电动汽车制动系统的设计

夏世甜，王亚飞

（德州学院，山东德州 253023）

电动汽车制动系统的设计

夏世甜，王亚飞

（德州学院，山东德州 253023）

文章主要介绍了电动汽车制动系统的设计探索，制动系统是电动汽车不可缺少的一部分，制动系统直接影响了电动汽车行驶的安全性。此制动系统是基于真空助力器并对其进行分析与计算，设计出更合理的电动汽车制动系统。

电动汽车；真空助力；伺服制动

作为 21 世纪最清洁的能源——电能，既是无污染又是可再生资源，因此电动汽车应运而生，随着人民生活水平和环保觉悟的提高电动汽车越来越受到广泛关注。所以电动汽车的安全制动问题也显得至关重要，而在这里笔者采用的是伺服制动系统（即兼用人体和发动机作为制动能源的制动系统），伺服制动系统按伺服能量的形式分为真空伺服式、液压伺服式和气压伺服式，其中真空助力伺服制动系统在众多汽车的伺服助力系统中应用最多。

1 制动系统性能的分析

（1）制动原理：汽车在行驶过程中停车或者减速使汽车的速度达到实际情况所需的车速称为制动，而采用真空助力制动系统是在制动踏板与制动主缸之间安装上真空伺服气室和控制阀（即真空助力器）。在制动系统工作时真空伺服气室会产生推力同制动踏板力一起作用于制动主缸的活塞推杆上来增加制动主缸的对外输出压力。

图1 真空度数值程序框图

（2）真空助力器的基本结构与性能。真空助力器的伺服气室被其内的气室膜片分为常压室与变压室（即当阀门打开时可与大气相通）一般来说真空泵会使常压室的真空度维持在67KPa 到 90KPa 之间。真空助力器提供的助力是依据变压室与常压室的压差的大小，因此真空助力器提供最大压力的时候是在变压室达到外界大气压时。与汽车相比电动车其他制动系统结构不变化，只用电动真空泵代替原真空泵分析所需最小真空度数值其程序框图分析如图1 所示。

根据流程框图计算出最小真空度的数值，在保证制动性合理的条件下再对真空助力制动系统进行分析计算，得到所需的真空度：

F2 为真空助力器输出力 F1 为输入力 P 为腔内的真空度D 为气室膜片的有效面积由公式 1 可得到不同真空度时所对应的输入输出力，画出输入输出特性图，如图2 所示。

图2 输入输出特性图

盘式制动器的制动力矩：

f为摩擦因数，R 为半径

其中：R2为车轮的半径

假设最开始输入的真空度是 90kPa，并且以△P=0.2kPa的量递减，当计算到制动器的制动力小于车俩所需的最大制动力时，检验计算停止把上一输出的真空度作为所需要的最小真空度 36kPa 在此刻得出的制动器制动力为 16.38kN。由上述可得出在不同真空度下制动器的制动力 Fμ随自变量踏板力的变化情况。

2 制动真空发生系统的设计思路

与汽车相比电动汽车没有相应的进气歧管，无法产生真空压力，所以缺少真空助力制动系统所有的真空源，因此需要提供一个合理的电动真空泵，为真空助力制动系统提供所需的助力，使电动汽车的制动性得到满足，根据一般电动汽车的计算分析选择普遍的 12V 膜片式电动真空泵，其基本参数如表1 所示。

表1 基本参数表

为保证电动汽车的较好控制性和制动安全，及电动真空泵的使用寿命等问题，对制动真空系统的设计提出如下技术要求：①对电动汽车的制动可行性和易于掌控制动行驶方向，根据计算分析真空泵的排气量，选择相适应的电动真空泵。②为保障真空泵的使用寿命应定期检查更换配气装置、滤液管，并保障其系统的润滑防止摩擦破坏。③需要增加电控单元，对气压需要随时做出调整。为控制真空度的变化需添置压力延时开关，为保证真空量的持续供给要安装真空储能装置（真空储能罐），在真空储能罐的选择上一般选用 1500mL 容积的即可。

电动汽车的真空助力制动系基本构图如图3 所示。

图3 电动汽车的真空助力制动系基本构图

真空泵的工作模式是间歇性的，其电控单元的设置为当接通 12V 电源时，压力延时开关会作用，真空泵工作 20s 后关闭，使得真空储能罐的压力为-70kPa，当真空罐压力上升到-50kPa 时压力延时开关会再次作用，而当真空储能罐的压力达到-30kPa 时，压力报警器会发出报警信息。原理：每次需要制动时压力延时开关都会自动检验真空储能罐的真空度，当不满足制动安全时会通过压力报警信号提醒驾驶者注意行驶安全。

3 行驶试验

在一般城市道路上低速运行，制动数据如表2 所示。

表2 制动数据表

由表2 可知，所设计的电动真空助力制动装置在城市道路上行驶满足制动安全性，制动距离也在安全制动距离之内。在连续多次试验中其试验数据都满足行车的安全性，在电动汽车行驶中，需要压力延时开关不断的作用，来保证真空储能罐的压力维持在-50kPa 以下，这样在制动时才能供给足够的制动力。

4 结语

在真空助力制动系统中真空度越高，越能发挥助力器的作用，才能利用真空压力将制动液压入四个车轮的刹车装置，推动刹车片掐住刹车盘，从而达到刹车目的。因此在电动真空助力制动系统中，电动真空泵的选择上尤为重要，在使真空储能罐里真空度满足制动性要求前提下还要尽量使电动汽车在行驶中易于操作，在发生紧急制动时，制动系统的反应滞后性要求尽量低，安全性尽量高。

［1］姚为民，史文库.汽车构造第六版［M］.北京：人民交通出版社 2013.

［2］余志生，夏群生.汽车理论第五步版［M］.北京：机械工业出版社2009.

［3］杨久青，任国军.电动汽车性能分析与计算［J］.山东理工大学，2006.

［4］李飞.电动汽车总体设计及其性能仿真与优化［D］.西安：长安大学，2012.

Design of Braking System for Electric Vehicle

XIA Shi-tian，WA NG Ya-fei
（Dezhou College，Dezhou，Shandong 253023，China）

This paper introduces the design of electric vehicle braking system which is an indispensable part of electric vehicles and directly affects the safety of electric vehicles.This system analyses and calculates based on the brake vacuum booster and designs more reasonableelectric vehicle braking system.

electric vehicle；vacuum assist；servo brake

U469.72；U463.5

A

2095-980X（2016）12-0024-02

2016-11-14

夏世甜（1995-），男，山东潍坊人，大学本科，主要研究方向：交通运输（汽车运用工程方向）。