一種電動汽車制動助力系統設計方法
【專利摘要】本發明公開了一種電動汽車制動助力系統設計方法，包括制動系統校核、助力器選型、確定真空罐體積、確定真空泵控制策略和真空管路布置，制動系統校核電動汽車基本參數進行；在助力器選型時確保踏板力F適中；設定真空泵控制策略：包括根據真空助力器性能曲線和真空泵性能曲線，選擇真空泵啟停控制點；真空管路設計：包括在與真空助力器連接的快插接頭內設置第一單向閥，在真空泵抽氣口設置第二單向閥，所述真空管路連接真空泵、真空助力器和真空罐。本發明提高了電動汽車制動助力系統的設計效率，以及提高制動助力系統的安全性和可靠性。
【專利說明】
一種電動汽車制動助力系統設計方法
技術領域
[0001] 本發明涉及電動汽車技術領域，特別是涉及一種電動汽車制動助力系統設計方 法。
【背景技術】
[0002] 近兩年來環境和能源問題日益突出，在國家大力扶持下，各大汽車廠家大力投入 新能源汽車研發，開發車型多為純電動車和混合動力車，絕大部分是基于傳統車型進行二 次研發得到的。由于新能源純電動車電池比較重，整車載荷發生變化，在制動時發動機提供 的真空助力也沒有了，因此制動助力系統需要重新匹配校核，需要重新匹配獨立電動真空 栗(傳統汽車的真空助力采用發動機內的真空栗提供真空動力源），真空助力系統（即制動 助力系統中的部分)也需要重新匹配設計。如今駕駛者對駕駛舒適性要求越來越高，這也要 求對制動系統匹配更加合理。
[0003] 傳統車型制動系統匹配校核已經成熟，但由于沒有發動機，無法提供真空動力源， 需要匹配一個獨立真空栗、真空罐，故需要重新設計真空助力系統，各個廠家的設計方案也 各有千秋，一直沒有形成規范，有的還存在較多故障問題。現有的電動汽車制動系統是在傳 統汽車車型上改進得到的，不僅工作量大，而且很難得到設計的制動性能要求。
[0004] 現有技術是通過真空壓力傳感器控制真空栗的啟停，當真空罐內壓力值高于某一 壓力時真空栗開始工作，當真空罐內壓力值低于某一壓力值時真空栗停止工作，由于控制 策略設計不合理存在真空栗壽命低且踏板感受差的問題。
[0005] 純電動車市場真空助力系統售后問題較多，主要反饋是真空栗的故障，而大部分 電動車對真空栗的控制策略都是簡單通過壓力傳感器控制真空栗的啟停，或者增加報警功 能。如果控制策略不合理會帶來以下問題：
[0006] 1、真空栗頻繁工作，降低續航里程；
[0007] 2、控制策略不完善，影響駕駛安全性；
[0008] 3、真空栗噪聲大；
[0009] 4、管路布置不合理，降低真空栗使用壽命。

【發明內容】

[0010] 為解決上述技術問題，本發明提供一種電動汽車制動助力系統設計方法，用于解 決現有技術中電動汽車制動助力系統設計工作量大，難以滿足設計要求的問題。
[0011] 本發明是這樣實現的：
[0012] -種電動汽車制動助力系統設計方法，包括以下步驟：
[0013] 獲取電動汽車基本參數，包括汽車質量m、汽車質心高度hg、軸距L、汽車質心至前 軸中心線的距離b、汽車質心至后軸中心線的水平距離a和汽車減速度f ;
[0014] 根據公式.y = G^ + m^Λ(6和i?i = (6??-?"^ Λs計算地面對汽車前輪的法向反作用力Fzl 和地面對汽車后輪的法向反作用力Fz2，其中G為汽車重力；
[0015] 根據地面對汽車前輪的法向反作用力Fzl、地面對汽車后輪的法向反作用力Fz2以 及汽車前后輪在附著系數為P的路面上抱死的條件:前、后輪制動器制動力之和 等于汽車與地面附著力ΡΦ = (ΡΦ1+ΡΦ2)，并且前、后輪制動器制動力分別等于各自的 附著力巧1、盡2，計算汽車前制動器的制動力Fm和后制動器的制動力Fu2，建立和Fu 2的關 系曲線I，根據Fu和Fu2的關系曲線I選擇汽車前后制動器；
[0016] 根據公式
選擇真空助力器規格，其中，F為踏板力，所述F小于170N，ri為 踏板機構及液壓傳動效率，等于〇. 85，is為真空助力比，ip為踏板杠桿比，dm為主缸直徑，p 為管路壓力；
[0017]計算真空罐體積，包括：
[0018] 根據公式:SD=匕Τ?/】）,計算真空助力器主缸實際行程，其中，So為主缸實際行 4 程，Vm為主缸容積，dm為主缸直徑；
[0019] 根據真空助力器的尺寸，計算一次全行程所消耗的真空度體積；
[0020] 根據真空栗停止工作后第一次全行程制動后真空罐內真空度變化關系式
_空栗停止工作后第二次全行程制動后真空罐內真空度變化關系式
1以及兩次全行程制動后真空罐的真空度P2不低于-50kPa為條件，計算真 ， 空罐體積，其中，VI初步選取真空罐體積，P為真空栗可提供真空度，V2為真空助力器有效容 積，V3為真空管路有效體積；
[0021] 設定真空栗控制策略:包括根據真空助力器性能曲線和真空栗性能曲線，選擇真 空栗啟停控制點；
[0022] 真空管路設計:包括在與真空助力器連接的快插接頭內設置第一單向閥，在真空 栗抽氣口設置第二單向閥，所述真空管路連接真空栗、真空助力器和真空罐。
[0023] 進一步的，在所述"建立和Fu2的關系曲線Γ之后還包括:計算制動器制動力分 配系數β，其中
[0024] 進一步的，在所述"計算制動器制動力分配系數r之后還包括：計算同步附著系 數，同步附著系數為動器制動力分配系數β曲線和I曲線的交叉點；
[0025]根據條件：汽車穿載時同步附著系數>0.56,滿載時同步附著系數等于0.85~ 0.95，調整汽車前后制動器的性能參數，制動器的性能參數包括卡鉗缸徑和摩擦片摩擦系 數。
[0026]進一步的，真空栗的控制策略包括：
[0027]真空罐內的氣體壓力大于等于70kPa時，控制真空栗停止工作；
[0028]真空罐內的氣體壓力小于等于50kPa時，控制真空栗開啟工作；
[0029]真空罐內的氣體壓力小于等于30kPa時，輸出報警信號。
[0030]進一步的，真空栗的控制策略還包括：
[0031 ] 真空栗過電壓大于18V超過0.5s時，控制真空栗停止工作；
[0032]真空栗低電壓低于8V時，控制真空栗停止工作；
[0033]真空栗電流大于20A超過0.1s時，控制真空栗停止工作。
[0034] 本發明的有益效果為:本發明電動汽車制動助力系統設計方法提供了一套完整的 根據汽車基本參數設計制動助力系統的方案，不再是在現有的汽車車型上改進得到，重新 匹配了獨立電動真空栗，提高了制動助力系統的設計效率;本發明根據電動汽車的基本參 數計算地面對車輪的作用力，并根據地面對車輪的作用力計算出汽車前后輪制動力的關 系，根據所述關系曲線選擇前后制動器，有效保證前后制動器具有足夠的制動力；進一步 的，本發明根據制動踏板的踏板力F選擇真空助力器的規格，不僅具有舒適的踏板力，同時 還有效保證足夠的輸出；本發明還根據制動過程與真空罐內真空度的變化關系，選擇真空 罐的體積，使真空栗失效時仍然能保證一定的制動需求，大大提高了制動系統的安全性和 可靠性;本發明還對真空栗的控制策略和真空管路的設計進行優化，降低了助力系統的能 耗，延長電動汽車的有效續航里程，同時還提高了真空管路的使用壽命和可靠性。
【附圖說明】
[0035] 圖1為本發明實施方式電動汽車制動助力系統設計方法的基本流程；
[0036]圖2為本發明實施方式中汽車制動工況受力簡圖；
[0037]圖3為一實施方式中真空助力器在不同真空度下的輸入-輸出特性曲線；
[0038]圖4為一實施方式中踏板力與主缸壓力特性曲線；
[0039] 圖5為一實施方式中真空栗性能曲線；
【具體實施方式】
[0040] 為詳細說明本發明的技術內容、構造特征、所實現目的及效果，以下結合實施方式 并配合附圖詳予說明。
[0041] 請參閱圖1，本發明實施方式一種電動汽車制動助力系統設計方法，該制動助力系 統設計方法包括制動系統校核、助力器選型(包括確定助力器尺寸、主缸缸徑和助力比）、確 定真空罐體積、確定真空栗控制策略和真空管路布置。其中，所述汽車制動助力系統設置于 汽車制動踏板與液壓助力裝置之間，液壓助力裝置連接汽車制動器，制動踏板的踏板力通 過所述汽車制動助力系統輸出至液壓助力裝置，由液壓助力裝置驅動汽車制動器進行制 動。
[0042] 在進行制動系統校核過程中，主要是根據汽車的基本參數重新選擇汽車前后制動 器的規格參數，所述汽車的基本參數包括汽車質量m、汽車質心高度h g、軸距L、汽車質心至 前軸中心線的距離b、汽車質心至后軸中心線的水平距離a和汽車減速度
[0043] 請參閱圖2,為本實施方式中汽車制動工況受力簡圖，如圖2所示，對汽車后輪接地 點進行受力分析，并取力矩可得到： _]
(1-1)
[0045] 式中:Fzl為地面對前輪的法向反作用力，單位為N;
[0046] G為汽車重力，單位為N;
[0047] b為汽車質心至后軸中心線的水平距離，單位為m;
[0048] m為汽車質量，單位為kg;
[0049] 心為汽車質心高度，單位為m;
[0050] L為軸距，單位為m;
[0051 ] 為汽車減速度，單位為m/s2。
[0052]對汽車前輪接地點進行受力分析，并取力矩可得到：
[0053]
- (1-2);
[0054]式中Fz2為地面對后輪的法向反作用力，單位為N;
[0055] a為汽車質心至前軸中心線的距離，單位為m。
[0056] 令1 = ? z稱為制動強度，則可求得地面法向反作用力為： ，：
[0057] Fzi = G(b+zh g)/L；
[0058] Fz2 = G(a-zhg)/L (1-3)；
[0059] 若在不同附著系數的路面上制動，前、后輪都抱死(不論是同時抱死還是分別先后 抱死），此時匕=?或f=地面作用于前、后車輪的法向反作用力為：
[0060] (1-4)。
[0061 ] I曲線計算：
[0062]在附著系數為P的路面上，前、后車輪同步抱死的條件是：
[0063] 前、后輪制動器制動力之和?11 = ?111+?1^等于汽車與地面附著力ΡΦ=(ΡΦ1+Ρ Φ2);并 且前、后輪制動器制動力Ρμ1、Ρμ2分別等于各自的附著力^>2艮口： J
[0064]
[0065]
[0066] 將式（1-4)代入上式，得：
[0067]
(61-6)[0068] 根據式α-4)、（1_5)及（1-6)式，消去變量得：
[0069]
[0070]
[0071] h u-y;；
[0072] 由此可以建立由Fui和Fm2的關系曲線，即I曲線，根據I曲線進行前后制動器選型。 [0073]常用前制動器制動力與汽車總制動器制動力之比來表明分配比例，稱為制動器制 動力分配系數β;在建立由Fm和Fu 2的關系曲線I之后，還包括曲線β線計算，具體為：
[0074]制動力分配系數：
[0075] (1-10);
[0076] 同步附著系數：
[0077] β線和I曲線在圖中交于一點處的附著系數為同步系數，該系數是由汽車結構參數 決定的，反映了汽車制動性能。
[0078] 式（1-10)又可表達為：
[0079] (1-11),
[0080] 將式（1 一 6)代入上式，得同步附著系數：
[0081]
[0082] (M2);
[0083]根據經驗空載時同步附著系數>0.56，滿載時同步附著系數在0.9左右。
[0084]因此，在本實施方式中，還根據所述空載時同步附著系數和滿載時同步附著系數 調整原前后制動器的性能參數，如卡鉗缸徑、摩擦片摩擦系數、有效半徑等，使空滿載同步 附著系數調整到合理范圍內。
[0085]所述助力器選型即為確定真空助力器規格，在本實施方式中具體包括：
[0086] 根據公式：
[0087]選擇合理的真空助力器尺寸、助力比、主缸缸徑，得到良好的踏板感，其中，
[0088] F為踏板力，設定最大踏板力F在130N到170N之間；
[0089] η為踏板機構及液壓傳動效率，等于〇. 85; is為真空助力比；
[0090] ip為踏板杠桿比；
[0091] dm為主缸直徑，單位為mm;
[0092] p為管路壓力，單位為MPa。
[0093] 所述確定真空罐體積具體為：
[0094] 根據公式：
[0095]
[0096]算出真空助力器主缸實際行程，再根據選定的真空助力器尺寸，算出真空助力器 一次全行程所消耗真空罐的真空度體積。其中 [0097] So為主缸實際行程；
[0098] Vm為主缸容積，等于前后輪缸工作容積；
[0099] dm為主缸直徑。
[0100] 為保證行車安全，在本實施方式中考慮真空栗失效時，確保真空罐體積可滿足兩 腳全制動：
[0101] 初步選取真空罐體積為VI，真空栗可提供真空度為P，真空助力器有效容積為V2， 真空管路有效體積V3，可得:第一腳全行程制動后真空罐內真空度變化關系式：
[0102]
[0103] 第二腳全行程制動后真空罐內真空度變化關系式：
[0104]
[0105] 要求兩腳后的真空度P2不低于_50kPa，最終確定真空罐體積。但真空罐也不宜選 擇過大體積，避免造成真空栗工作時間過長。
[0106] 所述確定真空栗控制策略具體為：
[0107] 結合真空助力器性能曲線及選定真空栗的性能曲線，選擇合理的啟停控制點。選 擇真空栗的原則是:抽真空效率高，使用壽命長，噪聲低;如一實施方式中，選擇某廠家電子 真空栗性能參數，具體為：外接4L真空艙，3.5s內達到-50kPa，7s內達到-30kPa，噪聲:在真 空栗上側250mm處檢測噪音小于78dB，使用壽命不低于90萬次、1200小時，額定電壓為14V， 額定電流15A。
[0108] 請參閱圖3和圖4,圖3為一實施方式中真空助力器在不同真空度下的輸入-輸出特 性曲線；圖4為踏板力與主缸壓力特性曲線。
[0109] 請參閱圖5,為真空栗性能曲線，在本實施方式中，真空栗的啟停選取原則是：
[0110] 1、真空栗停止工作點應滿足踏板力及主缸壓力要求，既最大踏板力F在130N-170N 之間，所能達到的最大主缸壓力大于9Mpa，如圖4,選取停止工作壓力值為70kpa比較合理。
[0111] 2、開啟工作點選取既不能過低，也不能過高，過低會影響助力效果;過高會導致真 空栗頻繁工作，影響使用壽命，如圖4,真空度為50kpa以上時能提供常規助力效果，故初步 選取50kpa為開啟工作點。
[0112] 3、真空栗停止和開啟點要選取在真空栗工作效率高的區間，如圖4,真空栗在 1 OOkpa到30kpa時工作效率較高。
[0113] 在本實施方式中，設定真空栗控制策略具體為：
[0114] 真空罐內的氣體壓力大于等于70kPa時，真空栗停止工作；
[0115] 真空罐內的氣體壓力小于等于50kPa時，真空栗開啟工作；
[0116]真空罐內的氣體壓力小于等于30kPa時，輸出報警信號；
[0117] 過電壓18V以上，超過0.5s，真空栗停止工作；
[0118] 低電壓8V以下，真空栗停止工作；
[0119] 電流20A以上，超過0.1 s，真空栗停止工作；
[0120] 當真空停止工作時通過儀表向駕駛員以文字或者聲音提示停車檢查，檢查確認故 障排除后，必須整車下點后，重新啟動，解除報警，如不能現場解決故障需得帶售后人員協 助解決問題。
[0121]通過這種策略可以降低真空栗的開啟次數，并保證駕駛舒適性，合理利用真空栗 高效率工作區間，降低噪音，提高使用壽命，在出現故障時提示駕駛原安全停車，確保駕駛 人身安全。
[0122] 真空管路布置設計
[0123] 真空管路連接真空栗、真空助力器、真空罐，合理的管路布置和選型有利于真空助 力系統工作可靠。
[0124] 首先選擇管路材料：由于真空栗在工作時會震動，所以連接真空栗的管路避免使 用橡膠管，如使用橡膠管，短期內沒有影響，但長時間橡膠管會老化再加上真空栗的震動， 橡膠管口容易破損，導致管路泄漏。
[0125] 其次單向閥位置的布置選擇，真空管路一般可采用兩個單向閥，第一個可集成在 與真空助力器配合的快插接頭內，第二個單向閥布置要盡可能靠近真空栗抽氣口，因為真 空栗停止工作時，如果抽氣口與單向閥之間的管路過長，將會殘留一段負壓，導致真空倒吸 灰塵或水汽，進而影響真空栗使用壽命。
[0126] 本方案對燃油車改為純電動車真空助力系統提出了解決方案，完善真空栗控制策 略、選擇合適的真空罐體積、補充管路設計要求，提高了真空栗使用壽命，減少工作噪聲，保 證駕駛安全，減少真空助力系統故障率。
[0127] 本發明實施方式電動汽車制動助力系統設計方法，提供了一套完整的根據汽車基 本參數設計制動助力系統的方案，不再是在現有的汽車車型上改進得到，重新匹配了獨立 電動真空栗，提高了制動助力系統的設計效率;本發明根據電動汽車的基本參數計算地面 對車輪的作用力，并根據地面對車輪的作用力計算出汽車前后輪制動力的關系，根據所述 關系曲線選擇前后制動器，有效保證前后制動器具有足夠的制動力;進一步的，本發明根據 制動踏板的踏板力F選擇真空助力器的規格，不僅具有舒適的踏板力，同時還有效保證足夠 的輸出；本發明還根據制動過程與真空罐內真空度的變化關系，選擇真空罐的體積，使真空 栗失效時仍然能保證一定的制動需求，大大提高了制動系統的安全性和可靠性;本發明還 對真空栗的控制策略和真空管路的設計進行優化，降低了助力系統的能耗，延長電動汽車 的有效續航里程，同時還提高了真空管路的使用壽命和可靠性。
[0128]以上所述僅為本發明的實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發 明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技 術領域，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。
【主權項】
1. 一種電動汽車制動助力系統設計方法，其特征在于，包括W下步驟： 獲取電動汽車基本參數，包括汽車質量m、汽車質屯、高度hg、軸距L、汽車質屯、至前軸中屯、 線的距離b、汽車質屯、至后軸中屯、線的水平距離a和汽車減速度 根據公式心= + 和F:;￡ = G。-計算地面對汽車前輪的法向反作用力Fzi和地 面對汽車后輪的法向反作用力Fz2,其中G為汽車重力； 根據地面對汽車前輪的法向反作用力Fzl、地面對汽車后輪的法向反作用力Fz2W及汽車 前后輪在附著系數為的路面上抱死的條件:前、后輪制動器制動力之和町=町1+町2等于汽 車與地面附著力Ρφ = (Ρφ1+Ρφ2)，并且前、后輪制動器制動力町1、町2分別等于各自的附著力 巧>1、巧，計算汽車前制動器的制動力町謝后制動器的制動力町2,建立F山和帖的關系曲線 I，根據町1和町2的關系曲線I選擇汽車前后制動器； 根據公式：壺擇真空助力器規格，其中，F為踏板力，所述F小于170N，ri為踏板 機構及液壓傳動效率，等于0.85，is為真空助力比，ip為踏板杠桿比，dm為主缸直徑，P為管 路壓力； 計算真空罐體積，包括： 根據公式：S〇=Fm的），計算真空助力器主缸實際行程，其中，So為主缸實際行程， Vm為主缸容積，dm為主缸直徑； 根據真空助力器的尺寸，計算一次全行程所消耗的真空度體積； 根據真空累停止工作后第一次全行程制動后真空罐內真空度變化關系式真空累停止工作后第二次全行程制動后真空罐內真空度變化關系式W及兩次全行程制動后真空罐的真空度P2不低于-50k化為條件，計算真 空罐體積，其中，VI初步選取真空罐體積，P為真空累可提供真空度，V2為真空助力器有效容 積，V3為真空管路有效體積； 設定真空累控制策略:包括根據真空助力器性能曲線和真空累性能曲線，選擇真空累 啟停控制點； 真空管路設計:包括在與真空助力器連接的快插接頭內設置第一單向閥，在真空累抽 氣口設置第二單向閥，所述真空管路連接真空累、真空助力器和真空罐。2. 根據權利要求1所述的電動汽車制動助力系統設計方法，其特征在于，在所述"建立 Fl^l和Fパ的關系曲線Γ'之后還包括：計算制動器制動力分配系數β，其中，3. 根據權利要求2所述的電動汽車制動助力系統設計方法，其特征在于，在所述"計算 制動器制動力分配系數護之后還包括:計算同步附著系數，同步附著系數為動器制動力分 配系數β曲線和I曲線的交叉點； 根據條件:汽車穿載時同步附著系數>0.56,滿載時同步附著系數等于0.85~0.95,調 整汽車前后制動器的性能參數，制動器的性能參數包括卡錯缸徑和摩擦片摩擦系數。4. 根據權利要求1所述的電動汽車制動助力系統設計方法，其特征在于，真空累的控制 策略包括： 真空罐內的氣體壓力大于等于70k化時，控制真空累停止工作； 真空罐內的氣體壓力小于等于50kPa時，控制真空累開啟工作； 真空罐內的氣體壓力小于等于30kPa時，輸出報警信號。5. 根據權利要求4所述的電動汽車制動助力系統設計方法，其特征在于，真空累的控制 策略還包括： 真空累過電壓大于18V超過0.5s時，控制真空累停止工作； 真空累低電壓低于8V時，控制真空累停止工作； 真空累電流大于20A超過0.1s時，控制真空累停止工作。
【文檔編號】G06F17/50GK105975652SQ201610235674
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月15日
【發明人】董振, 劉心文, 吳貴新
【申請人】福建省汽車工業集團云度新能源汽車股份有限公司