一種基于EMS標定的車輛真空度不足的解決方案

凌新新，詹錫蘭，張喜科

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434）

一種基于EMS標定的車輛真空度不足的解決方案

凌新新，詹錫蘭，張喜科

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434）

傳統內燃機汽車，多采用真空助力伺服制動系統來實現助力。其真空源來自于發動機進氣歧管。現在汽車隨著發動機排量的減小和負載的增加，真空度在某些工況下將出現嚴重不足的問題，尤其是高海拔地區。通過對發動機EMS的標定，實現了對整車真空助力系統的適應性優化。整車道路性試驗表明，優化后的真空助力系統滿足整車使用要求。

EMS標定；制動系統；高海拔；空調控制；怠速控制

0 前言

隨著乘用車技術的發展，顧客在滿足舒適性、動力性等基本性能的基礎上，開始更注重于轎車的安全性，對于車輛制動性能要求越來越高。絕大多數的轎車采用真空助力伺服制動系統，使人力和動力并用。傳統內燃機轎車的制動系統真空助力裝置的真空源來自于發動機進氣歧管[1]。進氣歧管的進氣絕對壓力與大氣壓力的差值即為真空度。

為了提高整車的舒適性和駕駛方便性，在當代汽車上大功率的空調、自動變速箱、后視鏡電加熱、后窗加熱已經成為標準配置，這就導致了進氣歧管的絕對壓力越來越高，同時由于汽車經濟性要求越來越高，小排量的發動機成為汽車發展的趨勢，為了滿足整車的舒適性和駕駛方便性的要求，真空度向逐漸下降的趨勢發展。

另外一方面真空助力系統在滿足正常工況下剎車時提供助力的同時，如何能讓真空助力系統在高海拔地區提供高效助力也是當前轎車設計人員面對的一個課題。

隨著海拔高度的不斷上升，在高海拔地區隨著大氣壓力的下降，如圖1所示，將無法提供足夠的真空度給真空助力系統，尤其在發動機高負載工作下，真空助力系統更無法滿足制動系統的需要，制動踏板力明顯增大，存在嚴重安全隱患。

本文所闡述的真空助力系統匹配標定的方法，通過軟件匹配并標定后能夠實時監測真空助力系統中真空度的變化情況，及時控制空調的開閉和發動機的轉速，抽取助力系統中多余的空氣，提高真空助力系統真空度，以達到車輛制動所需真空度的下限，保證車輛的制動性能。

1 基于EMS的匹配標定過程及分析

1.1 制動性能分析與匹配方法

本文所述的原車型制動系統采用雙管路液壓－真空助力制動系統，前制動器采用雙膜片式真空助力器，4輪缸對稱式制動鉗和盤式制動器。真空助力器安裝于制動踏板和制動主缸之間，由踏板通過推桿直接操縱。助力器與踏板產生的力疊加在一起作用在制動主缸推桿上，以提高制動主缸的輸出壓力。真空助力器的真空伺服氣室由帶有橡膠膜片的活塞分為常壓室與變壓室，一般常壓室的真空度為0.6～0.8 bar。真空助力器所能提供助力的大小取決于其常壓室與變壓室氣壓差值的大小。當變壓室的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[2]。圖2所示為某車型的雙膜片式真空助力器（帶制動主缸）[3]。

圖1 大氣壓力隨海拔高度變化關系圖

圖2 雙膜片式真空助力器帶制動主缸

當海拔升高時，真空度出現不足，此時真空助力器的特性無法按照設計要求正常工作，導致踏板力偏大，制動偏硬，這個時候就要盡可能降低負載造成的影響，通過控制相關的負載和及時的提高發動機的轉速來增加真空度，保證駕駛的安全性。真空助力器的特性曲線如圖3所示[4]。

圖3 真空助力器輸入、輸出特性

從圖3真空助力器的輸入、輸出特性曲線中可以看出，真空度越高，助力器的輸出特性越好，在同樣輸入力的前提下，輸出力越大，制動強度越高。

本文通過真空度傳感器實時監測真空助力器內真空度的變化情況，同時結合車速的變化、油門踏板的信號的變化，發動機ECU單元對空調壓縮機模塊，發動機轉速進行控制，控制發動機節氣門的開度變化，提升整車真空度水平。設計方案的聯結簡圖如圖4所示。

圖4 設計方案聯結簡圖

1.2 詳細匹配過程分析

1.2.1 系統工作控制邏輯圖

控制邏輯簡圖如圖5所示。空調需要同時滿足以下三個條件才可關閉：

圖5 系統控制邏輯簡圖

（1）車速在規定范圍內，如0.5 km/h～40 km/h；

（2）發動機在怠速狀態下；

（3）真空度在規定的范圍內，如20 kPa～40 kPa。

以上有一個條件不滿足，空調將不關閉或者重新開啟。

1.2.2 技術方案主要步驟

（1）傳感器模塊

通過真空度傳感器獲取助力器真空度信息，并判斷系統是否發生漏氣或零部件是否存在故障，如不正常則發出警告信息，其報警邏輯如圖6所示。

（2）控制器模塊

根據真空度信息和制動踏板信號，結合油門踏板信號、整車速度判斷是否發出關閉空調指令，同時根據檔位信息變化，進一步提高發動機轉速，進行控制。

（3）執行器模塊

ECU發出關閉空調指令，關閉壓縮機模塊，同時控制器模塊繼續監控油門踏板信號、整車速度及真空度信息，判斷真空度是否達到要求，是否需要重新打開空調。

（4）制動執行機構

助力器根據真空度的變化產生相應的助力推動制動主缸，制動器接受管路壓力產生預期的制動力和制動效果。

1.2.3 每一步的控制條件和參數

（1）步驟1控制參數

真空度傳感器真空度數據：點火鑰匙處于ON狀態，真空度傳感器偵測助力器真空度，并進行自檢和周期性檢測助力器真空度，檢查助力器真空度與進氣歧管真空度差值情況，如果助力器真空度持續5 s比進氣歧管真空度低15 kPa以上，則記錄故障碼，發出報警信息。

（2）步驟2控制參數

制動踏板信號：制動觸發的開始信號。

油門踏板信號：判斷發動機是否處在怠速狀態，只要不踩踏油門即發動機為怠速狀態，當發動機處在怠速狀態下，進入空調控制邏輯。

圖6 真空度監測報警邏輯簡圖

車速信號：判斷整車車速是否在控制范圍以內，要求在0.5 km/h～40 km/h，車速低于0.5 km/h或者高于40 km/h，都將退出空調控制邏輯。

真空度信號：判斷真空度是否超過控制范圍，要求在20 kPa～40 kPa，低于20 kPa則進入空調控制邏輯，高于40 kPa則退出空調控制邏輯。

進氣歧管壓力信號：判斷整車所處的海拔高度，當海拔高于2 000 m以上，進入空調控制邏輯。

（3）步驟3控制參數

1）壓縮機控制信號：控制空調壓縮機開關。

2）油門踏板信號：判斷發動機是否處在怠速狀態，只要不踩踏油門即發動機為怠速狀態。

3）車速信號：判斷整車車速是否在控制范圍以內，要求在0.5 km/h～40 km/h，車速低于0.5 km/h或者高于40 km/h，都將退出空調控制邏輯。

4）真空度信號：判斷真空度是否超過控制范圍，要求在20 kPa～40 kPa，低于20 kPa則進入空調控制邏輯，高于40 kPa則退出空調控制邏輯。

5）進氣歧管壓力信號：判斷整車所處的海拔高度，當海拔高于2 000 m以上，進入空調控制邏輯，當海拔高于3 500 m以上時，進入怠速控制邏輯。

6）發動機轉速信號：在規定的3 500 m海拔以上，根據真空度的變化情況，當檔位信息滿足要求時，發動機怠速轉速提升40 r/min～170 r/min進行驗證。

7）換檔器檔位信號：輸出換向器檔位信息給TCU，當換檔器處在D檔和R檔狀態，進入怠速控制邏輯，當換檔器處在P檔和N檔狀態，退出怠速控制邏輯。

（4）步驟4控制參數

真空助力器特性曲線：不同的真空度特性曲線不同，輸出壓力不同，助力效能不同。

2 實車驗證及標定結果確認

根據前文的控制邏輯，針對某車型進行了兩輪的高原制動整車試驗，通過對制動踏板力和怠速轉速的詳細測量及對比試驗，得到如下結果。

2.1 制動踏板力的對比試驗結果

（1）MT配置在3 500 m、4 100 m及4 700 m踏板力實測結果如圖7所示。

圖7 某車型MT配置驗證結果

（2）AT配置在3 500 m、4 100 m及4 700 m踏板力實測結果如圖8所示。

圖8 某車型AT配置驗證結果

通過使用上述方案，不同配置車型的制動踏板力在不同海拔下都得到了較大幅度的降低，制動安全性得到了顯著的提升。

2.2 一定海拔下不同控制方案怠速轉速變化試驗結果

圖9 某車型AT配置怠速轉速變化結果

試驗結果如圖9所示。匹配過程中，分別驗證了某車型AT配置在實施關閉空調策略后，不同檔位變化下，怠速轉速的變化情況，怠速轉速提升范圍從40 r/min～170 r/min不等。

3 結束語

對制動系統而言，真空度越大，駕駛員踩踏板也越省力，越能保證汽車制動系統的易操縱性。文章利用EMS的標定，通過對空調壓縮機、發動機轉速的控制，來實現整車真空度的提升，保證了制動系統在極端情況下的制動效能，滿足了整車在海拔4 000 m以上的使用要求，同時由于并未額外增加真空源，降低了整車的成本，根據整車道路試驗結果可知，優化后的真空助力系統是合理的，滿足了整車的使用要求。

［1］［美］L.魯道夫，張蔚林，陳名智譯.汽車制動系統的分析與設計［M］.北京：機械工業出版社，1985.

［2］方泳龍.汽車制動理論與設計［M］.北京：國防工業出版社，2005.

［3］躍進汽車集團公司.南京依維柯汽車維修手冊［M］.長沙：湖南科學技術出版社，2000.

［4］林逸，賀麗娟，何洪文，等.電動汽車真空助力系統的計算研究［J］.汽車技術，2006（10）：1-4.

Solution to Vehicle of Low Vacuum Based on EMS Calibration

LING Xin-xin，ZHAN Xi-lan，ZHANG Xi-ke
（Guangzhou Automobile Group Co.，Ltd，Automotive Engineering Institute，Guangzhou511434，China）

For traditional internal combustion engine vehicles，the brake system uses a vacuum brake booster servo system to achieve power.Its vacuum source comes from the engine intake manifold.Now，with engine displacement decreases and the load increases，the degree of vacuum in certain conditions will be a serious shortage，especially in high altitude areas.Based on the engine EMS calibration，realized the adaptability of the vehicle vacuum booster system optimization.Vehicle road test showed that the optimized vacuum booster system meets the vehicle requirements.

EMS calibration；brake system；high altitude；air-conditioning control；idle speed control

U463.5

A

1009－9492(2014)02－0073－05

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.02.021

凌新新，男，1986年生，安徽蚌埠人，大學本科，工程師。研究領域：底盤制動系統液壓及真空助力。

(編輯：向 飛)

2013－08－15