邱金泉　江力

摘 要：文章介紹某輕型客車制動系統(tǒng)真空源設(shè)計方案和分析，首先進行系統(tǒng)理論計算，確保制動系統(tǒng)符合法規(guī)并且具有競爭性商品。再通過整車實測數(shù)據(jù)采集，分析原設(shè)計方案是否滿足整車條件。

關(guān)鍵詞：制動系統(tǒng)；真空源；控制策略

1 引言

某輕型客車為純電動汽車，制動系統(tǒng)采用雙回路H型真空助力液壓方案。制動系統(tǒng)真空源采用電動真空泵和真空儲能罐方案。制動系統(tǒng)通過理論計算與實車驗證，最終需要滿足國家法規(guī)，同時設(shè)計方案具有可靠性、商品競爭力。

2 制動系統(tǒng)真空源設(shè)計

2.1 真空源系統(tǒng)方案思路

電動真空泵作為制動系統(tǒng)唯一真空源提供者，制動系統(tǒng)涉及行車安全并且同時滿足不同海拔區(qū)域行駛需求，故電動真空泵來源直接來于蓄電池，在整車突然斷開高壓電氣情況下不影響電動真空泵供電。雙繼電器的目的是出于系統(tǒng)可靠性與耐久性考慮，畢竟目前繼電器的電耐久壽命在100萬次左右，再通過真空壓力傳感器、大氣壓力傳感器、控制策略，可實現(xiàn)系統(tǒng)適用不同海拔區(qū)域行駛和可靠性需求，真空源系統(tǒng)電路原理圖如圖1所示：

2.2 真空儲能罐容積匹配計算

為增加制動系統(tǒng)助力可靠性，通過增加真空儲能罐，在電動真空泵失效的情況下，仍然可提供有效的幾次制動助力。由于真空儲能罐大小與抽氣時間和可提交有效助力次數(shù)是相互影響的，故在設(shè)計容積需要進行平衡。第一，依照行業(yè)設(shè)計要求，滿足3次全力制動，制動踏板力在法規(guī)要求內(nèi)。第二，依照車輛使用30萬公里里程，整車30%里程屬于高速道路，整車70%里程屬于城市道路，高速道路平均每3公里制動1次，城市道路平均每公里制動3次，得出制動次數(shù)要求66萬次，故電動真空泵使用壽命滿足66萬次抽氣時間。

通過實際測量，真空助力器容積為V1=3L。通過理論計算，完全制動制動主缸行程點比為45%，故設(shè)定完全制動進入大氣容積為V2=3×45%=1.35L。假設(shè)真空儲能罐容積為V3，大氣壓力P0=101kpa，制動系統(tǒng)初始真空度為P1=31kpa（相對壓力-70kpa），完全制動后的真空度為P2。忽略溫度對空氣體積變化影響，可得出公式：P1×（V1+V3）+P0×V2=P1×（V1+V3）。假定V3=3L、4L，通過公式計算，3次完全制動真空度如表1：

以上計算可得的第3次制動前的真空度，結(jié)合真空助力器輸入輸出特性，計算采用3L、4L儲能罐對應(yīng)制動踏板力分別為639N、687N，均滿足法規(guī)GB7258-2017《機動車運行安全技術(shù)條件》要求。

選用電動真空泵壽命為90萬次，工作時間1200小時。將3L、4L真空儲能罐分別搭載電動真空泵，測得對應(yīng)抽氣曲線（時間與真空度關(guān)系）。3L真空儲能罐對應(yīng)抽氣曲線如圖2，數(shù)據(jù)可得，-70kpa至-80kpa所需要時間：5.83秒，66萬次工作時間要求：1069小時。

4L真空儲能罐對應(yīng)抽氣曲線如圖3，數(shù)據(jù)可得，-70kpa至-80kpa所需要時間：6.77秒，66萬次工作時間要求：1241小時。

采用4L真空儲能罐工作時間將超出1200小時壽命，故綜合以上兩點采用3L真空儲能罐。

2.3 制動真空系統(tǒng)控制策略

2.3.1 電動真空泵工作邏輯

（1）有效工作條件：

①充電狀態(tài)下，真空系統(tǒng)無效。

②鑰匙打到ON檔，無論車輛處于何種狀態(tài)，真空系統(tǒng)皆有效。

③鑰匙打到OFF檔，VCU處于下電延時狀態(tài)，真空系統(tǒng)有效。

（2）鑰匙首次打到ON檔，若整車控制器檢測當(dāng)前真空度大于停泵閥值，則開啟電動真空泵直至達(dá)到停泵閥值時關(guān)閉。

（3）車輛正常行駛，若當(dāng)前真空度大于設(shè)定的開啟閥值，整車控制器開啟電動真空泵，直至達(dá)到停泵閥值時關(guān)閉。

2.3.2 繼電器控制邏輯

（1）粘連檢測：真空繼電器處于斷開狀態(tài)時，整車控制器檢測繼電器采樣點電壓是否為高電平，若為高電平，則上報繼電器粘連故障。

（2）鑰匙首次打到ON檔，整車控制器只閉合備用繼電器，并檢測繼電器采樣點電壓是否為高電平，若不為高電平，上報“備用真空泵繼電器故障”；若為高電平，則計時1s后閉合常用繼電器，常用繼電器閉合后計時0.5s，斷開備用繼電器，并檢測繼電器采樣點電壓是否為高電平，若不為高電平，上報“常用真空泵繼電器故障”。

（3）非“鑰匙首次打ON檔”，真空泵達(dá)到開啟條件時，整車控制器閉合常用繼電器，并檢測繼電器采樣點電壓是否為高電平，若持續(xù)0.5s有閉合指令未檢測到高電平，則互換常用與備用繼電器狀態(tài)，并上報“常用真空泵繼電器故障”。

2.3.3 繼電器保養(yǎng)策略：

（1）由整車控制器對繼電器使用次數(shù)進行記錄，若整車控制器更換，則需更換人員對該數(shù)據(jù)進行移植。

（2）當(dāng)整車控制器檢測到繼電器使用次數(shù)達(dá)到保養(yǎng)值（80萬次）時，真空泵故障燈亮，報一級故障“真空泵繼電器壽命預(yù)警”；保養(yǎng)后由保養(yǎng)人員將該數(shù)據(jù)復(fù)位。

（3）繼電器使用次數(shù)因控制器更換、繼電器保養(yǎng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)移植、復(fù)位，由整車控制器廠家開發(fā)相應(yīng)軟件對應(yīng)。

2.3.4 故障診斷策略

確保制動系統(tǒng)的可靠性和耐久性，制動真空系統(tǒng)通過告警方式將故障及時提醒駕駛員，駕駛員可通過故障信息進行檢修。

通過經(jīng)驗和實車驗證，在不同海拔高度條件下，設(shè)定各控制閥值如表2所示，未標(biāo)示海拔以點點之間線性方式設(shè)定。

3 制動系統(tǒng)實車驗證

基礎(chǔ)制動按照法規(guī)GB7258-2017《機動車運行安全技術(shù)條件》進行實車測試，50km/h初速度制動距離實測值13.2m，法規(guī)要求≤22m；50km/h初速度制動減速度實測值6.56m/s2，法規(guī)要求≥5.4m/s2；制動減速度0.7g制動踏板力實測值223N，法規(guī)要求≤700N；整車實測數(shù)據(jù)均滿足法規(guī)要求。

制動系統(tǒng)真空度和踏板力實車采集數(shù)據(jù)，選擇在廈門市十里藍(lán)山，理由海拔高度落差大由0至700米，并且連續(xù)陡坡。整個駕駛車輛下坡過程真空度如圖3，范圍在-78～-63kpa，制動踏板力如圖4，范圍在0～67N?？陀^數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)和主觀評價均滿足要求。

針對適應(yīng)不同海拔高度區(qū)域使用，采集數(shù)據(jù)地點選擇在云南麗江市麗寧線，選擇路線海拔高度1400～3056m。電動真空泵在不同海拔對應(yīng)的開啟關(guān)閉閥值以及整個過程中的系統(tǒng)真空度如圖5，從圖中可以看出真空度均在范圍區(qū)間內(nèi)。

4 結(jié)語

通過國家針對新能源車型補貼政策和《乘用車企業(yè)平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法》可知，新能源車型作為未來重要戰(zhàn)略發(fā)展。新能源車型的制動系統(tǒng)變更也必須適用或者更優(yōu)于傳統(tǒng)燃油車型。在基礎(chǔ)制動盡可能不作變更的情況下，該制動系統(tǒng)真空源設(shè)計方案可作為參考。經(jīng)過理論計算和大量實車數(shù)據(jù)采集確保該方案滿足國家法規(guī)要求，同時滿足整車設(shè)計使用里程。

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[3]GB 7258-2017 機動車運行安全技術(shù)條件，2017.09.29.