电动汽车真空助力制动系统的匹配计算与研究
以某微型汽车为例，建立了其真空助力制动系统的数学模型，对燃油汽车改装为电动汽车后的制动系统真空助力匹配进行了计算分析，从而为电动汽车真空助力系统中真空罐、真空助力器、真空泵的选型和匹配提供了理论依据。

通过试验验证可知，本文的真空罐及真空泵阀值选择合理，电动真空泵工作时间为4~6 s。

绝大多数微型汽车和轿车采用真空助力伺服制
动系统。

传统燃油汽车由发动机提供真空助力源，而纯电动汽车或燃料电池汽车的制动系统由于没有真空动力源而丧失真空助力功能，仅由人力所产生的制动力无法满足行车制动需要，因此需要对制动系统真空助力装置进行改装，而改装的核心问题是产生足够压力的真空源。

考虑到行车制动可靠性及能源的节约，有必要对真空助力制动性能进行合理分析计算，以此为电动真空泵、真空储能机构的选择或设计提供理论依据。

本文以改装的纯电动汽车为例，对其真空助力制动系统进行计算分析，在保证制动性能的前提下，设计出合理的所需真空度及合适的真空储能罐，为电动真空泵的选型提供理论依据。

原车采用带有真空助力装置的双管路液压制动系统和前盘后鼓式制动器。

真空助力器安装于制动踏板和制动主缸之间，由踏板通过推杆直接操纵，真空助力器的真空伺服气室由带有橡胶的活塞分为常压室(与真空源连接)与变压室，一般常压室的真空度为66 . 7 kPa 。

真空助力器所能够提供的助力大小取决于其常压室与变压室气压差值。

制动系统真空助力装置的真空源来自于发动机进气歧管。

拆除发动机总成后，制动系统由于没有了真空源而丧失真空助力功能，为此，需要重新匹配一个能够提供足够压力的真空源。

若采用真空泵与电源直接相连的方案，一旦汽车接通电源，真空泵就开始持续工作，这样的工作情况比较苛刻，根据整车道路试验情况，汽车在城市工况下行驶6000 km后，电动真空泵就出现损坏。

虽然现在真空泵寿命最小可以达到600h，但还是不能达到可以接受的目标行驶里程，故需要增加真空储能机构来延长行驶里程。

真空泵采用间歇性工作模式，可以提高制动系统的工作寿命和可靠性。

图1为改装后的电动汽车真空助力制动系统。

电动汽车起动时，控制程序会检测真空储能罐中的真空度。

在行驶状态下，监控系统会监控真空储能罐中的真空度，低于设定的下限值时立即启动真空泵工作，达到设定的上限值时真空泵停止工作。

当真空助力器初始真空度小于34.7 kPa时，制动器不能提供足够的制动力
真空储能罐体积为2L
在一次完全制动工况下，真空储能罐中真空度降低值为48.4 kPa，即真空泵在不工作状态下，储存的真空度要够一次完全制动，就不得小于48.4 kPa。

真空度压力建立关系曲线如图4所示，从中可以看出，到60 kPa以后，斜率变小，制动真空泵压力建立时间增大。

因此，真空度的选择要兼顾真空泵寿命和助力效果。

电动机不工作时，踩下制动踏板时的真空度为48.4 kPa。

结合真空泵真空度压力建立特性，电动真空泵停
止工作的真空度定为57 kPa，满足制动性能要求。

为了缩短真空度回复时间，要求松开制动踏板时电动真空泵就开始工作，同时为了防止电动真空泵启动过于频繁，电动真空泵启动真空度定为43 kPa。

结束语
对燃油汽车改装为纯电动汽车制动系统的设计进行了计算分析，尤其是对真空助力系统中真空储能罐、真空助力器、真空泵的选型和匹配提供了计算方法。

经过计算分析和试验验证，可以得出以下结论。

a.由燃油汽车改装而成的纯电动汽车，轴荷的增加导致原车制动能力不能满足制动要求，需要提高制动能力来满足制动需求。

b.由于制动系统中真空助力源更换为电动真空泵，真空度由67 kPa降为57 kPa，助力能力降低了15%，因此助力能力需要相应加强。

c.选择合适的真空储能罐，能有效延长真空泵的使用寿命，且保证了制动可靠性。

d.从制动性能考虑，真空泵产生的真空度越大越好；从经济性和可靠性考虑，真空泵产生的真空度越小越有利。

综合考虑，在满足整车制动性能要求的最小真空度情况下，结合真空泵的抽气特性曲线，选取满足制动工作时间较短的真空度范围为最佳。

智能汽车电子真空助力器设计
电子真空助力器( EVB: Electronic Vacuum Booster) 是一种新型的汽车制动真空助力器，可应用于自适应巡航控制系统、紧急辅助制动系统、自动泊车、斜坡辅助启动、智能交通和无人驾驶等需要线控制动系统的智能汽车中。

EVB 系统易与整车匹配，是智能车辆纵向制动控制理想的线控制动执行器之一。

EVB 系统具备普通真空助力器的基本特性和技术特点，可直接替换普通助力器使用，不会影响整车制动系统匹配。

驾驶员的操作方法一致，不影响制动踏板感觉。

EVB 与普通助力器的最大区别是能通过车载传感器系统或车联网系统，识别行驶路况中潜在的交通事故，在纵向碰撞事故发生前，智能车辆系统主动辅助驾驶员实施制动，避免碰撞事故发生或降低事故严重程度。

在紧急情况下，驾驶员无刹车动作时，可自动启动制动系统。

系统架构
电子真空助力器系统包括助力器总成、制动主缸总成、贮液罐、制动压力传感器和电子控制单元。

助力器总成安装在驾驶员前方的发动机舱内，输入端连接制动踏板，输出端通过制动液压管路连接ABS / ESC( Anti-lock Braking System / Electronic Stability Control) 。

电子控制单元安装在驾驶舱内，带有1路高速CAN( Controller Area Network) 总线通信模块，用于接收智能汽车系统(上位机) 发出的制动启动命令和制动压力值控制命令。

电子控制单元采集安装在制动主缸总成上的压力传感器反馈信号，自适应调节制动输出强度。

工作原理
电子真空助力器是从普通真空助力器技术中演化产生的，利用真空腔与变压腔( 大气腔) 的两腔压差产生伺服力，驱动液压制动主缸和制动器系统工作，将气动能量转化成制动液压力。

与普通助力器不同，EVB 在阀体内部增加了一个可控制进气阀门的三位三通高速电磁阀部件(见图2) 。

电子控制单元采用PWM( Pulse Width Modulation) 方式驱动电磁阀动作，
调节变压腔的大气进入量，控制真空腔与变压腔的压力净差，改变顶杆的输出力。

顶杆与制动主缸总成匹配连接，输出液压制动能量。

电子真空助力器内部的电磁阀部件由主要4部分组成: 阀体、电磁铁部件、电控活塞和回位弹簧。

其中，电磁铁部件的电磁学特性需要与回位弹簧、阻尼原件的力特性匹配，以提高EVB系统工作的稳定性。

在普通汽车的制动过程中，驾驶员踩刹车动作是控制制动系统的建压、保压和泄压3种状态的切换。

EVB系统可在电子控制单元的作用下，根据上位机制动力的需求，自动调节3态变化(见图3) : 1) 当电磁阀部件工作时，电控活塞首先封闭真空通道，将变压腔与真空腔隔绝，再推开空气阀口，使外部空气充入助力器的两个变压腔内，随着两腔压差的升高，助力器的输出力不断提高; 2) 当电磁阀部件工作在中间位置时，电控活塞同时关闭空气阀口和真空通道，变压腔与真空腔气体压力差不再变化，助力器输出压力恒定; 3) 当电磁阀部件不工作时，电控活塞在复位弹簧作用下，退回到初始位置打开真空通道，让变压腔与真空腔再次联通，助力器的输出力被释放。

电子控制单元控制电磁阀部件快速动作，驱动系统在这3 种状态间相互转换，为智能汽车提供稳定可控的制动力。

即由电能控制气动能调节液压能，实现线控制动系统。

关键零部件
电磁铁部件是EVB系统的关键部件，主要由衔铁、线圈和壳体等零件组成(见图4) 。

其中衔铁行程、极靴配合结构尺寸、驱动电流等参数的设计，决定了电磁铁部件的电磁学特性，在特定工作行程区间的输出参数是影响EVB 系统稳定性的主要因素。

因此，得到电磁铁部件的输出特性十分重要。

电磁铁衔铁行程，即空气进气阀口开度，是系统设计中首先要确定的参数。

若行程尺寸设计过大，不仅会增加空间布置设计难度和系统成本，还会导致驱动电流加大。

驱动电流的提高会加速电磁阀温升，降低EVB 系统连续工作的可靠性。

相反，若尺寸设计过小会降低空气进入效率，导致系统响应时间延长，无法满足制动系统高速响应的要求。