10.16638/jki.1671-7988.2021.011.002
王发良1，汪兆栋1，梅立雪1，夏罡臻2
（1.景德镇学院机械电子工程学院，江西景德镇333032；
2.江西昌河汽车有限责任公司研发中心，江西景德镇333000）
摘要：文章主要以江西昌河汽车有限责任公司某型纯电动汽车的电子真空助力制动系统设计开发为例，总结出乘用车电子真空助力制动系统真空源的方案，此方案的设计思路也适用于其他车型。
关键词：电动汽车；制动系统；电子真空泵
中图分类号：U469.7 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2021)11-04-03
Electronic Vacuum System Scheme for a Certain Pure Electric Vehicle*
Wang Faliang1, Wang Zhaodong1, Mei Lixue1, Xia Gangzhen2
( 1.Department of Mechanical and Mechatronic Engineering, Jingdezhen University, Jiangxi Jingdezhen 333032;
2.R&D Center of Jiangxi Changhe Automobile Co., Ltd., Jiangxi Jingdezhen 333000 )
Abstract: This paper focuses on the design and development of the electronic vacuum assisted braking system of a certain pure electric vehicle of Jiangxi Changhe Automobile Co., Ltd., and summarizes the vacuum source scheme of the electronic vacuum assisted braking system of passenger cars. The ideas of this scheme is also applicable to other car model. Keywords: Electric vehicle; Brake system; Electronic vacuum pump
CLC NO.: U469.7 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2021)11-04-03
前言
目前，传统的燃油汽车逐渐被以纯电动汽车为代表的新能源汽车所代替。传统燃油汽车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发动机的进气歧管所提供，而纯电动汽车由于没有发动机总成，缺乏真空源，导致制动系统无法产生足够的制动力。因此，对于纯电动车而言，真空源是制动系统的关键部分。本文以某型纯电动汽车电子真空助力制动系统的实际开发为例，介绍一种纯电动汽车真空源的解决方案。
1 解决方案分析
目前，以电动汽车为代表的新能源汽车，主要有以下几种形式实现制动系统的助力：
1.1 基于电子真空泵的制动系统
目前，有些新能源汽车在传统燃油汽车制动系统的基础之上做了一些升级改造，保留了传统燃油车制动系统上的真空助力器和相关的管路，管路的另外一边加装了一个电子真空泵。采用外部真空泵作为真空源的优势在于没有对原有制动系统结构进行改动，只需要将连接到发动机进气歧管的接口接到外部真空泵，也即此时真空源由发动机中的真空助力器切换成外部真空泵，制动系统的其余部分保持不变。由此可见，采用此类制动方案的纯电动汽车与传统燃油汽车相比变动较小，可以沿用传统燃油汽车的设计方案、零部件、装配生产线等，可以大幅减小设计成本和设备成本，目前，大多数企业都采用的是此类方案。但采用此方式的制动系统也存在一定的缺陷，比如由于刹车频繁导致真空泵频繁启动，而电子真空泵的使用寿命有限制，一旦达到使用寿命就会致使制动系统失效。
作者简介：王发良，就职于景德镇学院机械电子工程学院。基金项目：景德镇学院2019年度校级课题。
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王发良 等：某型纯电动汽车电子真空系统方案
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1.2 基于智能化助力器的制动系统
上述制动方案是将真空源由发动机进气歧管切换成独立的真空泵，其本质都需要利用真空实现制动。如果没有真空源，能不能实现制动呢？基于上述思路，博世公司设计了一种不依赖于真空源的智能化助力器。此种方案利用电子控制单元、电机驱动单元构成的智能助力器取代了真空助力制动系统中的真空助力器，从而实现了电控辅助制动。在真空助力制动系统中，汽车驾驶人员对踏板的制动产生的力传递给真空助力器，而在智能化助力器的制动系统中，传递智能助力器的是电信号，智能助力器通过踏板位置传感器检测到踏板位置信息的变化量，电子控制单元利用踏板位置信息的变化量和车辆的实际运行状态计算出所需制动力，电子控制单元控制电机产生相应的力矩到制动总泵，从而使得汽车制动泵产生的液压力能够传送到每一个制动轮内的制动器中，最终制动器产生足够的摩擦力，实现汽车减速甚至停车的效果。
2 真空泵选型分析
本方案考虑到时间成本和经济成本的因素，采用便是基于电子真空泵的汽车制动系统，为了避免由于真空泵使用寿命的因素导致制动系统故障发生的现象，对比了市面上主流的几种电子真空泵，经过综合考量，最终选择了吉林东光奥威汽车制动系统有限公司生产的 12V 电动真空泵。下文即以开发案例进行阐述 。 2.1 真空泵分类
目前，汽车用的真空泵按结构划分，可以分成机械式和电子式两类，而电子式真空泵又可划分为湿式和干式，其中干式电子真空泵按照车型特征的适应性又可进一步细分：
（1）有真空源但真空度不足，称为辅助型电子真空泵； （2）无真空源，称为独立型电子真空泵。 2.2 真空泵的选型标准和要求
干式电子真空泵，由于其工作性能优异，目前已经广泛使用。在选择真空泵时，应该考虑以下几个因素：
（1）有无真空源；
（2）整车制动要求。而真空泵性能主要包括以下几种： 1）基本性能
基本性能主要包括：电气性能、抽气时间、最大真空度。 2）耐久性能
耐久性能主要包括：连续正常运行时间、耐腐蚀性。 3）噪音 噪音主要包括：轴承噪声、电机噪声、冲击引起的噪声、传动引起的噪声等。
3 真空泵选型及其控制系统设计方案分析
本方案考虑到时间成本和经济成本的因素，采用基于电子真空泵的汽车制动系统，为了避免由于真空泵使用寿命的因素导致制动系统故障发生的现象，项目组对比了市面上主流的几种电子真空泵，经过综合考量，最终选择了吉林东光奥威汽车制动系统有限公司生产的 12V 电动真空泵。
该真空泵的基本性能曲线如图 1 所示。
图1 真空泵的基本性能曲线
经过测试，该电子真空泵连续运转40小时之后：真空泵正常运转，无杂音，无异味；真空泵体最高温度为195.6℉（90.89℃）；真空泵性能无明显下降；拆解后无异常磨损。
图2 吉林东光奥威12V 电动真空泵超负荷工作
（连续长时间工作性能）图
采用基于吉林东光奥威汽车制电子真空泵的电动真空助力制动系统的工作原理图如图 3 所示。
图3 电动真空助力制动系统工作原理图
该电动真空助力制动系统的基本原理为：当汽车启动时，12 V 电源接通，电子真空泵控制器开始自检。
如果检测到真空罐内的真空度比设定值小，传感器将检测到电压信号传递给电子真空泵控制器，随后控制器发出信号控制电子真空泵
纯电动车启动并开始工作； （下转第16页）
汽车实用技术
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图8 期望车速与实际车速对比
5 结论
本文以纯电动汽车为研究对象，进行了动力学建模，然后通过整车模型对模糊PID纵向控制策略进行了实际仿真验证。从仿真结果上来看，整个控制算法满足实际需求，实际车速与目标车速误差处于可接受范围之内。
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（上接第5页）
当真空管内的真空度等于设定值时，传感器输出相应的电压信号传送给电子真空泵控制器，控制器发出信号使得电子真空泵停止工作；当汽车制动导致真空罐内的真空度小设定值时，传感器输出相应的电压信号给电子真空泵控制器，控制器控制真空泵再次启动并工作，如此循环工作。此外还增加了一个环境气压传感器，使真空泵能够在不同海拔高度都能正常工作。
4 总结
本文针对目前纯电动汽车由于发动机总成被拆除，导致汽车失去了真空来源，仅由人力所产生的制动力无法满足行车制动需要的问题，提出了一种基于真空泵的制动系统解决方案，主要包括真空泵选型及其控制系统设计等方案，此方案适用于各类纯电动汽车电子真空制动系统，对于有特殊需要的车型，对本方案进行部分更改即可。
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