔ)能罐的壓力為-70kPa，當(dāng)真空罐壓力上升到-50kPa 時(shí)壓力延時(shí)開關(guān)會(huì)再次作用，而當(dāng)真空儲(chǔ)能罐的壓力達(dá)到-30kPa 時(shí)，壓力報(bào)警器會(huì)發(fā)出報(bào)警信息。原理：每次需要制動(dòng)時(shí)壓力延時(shí)開關(guān)都會(huì)自動(dòng)檢驗(yàn)真空儲(chǔ)能罐的真空度，當(dāng)不滿足制動(dòng)安全時(shí)會(huì)通過壓力報(bào)警信號(hào)提醒駕駛者注意行駛安全。

3 行駛試驗(yàn)

在一般城市道路上低速運(yùn)行，制動(dòng)數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 制動(dòng)數(shù)據(jù)表

由表2 可知，所設(shè)計(jì)的電動(dòng)真空助力制動(dòng)裝置在城市道路上行駛滿足制動(dòng)安全性，制動(dòng)距離也在安全制動(dòng)距離之內(nèi)。在連續(xù)多次試驗(yàn)中其試驗(yàn)數(shù)據(jù)都滿足行車的安全性，在電動(dòng)汽車行駛中，需要壓力延時(shí)開關(guān)不斷的作用，來保證真空儲(chǔ)能罐的壓力維持在-50kPa 以下，這樣在制動(dòng)時(shí)才能供給足夠的制動(dòng)力。

4 結(jié)語

在真空助力制動(dòng)系統(tǒng)中真空度越高，越能發(fā)揮助力器的作用，才能利用真空壓力將制動(dòng)液壓入四個(gè)車輪的剎車裝置，推動(dòng)剎車片掐住剎車盤，從而達(dá)到剎車目的。因此在電動(dòng)真空助力制動(dòng)系統(tǒng)中，電動(dòng)真空泵的選擇上尤為重要，在使真空儲(chǔ)能罐里真空度滿足制動(dòng)性要求前提下還要盡量使電動(dòng)汽車在行駛中易于操作，在發(fā)生緊急制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)系統(tǒng)的反應(yīng)滯后性要求盡量低，安全性盡量高。

［1］姚為民，史文庫.汽車構(gòu)造第六版［M］.北京：人民交通出版社 2013.

［2］余志生，夏群生.汽車?yán)碚摰谖宀桨妫跰］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社2009.

［3］楊久青，任國軍.電動(dòng)汽車性能分析與計(jì)算［J］.山東理工大學(xué)，2006.

［4］李飛.電動(dòng)汽車總體設(shè)計(jì)及其性能仿真與優(yōu)化［D］.西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2012.

Design of Braking System for Electric Vehicle

XIA Shi-tian，WA NG Ya-fei
（Dezhou College，Dezhou，Shandong 253023，China）

This paper introduces the design of electric vehicle braking system which is an indispensable part of electric vehicles and directly affects the safety of electric vehicles.This system analyses and calculates based on the brake vacuum booster and designs more reasonableelectric vehicle braking system.

electric vehicle；vacuum assist；servo brake

U469.72；U463.5

A

2095-980X（2016）12-0024-02

2016-11-14

夏世甜（1995-），男，山東濰坊人，大學(xué)本科，主要研究方向：交通運(yùn)輸（汽車運(yùn)用工程方向）。