CN102416941B - 一种纯电动车与制动真空泵的匹配方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种纯电动车与制动真空泵的匹配方法和装置，通过整车设计参数计算前、后轮所需的最大制动力，设定初始制动泵真空度，绘制不同真空度下真空助力器输入、输出特性曲线，经过进一步计算，获得不同真空度下踏板力与制动器制动力关系曲线，获得真空助力制动系统所需要的最小真空度值,该方法和装置一方面通过精确计算真空泵所需提供的最小真空度，不仅减小整车能源消耗，同时满足制动系统可靠性的要求；另一方面减少纯电动车与制动真空泵的匹配所需的工作量和时间，提高纯电动车与制动真空泵的匹配精度。

Description

一种纯电动车与制动真空泵的匹配方法和装置

技术领域

本发明涉及汽车制动真空泵技术。

背景技术

随着纯电动车的技术的不断发展和进步，制动真空泵在纯电动车上得到了广泛的应用。制动真空泵可以为制动系统的真空助力装置提供足够压力的真空源，但是，考虑到行车时制动的能源的节约性及系统的可靠性，需要对真空助力制动性能进行分析计算，根据计算得到纯电动车需要制动真空泵提供的最小真空度，以此作为选择合适制动真空泵型号的依据。而现有的纯电动车匹配制动真空泵的方法主要是凭借经验或简单的人工计算选择一个具有足够排气量的制动真空泵，此方法匹配精度低，不仅造成能源浪费，同时无法保证系统可靠性。

目前，在对纯电动车真空助力制动系统进行性能分析计算时，多采用手工计算作图的方式进行，这种方法工作量极大、耗费周期长、费时费力，且随意性大，难以保证数据和图形的精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种纯电动车与制动真空泵的匹配方法和装置，它一方面通过精确计算真空泵所需提供的最小真空度，不仅减小整车能源消耗，同时满足制动系统可靠性的要求；另一方面减少纯电动车与制动真空泵的匹配所需的工作量和时间，提高纯电动车与制动真空泵的匹配精度。

一种纯电动车与制动真空泵匹配的方法，所述方法包括：

步骤1：设定最初真空度取值及步长，输入整车参数，计算前、后车轮所需的最大制动力。

步骤2：从原始参数数据库获取真空助力器输入、输出特性试验数据，对不同真空度下的真空助力器输入、输出特性试验数据进行一维插值，绘制真空助力器的输入、输出特性曲线；

步骤3：根据所述真空助力器的输入、输出特性曲线，近似求出真空助力器的输入、输出特性曲线上的两个特征参数：与最大助力点对应的输入力与输出力；根据所述最大助力点对应的输入力与输出力，求出不同真空度时踏板力与液压输出特性；

步骤4：根据所述制动主缸的输出压力,计算制动轮缸对制动器施加的力；根据所述制动轮缸对制动器施加的力，计算制动器的制动力矩；根据所述制动器的制动力矩，计算制动器的制动力。

步骤5：匹配评价参数，包括：前、后轮所需最大制动器制动力、某一真空度下计算的制动器制动力，踏板力。如果制动器制动力大于车轮所需的最大制动力，则最初设定的真空度值依步长递减，重新计算制动器制动力，当计算出的制动器的制动力小于车轮需要的最大制动力时，则取上一步的真空度值作为真空助力制动系统所需的最小真空度值。

一种实现上述方法的纯电动车与制动真空泵匹配的装置，所述装置包括：

数据获取模块，用于获取整车设计参数、最初输入可变真空度值及步长、真空助力器的输入、输出特性数据；

前、后轮所需最大制动力计算模块，用于根据所述数据获取模块获取的整车设计参数，计算整车前、后轮所需最大制动力；

真空助力器输入、输出特性曲线绘制模块，用于根据所述数据获取模块获取的真空助力器的输入、输出特性数据绘制真空助力器的输入、输出特性曲线；

与最大助力点对应的输入力值与输出力值获取模块，用于根据所述真空助力器输入、输出特性曲线绘制模块绘制的真空助力器输入、输出特性曲线，得到与最大助力点对应的输入力值与输出力值；

助力比值计算模块，用于根据所述与最大助力点对应的输入力值与输出力值获取模块获取的输入力值与输出力值，计算助力比；

踏板力与制动器制动力变化关系曲线绘制模块，用于根据所述数据获取模块获取的整车设计参数、助力比值计算模块获取的助力比以及真空助力器输入、输出特性曲线绘制模块获取的真空助力器的输入、输出特性曲线，经过计算获得不同真空度下制动器的制动力随踏板力的变化曲线；

匹配评价参数获取模块，用于根据所述前、后轮所需最大制动力、所述不同真空度下制动器的制动力随踏板力的变化曲线，获得真空助力制动系统所需要的最小真空度值。

本发明和现有技术相比具有以下优点：

以往大部分设计人员凭借经验或采用简单的人工计算选择一个具有足够排气量的电动真空泵，未对真空助力制动系统进行精确、合理的分析运算，容易产生计算误差。本发明采用一种纯电动车与制动真空泵的匹配装置对真空助力制动系统的性能进行合理分析计算，为电动真空泵的选择或设计提供理论依据，充分考虑到行车时制动的可靠性及能源的节约性。

本发明装置操作方法简单，设计了简洁的输入、输出界面，不需要人工计算、绘图，可方便快捷地绘制真空助力器输入、输出特性曲线，得到不同真空度下每条真空助力输入、输出特性曲线的助力比；绘制踏板力与制动器制动力变化关系曲线，并与输出的前、后轮需求最大制动力结果比较，获得整车需要的最小真空度值，使纯电动车与制动真空泵的匹配过程实现自动化、流程化，易于操作，减少了纯电动车与制动真空泵匹配所需的工作量和时间，同时也减少了人工计算误差，提高了纯电动车与制动真空泵匹配的精度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种真空助力伺服制动系统基本结构示意图。

图2是本发明实施例提供的一种纯电动车与制动真空泵匹配计算流程图。

图3是本发明实施例提供的一种真空助力器输入输出特性示意图。

图4是本发明实施例提供的一种踏板力与制动器的制动力变化关系示意图。

图5是本发明实施例提供的一种纯电动车与制动真空泵匹配的装置结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

实施例1中以某款纯电动车为例，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4轮缸对称式制动钳和盘式制动器，双膜片式真空助力器带制动主缸。参见图1，真空助力器安装于制动踏板和制动主缸之间，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模片的活塞分为常压室与变压室，一般常压室的真空度为60～80kPa，即真空泵可以提供的真空度大小。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。

参见图2，本发明实施例提供了一种纯电动车与制动真助空泵匹配的方法，包括：

201：设定最初真空度取值P及步长大小△p，输入整车参数，计算前、后车轮所需的最大制动力Fbmax。

具体地，取制动真空泵能够提供的最大真空度值Pmax，将步长△p设为负值，每循环计算一次，真空度值按设定的负步长递减，并重新参与计算，直到确认上一步的真空度取值为满足制动性能要求的最小真空度值。纯电动车整车参数包括：G为汽车重力, N；L为轴距，m；a为汽车质心至前轴中心线的距离，m；b为汽车质心至后轴中心线的距离，m；φ为地面附着系数；hg为汽车质心高度，m。汽车前轮所需最大制动力：Fbmax1=φ*G*(b+φ*hg)/L；汽车后轮所需最大制动力：Fbmax2=φ*G*(a-φ*hg)/L。

需要说明的是，制动真空泵能够提供的最大真空度值可以是已开发产品的理论参数或者是处于尚未开发阶段的产品设计目标，定义的步长可以根据匹配设计精度及装置运算速度调整，对此不做具体限定。整车参数可以是纯电动车设计目标参数，也可以是竟争车型的试验参数。

202：从原始参数数据库获取真空助力器输入、输出特性试验数据，并对不同真空度下的试验数据进行一维插值，绘制真空助力器输入、输出特性曲线。

具体地，可以通过真空助力器带制动主缸的台架试验，得到不同真空度下真空助力器的输入、输出特性试验数据，将试验数据中的各个参数转换为相互对应的向量形式存储在原始参数数据库。真空助力器的输入、输出特性试验数据包括不同真空度下真空助力器的输入力和输出力，将真空助力器的输入、输出特性试验数据中的各个参数转换为相互对应的向量形式，即将不同真空度下真空助力器的输入力和输出力转换为相互对应的向量形式，如某一真空度下真空助力器的输入力为Fi1、Fi2、Fi3…Fin，输出力为Fo1、Fo2、Fo3…Fon；将真空助力器的输入力与输出力转换为相互对应的向量形式为：（Fi1，Fo1）、（Fi2，Fo2）、（Fi3，Fo3）…（Fin，Fon）。

需要说明的是，以上所述真空助力器输入、输出特性试验数据仅指制动助力过程的试验数据，不包括回位过程；并且需要说明的是，不限于通过台架试验的方式得到真空助力器的输入力、输出力特性试验数据，可以采用现有技术中的任何可行的方式进行，对此不做具体限定。例如：用在真空助力器产品的开发过程中分析计算得到的值作为真空助力器的输入、输出特性试验数据。

进一步地，可以根据实际应用状况，分别对不同真空度下真空助力器的输入、输出特性试验数据进行一维插值，得到所需的真空助力器输入、输出特性插值数据。 如：真空助力器的输入、输出特性试验数据为真空助力器的输入力与输出力，台架试验得到的原始真空助力器输入力和输出力为（500N,2000N）、（800N,3000N）、（1300N,5500N）,如现在需要得到真空助力器输入力间隔为500N的多个真空助力器的输入力和输出力，则可以进行一维插值，得到多点个输入力、输出力特性插值数据分别为（500N,1872N）、（1000N,4092N）、（1500N,6311N）。

进一步地，根据真空助力器的输入、输出特性试验数据和插值数据，利用MATLAB绘图工具，绘制出真空助力器输入、输出特性曲线。将真空助力器的输入力作为横坐标，输出力作为纵坐标，绘制出的不同真空度下真空助力器的输入、输出特性曲线如图3所示。

需要说明的是，并不限于利用MATLAB绘图工具的方式进行，可以利用现有技术中任何可行的绘图工具实现，对此不做具体限定；并且需要说明的是，可以将真空助力器的输入、输出特性试验数据和真空助力器的输入、输出特性插值数据统称为真空助力器的输入、输出特性数据。从上述可以看出，对真空助力器的输入、输出特性试验数据进行一维插值，得到真空助力器的输入、输出特性插值数据，是为了便于绘制出更精细的真空助力器输入、输出特性曲线。因此，实际应用中，如果得到真空助力器的输入、输出特性试验数据的个数足够多，则可以直接根据真空助力器的输入、输出特性试验数据绘制真空助力器输入、输出特性曲线。

203：根据所述真空助力器的输入、输出特性曲线，近似求出真空助力器的输入、输出特性曲线上的两个特征参数：与最大助力点对应的输入力与输出力；根据所述最大助力点对应的输入力与输出力，求出不同真空度时踏板力与液压输出特性；

具体地，设真空助力器变压腔的真空度为零，不考虑助力器的机械效率，且忽略复位弹簧的反力和制动主缸推杆截面积的影响。利用MATLAB绘图工具取点命令，直接在曲线图上近似的求取不同真空度下真空助力器的输入、输出特性曲线上的最大助力点（X,Y）坐标值，即输入力-输出力。

需要说明的是最大助力点坐标即不同真空度下真空助力器输入、输出曲线的折点坐标，X,Y值分别为该点的输入力与输出力，最大助力点前的输出力与输入力之比即为助力比。

需要进一步说明的是，获取不同真空度下与最大助力点对应的输入力与输出力，也可以采用公式解析法，即：设D为伺服膜片有效直径，m；d1为橡胶反作用盘直径，m；d2为滑柱直径，m；p为真空助力器常压腔的真空度，Pa；Fis、Fos分别为与最大助力点对应的输入力与输出力，N；is为助力比。

根据真空助力器的原理，可列出平衡方程式：Fos=Fis+π*D^2*p/4, 4*Fis/(π*d2^2)=(π*p/4)/ (π*(d1^2-d2^2)/4)。解以上两式，得：Fis=π*D^2*p/(4*(is-1)), Fos=π*D^2*p*is/(4*(is-1)),is= Fos/ Fis=d1^2/d2^2，助力比为定值。由于原车采用双模片式真空助力器，因此在计算与最大助力点对应的输入力和输出力时，应以两个膜片有效直径的平方和应为2*D^2。由上述公式可以得到不同真空度时与最大助力点对应的输入力与输出力值。

进一步地，根据真空助力器的工作特性，可以求得制动主缸的输出压力。设Pm为制动主缸的输出压力，Pa；Fo为真空助力器输出力，N；Dm为制动主缸内径，m；取真空助力器输入、输出特性的插值数据，其中输入力以间隔500N取值Fi1、Fi2、Fi3、…Fin，获得相应的输出力为Fo1、Fo2、Fo3、…Fon，根据公式Pm=4*Fo/(π*Dm^2)，求相对应的制动主缸输出压力Pm1、Pm2、Pm3…Pmn，并以向量的形式存储在数据库中。

进一步地，根据上述计算结果，求取最大助力点前、后制动踏板力。设ip为制动踏板机构的传动比；np为制动踏板机构及制动主缸的机械效率；制动主缸的输出压力为Pm1、Pm2、Pm3…Pmn，根据公式计算最大助力点前制动踏板力为：Fp=π*Pm1*Dm^2/(4*ip*is*np)，最大助力点后制动踏板力为：Fp’=(π*Pm1*Dm^2/(4*ip*np))-(is-1)*Fo/(ip*np),得到最大助力点前、后的制动踏板力向量Fp1、Fp2、Fp3…Fpn；将制动主缸的输出压力和制动踏板力转换为相互对应的相量，即（Fp1,Pm1）、（Fp2,Pm2）、（Fp3,Pm3）…（Fpn,Pmn），得到不同真空度时踏板力与液压输出特性。

204：根据制动主缸的输出压力,计算制动轮缸对制动块施加的力。再由制动轮缸对制动块的力，计算盘式制动器的制动力矩，并计算制动器的制动力。

具体地，设d为轮缸直径，P为制动轮缸对制动器施加的力，Tf为盘式制动器的制动力矩，f为摩擦因数，R为作用半径，r为车轮滚动半径，Fu为制动器的制动力，由制动主缸的输出压力向量Pm1、Pm2、Pm3…Pmn，根据公式P=π*Pm*d^2/4,Tf=2*f*P*R,Fu=Tf/r，获得与输出压力向量相对应的制动器制动力向量(Fu1,Pm1)、(Fu2,Pm2),(Fu3,Pm3)…(Fun,Pmn)；

进一步地，根据在203中获得的不同真空度时踏板力与液压力输出特性，得到不同真空度下踏板力与制动器的制动力变化关系。踏板力与制动器制动力对应的向量关系为(Fp1,Fu1)、(Fp2,Fu2),(Fp3,Fu3)…(Fpn,Fun)。根据所述向量对应关系，绘制踏板力与制动器制动力变化关系曲线，如图4。

需要说明的是，本实施例采用每侧双轮缸结构，因此由2d^2代替上述公式中d^2。需要进一步说明的是，以上所述计算是以车轮上的盘式制动器为例，如针对鼓式制动器计算流程相同，需要选择相应的计算公式。

205：匹配评价参数包括：前、后轮所需最大制动器制动力、某一真空度下计算的制动器制动力，踏板力。

具体地，如果制动器制动力大于车轮所需的最大制动力，则最初设定的真空度值依步长递减，重新计算制动器制动力，当计算出的制动器的制动力小于车轮需要的最大制动力时，则取上一步的真空度值作为真空助力制动系统所需的最小真空度值。此时，在踏板力满足设计要求的情况下，可以计算得到理论上制动器能够提供的制动力。

需要说明的是，并不限于上述的匹配评价参数，还可以根据实际应用状况，设置其它的匹配评价参数。并且，在匹配时不可能使每项匹配评价参数都能达到最好，应综合加以考虑，尽量使真空泵提供的真空度和真空助力器输入、输出特性都达到较好的利用。

本发明实施例所述的纯电动车与制动真空泵的匹配方法，不需人工计算绘图，方便快捷地得到真空助力器输入、输出特性曲线，前、后轮所需最大制动器制动力，不同真空度下踏板力与制动器制动力关系曲线，使纯电动车与制动真空泵的匹配过程自动流程化，易于操作，减少了纯电动车与制动真空泵匹配所需的工作量和时间，提高了纯电动车与制动真空泵的匹配精度。

实施例2

本发明实施例提供了一种纯电动车与制动真空泵匹配的装置，参见图5，该装置包括：

数据获取模块501，用于获取整车设计参数、最初输入可变真空度值及步长、真空助力器的输入、输出特性数据。

进一步地，真空助力器的输入、输出特性数据包括真空助力器的输入、输出特性试验数据和真空助力器的输入、输出特性插值数据，数据获取模块501具体包括：

试验数据获取功能，用于从原始参数数据库获取真空助力器的输入、输出特性试验数据；插值功能，用于分别对试验数据获取单元获取的真空助力器输入、输出特性进行一维插值。

前、后轮所需最大制动力计算模块502，用于根据所述数据获取模块获取的整车设计参数，计算整车前、后轮所需最大制动力；

真空助力器输入、输出特性曲线绘制模块503，用于根据所述数据获取模块获取的真空助力器的输入、输出特性数据绘制真空助力器的输入、输出特性曲线；

与最大助力点对应的输入力值与输出力值获取模块504，用于根据所述真空助力器输入、输出特性曲线绘制模块绘制的真空助力器输入、输出特性曲线，得到与最大助力点对应的输入力值与输出力值；

助力比值计算模块505，用于根据所述与最大助力点对应的输入力值与输出力值获取模块获取的输入力值与输出力值，计算助力比；

踏板力与制动器制动力变化关系曲线绘制模块506，用于根据所述数据获取模块获取的整车设计参数、助力比值计算模块获取的助力比以及真空助力器输入、输出特性曲线绘制模块获取的真空助力器的输入、输出特性曲线，经过计算获得不同真空度下制动器的制动力随踏板力的变化曲线；

匹配评价参数获取模块507，用于根据所述前、后轮所需最大制动力、所述不同真空度下制动器的制动力随踏板力的变化曲线，获得真空助力制动系统所需要的最小真空度值。

本发明实施例所述的纯电动车与真空助力器匹配的装置，通过整车设计参数计算前、后轮所需的最大制动力，设定初始制动泵真空度，绘制不同真空度下真空助力器输入、输出特性曲线，经过进一步计算，获得不同真空度下踏板力与制动器制动力关系曲线，获得真空助力制动系统所需要的最小真空度值,该装置不需要人工计算绘图，方便快捷，使纯电动车与制动真空泵的匹配过程自动流程化，易于操作，减少了设计人员的工作量和时间，提高了纯电动车与制动真空泵的匹配精度。

以上实施例提供的技术方案中的全部或部分内容可以通过软件编程实现，其软件程序存储在可读取的存储介质中，存储介质例如：计算机中的硬盘、光盘或软盘。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种纯电动车与制动真空泵匹配的方法，所述方法包括：

步骤1：设定最初真空度取值及步长，输入整车参数，计算前、后车轮所需的最大制动力；

步骤2：从原始参数数据库获取真空助力器输入、输出特性试验数据，对不同真空度下的真空助力器输入、输出特性试验数据进行一维插值，绘制真空助力器的输入、输出特性曲线；

步骤3：根据所述真空助力器的输入、输出特性曲线，近似求出真空助力器的输入、输出特性曲线上的两个特征参数：与最大助力点对应的输入力与输出力；根据所述最大助力点对应的输入力与输出力，求出不同真空度时踏板力与液压输出特性；

步骤4：根据制动主缸的输出压力,计算制动轮缸对制动器施加的力；根据所述制动轮缸对制动器施加的力，计算制动器的制动力矩；根据所述制动器的制动力矩，计算制动器的制动力；

步骤5：匹配评价参数包括：前、后车轮所需最大制动器制动力、某一真空度下计算的制动器制动力、踏板力。

2.根据权利要求1所述的纯电动车与制动真空泵匹配的方法，其特征在于：所述步骤1的具体方法是：取制动真空泵能够提供的最大真空度值Pmax，将步长△p设为负值，每循环计算一次，真空度值按设定的负步长递减，并重新参与计算，直到确认上一步的真空度取值为满足制动性能要求的最小真空度值；

汽车前轮所需最大制动力：Fbmax1=φ*G*(b+φ*hg)/L；

汽车后轮所需最大制动力：Fbmax2=φ*G*(a-φ*hg)/L；

其中：G为汽车重力, N；L为轴距，m；a为汽车质心至前轴中心线的距离，m；b为汽车质心至后轴中心线的距离，m；φ为地面附着系数；hg为汽车质心高度，m。

3.根据权利要求1所述的纯电动车与制动真空泵匹配的方法，其特征在于：所述步骤2的原始参数数据库存储的是不同真空度下真空助力器的输入、输出特性试验数据，该数据是采用将试验数据中的各个参数转换为相互对应的向量形式存储在原始参数数据库中的；所述真空助力器输入、输出特性试验数据仅指制动助力过程的试验数据，不包括回位过程。

4.根据权利要求1所述的纯电动车与制动真空泵匹配的方法，其特征在于：所述步骤3中得到与最大助力点对应的输入力与输出力的方法是：利用MATLAB绘图工具取点命令，直接在曲线图上近似的求取不同真空度下真空助力器的输入、输出特性曲线上的最大助力点（X,Y）坐标值，即输入力-输出力，最大助力点坐标即不同真空度下真空助力器输入、输出曲线的折点坐标，X,Y值分别为该点的输入力与输出力，最大助力点前的输出力与输入力之比即为助力比。

5.根据权利要求1所述的纯电动车与制动真空泵匹配的方法，其特征在于：所述步骤5的具体方法为：如果制动器制动力大于车轮所需的最大制动力，则最初设定的真空度取值依步长递减，重新计算制动器制动力，当计算出的制动器的制动力小于车轮需要的最大制动力时，则取上一步的真空度值作为真空助力制动系统所需的最小真空度值。

6.一种实现权利要求1-5之任一项所述方法的纯电动车与制动真空泵匹配装置，所述装置包括：

数据获取模块，用于获取整车设计参数、最初输入可变真空度值及步长、真空助力器的输入、输出特性数据；

前、后轮所需最大制动力计算模块，用于根据所述数据获取模块获取的整车设计参数，计算整车前、后轮所需最大制动力；

真空助力器输入、输出特性曲线绘制模块，用于根据所述数据获取模块获取的真空助力器的输入、输出特性数据绘制真空助力器的输入、输出特性曲线；

与最大助力点对应的输入力值与输出力值获取模块，用于根据所述真空助力器输入、输出特性曲线绘制模块绘制的真空助力器输入、输出特性曲线，得到与最大助力点对应的输入力值与输出力值；

助力比值计算模块，用于根据所述与最大助力点对应的输入力值与输出力值获取模块获取的输入力值与输出力值，计算助力比；

踏板力与制动器制动力变化关系曲线绘制模块，用于根据所述数据获取模块获取的整车设计参数、助力比值计算模块获取的助力比以及真空助力器输入、输出特性曲线绘制模块获取的真空助力器的输入、输出特性曲线，经过计算获得不同真空度下制动器的制动力随踏板力的变化曲线；

匹配评价参数获取模块，用于根据所述前、后轮所需最大制动力、所述不同真空度下制动器的制动力随踏板力的变化曲线，获得真空助力制动系统所需要的最小真空度值。

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