電動真空助力制動系統(tǒng)設(shè)計

1、摘要 與傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車相比，電動汽車缺少真空助力制動系統(tǒng)所需的真空源，需增加一個具有足夠排氣量的電動真空發(fā)生系統(tǒng)?，F(xiàn)以某型純電動轎車為例，給出了完整的制動系統(tǒng)的計算參數(shù)，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)計了間歇性工作的真空發(fā)生系統(tǒng)。整車道路試驗表明，所設(shè)計的電動真空助力制動系統(tǒng)合理。主題詞 電動汽車 制動系統(tǒng)電動真空泵前言目前，為了解決能源危機與環(huán)境污染問題，發(fā)展電動汽車在我國已達成共識，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)只能在現(xiàn)有內(nèi)燃機汽車的基礎(chǔ)上進行改裝。絕大多數(shù)的轎車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

2、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，真空度負壓一般可達到0.050.07 MPa。對于由傳統(tǒng)車型改裝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)生足夠負壓的真空源。本文以基于某車型研發(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)。1 真空助力制動系統(tǒng)性能分析與計算1. 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

3、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通過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常壓室與變壓室氣壓差值。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。在保持制動系統(tǒng)其他結(jié)構(gòu)不變的情況下，只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

4、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，繼而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1所示。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。以下計算流程是以車輪上的盤式制動器為例；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力的計算公式的選擇不同。1. 2 計算過程及結(jié)果分析以基于某車型研發(fā)的鋰電池純電動轎車為例，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)計出合理的所需真空度。如果采用真空泵直接與12 V電源直接相連的方案，一旦汽車接通12 V

5、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，當汽車在城市工況下行駛6000 km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218 h，制動系統(tǒng)是汽車安全部件，6000 km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)對電動汽車所需的真空泵排氣量的計算，選擇適合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車操縱需要，使用

6、合適的真空壓力延時開關(guān)，對真空泵發(fā)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3所示。真空泵采用間歇性工作模式，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12 V電源，壓力延時開關(guān)閉合，真空泵大約工作30 s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-55 kPa時，壓力延時開關(guān)再次閉合；· 當真空罐內(nèi)壓力增加到約-34 kPa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)

7、這個控制策略，設(shè)計的間歇性真空發(fā)生系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。該間歇性真空發(fā)生系統(tǒng)的基本工作原理為：當駕駛員發(fā)動汽車時，12 V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-55 kPa，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-55 kPa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 s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-34 kPa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 整車道路試驗初選真空罐的容

8、積為1.2 L，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2，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500N，由表2可知，所設(shè)計的電動真空發(fā)生系統(tǒng)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。通過真空發(fā)生系統(tǒng)間歇性工作形式的設(shè)計，即使用壓力延時開關(guān)來控制電動真空泵的工作情況，大大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6000 km增加到4萬km。結(jié)語對制動系統(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