某型純電動輕型客車真空泵選型設計

蘇媛，鄭朋輝，張超

某型純電動輕型客車真空泵選型設計

蘇媛，鄭朋輝，張超

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230009）

文章以某型純電動輕客制動為例，對真空與制動性能的關系進行匹配計算，并結合性能試驗及可靠性道路試驗驗證結果，為電動輕客真空泵的選型匹配和確定真空泵工作范圍提供理論依據。

真空泵；最小真空度；制動性能

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)16-116-03

前言

隨著國家對純電動汽車的大力支持，電動車市場占比大幅提升，對于純電動車，因不匹配發動機，沒有真空源，但僅靠人力制動不能滿足行車制動的需求，因此需要選擇合適的電動真空泵替代原發動機驅動的真空泵，以滿足車輛對真空的需求，確保制動效果。本文以某純電動輕型客車為例，再制動系其他零部件與燃油車通用的情況下，對其真空泵進行匹配計算，從而為中大型液壓制動汽車真空泵的選型匹配提供了理論依據。

1 制動系統簡介計算

該車型采用帶有真空助力裝置的X型液壓制動系統和四盤式制動器。駕駛員踩踏板輸入力通過推桿直接操縱真空助力器。真空助力器能夠提供的助力大小取決于真空泵提供的真空度。

圖1 制動系統示意圖

表1 某純電動輕型客車參數

1.1 制動力校核

理想制動力計算：前軸所需制動力：Fuf=mg（b+ψh）ψ/L 后軸所需制動力：Fur=mg（a-ψh）ψ/L m-整車滿載總質量 g-重力加速度，取9.8m/s2 h-滿載重心高度 ψ-地面附著系數 a、b-重心距前后軸距離。

在0.8附著系數下，該輕客車型空載前軸理論需求制動力：

滿載前軸理論需求制動力：

1.2 真空與系統輸出制動力關系計算

真空助力器帶橡膠膜片密封裝置的控制活塞將助力器分成A、B兩個腔。A腔位于與制動主缸相連的一端，保持一定的真空度，B腔內的壓力由橡膠閥座、滑柱和將較反作用盤調節，真空度達到外界大氣壓時，真空助力器可以提供最大的制動助力。當B腔真空度為零是，不考慮助力器的機械效率及復位彈簧反力等影響，可列出下列平衡方程式：

式中：D為伺服膜片有效直徑；d1為橡膠反作用盤直徑；d2為滑柱直徑；p為真空助力器A腔的真空度；Fp為踏板力；F1為最大助力點對應的輸入力；F2為最大助力點對應的輸出力；is為助力比。

式中 D1為輪缸直徑。

前盤式制動器的制動力矩Tf 及制動力Ff，后盤式制動器的制動力矩Tr 及制動力Fr。

式中 f為制動盤副摩擦系數；Re為制動盤有效半徑；r為輪胎滾動半徑。

該純電動輕客使用10+10真空助力器，助力比為9，制動總泵28.58mm

將以上1-9計算公式輸入至EXCEL表格，計算該車輛的Ff、Fr，真空度值從-80Kpa逐步降低至大氣壓，當計算出制動器的制動力等于車輪需要的最大制動力時，該真空度為制動系統所需要的最小真空度值。計算結果表明：該電動車真空助力器初始真空度小于-46.3KPa時制動器不能提供足夠的制動力。

表2 真空度與制動力關系計算

1.3 真空泵工作范圍選定

因電動真空泵不可以像燃油車真空泵一樣，由發動機帶動一直工作，需由傳感器控制其開啟關閉。從制動性能角度選，產生的真空度越大越有利，但從電動車電量及真空泵使用壽命選型則真空泵工作的時間越短、真空越小越有利 故在滿足制動性能要求的情況下選取滿足制動工作時間較短的真空度范圍為最佳。故將該電動車的真空泵開啟壓力設定為-50KPa，確保真空助力機構傳遞出去的制動力一直能滿足車輛使用要求，真空泵停止壓力需綜合考慮上述條件后確定。

公司采購部推薦四款真空泵作為備選方案：

表3 四種備選真空泵參數

真空泵1和2抽真空能力明顯弱于3和4，抽真空至-70KPa需15秒以上時間，真空得不到及時補充，故優先考慮3、4號真空泵，3.4號真空泵各取三只，進行樣件性能測試。

表4 真空泵抽真空能力測試

經試驗測試，4號真空泵抽速和噪音均好于3號真空泵，故確定選用4號真空泵—UP30。

圖2 UP30真空泵抽真空曲線圖

因為該車車重較大，且考慮通用性，該車使用10+10真空助力器，真空助力器有效直徑D=254 mm，行程為42 mm，即：V =l/4πD2L=0．25×3．14×(2.542＋2.542)*0.42=4.25L

根據UP30的真空曲線可知，6秒可從大氣壓力抽真空至車輛最低需求，6.2S左右抽真空至-70 KPa，10S左右抽真空至-80KPa，考慮真空泵開啟工作是瞬間電流消耗較大，盡量避免其頻繁啟停，故將真空泵關閉上限設置為-80KPa。

2 定遠試驗場制動性能試驗測試

由試驗結果可以看出：采用UP30真空泵為該電動車車提供足夠的真空助力，所有制動性能均可滿足設計要求，大幅優于國標要求，在整車3萬公里的可靠性道路試驗尤其是頻繁制動的山路試驗中電動真空泵的抽氣能力能滿足連續多次制動的要求。

表5 該電動車試驗場內制動性能測試結果

3 結論

在設計時除需要考慮制動性能外，還需就研發項目的通用化考慮，在盡可能制動系其他零部件不做設計變更的前提下，再擇優選擇電動真空泵，應盡量使真空度滿足制動性能的要求，通過對電動真空泵的啟停限值的設計，盡可能提高真空泵的使用壽命，降低電動車的能耗。根據整車道路試驗效果可知，此套設計方案滿足車輛使用要求。

[1] 王望予.汽車設計[M]機械工業出版社,2003.

[2] 汽車工程手冊設計篇( 第14 卷) 人民交通出版社,2000.

[3] 林秉華.最新汽車設計實用手冊.黑龍江人民出版社.

A certain type of electric bus vacuum pump type selection design

Su Yuan, Zheng Penghui, Zhang Chao
( Anhui jianghuai automobile group co., LTD., Anhui Hefei 230601 )

In this article, based on a certain type of electric bus for example, matching calculation the relationship between the vacuum and brake performance, and combined with the verification resules of performance test and reliability road test, to provide the oretical basis vacuum pump matching and determine the scope for electric bus.

vacuum pump; the minimum vacuum; brake performance

U462.1

A

1671-7988 (2017)16-116-03

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.16.040

蘇媛，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。