電動(dòng)客車空氣管路氣壓控制的另一途徑

楊國(guó)華，韋書(shū)達(dá)，招思安

（珠海市廣通汽車有限公司，廣東 珠海 519040）

1 概述

新能源客車除其核心技術(shù)外，各輔助系統(tǒng)如制動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等的合理控制方式仍在摸索和創(chuàng)新階段[1]。與常規(guī)燃料客車在氣壓制動(dòng)系統(tǒng)中最大的區(qū)別是，新能源客車采用電控空氣壓縮機(jī)，在氣壓達(dá)到制動(dòng)回路的工作氣壓時(shí)，停止給空氣壓縮機(jī)供電，以達(dá)到節(jié)約能源的目的。而如何實(shí)現(xiàn)在氣壓達(dá)到設(shè)定值范圍時(shí)空氣壓縮機(jī)停止工作，同時(shí)氣壓值達(dá)到調(diào)壓閥設(shè)定值時(shí)干燥器自動(dòng)排氣，實(shí)現(xiàn)干燥器排水再生功能，目前國(guó)內(nèi)各大客車廠家仍沒(méi)有一個(gè)成熟的控制方法。

現(xiàn)比較普遍的有兩種方式：一是采用單點(diǎn)控制方式，在主氣路或后制動(dòng)回路上安裝氣壓控制開(kāi)關(guān)，將調(diào)壓閥設(shè)定壓力高于氣壓開(kāi)關(guān)設(shè)定值，由此氣壓開(kāi)關(guān)信號(hào)來(lái)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)的空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行和停止。此方式可以成功控制電動(dòng)空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行停止和氣管路系統(tǒng)壓力，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)干燥器的自動(dòng)排水和再生，需定期對(duì)干燥器進(jìn)行手動(dòng)排水。另一種是采用電控空氣干燥器，在干燥器積水達(dá)到一定值時(shí)，干燥器自動(dòng)排水，而目前只有少數(shù)國(guó)外高端品牌的干燥器如WABCO、KNNOR等廠家有此成熟產(chǎn)品，且并未在國(guó)內(nèi)推廣，價(jià)格很高。

我公司在經(jīng)過(guò)多次嘗試之后，采用簡(jiǎn)單、可靠的汽車元件成功地實(shí)現(xiàn)了對(duì)新能源客車氣壓管路的合理控制?，F(xiàn)以GTQ6117BEVB型純電動(dòng)客車的壓縮空氣管路系統(tǒng)為例，對(duì)其工作原理進(jìn)行介紹。

2 控制原理

1）采用常規(guī)干燥器，只是在主要?dú)鈮汗苈分性O(shè)置氣壓控制開(kāi)關(guān)[2]來(lái)控制電控空氣壓縮機(jī)。

①當(dāng)干燥器上調(diào)壓閥設(shè)置壓力值高于氣壓開(kāi)關(guān)設(shè)置值時(shí)[3]：電控空氣壓縮機(jī)提供的氣壓達(dá)到氣壓開(kāi)關(guān)設(shè)置值（假設(shè)0.75 MPa）時(shí)，氣壓開(kāi)關(guān)產(chǎn)生電信號(hào)，使電控空氣壓縮機(jī)停止工作。而此時(shí)壓縮空氣管路壓力仍然低于干燥器調(diào)壓閥設(shè)置壓力（假設(shè)0.8 MPa），所以空氣干燥器無(wú)法正常排水，再生功能失效，最終使壓縮空氣把水分帶入主體管路。在比較寒冷的地區(qū)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)氣管路堵塞或爆裂現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)制動(dòng)失效。因此，只好使用定期手動(dòng)排水的方式，來(lái)解決干燥器不工作的問(wèn)題。

②當(dāng)干燥器上調(diào)壓閥設(shè)置壓力值低于氣壓開(kāi)關(guān)設(shè)置值時(shí)：電控空氣壓縮機(jī)打氣壓力達(dá)到干燥器上調(diào)壓閥設(shè)置壓力（假設(shè)0.75 MPa）時(shí)，尚未達(dá)到氣壓開(kāi)關(guān)的設(shè)置值（假設(shè)0.8 MPa）。此時(shí)干燥器因?yàn)?口不斷有高于0.75 MPa的氣壓輸入，因此，排氣口3口常通，壓縮空氣持續(xù)排出。而因?yàn)楦稍锲鞯牟粩嗯艢?，使整個(gè)氣壓管路始終無(wú)法達(dá)到氣壓開(kāi)關(guān)的設(shè)定值0.8 MPa，氣壓開(kāi)關(guān)無(wú)法產(chǎn)生電信號(hào)來(lái)控制電控空氣壓縮機(jī)停止工作。電控空氣壓縮機(jī)因電機(jī)的持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)極易產(chǎn)生故障，且不能達(dá)到節(jié)能作用。

③當(dāng)干燥器上調(diào)壓閥設(shè)置壓力值等于氣壓開(kāi)關(guān)設(shè)置值時(shí)：電控空氣壓縮機(jī)提供的氣壓達(dá)到氣壓開(kāi)關(guān)設(shè)置值（假設(shè)0.8 MPa）時(shí)，氣壓剛達(dá)到0.8 MPa時(shí)，空氣壓縮機(jī)就停止供氣，而21口缺少后續(xù)的壓縮空氣進(jìn)去B腔去推開(kāi)排氣閥門(mén)，或者閥門(mén)打開(kāi)時(shí)間過(guò)短，不足以完成整個(gè)再生時(shí)間，再生功能是在排氣后產(chǎn)生的壓力差，由再生氣筒的高壓氣體反沖經(jīng)過(guò)干燥劑，流向排氣閥，從而把干燥劑的水分帶走。所以會(huì)導(dǎo)致干燥器處于不正常干燥與排氣狀態(tài)，而且干燥器上調(diào)壓閥設(shè)置壓力值是有誤差的，這不是一個(gè)精確值，一般都有±0.02 MPa的波動(dòng)范圍，則每一個(gè)干燥器的調(diào)壓閥設(shè)置壓力值不是恒定的，這都是由于制造工藝及各零部件極小差別等原因造成的。這種情況導(dǎo)致干燥器不正常工作，空氣壓縮機(jī)的開(kāi)與關(guān)無(wú)法準(zhǔn)確判斷，存在嚴(yán)重隱患[4]。

2）帶4口的集成調(diào)壓閥式干燥器工作原理。它與采用目前普遍的集成調(diào)壓閥干燥器不同，我公司選用了帶4口的集成調(diào)壓閥空氣干燥器。其工作原理如下：

如圖1所示，由空氣壓縮機(jī)輸出壓縮空氣經(jīng)接口1進(jìn)入A室。此時(shí)，由于溫度下降，會(huì)產(chǎn)生冷凝水，冷凝水經(jīng)通道C從排氣閥門(mén)e排出。壓縮空氣流經(jīng)位于干燥濾筒的細(xì)過(guò)濾器到達(dá)干燥器濾筒頂部。當(dāng)空氣流經(jīng)干燥劑時(shí)，水分被干燥劑吸附被滯留在其表面上，干燥后的空氣經(jīng)單向閥和21口流向四回路保護(hù)閥，同時(shí)，干燥后的空氣經(jīng)22口流到再生儲(chǔ)氣筒。當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到切斷壓力時(shí)，壓縮空氣由21口流到4口，通過(guò)4口使B腔增壓，從而使活塞e向下移動(dòng)打開(kāi)閥門(mén)e，這樣從A室來(lái)的壓縮空氣經(jīng)通道C和排氣閥門(mén)e排出。

同時(shí)，來(lái)自再生儲(chǔ)氣筒的壓縮空氣經(jīng)22口流向干燥濾筒下端，膨脹的壓縮空氣自下而上流經(jīng)干燥劑，把干燥劑表面的水分吸走，并通過(guò)排氣閥門(mén)e排出。當(dāng)調(diào)壓閥達(dá)到接通壓力時(shí)，B腔壓縮空氣被排出，4口的空氣也被排出，排氣閥e關(guān)閉。此時(shí)，整個(gè)干燥過(guò)程又重新開(kāi)始[5]。

其與常規(guī)不帶4口集成調(diào)壓閥式干燥器的區(qū)別主要是在達(dá)到調(diào)壓閥設(shè)定值即干燥器開(kāi)始排氣排水時(shí)，在4口會(huì)有氣壓輸出。如果合理地采集此信號(hào)并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，則可實(shí)現(xiàn)對(duì)電控空氣壓縮機(jī)的停止運(yùn)行控制。

3）采用帶4口集成調(diào)壓閥式干燥器的氣壓制動(dòng)系統(tǒng)控制原理：主要是利用干燥器上4口的氣壓信號(hào)，通過(guò)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，完全可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電控空氣壓縮機(jī)停止工作的可靠控制。為了避免出現(xiàn)在4口氣壓變化頻繁，電控空氣壓縮機(jī)啟動(dòng)和停止工作頻繁導(dǎo)致故障的情況，可在氣壓制動(dòng)回路安裝氣壓開(kāi)關(guān)，通過(guò)電路控制就可以實(shí)現(xiàn)。即采集空氣干燥器上的高氣壓點(diǎn)和氣制動(dòng)回路中的低氣壓點(diǎn)，通過(guò)對(duì)這兩點(diǎn)氣壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)對(duì)電控空氣壓縮機(jī)啟動(dòng)和停止工作的成功控制。

①此控制系統(tǒng)的氣路布置如圖2所示[6]。在4口安裝一個(gè)制動(dòng)燈信號(hào)開(kāi)關(guān)[7]，有壓縮空氣產(chǎn)生時(shí)，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)給空氣壓縮機(jī)的電控系統(tǒng)，由此控制空氣壓縮機(jī)停止工作；而整車氣路的氣壓降低到安全氣壓以下（假設(shè)0.62 MPa）時(shí)，通過(guò)安裝在后制動(dòng)儲(chǔ)氣筒的低壓報(bào)警傳感器提供另一電信號(hào)給空氣壓縮機(jī)的電控系統(tǒng)，控制空氣壓縮機(jī)開(kāi)始工作。

②此控制系統(tǒng)的電路布置如圖3所示[8]。

①當(dāng)系統(tǒng)氣壓低于0.62 MPa時(shí)：0.62 MPa低壓報(bào)警傳感器由斷開(kāi)狀態(tài)轉(zhuǎn)為閉合狀態(tài)-繼電器2的控制電源接通-繼電器2工作。電路A：繼電器4控制電源接通-繼電器4工作-接通空氣壓縮機(jī)控制線-打氣泵開(kāi)始工作。電路B：繼電器3接收到電信號(hào)工作（注：此時(shí)干燥器必然不在排氣狀態(tài)，制動(dòng)燈開(kāi)關(guān)傳感器處于斷開(kāi)狀態(tài)），使得0.62 MPa低壓報(bào)警傳感器在氣壓大于0.62 MPa后由閉合狀態(tài)變?yōu)閿嚅_(kāi)時(shí)，空氣壓縮機(jī)控制電路仍保持在接通狀態(tài)，空氣壓縮機(jī)一直保持工作，直至干燥器排氣。

②當(dāng)空氣壓縮機(jī)工作使系統(tǒng)氣壓達(dá)到干燥器排氣值（約0.80 MPa）時(shí)，干燥器4口排氣，驅(qū)動(dòng)制動(dòng)燈開(kāi)關(guān)傳感器由斷開(kāi)狀態(tài)變?yōu)榻油顟B(tài)，繼電器1控制電路接通-繼電器1工作，斷開(kāi)繼電器3的控制電路-繼電器3停止工作-斷開(kāi)繼電器4的控制電源-繼電器4停止工作，空氣壓縮機(jī)控制電路被斷開(kāi)-空氣壓縮機(jī)停止工作。即整車氣壓低于0.62 MPa時(shí)，接通空氣壓縮機(jī)電源使其開(kāi)始工作，直至氣壓升高到空氣干燥器切斷壓力（約0.80 MPa）時(shí)，斷開(kāi)空氣壓縮機(jī)電源使其停止工作，至整車氣壓低于0.62 MPa（假設(shè)值，具體值根據(jù)氣壓傳感器參數(shù)）時(shí)，再次接通空氣壓縮機(jī)電源使其開(kāi)始工作，如此循環(huán)。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹的控制方式所采用的元件都是成熟、簡(jiǎn)單、可靠的氣壓和電器元件，能達(dá)到理想的控制和節(jié)能效果，且通過(guò)批量生產(chǎn)的GTQ6117BEVB車型在廣東省珠海市一年以來(lái)的試驗(yàn)和營(yíng)運(yùn)驗(yàn)證，此系統(tǒng)故障率低，維修方便，性價(jià)比高。

[1]陳家瑞.汽車構(gòu)造（第3版下冊(cè)）[M].北京:人民交通出版社，2001.

[2]陳文弟.客車制造工藝技術(shù)[M].北京:人民交通出版社，2002.

[3]余志生.汽車?yán)碚摚ǖ?版）[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[4]汽車工程手冊(cè)編輯委員會(huì).汽車工程手冊(cè)：設(shè)計(jì)篇[K].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

[5]林秉華.最新汽車設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)[K].哈爾濱:黑龍江人民出版社，2005.

[6]王望予.汽車設(shè)計(jì)（第3版下冊(cè)）[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[7]李春明.汽車電器與電路[M].北京:高等教育出版社，2010.

[8]張文生.電工學(xué)（下冊(cè)）[M].北京:中國(guó)電力出版社，2010.