電動真空泵匹配計算書

1、電動真空泵匹配計算書版本換版/修訂記錄編制/修訂人批準人生效日期 前 言根據(jù)已有電動真空泵系統(tǒng)設計規(guī)范，計算電動真空泵各項性能參數(shù)，保證制動系統(tǒng)能正常運行，符合克服使用要求并且經(jīng)濟、可靠。本標準由產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)中心提出，綜合管理部歸口。本標準主要起草人： 本標準審核人： 本標準批準人：1 概述對于純電動車制動系統(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。以往研究人員解決此問題的方法主要是憑借經(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

2、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計提供理論依據(jù)。因此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, 設計出合理的所需真空度, 為電動真空泵的選型提供理論依據(jù)。2 電動真空助力制動系統(tǒng)2.1 電動真空泵的選擇2.1.1 根據(jù)整車低壓電源供電，電動真空泵采用12V 直流電源。如電動真空泵采用直接相連的方案, 一旦真空泵接通12V 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，電動真空泵容易出現(xiàn)損壞的情況。2.1.2 真空泵是汽車制動系統(tǒng)的安全部件,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

3、統(tǒng)中真空泵的壽命,電動真空泵的結(jié)構(gòu)選擇為有刷電動真空泵。2.1.3考慮真空系統(tǒng)能源的消耗，綜合整車低壓供電與DCDC輸出功率計算結(jié)果，建議電動真空泵功率不大于50W；為減少整車質(zhì)量以及同功率電動真空泵重量經(jīng)驗值，電動真空泵的毛重不大于2.8Kg。2.1.4 根據(jù)對電動汽車上所需的真空泵排氣量, 選擇排氣量>39L/min的電動真空泵。2.1.5 采用真空泵控制單元, 根據(jù)對該真空泵試驗分析和實際的汽車操縱需要, 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；2.1.6 增加控制單元后, 須配備2L真空儲能罐,以保證汽車操縱及汽車安全的需要。由此, 電動真空助力制動系統(tǒng)的基本

4、構(gòu)成如圖1所示。圖1 電動真空助力制動系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)2.2 控制策略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: 接通汽車12V 電源, 壓力延時開關(guān)閉合, 真空泵大約工作30 秒后開關(guān)斷開, 此時真空罐內(nèi)壓力大約為- 80kPa; 當真空罐內(nèi)壓力增加到- 50kPa 時, 壓力延時開關(guān)再次閉合; 當真空罐內(nèi)壓力增加到大約- 30kPa 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。根據(jù)這個控制策略, 設計的間歇性真空發(fā)生系統(tǒng)。因此，真空泵的最大真空度要求大于-0.085MPa，工作真空度應

5、在-0.050-0.080MPa之間，才能保證制動系統(tǒng)正常。 2.3 工作原理基本工作原理為：當駕駛員發(fā)動汽車時，12V 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50kPa，壓力膜片將會擠壓觸點，從而接通電源，真空泵開始工作；當真空度增加到50kPa 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30 秒后停止；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該工作; 如果真空罐內(nèi)的真空度低于34kPa 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。 3 真空助力制動系統(tǒng)

6、性能分析與計算3.1 性能分析與計算方法原車制動系統(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, 4 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6080kPa, 即真空泵可以提供的真空度大小。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。利用真空助力器的輸入、輸出

7、特性, 可以求得踏板力與液壓輸出特性, 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,計算流程如圖2所示。圖2 計算流程圖2.2 計算過程及結(jié)果分析2.2.1 制動力計算在保證制動性能的前提下, 設計出合理的所需真空度大小。計算汽車前輪最大制動力FBmax1 與后輪最大制動力FBmax2:FBmax1=G(L2+hg·du/g·dt)/L，F(xiàn)Bmax2=G(L1+hg·du/g·dt)/L (1)式中 G汽車重力, 60000 NL軸距, 3.36 mL1汽車質(zhì)心至前軸中心線的距離,1.4

8、56mL2汽車質(zhì)心至后軸中心線的距離,1.874m地面附著系數(shù)取 0.7hg汽車質(zhì)心高度, 1.25mG重力加速度, 9.8m·s- 2du/dt汽車制動減速度由式(1)計算得電動汽車所需的前后輪最大制動力為38319N, 13931N。為了保證制動的可靠性, 對制動系統(tǒng)前輪產(chǎn)生的制動力進行分析計算, 其目的是計算制動系統(tǒng)所需要的最小真空度。根據(jù)真空助力器的工作原理, 可以近似地求出與真空助力器的最大助力點對應的輸入力F1與輸出力F2,最大助力點的輸出力與輸入力之比, 即助力比is。 助力器制動力計算設真空助力器變壓腔的真空度為零, 不考慮助力器的機械效率, 且忽略復位彈簧的反力和制

9、動主缸推桿截面積的影響, 可列出下列平衡方程式:F2=F1+ 1/4D2P (2)F1/ 0.25d22= 0.25p/ 0.25(d12- d22) (3)式中 D伺服膜片有效直徑, 0.187md1橡膠反作用盤直徑, 0.025md2滑柱直徑, 0.012mP真空助力器常壓腔的真空度, Pa。根據(jù)( 4) 式計算真空助力器工作特性, 可以求得液壓輸出大小。Pm=Fz2/0.25Dm2 (4)式中Pm制動主缸的輸出壓力, PaFz2真空助力器輸出力, NDm制動主缸內(nèi)徑, 0.035m2.2.3 制動踏板力計算最大助力點前制動踏板力Fp 和后制動踏板力F'p 為:Fp=PmDm2/4

10、ipisp，F(xiàn)'p=PmDm2/4ipp-(is- 1)F1/ipp (5)式中ip制動踏板機構(gòu)的傳動比, 5p制動踏板機構(gòu)及制動主缸的機械效率, 0.9is助力比, 3.98根據(jù)式(5) 可以求出不同真空度時踏板力與液壓輸出特性。由制動主缸的輸出壓力Pm, 根據(jù)(6) 式計算制動輪缸對制動塊施加的力P。P= Pmd2 /4 (6)式中 d輪缸直徑, 0.04m計算盤式制動器的制動力矩Tf, 及制動力Ff:Tf=2fPR, Ff=Tf/re (7)式中 f摩擦因數(shù), 0.7R作用半徑, 0.147mre車輪有效半徑, 0.44m2.2.4 參數(shù)符合性設定最初輸入真空度值為80kPa, 步長p=- 1kPa, 當計算出的制動器的制動力小于車輪需要的最大制動力38.519kN 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:電動汽車需要的最小真空度是44kPa, 此時, 在踏板力滿足設計要求的情況下, 計算所得制動器的制動力為38.623kN。3