一種用于電動汽車的真空助力制動系統(tǒng)設(shè)計

1、北京汽車北京汽車一種用于電動汽車的真空助力制動系統(tǒng)設(shè)計文章編號：（）一種用于電動汽車的真空助力制動系統(tǒng)設(shè)計張欣宇，黃妙華，夏青松，（武漢理工大學(xué)汽車工程學(xué)院，湖北武漢，）摘要：文中給出了某型電動轎車完整的制動系統(tǒng)的計算參數(shù)，并對真空助力制動系統(tǒng)的性能進行了分析計算，并根據(jù)計算結(jié)果，設(shè)計了電動真空助力制動系統(tǒng)。通過整車道路試驗驗證，所設(shè)計的電動真空助力制動系統(tǒng)合理。關(guān)鍵詞：電動汽車；制動系統(tǒng)；電動真空泵中圖分類號：文獻標(biāo)識碼：前言電動汽車作為一種節(jié)能、無污染的理想“零排放”車輛，正日益受到世界各國的普遍關(guān)注與重視。但由于技術(shù)上的制約及現(xiàn)實國情的因素，我國對電動汽車的各種研究，絕大多數(shù)都只能在現(xiàn)有

2、內(nèi)燃機汽車的基礎(chǔ)上進行改裝。絕大多數(shù)的轎車多采用真空助力伺服制動系統(tǒng)，使人力和動力并用。傳統(tǒng)內(nèi)燃機轎車的制動系統(tǒng)真空助力裝置的真空源來自于發(fā)動機進氣歧管，真空度負(fù)壓一般可達到。對于由傳統(tǒng)車型改裝成的純電動車或燃料電池汽車，發(fā)動機總成被拆除后，制動系統(tǒng)由于沒有真空動力源而喪失真空助力功能，僅由人力所產(chǎn)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(tǒng)真空助力裝置進行改制，而改制的核心問題是產(chǎn)生足夠壓力的真空源。以基于某車型研發(fā)的純電動轎車為例，對其真空助力制動系統(tǒng)進行計算分析，在保證制動性能的前提下，設(shè)計了間歇性工作的電動真空發(fā)生系統(tǒng)，為電動真空助力制動系統(tǒng)的設(shè)計提供理論依據(jù)。真空助力制動系統(tǒng)

3、性能要求分析以往研究人員對電動汽車上的真空助力源改制的辦法主要是憑借經(jīng)驗選擇一個具有足夠排氣量的電動真空泵。但是，考慮到行車時制動的可靠性及能源的節(jié)約，有必要對真空助力制動系統(tǒng)的性能進行合理的分析計算，以此為電動真空泵的選擇或設(shè)計提供理論依據(jù)。原車制動系統(tǒng)采用雙管路液壓真空助力制動系統(tǒng)，前制動器采用雙膜片式真空助力器，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(chǎn)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，即真空泵可以提供的真空

4、度大小。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(dāng)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。在保持制動系統(tǒng)其他結(jié)構(gòu)不變的情況下，只北京汽車北京汽車一種用于電動汽車的真空助力制動系統(tǒng)設(shè)計用電動真空泵替代原發(fā)動機驅(qū)動的真空泵，在滿足制動性能要求的前提下，對所需最小真空度數(shù)值進行分析計算。利用真空助力器的輸入、輸出特性，可以求得踏板力與液壓輸出特性，如圖所示，繼而可以求得制動輪缸對制動塊施加的力及盤式制動器的制動力矩，最后計算得出真空助力制動系統(tǒng)所需要的最小真空度值。對于不同車型所裝備的不同類型的制動器，需要選擇不同的計算公式。以上計算流程是以車輪上

5、的盤式制動器為例；對于鼓式制動器，計算流程相同，只是計算制動輪缸對鼓式制動器的力的計算公式的選擇不同而已。圖真空助力器輸入、輸出特性設(shè)定最初輸入真空度值為，步長，當(dāng)計算出的制動器的制動力小于車輪需要的最大制動力時，運算停止，輸出上一步的真空度值作為真空助力制動系統(tǒng)所需要的最小真空度值。計算結(jié)果表明：改裝后的電動汽車需要的最小真空度是，此時，在踏板力滿足設(shè)計要求的情況下，計算所得制動器的制動力為。踏板力與制動器的制動力變化關(guān)系如圖所示。圖踏板力與制動器的制動力變化關(guān)系電動真空發(fā)生系統(tǒng)設(shè)計根據(jù)計算結(jié)果，選擇了公司生產(chǎn)的電動真空泵。該真空泵的基本性能曲線如圖所示。圖真空壓力與真空泵排氣量關(guān)系曲線如果

6、采用真空泵直接與電源直接相連的方案，一旦汽車接通電源，真空泵就開始持續(xù)工作，這樣的工作情況比較苛刻，根據(jù)整車道路試驗情況，當(dāng)汽車在城市工況下行駛之后，電動真空泵出現(xiàn)損壞的情況，根據(jù)真空泵壽命試驗結(jié)果可知，真空泵持續(xù)工作的時間為，制動系統(tǒng)是汽車安全部件，的正常運行里程是不符合要求的。為保證電動汽車的易操縱性和安全性，考慮到真空助力制動系統(tǒng)中的真空泵壽命和真空系統(tǒng)能源的消耗，對真空發(fā)生系統(tǒng)的設(shè)計提出以下幾點要求：（）考慮到行車時制動的可靠性，根據(jù)對電動汽車上所需的真空泵排氣量的計算，選擇合適排氣量的電動真空泵；（）考慮到真空泵的使用壽命，應(yīng)采用合適的真空泵控制單元，根據(jù)對該真空泵試驗分析和實際的汽

7、車操縱需要，使用合適的真空壓力延時開關(guān)，對真空泵做出實時關(guān)閉或開啟指令；（）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(tǒng)的基本構(gòu)成如圖所示。真空泵采用間歇性工作的模式，給真空泵配備一個控制單元，根據(jù)實驗和計算結(jié)果，該控制 單元的控制策略定為：北京汽車 北京汽車圖真空助力制動系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)（）接通汽車電源，壓力延時開關(guān)閉合，真空泵大約工作后開關(guān)斷開，此時真空罐內(nèi)壓力大約為；（）當(dāng)真空罐內(nèi)壓力增加到時，壓力延時開關(guān)再次閉合；（）當(dāng)真空罐內(nèi)壓力增加到大約時，壓力報警器發(fā)出信號。如果真空泵控制開關(guān)有很明顯的短時間開啟和關(guān)閉，說明發(fā)生了泄漏。該真空發(fā)生系統(tǒng)的基本工作

8、原理為：當(dāng)駕駛員發(fā)動汽車時，電源接通，壓力延時開關(guān)和壓力報警器開始壓力自檢，如果真空罐內(nèi)的真空度小于，壓力膜片將會擠壓觸點，從而接通電源，真空泵開始工作；當(dāng)真空度增加到時，壓力延時開關(guān)斷開，然后通過延時繼電器使真空泵繼續(xù)工作大約后停止；每次駕駛員有制動動作時，壓力延時開關(guān)都會自檢，從而判斷電動真空泵是否應(yīng)該工作；如果真空罐內(nèi)的真空度低于時，真空助力器不能提供有效的真空助力，此時壓力報警器將會發(fā)出信號，提醒駕駛員注意行車速度。整車道路試驗初選真空罐的容積為，通過裝車試驗，在城市工況循環(huán)下運行，制動效果數(shù)據(jù)見表，據(jù)各國汽車法規(guī)規(guī)定可知，轎車制動的最大踏板力一般為，由表可知，所設(shè)計的電動真空發(fā)生系統(tǒng)

9、可以為該車提供足夠的制動助力，且制動距離也在法規(guī)規(guī)定范圍之內(nèi)，同時，在整車道路試驗中能滿足連續(xù)多次制動的要求。表整車道路試驗結(jié)果通過真空發(fā)生系統(tǒng)間歇性工作形式的設(shè)計，使用壓力延時開關(guān)來控制電動真空泵的工作情況，大大地增加了電動真空泵的正常使用里程。整車道路試驗結(jié)果顯示，電動真空泵正常使用里程由以前的增加到。結(jié)論對制動系統(tǒng)而言，真空泵產(chǎn)生的真空度越大，駕駛員踩踏板也越省力，越能保證汽車制動系統(tǒng)的易操縱性。因此，在對真空助力制動系統(tǒng)中電動真空泵的設(shè)計或選擇上，應(yīng)盡量使真空度滿足制動性能的要求。計算分析表明，所改裝的純電動汽車的真空助力制動系統(tǒng)所需最小真空度為，此真空度能為改制的真空助力制動系統(tǒng)提供足夠的制動助力，并且，設(shè)計的間歇性真空發(fā)生系統(tǒng)有效地提高了電動真空泵的正常使用里程。根據(jù)整車道路試驗結(jié)果可知，所設(shè)計的