電子真空系統在某型純電動車上的應用

王發良，夏罡臻，汪兆棟，黃充

電子真空系統在某型純電動車上的應用

王發良1，夏罡臻2，汪兆棟1，黃充1

（1.景德鎮學院 機械電子工程學院，江西 景德鎮 333000；2.江西昌河汽車有限責任公司，江西 景德鎮 333000）

傳統燃油汽車大多采用真空助力伺服制動系統，其真空源由發動機提供。而純電動車的制動系統由于沒有真空動力源，僅僅由駕駛者對踏板操作產生的制動力無法實現制動效果。文章針對某型電動轎車提出了一種電子真空助力制動系統的設計方法。

汽車制動系統；電子真空泵；智能制動助力器

前言

燃油汽車剎車制動系統的工作過程主要是：首先汽車駕駛人員對剎車進行制動，隨后制動踏板產生的力被真空助力器進行放大，從而使得汽車制動泵產生的液壓力能夠傳送到每一個制動輪內的制動器中，最終制動器產生足夠的摩擦力，實現汽車減速甚至停車的效果。這其中關鍵的一步是將人力產生的制動力經由真空助力器進行放大，而真空助力器中真空度的來源是發動機的進氣歧管，然而純電動汽車等新能源汽車由于發動機總成被拆除，導致汽車失去了真空來源，僅由人力所產生的制動力無法滿足行車制動的需要，因此需要對制動系統真空助力裝置進行改制，而改制的核心問題是產生足夠壓力的真空源[1]。基于某車型研發的純電動轎車，在保證制動性能的前提下，本文提出了一種電子真空助力制動系統設計方法。

1 傳統汽車制動系統

傳統汽車的制動工作原理主要是在駕駛者踩下制動踏板時，經由真空助力器放大后的力使得制動泵中的液壓力傳遞到制動器中，從而產生摩擦力使得汽車進行強制減速甚至停車。制動力的來源于汽車駕駛人員對踏板的制動，然而要實現汽車制動效果，僅僅靠人力產生的制動力是無法實現的，因此需要將人力產生的制動力進行放大。

真空助力器對于司機具有非常大的輔助制動作用，僅由人力所產生的制動力是無法滿足行車制動的需要的，需要真空助力器將人力所產生的制動力進行放大，從而達到制動效果。因此，一旦真空助力器失效，駕駛員無法對汽車進行制動，從而可能導致嚴重的后果[2]。因此，國內外眾多廠商采用各種方案保證真空助力器的可靠運行。但是新能源汽車與傳統燃油汽車不同之處在于其動力來源是電動機，而不是傳統的發動機，制動系統由于沒有真空動力源而喪失真空助力功能。

2 電子真空泵

前面提到電動汽車等新能源汽車由于沒有真空動力源而喪失真空助力的功能，針對此問題，國內外的整車廠一般采用以下兩種方法：一是研發一種與現有汽車制動控制技術完全不同的全新的汽車制動控制技術，并且設計一套全新的汽車制動系統，與現有的汽車制動系統結構不同，不再需要真空助力器；二是尋找新的真空動力源，替代真空助力器[3]。第一種方法屬于全新的設計，研發投入的時間成本和資金成本高，需要大量的人力物力。第二種方法屬于在現有的制動系統上進行改進，研發成本和時間投入相對于第一種都比較少，因此，第二種方法是一種合理的過渡方法。

目前而言，最簡單直接的方法就是利用外部真空泵代替汽車發動機作為真空源，電子真空泵是一種典型的外部真空泵，當傳感器檢測到真空度不足時，電子真空泵控制器就是控制真空泵開始工作。采用外部真空泵作為真空源的優勢在于沒有對原有制動系統結構進行改動，只需要將連接到發動機進氣歧管的接口接到外部真空泵，也即此時真空源由發動機中的真空助力器切換成外部真空泵，制動系統的其余部分保持不變[4]。由此可見，此類方案幾乎沒有對汽車的結構進行改動，尤其是汽車的底盤部分，而純電動汽車幾乎都是在傳統汽車的底盤上改造而來的，因此制動系統改造大多采用此方法[5]。

3 電動真空發生系統設計

選擇吉林東光奧威汽車制動系統有限公司生產的 12V 電動真空泵。該真空泵的基本性能曲線如圖1所示。

圖1 真空泵的基本性能曲線圖

如果將真空泵和12V電壓直接相連，那么一旦12V電源接通，真空泵就會開始工作，吉林東光奧威汽車制動系統有限公司生產的12V電動真空泵可連續工作40h，然而汽車制動系統是汽車的安全部件，連續工作40h小時的工作情況是幾乎不可能出現的。

為了保證電動汽車的操作性和安全性，考慮到真空助力制動系統中的真空泵壽命和真空系統能源的消耗，對真空發生系統的設計提出以下幾點要求：

（1）為保證汽車的制動效果，應盡量選擇合適的電動真空泵；

（2）考慮到真空泵的使用壽命，應采用合適的真空泵控制單元；

（3）增加控制單元后，必須配備真空儲能罐，以保證汽車操縱的需要。

由此，電動真空助力制動系統的工作原理圖如圖 2 所示。

圖2 電動真空助力制動系統工作原理圖

該電動真空助力制動系統的基本原理為：當汽車啟動時，12 V電源接通，電子真空泵控制器開始自檢。如果檢測到真空罐內的真空度比設定值小，傳感器將檢測到電壓信號傳遞給電子真空泵控制器，隨后控制器發出信號控制電子真空泵啟動并開始工作；當真空管內的真空度等于設定值時，傳感器輸出相應的電壓信號傳送給電子真空泵控制器，控制器發出信號使得電子真空泵停止工作；當汽車制動導致真空罐內的真空度小設定值時，傳感器輸出相應的電壓信號給電子真空泵控制器，控制器控制真空泵再次啟動并工作，如此循環工作。此外還增加了一個環境氣壓傳感器，使真空泵能夠在不同海拔高度都能正常工作。

4 結論

對汽車制動系統而言，真空泵產生的真空度直接決定了汽車的制動效果，真空度越大，汽車的制動效果越好。因此，為了保證汽車制動系統的易操作性和制動性，在選擇電動真空泵時，應盡量保證所選擇真空泵所產生的真空度能滿足制動要求。本文設計的電子真空助力制動系統能夠滿足制動要求并能有效提高真空泵的使用壽命。下一步將進行整車道路試驗，驗證電動真空助力制動系統的合理性。

[1] 張欣宇,黃妙華,夏青松.一種用于電動汽車的真空助力制動系統設計[J].北京汽車,2007,6(3):27-29.

[2] Park M,Kim S,Yang L,et al.Development of the control logic of electronically controlled hydraulic brake system for hybrid vehicle [C]//Proceedings of SAE World Congress＆Exhibition. Detroit: SAE,2009.

[3] 溫一鵬.電動汽車再生制動關鍵技術研究[D].太原理工大學,2017.

[4] 余志生.汽車理論[M].北京:機械出版社,1989.

[5] 方泳龍.汽車制動理論與設計[M].北京:國防工業出版社,2005.

Application of Electronic Vacuum System on a Certain Type of Pure Electric Vehicle

Wang Faliang1, Xia Gangzhen2, Wang Zhaodong1, Huang Chong1

( 1.Department of Mechanical and Mechatronic Engineering, Jingdezhen University, Jiangxi Jingdezhen 333000;2.Jiangxi Changhe Automobile Co, Ltd, Jiangxi Jingdezhen 333000 )

Most of the traditional fuel vehicles use a vacuum-assisted servo braking system, and the vacuum source is provided by the engine. However, since the braking system of a pure electric vehicle has no vacuum power source, the braking force generated by the driver only on the pedal operation cannot achieve the braking effect. This paper proposes a design method of electronic vacuum assisted braking system for a certain type of electric car.

Automotive brake system; Electronic vacuum pump; Intelligent brake booster

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.02.003

U463.5

A

1671-7988(2021)02-08-03

U463.5

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1671-7988(2021)02-08-03

王發良，就職于景德鎮學院機械電子工程學院。

景德鎮學院2019年度校級課題。