電動真空泵系統及其控制策略在電動汽車中的應用

宗紅軍

摘 要：電動汽車是指以車載電源為動力，用電機驅動車輪行駛，符合道路交通、安全法規各項要求的車輛。由于其采用電能驅動，行駛過程中無廢氣排出，不污染環境，對空氣PM2.5日益超標的城市來說，無疑將能改善城市的空氣環境，電動汽車更是今后汽車的發展趨勢之一，從國內電動汽車的產銷情況可見電動汽車發展迅猛的勁頭，再加上選擇在夜間用電低谷時充電還能進一步減少能源浪費和降低使用成本，正因為上述優點，電動汽車越來越受到人們的青睞，市場前景廣闊。

關鍵詞：電動真空泵;控制策略;故障對策

1 前言

由于電動汽車取消了發動機，賴以發動機驅動的真空助力源隨之消失，為了保持良好的剎車性能，必須另外增加一套助力系統，目前市場上有活塞真空泵、葉片式真空泵以及機電制動助力器等多種選擇，但是活塞式真空泵故障率高、響應慢、重量大等緣故市場份額越來越小;機電制動助力器又因價格昂貴使諸多主打性價比的車輛望而卻步;而葉片式電動真空泵特點體積小、質量輕、性能穩定、速率快、價格適中等因素收到廣大主機廠的青睞;經過對葉片式真空泵和活塞泵進行抽氣速率對比試驗，以2L真空罐為例，兩種真空泵同時將系統壓力從0抽至-70kPa時，活塞泵用時均在20s以上，而葉片式真空泵均在在12s以內，所以效果顯而易見，對整個系統的及時響應至關重要。

2 傳感器的選擇

真空泵的工作離不開壓力傳感器和控制器，接觸式壓力傳感器壽命短，容易使剎車輔助系統發生故障;真空剎車輔助系統中的傳感器的作用，是采集系統的真空壓力，當高于或低于設定的壓力時，將信號反饋給真空泵控制器，使控制器控制真空泵的啟停。目前市場上已經裝配剎車輔助系統所使用的傳感器，大多數為接觸式壓力傳感器，只能對系統某一壓力點進行采集，當遇到不同的剎車系統需要調試匹配時，十分不方便，而且這種接觸式的壓力傳感器存在機械接觸，其壽命受到嚴重影響，當傳感器失效時要么整個系統停止工作，使剎車性能下降，要么使真空泵長時間工作導致電機損壞，所以選擇什么樣的壓力傳感器對整個真空剎車輔助系統性能影響較大。

3 控制策略的研究

真空泵控制器的性能好壞，說到底是控制策略的優劣;一個好的控制策略，不但能最大發揮整個系統的性能，而且還能提高系統的使用壽命，比如在系統真空壓力低于設定值時，控制器控制真空泵工作，當壓力達到設定值時，控制器切斷真空泵工作，這樣既能保證剎車所需的真空壓力，又能使真空泵間隙工作而提高工作壽命，還能為電動汽車節省寶貴的電能，所以一個好的控制策略是整個剎車輔助系統的關鍵。

針對電動汽車剎車輔助系統遇到的問題，將一種新型的真空剎車輔助系統用到電動汽車中，并提出合理的控制策略，使達到性能優化的目的;本系統采用葉片式真空泵，配備霍爾感應式傳感器，其特點就是隨系統壓力呈線性變化，將系統壓力變化情況轉變為電壓信號輸出，可根據不同車輛所標定的系統壓力進行設定，使用方便;加上其內部為霍爾元件感應，無機械接觸，使用壽命長;本系統所匹配的控制器功能強大，此控制器具備自檢和應急處理功能，它能在車輛開動前檢測系統是否存在故障，假如在行車過程中出現故障，能及時將警告輸送至儀表，駕駛員根據儀表顯示的故障代碼能判斷系統為何種故障，以便采取相應的措施，同時控制器控制真空泵進入應急工作模式狀態，最大化的保護汽車和人員的安全，除此之外，控制器在控制電機啟停時，采用PWM調速，采用慢啟停，這樣防止大電流對電機和控制器的沖擊，能提高系統的使用壽命，此控制策略如下：

3.1 系統上電自檢，檢測內容包括開路、短路、系統壓力

1）系統正常時：剎車故障指示燈亮2S后熄滅;

2）系統故障時：按照故障模式指示燈閃爍。

3.2 正常工作

1）真空泵工作條件：系統壓力≤-40KPa;

2）真空泵停止條件：系統壓力≥-70KPa;

3）有剎車信號時，不管系統壓力是多少，真空泵啟動工作。

4）電機采用PMW調速方式控制，開機占空比100%，停機采用慢停，由PWM逐步衰減到0%（不超過2S）。

3.3 系統漏氣及對策

1）小漏氣：真空泵工作20S系統壓力無法達到最大值，但≥-40KPa，此狀態為小漏氣;

對策①輸出剎車故障指示信號到儀表;②電機間歇工作，工作20S停10S。

2）大漏氣：真空泵工作20S系統壓力無法達到-40KPa，此狀態未大漏氣;

對策①輸出剎車故障指示信號到儀表;②輸出故障I/O信號，整車控制器接受到此信號禁止車輛行駛。

將所有零部件通過管路、線路按要求進行連接，如圖1所示：

從圖中看出，電動真空泵和真空罐通過真空軟管相連，真空罐另一出口和真空助力器帶制動主缸總成相連，壓力傳感器固定在真空罐上，將罐內壓力轉化為電壓信號通過導線傳遞給控制器，控制器根據電壓值來控制真空泵是否開啟，假如系統出現故障，控制器將把故障代碼輸送至儀表，方便駕駛員接受信息;在遇到故障嚴重影響行車安全時，控制器會將信息輸送給整車控制器，控制器將禁止車輛行駛，以免發生意外;在行車過程中，踩下剎車踏板，剎車開關將信號提供控制器，此時無論系統壓力是否已經達到設定值，真空泵將立即工作，這樣能保證真空助力器獲得最大的真空助力，保證行車安全和操控舒適。

4 結束語

此電動真空泵系統經過在公司試驗、批量生產驗證，有如下優點：性能穩定、性價比高、維修使用方便和可追溯性，適合在電動汽車上廣泛使用，值得推廣，能最大限度的保證剎車系統的安全性。