一种用于电动汽车的真空助力制动系统设计

1、北京汽车北京汽车一种用于电动汽车的真空助力制动系统设计文章编号：（）一种用于电动汽车的真空助力制动系统设计张欣宇，黄妙华，夏青松，（武汉理工大学汽车工程学院，湖北武汉，）摘要：文中给出了某型电动轿车完整的制动系统的计算参数，并对真空助力制动系统的性能进行了分析计算，并根据计算结果，设计了电动真空助力制动系统。通过整车道路试验验证，所设计的电动真空助力制动系统合理。关键词：电动汽车；制动系统；电动真空泵中图分类号：文献标识码：前言电动汽车作为一种节能、无污染的理想“零排放”车辆，正日益受到世界各国的普遍关注与重视。但由于技术上的制约及现实国情的因素，我国对电动汽车的各种研究，绝大多数都只能在现有

2、内燃机汽车的基础上进行改装。绝大多数的轿车多采用真空助力伺服制动系统，使人力和动力并用。传统内燃机轿车的制动系统真空助力装置的真空源来自于发动机进气歧管，真空度负压一般可达到。对于由传统车型改装成的纯电动车或燃料电池汽车，发动机总成被拆除后，制动系统由于没有真空动力源而丧失真空助力功能，仅由人力所产生的制动力无法满足行车制动的需要，因此需要对制动系统真空助力装置进行改制，而改制的核心问题是产生足够压力的真空源。以基于某车型研发的纯电动轿车为例，对其真空助力制动系统进行计算分析，在保证制动性能的前提下，设计了间歇性工作的电动真空发生系统，为电动真空助力制动系统的设计提供理论依据。真空助力制动系统

3、性能要求分析以往研究人员对电动汽车上的真空助力源改制的办法主要是凭借经验选择一个具有足够排气量的电动真空泵。但是，考虑到行车时制动的可靠性及能源的节约，有必要对真空助力制动系统的性能进行合理的分析计算，以此为电动真空泵的选择或设计提供理论依据。原车制动系统采用双管路液压真空助力制动系统，前制动器采用双膜片式真空助力器，轮缸对称式制动钳和盘式制动器。真空助力器安装于制动踏板和制动主缸之间，由踏板通过推杆直接操纵。助力器与踏板产生的力叠加在一起作用在制动主缸推杆上，以提高制动主缸的输出压力。真空助力器的真空伺服气室由带有橡胶膜片的活塞分为常压室与变压室，一般常压室的真空度为，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决于其常压室与变压室气压差值的大小。当变压室的真空度达到外界大气压时，真空助力器可以提供最大的制动助力。在保持制动系统其他结构不变的情况下，只北京汽车北京汽车一种用于电动汽车的真空助力制动系统设计用电动真空泵替代原发动机驱动的真空泵，在满足制动性能要求的前提下，对所需最小真空度数值进行分析计算。利用真空助力器的输入、输出特性，可以求得踏板力与液压输出特性，如图所示，继而可以求得制动轮缸对制动块施加的力及盘式制动器的制动力矩，最后计算得出真空助力制动系统所需要的最小真空度值。对于不同车型所装备的不同类型的制动器，需要选择不同的计算公式。以上计算流程是以车轮上

5、的盘式制动器为例；对于鼓式制动器，计算流程相同，只是计算制动轮缸对鼓式制动器的力的计算公式的选择不同而已。图真空助力器输入、输出特性设定最初输入真空度值为，步长，当计算出的制动器的制动力小于车轮需要的最大制动力时，运算停止，输出上一步的真空度值作为真空助力制动系统所需要的最小真空度值。计算结果表明：改装后的电动汽车需要的最小真空度是，此时，在踏板力满足设计要求的情况下，计算所得制动器的制动力为。踏板力与制动器的制动力变化关系如图所示。图踏板力与制动器的制动力变化关系电动真空发生系统设计根据计算结果，选择了公司生产的电动真空泵。该真空泵的基本性能曲线如图所示。图真空压力与真空泵排气量关系曲线如果

6、采用真空泵直接与电源直接相连的方案，一旦汽车接通电源，真空泵就开始持续工作，这样的工作情况比较苛刻，根据整车道路试验情况，当汽车在城市工况下行驶之后，电动真空泵出现损坏的情况，根据真空泵寿命试验结果可知，真空泵持续工作的时间为，制动系统是汽车安全部件，的正常运行里程是不符合要求的。为保证电动汽车的易操纵性和安全性，考虑到真空助力制动系统中的真空泵寿命和真空系统能源的消耗，对真空发生系统的设计提出以下几点要求：（）考虑到行车时制动的可靠性，根据对电动汽车上所需的真空泵排气量的计算，选择合适排气量的电动真空泵；（）考虑到真空泵的使用寿命，应采用合适的真空泵控制单元，根据对该真空泵试验分析和实际的汽

7、车操纵需要，使用合适的真空压力延时开关，对真空泵做出实时关闭或开启指令；（）增加控制单元后，必须配备真空储能罐，以保证汽车操纵的需要。由此，电动真空助力制动系统的基本构成如图所示。真空泵采用间歇性工作的模式，给真空泵配备一个控制单元，根据实验和计算结果，该控制 单元的控制策略定为：北京汽车 北京汽车图真空助力制动系统基本结构（）接通汽车电源，压力延时开关闭合，真空泵大约工作后开关断开，此时真空罐内压力大约为；（）当真空罐内压力增加到时，压力延时开关再次闭合；（）当真空罐内压力增加到大约时，压力报警器发出信号。如果真空泵控制开关有很明显的短时间开启和关闭，说明发生了泄漏。该真空发生系统的基本工作

8、原理为：当驾驶员发动汽车时，电源接通，压力延时开关和压力报警器开始压力自检，如果真空罐内的真空度小于，压力膜片将会挤压触点，从而接通电源，真空泵开始工作；当真空度增加到时，压力延时开关断开，然后通过延时继电器使真空泵继续工作大约后停止；每次驾驶员有制动动作时，压力延时开关都会自检，从而判断电动真空泵是否应该工作；如果真空罐内的真空度低于时，真空助力器不能提供有效的真空助力，此时压力报警器将会发出信号，提醒驾驶员注意行车速度。整车道路试验初选真空罐的容积为，通过装车试验，在城市工况循环下运行，制动效果数据见表，据各国汽车法规规定可知，轿车制动的最大踏板力一般为，由表可知，所设计的电动真空发生系统

9、可以为该车提供足够的制动助力，且制动距离也在法规规定范围之内，同时，在整车道路试验中能满足连续多次制动的要求。表整车道路试验结果通过真空发生系统间歇性工作形式的设计，使用压力延时开关来控制电动真空泵的工作情况，大大地增加了电动真空泵的正常使用里程。整车道路试验结果显示，电动真空泵正常使用里程由以前的增加到。结论对制动系统而言，真空泵产生的真空度越大，驾驶员踩踏板也越省力，越能保证汽车制动系统的易操纵性。因此，在对真空助力制动系统中电动真空泵的设计或选择上，应尽量使真空度满足制动性能的要求。计算分析表明，所改装的纯电动汽车的真空助力制动系统所需最小真空度为，此真空度能为改制的真空助力制动系统提供足够的制动助力，并且，设计的间歇性真空发生系统有效地提高了电动真空泵的正常使用里程。根据整车道路试验结果可知，所设计的