純電動車真空助力系統的匹配測試研究

李航 吳海軍 張波波 張敬玉 于東輝

摘 要：純電動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的安全性與舒適性，如制動距離與踏板感，在緊急制動或者連續踩制動時，真空的儲備提供能力尤為重要，文章對真空助力系統中電動真空泵、真空助力器以及控制邏輯（電動真空泵的啟/停閾值）的匹配工作進行了實驗測試，通過多次模擬測定，確定了三者之間的關系，該測試研究總結出了真空助力系統的測試方法、規律特性，為后續開發車型進行相關匹配提供了參考。

關鍵詞：純電動汽車;真空助力系統;匹配試驗

中圖分類號：U467? 文獻標識碼：B? 文章編號：1671-7988（2019）04-25-03

CLC NO.： U467? Document Code： B? Article ID： 1671-7988（2019）04-25-03

1 前言

傳統燃油車/混動車通過發動機進氣歧管或者與輔助真空泵搭配共同為真空伺服機構提供真空源，正常情況下，可源源不斷的提供真空，所以傳統燃油車/混動車并不需太關注其真空提供能力，但純電動車沒有了發動機持續不斷的提供真空，只能依靠電動真空泵為真空助力器提供真空，目前市場上主流的電動真空泵為葉片式結構，轉子材料為石墨，工作過程中會產生磨損，故壽命按時間計算，如果真空助力系統各部件匹配不合理，可能會使真空泵工作頻率/時間偏長，最終導致質保里程未到的情況下，真空泵已到時間，引起客戶抱怨，因此，純電動車真空助力系統中真空的消耗與補給的匹配測試很有必要。

本文以純電動車為例，對其真空助力系統進行了匹配測試，在保證制動要求的前提下，測試出真空助力器規格、電動真空泵規格和電動電動真空泵啟/停閾值之間的匹配關系，為后續真空系統的選型提供了依據。

2 真空助力制動系統組件構成與工作原理

與傳統燃油車相比，電動車真空助力系統除了真空助力器和真空管路，還增加了電動真空泵作為真空提供源、真空罐作為真空儲存裝置等部件，構成如圖1所示：

真空助力系統中真空助力器工作分為3個狀態：

（1）自由狀態：未踩下制動踏板時，真空閥打開，空氣閥關閉，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。

（2）制動狀態：踩下制動踏板時，真空腔與工作腔隔離，在輸入桿上加力使空氣閥打開，工作腔內的真空降低，因此兩腔壓力差增加，當輸出力大于輸入力乘以助力比時，反作用盤進一步擠壓，推動柱塞向后退（相對閥體而言），產生助力。

（3）制動釋放狀態：松開制動踏板時，工作腔與真空腔相通，工作腔中的空氣進去真空腔，真空腔真空度降低，當低于設定值（如-55kpa）時電動真空泵開始工作，抽取真空腔與工作腔中的空氣，到一定值（如-75kpa）時真空度傳感器將真空度信號轉換為電壓信號，傳輸給控制器，使電動真空泵停止工作。

3 真空助力制動系統的匹配計算

真空助力制動系統理論匹配的重要環節是計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要求，理論計算時，空氣閥關閉時間、空行程、不同真空度下空氣分子數均為一定值或者不考慮，但該理論計算與實際情況有較大偏差，難以滿足先期設計需求，所以在全新車型開發前期，可對選定的真空助力系統參數（真空助力器規格、主缸直徑、行程、電動真空泵規格）安裝規定的標準規范進行匹配測試，檢測單次/連續制動時真空消耗情況，同時也可以對真空泵不同的啟/停值進行設置，循環試驗，初步選定合適的值，測試結果可初步用來支撐整車制動測試時相關要求，該方法避免了方案確定、試件制作完成后進行實車測試而不滿足性能要求，需重新驗證的問題，也避免了反復變更、再測試導致開發周期長與研發成本高昂的問題。

4 真空助力制動系統的匹配測試

4.1 真空助力制動系統匹配實驗室實現

實車的制動功能測試是在規定道路上按標準的測試方法進行的，實驗室不具備道路車輛條件，必須簡化模擬來進行真空助力系統驗證：

測試設備簡化：保留發動機艙中的發動機，真空泵，真空助力器，制動踏板，制動器和相應管路;配置踏板力傳感器，液壓傳感器，數據采集器和記錄器等設備組成測試系統。

4.2 真空助力制動系統設備構成

真空助力器帶主缸總成：10寸;

真空罐：1.2L;

電子真空泵：HVP-5X獨立泵;

制動踏板;

制動器總成;

制動踏板傳感器：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 測試條件簡化

全行程制動，連續測試3次，制動周期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至停止值時間;真空度的啟/停時間可初步設定-50/70 kpa，-68/81kpa，對比不同真空泵啟/停值下的真空需求情況，驗證系統參數選型是否滿足戀連續制動需求。

4.4 試驗結果及驗證

將真空助力器、電動真空泵等部件裝配于試驗臺，設置真空泵的啟/停閾值，接通電源，按標準規范進行測試，記錄不同啟/停閾值下真空度的變化以及連續制動后真空度的恢復情況，實驗結果如圖6、7所示。

從圖表中可以看出，不同的啟停閾值對連續制動時的真空需求有非常大的影響，真空泵啟/停閾值設置在-55/70Kpa時，第二次時壓力降至-50Kpa，對制動踏板感提出挑戰。

5 結束語

對純電動車制動系統真空助力系統的全新設計在理論上計算有難度的情況下，通過對真空助力系統進行先期臺架測試，掌握在不同啟/停值下的真空變化情況，為真空助力系統中真空助力器、電動真空泵選型和匹配提供了測試方法，同時對于是否增加真空儲能裝置也提供依據。經過以上測試，可以得出以下結論：

a.傳統燃油汽車真空系統真空助力系統匹配至純電動車時，因真空源提供部件變化，對真空助力系統的匹配要求更高。

b.電動真空泵的不同啟停/閾值對連續制動時的真空需求匹配至關重要，但同時也要考慮高啟/停閾值策略下對電動真空泵壽命的影響。

c.選擇合適的真空儲存裝置，能有效延遲電動真空泵的壽命，保證其可靠性，但真空系統部件的性價比需要同步考慮。

d.真空的啟/停閾值的設定，需要考慮整車制動性能的需要，結合電動真空泵的抽氣特性曲線，選擇最佳的抽氣效率段。

參考文獻

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