某帶渦輪增壓輕型客車制動助力系統設計分析

邱金泉

廈門金龍聯合汽車工業有限公司 福建省廈門市 361021

1 引言

渦輪增加發動機在不增加排量的基礎上，可幅度提高發動機的功率和扭矩。在相同平臺的發動機，增加渦輪增壓器后，最大功率增加約40%。某輕型客車動力采用帶渦輪增壓功能燃油發動機。制動助力系統采用真空助力方案，如真空源僅由發動機進氣歧管提供，在發動機進氣增壓的情況下，真空源無法滿足制動系統需求，故需要增加電動真空泵方案。

2 制動助力系統初步方案及工作原理

如圖1制動助力系統布置圖和圖2制動助力系統電氣原理圖所示，真空助力器抽氣口通過真空助力膠管分別與發動機和電動真空泵相連。真空助力器前腔安裝一個真空壓力傳感器。制動助力系統工作原理為，燃油發動機作為制動助力系統主真空源，電動真空泵作為制動助力系統輔助真空源。真空助力器抽氣口帶有單向閥功能，避免真空泄漏。真空壓力傳感器信號和制動燈開關信號提供給發動機控制器（簡稱ECU），以及ECU自帶環境壓力傳感器信號，ECU設計相應的電動真空泵控制策略，通過控制繼電器間接控制電動真空泵開啟動與關閉。電動真空泵電源來源于蓄電池，主要目的是保證電動真空泵電源穩定性。ECU的電動真空泵控制策略初步沿用其現有控制策略，待實車驗證采集數據分析后進行控制策略優化完善。ECU通過采集的信號，制動助力系統故障可分類別有制動助力系統是否泄漏、真空壓力傳感器故障、制動燈開關故障。

3 制動助力系統實車數據采集

通過靜態幾種模式進行時間、真空壓力數據和電動真空泵工作時間采集，模式一，發動機怠速，快速踩制動踏板到底，松開踏板絕對壓力達到64kpa，即每一腳完全制動，電動真空泵都開始工作，實測電動真空泵工作時間不足一秒。模式二，發動機怠速，緩慢踩制動踏板到底，松開踏板絕對壓力達到63.5kpa，即每一腳完全制動，電動真空泵都開始工作，實測電動真空泵工作時間不足一秒。模式三，發動機關閉，緩慢踩制動踏板到底后完全松開。模式四，真空助力器并聯3.2L真空罐，發動機怠速，快速踩制動踏板到底，松開踏板絕對壓力達到63kpa，即每一腳完全制動，電動真空泵都開始工作，電動真空泵工作時間實測2S以內。模式五，真空助力器并聯3.2L真空罐，發動機怠速，緩慢踩制動踏板到底，松開踏板絕對壓力達到64kpa，即每一腳完全制動，電動真空泵都開始工作，電動真空泵工作時間實測2S以內。模式六，真空助力器并聯3.2L真空罐且真空助力器單向閥取消，發動機怠速，快踩踏板到底，松開踏板絕對壓力達到64kpa，即2腳完全制動，電動真空泵開始工作，電動真空泵工作時間實測2S以內。這六種模式采集數據如圖3靜態時間與真空壓力關系圖。

圖1 制動助力系統布置圖

圖2 制動助力系統電氣原理圖

通過動態幾種模式進行數據采集和主觀評價。模式一，車輛滿載狀態，十里藍山連續下坡采集時間與制動踏板力。主觀評價制動良好，踏板力適中。模式二，車輛滿載狀態，電動真空泵采用模擬高原方式，十里藍山連續下坡采集時間與制動踏板力。主觀評價制動良好，踏板力適中。模式三，車輛滿載狀態，燃油發動機不提供真空源，電動真空泵采用模擬高原方式，十里藍山連續下坡采集時間與制動踏板力。主觀評價踏板力大，制動力不佳。這三種模式采集數據如圖4動態時間與踏板力關系圖。

圖3 靜態時間與真空壓力關系圖

圖4 動態時間與踏板力關系圖

圖5 燃油發動機海拔與真空度關系圖

圖5 為兩款不同燃油發動機在不同海拔下，發動機進氣歧管可提供的最高真空度曲線。

4 優化改善

該車型在《GB 7258-2017 機動車運行安全技術條件》屬于其他汽車，法規中要求行車制動在產生最大制動效能時的踏板力應小于或等于700N。電子真空泵設計壽命為45萬次，工作時間600h（4.8S一次作動）；真空泵1次作動時間為3～5S，踏板作動2次真空泵作動1次，計算真空泵壽命為：450000*2=90萬次制動踏板作動，600*3600/4*2=108萬次制動踏板作動，高于QC/T307真空助力器的33.925萬次設計壽命要求。通過以上兩項輸入設計要求以及第3中的數據采集分析，制動助力系統不需要增加單獨真空儲能罐，但需要進行ECU的電動真空泵控制策略（電動真空泵開啟和關閉閥值）進行調整，由于涉及公司保密制度，具體數據文章不體現，制動助力系統滿足連續兩次完全制動，電動真空泵開始工作，將滿足制動系統壽命要求，同時制動踏板力滿足法規要求。