蘇媛，鄭朋輝，張超

某型純電動(dòng)輕型客車真空泵選型設(shè)計(jì)

蘇媛，鄭朋輝，張超

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230009）

文章以某型純電動(dòng)輕客制動(dòng)為例，對(duì)真空與制動(dòng)性能的關(guān)系進(jìn)行匹配計(jì)算，并結(jié)合性能試驗(yàn)及可靠性道路試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果，為電動(dòng)輕客真空泵的選型匹配和確定真空泵工作范圍提供理論依據(jù)。

真空泵；最小真空度；制動(dòng)性能

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)16-116-03

前言

隨著國家對(duì)純電動(dòng)汽車的大力支持，電動(dòng)車市場占比大幅提升，對(duì)于純電動(dòng)車，因不匹配發(fā)動(dòng)機(jī)，沒有真空源，但僅靠人力制動(dòng)不能滿足行車制動(dòng)的需求，因此需要選擇合適的電動(dòng)真空泵替代原發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的真空泵，以滿足車輛對(duì)真空的需求，確保制動(dòng)效果。本文以某純電動(dòng)輕型客車為例，再制動(dòng)系其他零部件與燃油車通用的情況下，對(duì)其真空泵進(jìn)行匹配計(jì)算，從而為中大型液壓制動(dòng)汽車真空泵的選型匹配提供了理論依據(jù)。

1 制動(dòng)系統(tǒng)簡介計(jì)算

該車型采用帶有真空助力裝置的X型液壓制動(dòng)系統(tǒng)和四盤式制動(dòng)器。駕駛員踩踏板輸入力通過推桿直接操縱真空助力器。真空助力器能夠提供的助力大小取決于真空泵提供的真空度。

圖1 制動(dòng)系統(tǒng)示意圖

表1 某純電動(dòng)輕型客車參數(shù)

1.1 制動(dòng)力校核

理想制動(dòng)力計(jì)算：前軸所需制動(dòng)力：Fuf=mg（b+ψh）ψ/L 后軸所需制動(dòng)力：Fur=mg（a-ψh）ψ/L m-整車滿載總質(zhì)量 g-重力加速度，取9.8m/s2 h-滿載重心高度 ψ-地面附著系數(shù) a、b-重心距前后軸距離。

在0.8附著系數(shù)下，該輕客車型空載前軸理論需求制動(dòng)力：

滿載前軸理論需求制動(dòng)力：

1.2 真空與系統(tǒng)輸出制動(dòng)力關(guān)系計(jì)算

真空助力器帶橡膠膜片密封裝置的控制活塞將助力器分成A、B兩個(gè)腔。A腔位于與制動(dòng)主缸相連的一端，保持一定的真空度，B腔內(nèi)的壓力由橡膠閥座、滑柱和將較反作用盤調(diào)節(jié)，真空度達(dá)到外界大氣壓時(shí)，真空助力器可以提供最大的制動(dòng)助力。當(dāng)B腔真空度為零是，不考慮助力器的機(jī)械效率及復(fù)位彈簧反力等影響，可列出下列平衡方程式：

式中：D為伺服膜片有效直徑；d1為橡膠反作用盤直徑；d2為滑柱直徑；p為真空助力器A腔的真空度；Fp為踏板力；F1為最大助力點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸入力；F2為最大助力點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸出力；is為助力比。

式中 D1為輪缸直徑。

前盤式制動(dòng)器的制動(dòng)力矩Tf 及制動(dòng)力Ff，后盤式制動(dòng)器的制動(dòng)力矩Tr 及制動(dòng)力Fr。

式中 f為制動(dòng)盤副摩擦系數(shù)；Re為制動(dòng)盤有效半徑；r為輪胎滾動(dòng)半徑。

該純電動(dòng)輕客使用10+10真空助力器，助力比為9，制動(dòng)總泵28.58mm

將以上1-9計(jì)算公式輸入至EXCEL表格，計(jì)算該車輛的Ff、Fr，真空度值從-80Kpa逐步降低至大氣壓，當(dāng)計(jì)算出制動(dòng)器的制動(dòng)力等于車輪需要的最大制動(dòng)力時(shí)，該真空度為制動(dòng)系統(tǒng)所需要的最小真空度值。計(jì)算結(jié)果表明：該電動(dòng)車真空助力器初始真空度小于-46.3KPa時(shí)制動(dòng)器不能提供足夠的制動(dòng)力。

表2 真空度與制動(dòng)力關(guān)系計(jì)算

1.3 真空泵工作范圍選定

因電動(dòng)真空泵不可以像燃油車真空泵一樣，由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)一直工作，需由傳感器控制其開啟關(guān)閉。從制動(dòng)性能角度選，產(chǎn)生的真空度越大越有利，但從電動(dòng)車電量及真空泵使用壽命選型則真空泵工作的時(shí)間越短、真空越小越有利 故在滿足制動(dòng)性能要求的情況下選取滿足制動(dòng)工作時(shí)間較短的真空度范圍為最佳。故將該電動(dòng)車的真空泵開啟壓力設(shè)定為-50KPa，確保真空助力機(jī)構(gòu)傳遞出去的制動(dòng)力一直能滿足車輛使用要求，真空泵停止壓力需綜合考慮上述條件后確定。

公司采購部推薦四款真空泵作為備選方案：

表3 四種備選真空泵參數(shù)

真空泵1和2抽真空能力明顯弱于3和4，抽真空至-70KPa需15秒以上時(shí)間，真空得不到及時(shí)補(bǔ)充，故優(yōu)先考慮3、4號(hào)真空泵，3.4號(hào)真空泵各取三只，進(jìn)行樣件性能測試。

表4 真空泵抽真空能力測試

經(jīng)試驗(yàn)測試，4號(hào)真空泵抽速和噪音均好于3號(hào)真空泵，故確定選用4號(hào)真空泵—UP30。

圖2 UP30真空泵抽真空曲線圖

因?yàn)樵撥囓囍剌^大，且考慮通用性，該車使用10+10真空助力器，真空助力器有效直徑D=254 mm，行程為42 mm，即：V =l/4πD2L=0．25×3．14×(2.542＋2.542)*0.42=4.25L

根據(jù)UP30的真空曲線可知，6秒可從大氣壓力抽真空至車輛最低需求，6.2S左右抽真空至-70 KPa，10S左右抽真空至-80KPa，考慮真空泵開啟工作是瞬間電流消耗較大，盡量避免其頻繁啟停，故將真空泵關(guān)閉上限設(shè)置為-80KPa。

2 定遠(yuǎn)試驗(yàn)場制動(dòng)性能試驗(yàn)測試

由試驗(yàn)結(jié)果可以看出：采用UP30真空泵為該電動(dòng)車車提供足夠的真空助力，所有制動(dòng)性能均可滿足設(shè)計(jì)要求，大幅優(yōu)于國標(biāo)要求，在整車3萬公里的可靠性道路試驗(yàn)尤其是頻繁制動(dòng)的山路試驗(yàn)中電動(dòng)真空泵的抽氣能力能滿足連續(xù)多次制動(dòng)的要求。

表5 該電動(dòng)車試驗(yàn)場內(nèi)制動(dòng)性能測試結(jié)果

3 結(jié)論

在設(shè)計(jì)時(shí)除需要考慮制動(dòng)性能外，還需就研發(fā)項(xiàng)目的通用化考慮，在盡可能制動(dòng)系其他零部件不做設(shè)計(jì)變更的前提下，再擇優(yōu)選擇電動(dòng)真空泵，應(yīng)盡量使真空度滿足制動(dòng)性能的要求，通過對(duì)電動(dòng)真空泵的啟停限值的設(shè)計(jì)，盡可能提高真空泵的使用壽命，降低電動(dòng)車的能耗。根據(jù)整車道路試驗(yàn)效果可知，此套設(shè)計(jì)方案滿足車輛使用要求。

[1] 王望予.汽車設(shè)計(jì)[M]機(jī)械工業(yè)出版社,2003.

[2] 汽車工程手冊(cè)設(shè)計(jì)篇( 第14 卷) 人民交通出版社,2000.

[3] 林秉華.最新汽車設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè).黑龍江人民出版社.

A certain type of electric bus vacuum pump type selection design

Su Yuan, Zheng Penghui, Zhang Chao
( Anhui jianghuai automobile group co., LTD., Anhui Hefei 230601 )

In this article, based on a certain type of electric bus for example, matching calculation the relationship between the vacuum and brake performance, and combined with the verification resules of performance test and reliability road test, to provide the oretical basis vacuum pump matching and determine the scope for electric bus.

vacuum pump; the minimum vacuum; brake performance

U462.1

A

1671-7988 (2017)16-116-03

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.16.040

蘇媛，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。