某輕型客車制動系統真空源設計分析

邱金泉　江力

摘 要：文章介紹某輕型客車制動系統真空源設計方案和分析，首先進行系統理論計算，確保制動系統符合法規并且具有競爭性商品。再通過整車實測數據采集，分析原設計方案是否滿足整車條件。

關鍵詞：制動系統；真空源；控制策略

1 引言

某輕型客車為純電動汽車，制動系統采用雙回路H型真空助力液壓方案。制動系統真空源采用電動真空泵和真空儲能罐方案。制動系統通過理論計算與實車驗證，最終需要滿足國家法規，同時設計方案具有可靠性、商品競爭力。

2 制動系統真空源設計

2.1 真空源系統方案思路

電動真空泵作為制動系統唯一真空源提供者，制動系統涉及行車安全并且同時滿足不同海拔區域行駛需求，故電動真空泵來源直接來于蓄電池，在整車突然斷開高壓電氣情況下不影響電動真空泵供電。雙繼電器的目的是出于系統可靠性與耐久性考慮，畢竟目前繼電器的電耐久壽命在100萬次左右，再通過真空壓力傳感器、大氣壓力傳感器、控制策略，可實現系統適用不同海拔區域行駛和可靠性需求，真空源系統電路原理圖如圖1所示：

2.2 真空儲能罐容積匹配計算

為增加制動系統助力可靠性，通過增加真空儲能罐，在電動真空泵失效的情況下，仍然可提供有效的幾次制動助力。由于真空儲能罐大小與抽氣時間和可提交有效助力次數是相互影響的，故在設計容積需要進行平衡。第一，依照行業設計要求，滿足3次全力制動，制動踏板力在法規要求內。第二，依照車輛使用30萬公里里程，整車30%里程屬于高速道路，整車70%里程屬于城市道路，高速道路平均每3公里制動1次，城市道路平均每公里制動3次，得出制動次數要求66萬次，故電動真空泵使用壽命滿足66萬次抽氣時間。

通過實際測量，真空助力器容積為V1=3L。通過理論計算，完全制動制動主缸行程點比為45%，故設定完全制動進入大氣容積為V2=3×45%=1.35L。假設真空儲能罐容積為V3，大氣壓力P0=101kpa，制動系統初始真空度為P1=31kpa（相對壓力-70kpa），完全制動后的真空度為P2。忽略溫度對空氣體積變化影響，可得出公式：P1×（V1+V3）+P0×V2=P1×（V1+V3）。假定V3=3L、4L，通過公式計算，3次完全制動真空度如表1：

以上計算可得的第3次制動前的真空度，結合真空助力器輸入輸出特性，計算采用3L、4L儲能罐對應制動踏板力分別為639N、687N，均滿足法規GB7258-2017《機動車運行安全技術條件》要求。

選用電動真空泵壽命為90萬次，工作時間1200小時。將3L、4L真空儲能罐分別搭載電動真空泵，測得對應抽氣曲線（時間與真空度關系）。3L真空儲能罐對應抽氣曲線如圖2，數據可得，-70kpa至-80kpa所需要時間：5.83秒，66萬次工作時間要求：1069小時。

4L真空儲能罐對應抽氣曲線如圖3，數據可得，-70kpa至-80kpa所需要時間：6.77秒，66萬次工作時間要求：1241小時。

采用4L真空儲能罐工作時間將超出1200小時壽命，故綜合以上兩點采用3L真空儲能罐。

2.3 制動真空系統控制策略

2.3.1 電動真空泵工作邏輯

（1）有效工作條件：

①充電狀態下，真空系統無效。

②鑰匙打到ON檔，無論車輛處于何種狀態，真空系統皆有效。

③鑰匙打到OFF檔，VCU處于下電延時狀態，真空系統有效。

（2）鑰匙首次打到ON檔，若整車控制器檢測當前真空度大于停泵閥值，則開啟電動真空泵直至達到停泵閥值時關閉。

（3）車輛正常行駛，若當前真空度大于設定的開啟閥值，整車控制器開啟電動真空泵，直至達到停泵閥值時關閉。

2.3.2 繼電器控制邏輯

（1）粘連檢測：真空繼電器處于斷開狀態時，整車控制器檢測繼電器采樣點電壓是否為高電平，若為高電平，則上報繼電器粘連故障。

（2）鑰匙首次打到ON檔，整車控制器只閉合備用繼電器，并檢測繼電器采樣點電壓是否為高電平，若不為高電平，上報“備用真空泵繼電器故障”；若為高電平，則計時1s后閉合常用繼電器，常用繼電器閉合后計時0.5s，斷開備用繼電器，并檢測繼電器采樣點電壓是否為高電平，若不為高電平，上報“常用真空泵繼電器故障”。

（3）非“鑰匙首次打ON檔”，真空泵達到開啟條件時，整車控制器閉合常用繼電器，并檢測繼電器采樣點電壓是否為高電平，若持續0.5s有閉合指令未檢測到高電平，則互換常用與備用繼電器狀態，并上報“常用真空泵繼電器故障”。

2.3.3 繼電器保養策略：

（1）由整車控制器對繼電器使用次數進行記錄，若整車控制器更換，則需更換人員對該數據進行移植。

（2）當整車控制器檢測到繼電器使用次數達到保養值（80萬次）時，真空泵故障燈亮，報一級故障“真空泵繼電器壽命預警”；保養后由保養人員將該數據復位。

（3）繼電器使用次數因控制器更換、繼電器保養產生的數據移植、復位，由整車控制器廠家開發相應軟件對應。

2.3.4 故障診斷策略

確保制動系統的可靠性和耐久性，制動真空系統通過告警方式將故障及時提醒駕駛員，駕駛員可通過故障信息進行檢修。

通過經驗和實車驗證，在不同海拔高度條件下，設定各控制閥值如表2所示，未標示海拔以點點之間線性方式設定。

3 制動系統實車驗證

基礎制動按照法規GB7258-2017《機動車運行安全技術條件》進行實車測試，50km/h初速度制動距離實測值13.2m，法規要求≤22m；50km/h初速度制動減速度實測值6.56m/s2，法規要求≥5.4m/s2；制動減速度0.7g制動踏板力實測值223N，法規要求≤700N；整車實測數據均滿足法規要求。

制動系統真空度和踏板力實車采集數據，選擇在廈門市十里藍山，理由海拔高度落差大由0至700米，并且連續陡坡。整個駕駛車輛下坡過程真空度如圖3，范圍在-78～-63kpa，制動踏板力如圖4，范圍在0～67N。客觀數據采集數據和主觀評價均滿足要求。

針對適應不同海拔高度區域使用，采集數據地點選擇在云南麗江市麗寧線，選擇路線海拔高度1400～3056m。電動真空泵在不同海拔對應的開啟關閉閥值以及整個過程中的系統真空度如圖5，從圖中可以看出真空度均在范圍區間內。

4 結語

通過國家針對新能源車型補貼政策和《乘用車企業平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法》可知，新能源車型作為未來重要戰略發展。新能源車型的制動系統變更也必須適用或者更優于傳統燃油車型。在基礎制動盡可能不作變更的情況下，該制動系統真空源設計方案可作為參考。經過理論計算和大量實車數據采集確保該方案滿足國家法規要求，同時滿足整車設計使用里程。

參考文獻：

[1]余志生，汽車理論，機械工業出版社，2000.10.

[2]劉惟信，汽車設計，清華大學出版社，2001.07.

[3]GB 7258-2017 機動車運行安全技術條件，2017.09.29.