某轻型客车制动系统真空源设计分析

邱金泉　江力

摘 要：文章介绍某轻型客车制动系统真空源设计方案和分析，首先进行系统理论计算，确保制动系统符合法规并且具有竞争性商品。再通过整车实测数据采集，分析原设计方案是否满足整车条件。

关键词：制动系统；真空源；控制策略

1 引言

某轻型客车为纯电动汽车，制动系统采用双回路H型真空助力液压方案。制动系统真空源采用电动真空泵和真空储能罐方案。制动系统通过理论计算与实车验证，最终需要满足国家法规，同时设计方案具有可靠性、商品竞争力。

2 制动系统真空源设计

2.1 真空源系统方案思路

电动真空泵作为制动系统唯一真空源提供者，制动系统涉及行车安全并且同时满足不同海拔区域行驶需求，故电动真空泵来源直接来于蓄电池，在整车突然断开高压电气情况下不影响电动真空泵供电。双继电器的目的是出于系统可靠性与耐久性考虑，毕竟目前继电器的电耐久寿命在100万次左右，再通过真空压力传感器、大气压力传感器、控制策略，可实现系统适用不同海拔区域行驶和可靠性需求，真空源系统电路原理图如图1所示：

2.2 真空储能罐容积匹配计算

为增加制动系统助力可靠性，通过增加真空储能罐，在电动真空泵失效的情况下，仍然可提供有效的几次制动助力。由于真空储能罐大小與抽气时间和可提交有效助力次数是相互影响的，故在设计容积需要进行平衡。第一，依照行业设计要求，满足3次全力制动，制动踏板力在法规要求内。第二，依照车辆使用30万公里里程，整车30%里程属于高速道路，整车70%里程属于城市道路，高速道路平均每3公里制动1次，城市道路平均每公里制动3次，得出制动次数要求66万次，故电动真空泵使用寿命满足66万次抽气时间。

通过实际测量，真空助力器容积为V1=3L。通过理论计算，完全制动制动主缸行程点比为45%，故设定完全制动进入大气容积为V2=3×45%=1.35L。假设真空储能罐容积为V3，大气压力P0=101kpa，制动系统初始真空度为P1=31kpa（相对压力-70kpa），完全制动后的真空度为P2。忽略温度对空气体积变化影响，可得出公式：P1×（V1+V3）+P0×V2=P1×（V1+V3）。假定V3=3L、4L，通过公式计算，3次完全制动真空度如表1：

以上计算可得的第3次制动前的真空度，结合真空助力器输入输出特性，计算采用3L、4L储能罐对应制动踏板力分别为639N、687N，均满足法规GB7258-2017《机动车运行安全技术条件》要求。

选用电动真空泵寿命为90万次，工作时间1200小时。将3L、4L真空储能罐分别搭载电动真空泵，测得对应抽气曲线（时间与真空度关系）。3L真空储能罐对应抽气曲线如图2，数据可得，-70kpa至-80kpa所需要时间：5.83秒，66万次工作时间要求：1069小时。

4L真空储能罐对应抽气曲线如图3，数据可得，-70kpa至-80kpa所需要时间：6.77秒，66万次工作时间要求：1241小时。

采用4L真空储能罐工作时间将超出1200小时寿命，故综合以上两点采用3L真空储能罐。

2.3 制动真空系统控制策略

2.3.1 电动真空泵工作逻辑

（1）有效工作条件：

①充电状态下，真空系统无效。

②钥匙打到ON档，无论车辆处于何种状态，真空系统皆有效。

③钥匙打到OFF档，VCU处于下电延时状态，真空系统有效。

（2）钥匙首次打到ON档，若整车控制器检测当前真空度大于停泵阀值，则开启电动真空泵直至达到停泵阀值时关闭。

（3）车辆正常行驶，若当前真空度大于设定的开启阀值，整车控制器开启电动真空泵，直至达到停泵阀值时关闭。

2.3.2 继电器控制逻辑

（1）粘连检测：真空继电器处于断开状态时，整车控制器检测继电器采样点电压是否为高电平，若为高电平，则上报继电器粘连故障。

（2）钥匙首次打到ON档，整车控制器只闭合备用继电器，并检测继电器采样点电压是否为高电平，若不为高电平，上报“备用真空泵继电器故障”；若为高电平，则计时1s后闭合常用继电器，常用继电器闭合后计时0.5s，断开备用继电器，并检测继电器采样点电压是否为高电平，若不为高电平，上报“常用真空泵继电器故障”。

（3）非“钥匙首次打ON档”，真空泵达到开启条件时，整车控制器闭合常用继电器，并检测继电器采样点电压是否为高电平，若持续0.5s有闭合指令未检测到高电平，则互换常用与备用继电器状态，并上报“常用真空泵继电器故障”。

2.3.3 继电器保养策略：

（1）由整车控制器对继电器使用次数进行记录，若整车控制器更换，则需更换人员对该数据进行移植。

（2）当整车控制器检测到继电器使用次数达到保养值（80万次）时，真空泵故障灯亮，报一级故障“真空泵继电器寿命预警”；保养后由保养人员将该数据复位。

（3）继电器使用次数因控制器更换、继电器保养产生的数据移植、复位，由整车控制器厂家开发相应软件对应。

2.3.4 故障诊断策略

确保制动系统的可靠性和耐久性，制动真空系统通过告警方式将故障及时提醒驾驶员，驾驶员可通过故障信息进行检修。

通过经验和实车验证，在不同海拔高度条件下，设定各控制阀值如表2所示，未标示海拔以点点之间线性方式设定。

3 制动系统实车验证

基础制动按照法规GB7258-2017《机动车运行安全技术条件》进行实车测试，50km/h初速度制动距离实测值13.2m，法规要求≤22m；50km/h初速度制动减速度实测值6.56m/s2，法规要求≥5.4m/s2；制动减速度0.7g制动踏板力实测值223N，法规要求≤700N；整车实测数据均满足法规要求。

制动系统真空度和踏板力实车采集数据，选择在厦门市十里蓝山，理由海拔高度落差大由0至700米，并且连续陡坡。整个驾驶车辆下坡过程真空度如图3，范围在-78～-63kpa，制动踏板力如图4，范围在0～67N。客观数据采集数据和主观评价均满足要求。

针对适应不同海拔高度区域使用，采集数据地点选择在云南丽江市丽宁线，选择路线海拔高度1400～3056m。电动真空泵在不同海拔对应的开启关闭阀值以及整个过程中的系统真空度如图5，从图中可以看出真空度均在范围区间内。

4 结语

通过国家针对新能源车型补贴政策和《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》可知，新能源车型作为未来重要战略发展。新能源车型的制动系统变更也必须适用或者更优于传统燃油车型。在基础制动尽可能不作变更的情况下，该制动系统真空源设计方案可作为参考。经过理论计算和大量实车数据采集确保该方案满足国家法规要求，同时满足整车设计使用里程。

参考文献：

[1]余志生，汽车理论，机械工业出版社，2000.10.

[2]刘惟信，汽车设计，清华大学出版社，2001.07.

[3]GB 7258-2017 机动车运行安全技术条件，2017.09.29.