电动真空泵系统及其控制策略在电动汽车中的应用

宗红军

摘 要：电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。由于其采用电能驱动，行驶过程中无废气排出，不污染环境，对空气PM2.5日益超标的城市来说，无疑将能改善城市的空气环境，电动汽车更是今后汽车的发展趋势之一，从国内电动汽车的产销情况可见电动汽车发展迅猛的劲头，再加上选择在夜间用电低谷时充电还能进一步减少能源浪费和降低使用成本，正因为上述优点，电动汽车越来越受到人们的青睐，市场前景广阔。

关键词：电动真空泵;控制策略;故障对策

1 前言

由于电动汽车取消了发动机，赖以发动机驱动的真空助力源随之消失，为了保持良好的刹车性能，必须另外增加一套助力系统，目前市场上有活塞真空泵、叶片式真空泵以及机电制动助力器等多种选择，但是活塞式真空泵故障率高、响应慢、重量大等缘故市场份额越来越小;机电制动助力器又因价格昂贵使诸多主打性价比的车辆望而却步;而叶片式电动真空泵特点体积小、质量轻、性能稳定、速率快、价格适中等因素收到广大主机厂的青睐;经过对叶片式真空泵和活塞泵进行抽气速率对比试验，以2L真空罐为例，两种真空泵同时将系统压力从0抽至-70kPa时，活塞泵用时均在20s以上，而叶片式真空泵均在在12s以内，所以效果显而易见，对整个系统的及时响应至关重要。

2 传感器的选择

真空泵的工作离不开压力传感器和控制器，接触式压力传感器寿命短，容易使刹车辅助系统发生故障;真空刹车辅助系统中的传感器的作用，是采集系统的真空压力，当高于或低于设定的压力时，将信号反馈给真空泵控制器，使控制器控制真空泵的启停。目前市场上已经装配刹车辅助系统所使用的传感器，大多数为接触式压力传感器，只能对系统某一压力点进行采集，当遇到不同的刹车系统需要调试匹配时，十分不方便，而且这种接触式的压力传感器存在机械接触，其寿命受到严重影响，当传感器失效时要么整个系统停止工作，使刹车性能下降，要么使真空泵长时间工作导致电机损坏，所以选择什么样的压力传感器对整个真空刹车辅助系统性能影响较大。

3 控制策略的研究

真空泵控制器的性能好坏，说到底是控制策略的优劣;一个好的控制策略，不但能最大发挥整个系统的性能，而且还能提高系统的使用寿命，比如在系统真空压力低于设定值时，控制器控制真空泵工作，当压力达到设定值时，控制器切断真空泵工作，这样既能保证刹车所需的真空压力，又能使真空泵间隙工作而提高工作寿命，还能为电动汽车节省宝贵的电能，所以一个好的控制策略是整个刹车辅助系统的关键。

针对电动汽车刹车辅助系统遇到的问题，将一种新型的真空刹车辅助系统用到电动汽车中，并提出合理的控制策略，使达到性能优化的目的;本系统采用叶片式真空泵，配备霍尔感应式传感器，其特点就是随系统压力呈线性变化，将系统压力变化情况转变为电压信号输出，可根据不同车辆所标定的系统压力进行设定，使用方便;加上其内部为霍尔元件感应，无机械接触，使用寿命长;本系统所匹配的控制器功能强大，此控制器具备自检和应急处理功能，它能在车辆开动前检测系统是否存在故障，假如在行车过程中出现故障，能及时将警告输送至仪表，驾驶员根据仪表显示的故障代码能判断系统为何种故障，以便采取相应的措施，同时控制器控制真空泵进入应急工作模式状态，最大化的保护汽车和人员的安全，除此之外，控制器在控制电机启停时，采用PWM调速，采用慢启停，这样防止大电流对电机和控制器的冲击，能提高系统的使用寿命，此控制策略如下：

3.1 系统上电自检，检测内容包括开路、短路、系统压力

1）系统正常时：刹车故障指示灯亮2S后熄灭;

2）系统故障时：按照故障模式指示灯闪烁。

3.2 正常工作

1）真空泵工作条件：系统压力≤-40KPa;

2）真空泵停止条件：系统压力≥-70KPa;

3）有刹车信号时，不管系统压力是多少，真空泵启动工作。

4）电机采用PMW调速方式控制，开机占空比100%，停机采用慢停，由PWM逐步衰减到0%（不超过2S）。

3.3 系统漏气及对策

1）小漏气：真空泵工作20S系统压力无法达到最大值，但≥-40KPa，此状态为小漏气;

对策①输出刹车故障指示信号到仪表;②电机间歇工作，工作20S停10S。

2）大漏气：真空泵工作20S系统压力无法达到-40KPa，此状态未大漏气;

对策①输出刹车故障指示信号到仪表;②输出故障I/O信号，整车控制器接受到此信号禁止车辆行驶。

将所有零部件通过管路、线路按要求进行连接，如图1所示：

从图中看出，电动真空泵和真空罐通过真空软管相连，真空罐另一出口和真空助力器带制动主缸总成相连，压力传感器固定在真空罐上，将罐内压力转化为电压信号通过导线传递给控制器，控制器根据电压值来控制真空泵是否开启，假如系统出现故障，控制器将把故障代码输送至仪表，方便驾驶员接受信息;在遇到故障严重影响行车安全时，控制器会将信息输送给整车控制器，控制器将禁止车辆行驶，以免发生意外;在行车过程中，踩下刹车踏板，刹车开关将信号提供控制器，此时无论系统压力是否已经达到设定值，真空泵将立即工作，这样能保证真空助力器获得最大的真空助力，保证行车安全和操控舒适。

4 结束語

此电动真空泵系统经过在公司试验、批量生产验证，有如下优点：性能稳定、性价比高、维修使用方便和可追溯性，适合在电动汽车上广泛使用，值得推广，能最大限度的保证刹车系统的安全性。