天津丰田10.16638/jki.1671-7988.2021.02.003
王发良1，夏罡臻2，汪兆栋1，黄充1
（1.景德镇学院机械电子工程学院，江西景德镇333000；2.江西昌河汽车有限责任公司，江西景德镇333000）
摘要：传统燃油汽车大多采用真空助力伺服制动系统，其真空源由发动机提供。而纯电动车的制动系统由于没有真空动力源，仅仅由驾驶者对踏板操作产生的制动力无法实现制动效果。文章针对某型电动轿车提出了一种电子真空助力制动系统的设计方法。
关键词：汽车制动系统；电子真空泵；智能制动助力器
中图分类号：U463.5 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2021)02-08-03
Application of Electronic Vacuum System on a Certain Type of Pure Electric Vehicle Wang Faliang1, Xia Gangzhen2, Wang Zhaodong1, Huang Chong1
( 1.Department of Mechanical and Mechatronic Engineering, Jingdezhen University, Jiangxi Jingdezhen 333000;
2.Jiangxi Changhe Automobile Co, Ltd, Jiangxi Jingdezhen 333000 )
坦途tundraAbstract:Most of the traditional fuel vehicles use a vacuum-assisted servo braking system, and the vacuum source is provided by the engine. However, since the braking system of a pure electric vehicle has no vacuum power source, the braking force generated by the driver only on the pedal operation cannot achieve the braking effect. This paper proposes a design method of electronic vacuum assisted braking system for a certain type of electric car.
Keywords: Automotive brake system; Electronic vacuum pump; Intelligent brake booster
CLC NO.: U463.5 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)02-08-03
前言
燃油汽车刹车制动系统的工作过程主要是：首先汽车驾驶人员对刹车进行制动，随后制动踏板产生的力被真空助力器进行放大，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。这其中关键的一步是将人力产生
的制动力经由真空助力器进行放大，而真空助力器中真空度的来源是发动机的进气歧管，然而纯电动汽车等新能源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[1]。基于某车型研发的纯电动轿车，在保证制动性能的前提下，本文提出了一种电子真空助力制动系统设计方法。
1 传统汽车制动系统
传统汽车的制动工作原理主要是在驾驶者踩下制动踏板时，经由真空助力器放大后的力使得制动泵中的液压力传递到制动器中，从而产生摩擦力使得汽车进行强制减速甚至停车。制动力的来源于汽车驾驶人员对踏板的制动，然而要实现汽车制动效果，仅仅靠人力产生的制动力是无法实现的，因此需要将人力产生的制动力进行放大。
真空助力器对于司机具有非常大的辅助制动作用，仅由人力所产生的制动力是无法满足行车制动的需要的，需要真空助力器将人力所产生的制动力进行放大，从而达到制动效
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：电子真空系统在某型纯电动车上的应用
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果。因此，一旦真空助力器失效，驾驶员无法对汽车进行制动，从而可能导致严重的后果[2]。因此，国内外众多厂商采用各种方案保证真空助力器的可靠运行。但是新能源汽车与传统燃油汽车不同之处在于其动力来源是电动机，而不是传统的发动机，制动系统由于没有真空动力源而丧失真空助力功能。
2 电子真空泵
前面提到电动汽车等新能源汽车由于没有真空动力源而丧失真空助力的功能，针对此问题，国内外的整车厂一般采用以下两种方法：一是研发一种与现有汽车制动控制技术完全不同的全新的汽车制动控制技术，并且设计一套全新的汽车制动系统，与现有的汽车制动系统结构不同，不再需要真空助力器；二是寻新的真空动力源，替代真空助力器[3]。第一种方法属于全新的设计，研发投入的时间成本和资金成本高，需要大量的人力物力。第二种方法属于在现有的制动系统上进行改进，研发成本和时间投入相对于第一种都比较少，因此，第二种方法是一种合理的过渡方法。
凌志es350目前而言，最简单直接的方法就是利用外部真空泵代替汽车发动机作为真空源，电子真空泵是一种典型的外部真空泵，当传感器检测到真空度不足时，电子真空泵控制器就是控制真空泵开始工作。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[4]
。由此可见，此类方案几乎没有对汽车的结构进行改动，尤其是汽车的底盘部分，而纯电动汽车几乎都是在传统汽车的底盘上改造而来的，因此制动系统改造大多采用此方法[5]。
3 电动真空发生系统设计
选择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图
如果将真空泵和12V 电压直接相连，那么一旦12V 电源接通，真空泵就会开始工作，吉林东光奥威汽车制动系统有限公司生产的12V 电动真空泵可连续工作40h ，然而汽车制动系统是汽车的安全部件，连续工作40h 小时的工作情况是几乎不可能出现的。
为了保证电动汽车的操作性和安全性，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：
（1）为保证汽车的制动效果，应尽量选择合适的电动真空泵；
（2）考虑到真空泵的使用寿命，应采用合适的真空泵控制单元；
（3）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工作原理图如图 2 所示。
单边桥考试技巧图2 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启动并开始工作；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 结论
对汽车制动系统而言，真空泵产生的真空度直接决定了汽车的制动效果，真空度越大，汽车的制动效果越好。因此，为了保证汽车制动系统的易操作性和制动性，在选择电动真空泵时，应尽量保证所选择真空泵所产生的真空度能满足制
动要求。本文设计的电子真空助力制动系统能够满足制动要求并能有效提高真空泵的使用寿命。下一步将进行整车道路试验，验证电动真空助力制动系统的合理性。（下转第30页）
汽车实用技术
30依据美国汽车工程师学会SAE划分的标准，智能辅助驾
驶分为5个等级，从低到高依次为L1-L5[2]（见表1）。要实现自动驾驶，系统至少需要满足L3及以上的安全级别，其电控系统失效比例是10 fit，和飞机的失效率相当。在这样的条件下，电控系统需要进行“冗余”设计。最简单的做法就是需要转向系统能够实现两套系统，当一套系统失效以后，立即切换到备用系统。
在转向系统中，“冗余”设计就要求电控系统为双系统，即电机、电控系统ECU、传感器等以双系统的形式实现。对于电机，一套系统为三相电机，“冗余”设计需要双三相电机或4个三向电机，采用6相或者12相。双三相电机构成半冗余，达到L2级别。如果要达到L3级别及以上，需要采用12相电机。而对于扭矩传感器，要满足L3级别的冗余设计，需提升扭矩信号的可靠性，则需要至少3路扭矩信号，通常采用独立的双2路信号的扭矩传感器。而电子控制单元ECU 也需要进行冗余设计，需要设计两套芯片系统。5 结束语
随着当前汽车及零部件行业新技术的高速发展和国家对车联网技术的支持，各汽车厂商都对智能驾驶技术的研发进行了大量地投入。智能驾驶的发展，也极大地促进了电动助力转向系统向智能化、自动化加快转型发展。随着自动驾驶技术的智能化程度逐步提高，转向系统的电控策略在环境适应性、智能驾驶可靠性、安全性等面临新的挑战[3]。如何在复杂的路况环境下实现全自动驾驶，实现在极端工况下的失效模式识别及其冗余容错控制等，成为未来电动助力转向系统发展的重要研究方向。
参考文献
[1] 左建令.汽车电动助力转向系统的分类及应用特点[J].上海汽
pagani zonda f>卡罗拉 报价车.2009.12:25-27.
[2] 段徐平，郑虎.自动驾驶中的电动助力转向系统[J].汽车电器.2018
年第6期:28-31.
[3] 陈俐，李雄，程小宣，罗来军，喻凡.汽车线控转向系统研究进展综述
[J].汽车技术.2018年第4期:23-34.
（上接第9页）
参考文献
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设计[J].北京汽车,2007,6(3):27-29.
[2] Park M,Kim S,Yang L,et al.Development of the control logic of
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[C]//Proceedings of SAE World Congress＆Exhibition. Detroit:
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[3] 温一鹏.电动汽车再生制动关键技术研究[D].太原理工大学,2017.
[4] 余志生.汽车理论[M].北京：机械出版社,1989.
[5] 方泳龙.汽车制动理论与设计[M].北京：国防工业出版社,2005.
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