某型純電動汽車電子真空系統方案＊

王發良，汪兆棟，梅立雪，夏罡臻

（1.景德鎮學院 機械電子工程學院，江西 景德鎮 333032；2.江西昌河汽車有限責任公司研發中心，江西 景德鎮 333000）

前言

目前，傳統的燃油汽車逐漸被以純電動汽車為代表的新能源汽車所代替。傳統燃油汽車的助力方式采用的是真空助力方式，真空助力所需的真空度由發動機的進氣歧管所提供，而純電動汽車由于沒有發動機總成，缺乏真空源，導致制動系統無法產生足夠的制動力。因此，對于純電動車而言，真空源是制動系統的關鍵部分。本文以某型純電動汽車電子真空助力制動系統的實際開發為例，介紹一種純電動汽車真空源的解決方案。

1 解決方案分析

目前，以電動汽車為代表的新能源汽車，主要有以下幾種形式實現制動系統的助力：

1.1 基于電子真空泵的制動系統

目前，有些新能源汽車在傳統燃油汽車制動系統的基礎之上做了一些升級改造，保留了傳統燃油車制動系統上的真空助力器和相關的管路，管路的另外一邊加裝了一個電子真空泵。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。由此可見，采用此類制動方案的純電動汽車與傳統燃油汽車相比變動較小，可以沿用傳統燃油汽車的設計方案、零部件、裝配生產線等，可以大幅減小設計成本和設備成本，目前，大多數企業都采用的是此類方案。但采用此方式的制動系統也存在一定的缺陷，比如由于剎車頻繁導致真空泵頻繁啟動，而電子真空泵的使用壽命有限制，一旦達到使用壽命就會致使制動系統失效。

1.2 基于智能化助力器的制動系統

上述制動方案是將真空源由發動機進氣歧管切換成獨立的真空泵，其本質都需要利用真空實現制動。如果沒有真空源，能不能實現制動呢？基于上述思路，博世公司設計了一種不依賴于真空源的智能化助力器。此種方案利用電子控制單元、電機驅動單元構成的智能助力器取代了真空助力制動系統中的真空助力器，從而實現了電控輔助制動。在真空助力制動系統中，汽車駕駛人員對踏板的制動產生的力傳遞給真空助力器，而在智能化助力器的制動系統中，傳遞智能助力器的是電信號，智能助力器通過踏板位置傳感器檢測到踏板位置信息的變化量，電子控制單元利用踏板位置信息的變化量和車輛的實際運行狀態計算出所需制動力，電子控制單元控制電機產生相應的力矩到制動總泵，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。

2 真空泵選型分析

本方案考慮到時間成本和經濟成本的因素，采用便是基于電子真空泵的汽車制動系統，為了避免由于真空泵使用壽命的因素導致制動系統故障發生的現象，對比了市面上主流的幾種電子真空泵，經過綜合考量，最終選擇了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。下文即以開發案例進行闡述 。

2.1 真空泵分類

目前，汽車用的真空泵按結構劃分，可以分成機械式和電子式兩類，而電子式真空泵又可劃分為濕式和干式，其中干式電子真空泵按照車型特征的適應性又可進一步細分：

（1）有真空源但真空度不足，稱為輔助型電子真空泵；

（2）無真空源，稱為獨立型電子真空泵。

2.2 真空泵的選型標準和要求

干式電子真空泵，由于其工作性能優異，目前已經廣泛使用。在選擇真空泵時，應該考慮以下幾個因素：

（1）有無真空源；

（2）整車制動要求。而真空泵性能主要包括以下幾種：

1）基本性能

基本性能主要包括：電氣性能、抽氣時間、最大真空度。

2）耐久性能

耐久性能主要包括：連續正常運行時間、耐腐蝕性。

3）噪音

噪音主要包括：軸承噪聲、電機噪聲、沖擊引起的噪聲、傳動引起的噪聲等。

3 真空泵選型及其控制系統設計方案分析

本方案考慮到時間成本和經濟成本的因素，采用基于電子真空泵的汽車制動系統，為了避免由于真空泵使用壽命的因素導致制動系統故障發生的現象，項目組對比了市面上主流的幾種電子真空泵，經過綜合考量，最終選擇了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

經過測試，該電子真空泵連續運轉40 小時之后：真空泵正常運轉，無雜音，無異味；真空泵體最高溫度為195.6℉（90.89℃）；真空泵性能無明顯下降；拆解后無異常磨損。

圖2 吉林東光奧威12V 電動真空泵超負荷工作（連續長時間工作性能）圖

采用基于吉林東光奧威汽車制電子真空泵的電動真空助力制動系統的工作原理圖如圖 3 所示。

圖3 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 總結

本文針對目前純電動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需要的問題，提出了一種基于真空泵的制動系統解決方案，主要包括真空泵選型及其控制系統設計等方案，此方案適用于各類純電動汽車電子真空制動系統，對于有特殊需要的車型，對本方案進行部分更改即可。