一种基于EMS标定的车辆真空度不足的解决方案

凌新新，詹锡兰，张喜科

（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东广州 511434）

一种基于EMS标定的车辆真空度不足的解决方案

凌新新，詹锡兰，张喜科

（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东广州 511434）

传统内燃机汽车，多采用真空助力伺服制动系统来实现助力。其真空源来自于发动机进气歧管。现在汽车随着发动机排量的减小和负载的增加，真空度在某些工况下将出现严重不足的问题，尤其是高海拔地区。通过对发动机EMS的标定，实现了对整车真空助力系统的适应性优化。整车道路性试验表明，优化后的真空助力系统满足整车使用要求。

EMS标定；制动系统；高海拔；空调控制；怠速控制

0 前言

随着乘用车技术的发展，顾客在满足舒适性、动力性等基本性能的基础上，开始更注重于轿车的安全性，对于车辆制动性能要求越来越高。绝大多数的轿车采用真空助力伺服制动系统，使人力和动力并用。传统内燃机轿车的制动系统真空助力装置的真空源来自于发动机进气歧管[1]。进气歧管的进气绝对压力与大气压力的差值即为真空度。

为了提高整车的舒适性和驾驶方便性，在当代汽车上大功率的空调、自动变速箱、后视镜电加热、后窗加热已经成为标准配置，这就导致了进气歧管的绝对压力越来越高，同时由于汽车经济性要求越来越高，小排量的发动机成为汽车发展的趋势，为了满足整车的舒适性和驾驶方便性的要求，真空度向逐渐下降的趋势发展。

另外一方面真空助力系统在满足正常工况下刹车时提供助力的同时，如何能让真空助力系统在高海拔地区提供高效助力也是当前轿车设计人员面对的一个课题。

随着海拔高度的不断上升，在高海拔地区随着大气压力的下降，如图1所示，将无法提供足够的真空度给真空助力系统，尤其在发动机高负载工作下，真空助力系统更无法满足制动系统的需要，制动踏板力明显增大，存在严重安全隐患。

本文所阐述的真空助力系统匹配标定的方法，通过软件匹配并标定后能够实时监测真空助力系统中真空度的变化情况，及时控制空调的开闭和发动机的转速，抽取助力系统中多余的空气，提高真空助力系统真空度，以达到车辆制动所需真空度的下限，保证车辆的制动性能。

1 基于EMS的匹配标定过程及分析

1.1 制动性能分析与匹配方法

本文所述的原车型制动系统采用双管路液压－真空助力制动系统，前制动器采用双膜片式真空助力器，4轮缸对称式制动钳和盘式制动器。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。助力器与踏板产生的力叠加在一起作用在制动主缸推杆上，以提高制动主缸的输出压力。真空助力器的真空伺服气室由带有橡胶膜片的活塞分为常压室与变压室，一般常压室的真空度为0.6～0.8 bar。真空助力器所能提供助力的大小取决于其常压室与变压室气压差值的大小。当变压室的真空度达到外界大气压时，真空助力器可以提供最大的制动助力[2]。图2所示为某车型的双膜片式真空助力器（带制动主缸）[3]。

图1 大气压力随海拔高度变化关系图

图2 双膜片式真空助力器带制动主缸

当海拔升高时，真空度出现不足，此时真空助力器的特性无法按照设计要求正常工作，导致踏板力偏大，制动偏硬，这个时候就要尽可能降低负载造成的影响，通过控制相关的负载和及时的提高发动机的转速来增加真空度，保证驾驶的安全性。真空助力器的特性曲线如图3所示[4]。

图3 真空助力器输入、输出特性

从图3真空助力器的输入、输出特性曲线中可以看出，真空度越高，助力器的输出特性越好，在同样输入力的前提下，输出力越大，制动强度越高。

本文通过真空度传感器实时监测真空助力器内真空度的变化情况，同时结合车速的变化、油门踏板的信号的变化，发动机ECU单元对空调压缩机模块，发动机转速进行控制，控制发动机节气门的开度变化，提升整车真空度水平。设计方案的联结简图如图4所示。

图4 设计方案联结简图

1.2 详细匹配过程分析

1.2.1 系统工作控制逻辑图

控制逻辑简图如图5所示。空调需要同时满足以下三个条件才可关闭：

图5 系统控制逻辑简图

（1）车速在规定范围内，如0.5 km/h～40 km/h；

（2）发动机在怠速状态下；

（3）真空度在规定的范围内，如20 kPa～40 kPa。

以上有一个条件不满足，空调将不关闭或者重新开启。

1.2.2 技术方案主要步骤

（1）传感器模块

通过真空度传感器获取助力器真空度信息，并判断系统是否发生漏气或零部件是否存在故障，如不正常则发出警告信息，其报警逻辑如图6所示。

（2）控制器模块

根据真空度信息和制动踏板信号，结合油门踏板信号、整车速度判断是否发出关闭空调指令，同时根据档位信息变化，进一步提高发动机转速，进行控制。

（3）执行器模块

ECU发出关闭空调指令，关闭压缩机模块，同时控制器模块继续监控油门踏板信号、整车速度及真空度信息，判断真空度是否达到要求，是否需要重新打开空调。

（4）制动执行机构

助力器根据真空度的变化产生相应的助力推动制动主缸，制动器接受管路压力产生预期的制动力和制动效果。

1.2.3 每一步的控制条件和参数

（1）步骤1控制参数

真空度传感器真空度数据：点火钥匙处于ON状态，真空度传感器侦测助力器真空度，并进行自检和周期性检测助力器真空度，检查助力器真空度与进气歧管真空度差值情况，如果助力器真空度持续5 s比进气歧管真空度低15 kPa以上，则记录故障码，发出报警信息。

（2）步骤2控制参数

制动踏板信号：制动触发的开始信号。

油门踏板信号：判断发动机是否处在怠速状态，只要不踩踏油门即发动机为怠速状态，当发动机处在怠速状态下，进入空调控制逻辑。

图6 真空度监测报警逻辑简图

车速信号：判断整车车速是否在控制范围以内，要求在0.5 km/h～40 km/h，车速低于0.5 km/h或者高于40 km/h，都将退出空调控制逻辑。

真空度信号：判断真空度是否超过控制范围，要求在20 kPa～40 kPa，低于20 kPa则进入空调控制逻辑，高于40 kPa则退出空调控制逻辑。

进气歧管压力信号：判断整车所处的海拔高度，当海拔高于2 000 m以上，进入空调控制逻辑。

（3）步骤3控制参数

1）压缩机控制信号：控制空调压缩机开关。

2）油门踏板信号：判断发动机是否处在怠速状态，只要不踩踏油门即发动机为怠速状态。

3）车速信号：判断整车车速是否在控制范围以内，要求在0.5 km/h～40 km/h，车速低于0.5 km/h或者高于40 km/h，都将退出空调控制逻辑。

4）真空度信号：判断真空度是否超过控制范围，要求在20 kPa～40 kPa，低于20 kPa则进入空调控制逻辑，高于40 kPa则退出空调控制逻辑。

5）进气歧管压力信号：判断整车所处的海拔高度，当海拔高于2 000 m以上，进入空调控制逻辑，当海拔高于3 500 m以上时，进入怠速控制逻辑。

6）发动机转速信号：在规定的3 500 m海拔以上，根据真空度的变化情况，当档位信息满足要求时，发动机怠速转速提升40 r/min～170 r/min进行验证。

7）换档器档位信号：输出换向器档位信息给TCU，当换档器处在D档和R档状态，进入怠速控制逻辑，当换档器处在P档和N档状态，退出怠速控制逻辑。

（4）步骤4控制参数

真空助力器特性曲线：不同的真空度特性曲线不同，输出压力不同，助力效能不同。

2 实车验证及标定结果确认

根据前文的控制逻辑，针对某车型进行了两轮的高原制动整车试验，通过对制动踏板力和怠速转速的详细测量及对比试验，得到如下结果。

2.1 制动踏板力的对比试验结果

（1）MT配置在3 500 m、4 100 m及4 700 m踏板力实测结果如图7所示。

图7 某车型MT配置验证结果

（2）AT配置在3 500 m、4 100 m及4 700 m踏板力实测结果如图8所示。

图8 某车型AT配置验证结果

通过使用上述方案，不同配置车型的制动踏板力在不同海拔下都得到了较大幅度的降低，制动安全性得到了显著的提升。

2.2 一定海拔下不同控制方案怠速转速变化试验结果

图9 某车型AT配置怠速转速变化结果

试验结果如图9所示。匹配过程中，分别验证了某车型AT配置在实施关闭空调策略后，不同档位变化下，怠速转速的变化情况，怠速转速提升范围从40 r/min～170 r/min不等。

3 结束语

对制动系统而言，真空度越大，驾驶员踩踏板也越省力，越能保证汽车制动系统的易操纵性。文章利用EMS的标定，通过对空调压缩机、发动机转速的控制，来实现整车真空度的提升，保证了制动系统在极端情况下的制动效能，满足了整车在海拔4 000 m以上的使用要求，同时由于并未额外增加真空源，降低了整车的成本，根据整车道路试验结果可知，优化后的真空助力系统是合理的，满足了整车的使用要求。

［1］［美］L.鲁道夫，张蔚林，陈名智译.汽车制动系统的分析与设计［M］.北京：机械工业出版社，1985.

［2］方泳龙.汽车制动理论与设计［M］.北京：国防工业出版社，2005.

［3］跃进汽车集团公司.南京依维柯汽车维修手册［M］.长沙：湖南科学技术出版社，2000.

［4］林逸，贺丽娟，何洪文，等.电动汽车真空助力系统的计算研究［J］.汽车技术，2006（10）：1-4.

Solution to Vehicle of Low Vacuum Based on EMS Calibration

LING Xin-xin，ZHAN Xi-lan，ZHANG Xi-ke
（Guangzhou Automobile Group Co.，Ltd，Automotive Engineering Institute，Guangzhou511434，China）

For traditional internal combustion engine vehicles，the brake system uses a vacuum brake booster servo system to achieve power.Its vacuum source comes from the engine intake manifold.Now，with engine displacement decreases and the load increases，the degree of vacuum in certain conditions will be a serious shortage，especially in high altitude areas.Based on the engine EMS calibration，realized the adaptability of the vehicle vacuum booster system optimization.Vehicle road test showed that the optimized vacuum booster system meets the vehicle requirements.

EMS calibration；brake system；high altitude；air-conditioning control；idle speed control

U463.5

A

1009－9492(2014)02－0073－05

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.02.021

凌新新，男，1986年生，安徽蚌埠人，大学本科，工程师。研究领域：底盘制动系统液压及真空助力。

(编辑：向 飞)

2013－08－15