摘 要：纯电动车的真空源由电子真空泵提供，其供气能力直接决定整车制动的安全性与舒适性，如制动距离与踏板感，在紧急制动或者连续踩制动时，真空的储备提供能力尤为重要，文章对真空助力系统中电动真空泵、真空助力器以及控制逻辑（电动真空泵的启/停阈值）的匹配工作进行了实验测试，通过多次模拟测定，确定了三者之间的关系，该测试研究总结出了真空助力系统的测试方法、规律特性，为后续开发车型进行相关匹配提供了参考。
关键词：纯电动汽车；真空助力系统；匹配试验
1 前言
传统燃油车/混动车通过发动机进气歧管或者与辅助真空泵搭配共同为真空伺服机构提供真空源，正常情况下，可源源不断的提供真空，所以传统燃油车/混动车并不需太关注其真空提供能力，但纯电动车没有了发动机持续不断的提供真空，只能依靠电动真空泵为真空助力器提供真空，目前市场上主流的电动真空泵为叶片式结构，转子材料为石墨，工作过程中会产生磨损，故寿命按时间计算，如果真空助力系统各部件匹配不合理，可能会使真空泵工作频率/时间偏长，最终导致质保里程未到的情况下，真空泵已到时间，引起客户抱怨，因此，纯电动车真空助力系统中真空的消耗与补给的匹配测试很有必要。
本文以纯电动车为例，对其真空助力系统进行了匹配测试，在保证制动要求的前提下，测试出真空助力器规格、电动真空泵规格和电动电动真空泵启/停阈值之间的匹配关系，为后续真空系统的选型提供了依据。
2 真空助力制动系统组件构成与工作原理
与传统燃油车相比，电动车真空助力系统除了真空助力器和真空管路，还增加了电动真空泵作为真空提供源、真空罐作为真空储存装置等部件，构成如图1所示：
图1 真空助力制动系统结构示意
1、真空助力器；2、真空管；3、电动真空泵；4、电动真空泵支架
真空助力系统中真空助力器工作分为3个状态：
（1）自由状态：未踩下制动踏板时，真空阀打开，空气阀关闭，真空助力器中的真空腔与工作腔相通，真空泵抽取两腔真空，使其均为真空状态。
图2 真空助力器自由状态示意图
（2）制动状态：踩下制动踏板时，真空腔与工作腔隔离，在输入杆上加力使空气阀打开，工作腔内的真空降低，因此两腔压力差增加，当输出力大于输入力乘以助力比时，反作用盘进一步挤压，推动柱塞向后退（相对阀体而言），产生助力。
图3 真空助力器制动状态示意图
图4 真空助力器释放状态示意图
（3）制动释放状态：松开制动踏板时，工作腔与真空腔相通，工作腔中的空气进去真空腔，真空腔真空度降低，当低于设定值（如-55kpa）时电动真空泵开始工作，抽取真空腔与工作腔中的空气，到一定值（如-75kpa）时真空度传感器将真空度信号转换为电压信号，传输给控制器，使电动真空泵停止工作。
3 真空助力制动系统的匹配计算
真空助力制动系统理论匹配的重要环节是计算真空助力器真空消耗量与真空泵的抽真空量能满足制动要求，理论计算时，空气阀关闭时间、空行程、不同真空度下空气分子数均为一定值或者不考虑，但该理论计算与实际情况有较大偏差，难以满足先期设计需求，所以在全新车型开发前期，可对选定的真空助力系统参数（真空助力器规格、主缸直径、行程、电动真空泵规格）安装规定的标准规范进行匹配测试，检测单次/连续制动时真空消耗情况，同时也可以对真空泵不同的启/停值进行设置，循环试验，初步选定合适的值，测试结果可初步用来支撑整车制动测试时相关要求，该方法避免了方案确定、试件制作完成后进行实车测试而不满足性能要求，需重新验证的问题，也避免了反复变更、再测试导致开发周期长与研发成本高昂的问题。
4 真空助力制动系统的匹配测试
4.1 真空助力制动系统匹配实验室实现
实车的制动功能测试是在规定道路上按标准的测试方法进行的，实验室不具备道路车辆条件，必须简化模拟来进行真空助力系统验证：
测试设备简化：保留发动机舱中的发动机，真空泵，真空助力器，制动踏板，制动器和相应管路；配置踏板力传感器，液压传感器，数据采集器和记录器等设备组成测试系统。
4.2 真空助力制动系统设备构成
真空助力器带主缸总成：10寸；
真空罐：1.2L；
电子真空泵：HVP-5X独立泵；
制动踏板；
制动器总成；
制动踏板传感器：输出电压范围0-12V/ 采样分辨率1/200
压力传感器：输出电压范围0-12V / 采样分辨率1/1000
液压传感器：输出电流范围4-20mA
电源：0 ~ 24Vdc / 50A
采集记录器：曲线图820L / 100ms/采样
4.3 测试条件简化
全行程制动，连续测试3次，制动周期2s，周期间隔1s；查看、记录真空的消耗其情况、停止后记录真空度和真空度恢复至停止值时间；真空度的启/停时间可初步设定-50/70 kpa，-68/81kpa，对比不同真空泵启/停值下的真空需求情况，验证系统参数选型是否满足恋连续制动需求。
图5 真空助力系统测试台示意图
4.4 试验结果及验证
将真空助力器、电动真空泵等部件装配于试验台，设置真空泵的启/停阈值，接通电源，按标准规范进行测试，记录不同启/停阈值下真空度的变化以及连续制动后真空度的恢复情况，实验结果如图6、7所示。
图6 启/停阈值为-68/81Kpa真空度变化示意图
图7 启/停阈值为-55/70Kpa真空度变化示意图
从图表中可以看出，不同的启停阈值对连续制动时的真空需求有非常大的影响，真空泵启/停阈值设置在-55/70Kpa时，第二次时压力降至-50Kpa，对制动踏板感提出挑战。
5 结束语
对纯电动车制动系统真空助力系统的全新设计在理论上计算有难度的情况下，通过对真空助力系统进行先期台架测试，掌握在不同启/停值下的真空变化情况，为真空助力系统中真空助力器、电动真空泵选型和匹配提供了测试方法，同时对于是否增加真空储能装置也提供依据。经过以上测试，可以得出以下结论：
a.传统燃油汽车真空系统真空助力系统匹配至纯电动车时，因真空源提供部件变化，对真空助力系统的匹配要求更高。
b.电动真空泵的不同启停/阈值对连续制动时的真空需求匹配至关重要，但同时也要考虑高启/停阈值策略下对电动真空泵寿命的影响。
c.选择合适的真空储存装置，能有效延迟电动真空泵的寿命，保证其可靠性，但真空系统部件的性价比需要同步考虑。
d.真空的启/停阈值的设定，需要考虑整车制动性能的需要，结合电动真空泵的抽气特性曲线，选择最佳的抽气效率段。
