不同海拔对电动汽车电动真空泵的影响

张春城 姜壁刚 韩飞 李春波

摘要：在高原山区对轻型电动车进行实际道路试验，分析海拔对真空度的影响。结果发现电动汽车在高原山区容易出现踏板变硬的情况，利用踏板力计和真空度传感器收集数据并分析问题的原因。结果表明：4 300 m的真空度比1 900 m下降了42.1%，恢复时间比1 900 m少33.4%；在高海拔地区连续制动更容易出现踏板变硬的情况，在高海拔处紧急制动导致踏板明显变硬。

关键词：电动汽车；电动真空泵；高海拔

中图分类号：U461.3  收稿日期：2023-02-13

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.05.023

1 前言

2022年全球新能源乘用车市场首次突破1 000万辆大关，渗透率（2020年4%、2021年9%）提升至14%。其中，中国新能源汽车销量649.8万辆，市占率（2020年40.5%、2021年51%）提升至65%。想要进一步推动新能源汽车渗透率的提高，需新能源汽车更好地适用于更多的场景。

传统油车的真空源来自于发动机进气歧管（发动机的真空）。在发动机工作时，进气歧管会产生一定的真空度，与外界大气压形成的一定的压差，从而产生制动辅助的作用。纯电动汽车的动力源是电动机，制动系统的真空助力动力来源发生改变，变为电动汽车真空助力泵抽真空。宗立华等[1]对同一车辆分别装配和拆卸机械真空泵分别进行 NEDC 试验循环，综合工况油耗数据发现机械真空泵对整车油耗影响约为 1.3%。同时因为油车一直带动真空泵运转，造成较大能耗，而电动车则只需要在真空度较低时工作，比油车更为节能。

在高原地区海拔高、气压低，导致制动系统真空度严重下降，在山区行车进行连续制动，容易出现离真空度恢复阈值点制动的情况。在高原山区行车存在两方面问题：一方面真空度较低导致提供的助力不足，制动踏板发硬，导致驾驶员疲劳；另一方面在连续制动时出现制动不足，造成事故。因此需要在高原山区进行实际道路试验，分析海拔对电动汽车真空度和制动力的影响。车辆在高原山区行驶时出现制动发硬和制动效能不足的现象，与高原相关主要有两种情况，一种海拔因数造成真空度水平低，另外一种是连续快速制动的工况，导致在真空泵阈值附近制动，造成制动力严重不足情况。本文针对高原出现的两种现象，进行针对性试验分析。

2 试验设备和方案

2.1 试验设备

试验车辆选取某品牌1.7 t的N1类小货车，试验车辆已经磨合且状态良好。使用VBOX和陀螺仪分别采集车速和加速度，利用踏板力计、压力传感器采集制动踏板力和真空度数据，数据采集设备主要参数如表1所示。

2.2 试验方法

分别在海拔1 900 m的昆明中汽研、海拔3 300 m的香格里拉和海拔4 300 m的白马雪山隘口，进行高原整车制动系统试验，分析海拔对车辆制动系统真空度和对整车制动性能的影响。首先分析静态条件下不同海拔对真空度恢复的影响；其次分析移库时连续制动对真空度的影响；最后分析紧急制动工况，海拔对助力器真空度和踏板力的影响。同时分析车辆在高原地区出现的踏板变硬情况，并提出相关建议。

3 海拔对真空度的影响

QC/T 307-1999中对助力器性能检测时的真空度要求为-66.7 kPa，在平原地区车辆真空助力器的真空度一般要求在-80～60 kPa，而在高原地区受到环境海拔气压的影响，助力器真空度一般为-50 kPa左右。通常将-20 kPa真空度作为阈值[2]。

3.1 静态试验

图1为不同海拔对真空度恢复图。从图1可以看出，海拔1 900 m、3 300 m和4 300 m处真空度分别达到-51.5 kPa、-39.3 kPa和-29.8 kPa，3 300 m和4 300 m的真空度比1 900 m分别下降了23.7%和42.1%。从真空度恢复速率来看，在海拔1 900 m处恢复速率最快，4 300 m处次之，3 300 m时恢复最慢；在4 300 m处大气压仅为60.8 kPa，真空度下降较多，导致仅用7 s就恢复到峰值，恢复时间比1 900 m少33.4%。张晓明等[3]研究表明：在海拔2 800 m时，制动系统电动真空泵抽气效率表现良好；在海拔高度4 100 m和4 700 m时，制动系统电动真空泵抽气效率表现一般。图1与张晓明研究结论一致，表明在海拔4 000 m的高原条件下，真空助力性能下降50%左右，达到最大真空的时间减少10%以上。

3.2 移库试验

在高原山区，海拔较高导致真空度下降。山区道路弯多坡陡，在弯道需要进行减速过弯；在长下坡时，需要连续制动。山区道路多为单向双车道，遇见紧急情况需要全力制动。因连续制动，导致真空度连续消耗，当真空度达到恢复阈值附近时，会出现制动踏板发硬[4]。北京汽车的王飞等[5]表示通过试验人员长期的实车测试及主观评价，认为当真空度低于-30 kPa时，制动踏板已明显发硬。

圖2是海拔1 900 m移库试验踏板力与真空度关系图。在海拔1 900 m时空载最大踏板力为113 N，在进行前两次移库，真空度消耗达到恢复阈值附近，此时踏板力达到最大。而错开真空度恢复阈值点附近，此时踏板力均在70 N附近，助力较为明显。在满载时真空度不是最大的时候开始进行试验，而是开始就进行真空度恢复，而离真空度阈值较远，整体上踏板力均较小，助力效果比较好。

图3是3 300 m移库试验踏板力与真空度关系图，在海拔3 300 m时最大真空度下降，整体踏板力较小。真空泵在恢复真空度时，开始踩制动踏板，导致图中的真空度出现先增加、后减小、最后增加的现象，这种现象出现时助力效果较好。

图4是海拔4 300 m移库试验踏板力与真空度关系图，在海拔3 300 m时最大真空度下降严重，容易使真空度恢复阈值。在空载和满载时，均容易出现真空度边恢复边踩制动踏板的情况，导致真空度曲线有较大的波动，且真空度水平不高，进行连续制动后，但在较长时间内真空度处于中低水平。另一方面最大踏板力均超过了250 N，出现踏板变硬的情况。GB 7258-2017要求商用车行车制动在产生最大制动效能时的踏板力或手握力应小于或等于700 N，根据经验数据表示，当驾驶踏板力达到220 N时，驾驶员会感觉踏板变硬，长时间行车容易导致驾驶员疲劳和造成事故。

综合图2、图3和图4分析，随海拔升高，真空度下降，最大踏板力呈现逐渐上升的趋势。在海拔1 900 m和3 300 m处连续制动后，容易使真空度处于临界值附近，在开始制动后容易出现踏板变硬的情况，且在高原山区，长下坡和弯道较多，需要连续制动，但在出现紧急制动时容易导致制动不足的情况，从而产生危险。对于海拔4 300 m处，真空度下降严重，容易出现消耗真空度同时真空泵在工作的情况，此时第二次制动时的踏板力已经和海拔3 300 m处踏板力相近，第三次则是海拔3 300 m处踏板力的两倍，此时容易出现制动不足导致发生事故。对比图2、图3和图4，在相同的真空度下产生的助力也有较大的差异，导致踏板力不一致。王飞等[6]在高原对油车进行试验时，发现在高原地区存在失去助力的可能，在移库、长时间跟车等工况存在较大安全风险。油车由于发动机工作，可以持续地让真空度保持在较高的水平上，与油车相比电动汽车的真空度则不能实时地进行补充，高海拔对电动汽车制动有较大影响。

3.3 满载紧急制动

在不同海拔进行满载紧急制动试验，以分析海拔对制动力的影响。该N1类电动汽车最大车速为80 km/h，结合企业标准和高原实际道路情况，选择最大车速的一半（40 km/h）作为制动起始车速。图5是海拔1 900 m满载紧急制动踏板力与真空度的关系图。在海拔1 900 m处、0.8 s时减速度达到较高水平，然后经过1 s达到最大减速度5.6 m/s2。真空度为-50 kPa时，真空助力效果较好，真空度下降了9 kPa。在0.9 s时踏板力达到峰值水平附近，踏板力最大仅为100 N。

图6是海拔3 300 m满载紧急制动踏板力与真空度的关系图。在海拔3 300 m处，0.8 s时减速度达到较高水平，然后再经过0.4 s达到最大减速度5.7 m/s2。真空度在-36 kPa，真空助力效果一般，在0.8 s时踏板力达到峰值水平附近，真空度下降了6.5 kPa，踏板力最大达到240 N，在制动过程感觉制动踏板有点硬。图7是海拔4 300 m满载紧急制动踏板力与真空度的关系图。在海拔4 300 m时，1 s时减速度达到较高水平，然后再经过0.4 s，达到最大减速度4.3 m/s2。真空度在-29 kPa，真空助力效果较差，在0.8 s时踏板力达到峰值水平附近，真空度下降了7.5 kPa，踏板力最大达到290 N，在制动过程感觉制动踏板较硬。

张栋江等[4]在对电动汽车电动真空泵进行高原标定时考虑到，高原稳态真空度下降的情况下，驾驶者又在进行特殊极端工况时，因连续制动导致真空度持续消耗，从而出现制动踏板发硬的情况。需要对整车制动真空度的下限值进行标定，从而提高制动真空度，以提供足够的制动助力来保证紧急制动下的安全性。结合满载紧急制动分析，在海拔4 000 m处需要合理提高真空度下限值，避免仅一次紧急制动就导致踏板变硬，在连续制动工况下要调整真空泵恢复策略。

4 结语

海拔对电动汽车真空度的影响较大，因此在高原山区对电动汽车进行实际道路试验，结果表明：

a.海拔4 300 m的真空度比海拔1 900 m分别下降了42.1%；恢复时间比海拔1 900 m少33.4%。

b.在高海拔地区连续制动，容易使真空度处在开启恢复阈值附近，导致下一次制动踏板变硬。

c.在高海拔处真空度下降较多，不能提供较大的助力，制动导致踏板力明显变硬。

参考文献：

[1]宗立華，吴楚汽车真空泵对整车油耗的影响研究[J]上海汽车，2019（3）：7-10.

[2]杨嵩高原地区汽车低速行驶时制动助力不足问题的试验分析与仿真研究[D]成都：西华大学，2016.

[3]张晓明，刘泉，余云龙，等某纯电动车型配电动真空泵高原制动试验研究[J]汽车科技，2022（1）：72-75.

[4]张栋江，于阳，焦鹏，等电动汽车电动真空泵高原标定研究[J]时代汽车，2022（13）：94-96.

[5]王飞，王宝国传统真空伺服助力车型抽真空能力试验分析[J].车辆与动力技术，2021（4）：46-50.

[6]王飞，马立璞车辆高原地区制动助力不足的试验验证[J]北京汽车，2019（2）：16-20.

作者简介：

张春城，男，1989年生，工程师，研究方向为整车测试技术。