電動物流車制動系統(tǒng)匹配與設(shè)計

陳偉，常慶軍，謝飛

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

新能源汽車

電動物流車制動系統(tǒng)匹配與設(shè)計

陳偉，常慶軍，謝飛

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

以某輕型純電動物流車為研究對象，根據(jù)電動物流車的應(yīng)用特點及城市物流運輸工況，匹配氣壓制動系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的化石原料車輛對比，電動物流車制動系統(tǒng)需使用電動空壓機。文章對電動空壓機如何具備安全可靠、低噪音、節(jié)能等功能給出了設(shè)計要求。

電動物流車；制動；電動空壓機；節(jié)能

Abstract:Taking a light electric vehicle as the research object, according to the application characteristics of the electric logistics vehicle and the urban logistics transportation conditions, matching the pneumatic braking system. Compared with the traditional fossil vehicle, the electric vehicle braking system needs to use an electric air compressor. This paper gives the design requirements of the electric air compressor for its functions of safety, reliability, low noise and energy saving.

Keywords: electric logistics vehicle; braking system; electric air compressor; energy conservation

CLC NO.: U472 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)18-102-03

引言

近兩年來，因國家政策等多方面因素影響，電動物流車發(fā)展經(jīng)歷了野蠻增長期與低迷期。隨著政策的落地，進入2017年下半年以來，純電動物流車市場逐漸回暖，7月份的銷量首次破萬輛大關(guān)，達到10813輛，同比漲幅高達1536%。電動物流車與傳統(tǒng)汽車相比具有結(jié)構(gòu)簡單、噪聲低等優(yōu)勢，特別是在城市工況下運行，電動汽車更加適宜。

從消費者和環(huán)保的角度考慮，大城市空氣污染問題越來越嚴重，采用純電動物流車可以改善此種狀況。在享受補貼政策的同時，電動物流車還可以享受免搖號、核發(fā)專段號牌、尾號不限行、優(yōu)先辦理牌照、發(fā)放機動車環(huán)保合格標志，允許其全天候、全路段通行等優(yōu)勢。所以，純電動物流車在我國具有得天獨厚的發(fā)展條件和廣闊的應(yīng)用前景。

純電動物流車發(fā)展逐步回歸理性，電動物流車的性能的好壞決定了一款產(chǎn)品在市場上的是否具備競爭力。制動系統(tǒng)是電動物流車的重要組成之一，承擔(dān)著車輛的安全、節(jié)能、低噪的設(shè)計要求，優(yōu)異的制動系統(tǒng)是電動物流車的核心競爭力之一。

1 制動系統(tǒng)的組成

某純電動物流車的制動系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如下：

傳統(tǒng)的化石原料車輛使用機械式的空氣壓縮機，空氣壓縮機通過發(fā)動機帶動工作。與傳統(tǒng)的化石原料車輛對比，電動物流車使用電動空壓機，由電機驅(qū)動空壓機運轉(zhuǎn)，電機由DCAC（交直流電逆變器）提供電壓并進行工作邏輯控制，某純電動物流車的制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖

電動物流車的制動系統(tǒng)其它部件與傳統(tǒng)的化石原料車輛相同，本文不再詳述。

2 電動空壓機的匹配與設(shè)計

2.1 電動空壓機的主要類型

目前市場上常見的電動空壓機有滑片式空壓機、活塞式空壓機與渦旋式空壓機三種結(jié)構(gòu)。

圖2 滑片式空壓機

圖3 活塞式空壓機

圖4 渦旋式空壓機

滑片空壓機是容積式壓縮機的一種，靠轉(zhuǎn)子相對于定子（氣缸）呈偏心式運轉(zhuǎn)，相臨的兩個滑片、轉(zhuǎn)子外壁與定子內(nèi)壁間就形成了一個壓縮腔，隨著壓縮腔容積的變化而實現(xiàn)吸氣、壓縮、排氣三個工作過程?；娇諌簷C在三種空壓機中使用噪音最低，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，出氣中油水的含量較多，在使用過程中需要頻繁的定期檢查與保養(yǎng)，后期使用成本較高。

活塞空壓機是往復(fù)式空壓機的一種，靠電動機帶動曲柄滑塊機構(gòu)形成的活塞往復(fù)運動，而實現(xiàn)吸氣、壓縮、排氣三個工作過程。活塞式空壓機在三種空壓機中噪音與振動最大，出氣中油水含量較多，產(chǎn)品成本較低，后期維護成本低于滑片式空壓機。

渦旋式空壓機通過兩個圓漸開線型線的動靜渦盤相互嚙合而完成吸氣、壓縮和排氣的工作過程。渦旋式空壓機出氣含油量最低，后期使用維護成本較低，但使用噪音偏大，成本較高。

圖5 渦旋式空壓機的工作順序

2.2 電動空壓機的設(shè)計參數(shù)

電動空壓機排量γ需要滿足制動系統(tǒng)對打氣時間的要求。

式中，P：額定工作壓力；V：儲氣筒容積；t：打氣時間；P0：額定大氣壓

某電動物流車的額定工作壓力為 0.8MPa，儲氣筒容積37.8L，額定大氣壓0.1013MPa。根據(jù)GB 12676-2014，打氣時間要求≤6min，根據(jù)實際使用情況，打氣時間≤2min為宜。

計算得出空壓機的排量為160L/min。

根據(jù)空壓機的排量，選擇電機的功率，該款電動物流車選擇功率1.5kw的電機即可滿足使用要求。

某電動物流車電動空壓機的其它設(shè)計參數(shù)如表1所示：

表1 電動空壓機的設(shè)計參數(shù)

此外，電機EMC需滿足GB/T 18655等級2的相關(guān)要求。

某電動物流車根據(jù)上述要求，最終選擇了滑片式電動空壓機，電機類型為永磁電機。

3 DCAC的匹配與設(shè)計

DCAC逆變器為電動物流車制動系統(tǒng)的核心零部件之一，其作用為把電池的直流高壓電轉(zhuǎn)換為可供電動空壓機使用的交流電壓，并根據(jù)控制邏輯對電動空壓機進行啟?？刂疲瑢崿F(xiàn)電動車制動系統(tǒng)的智能化、節(jié)能化與安全可靠。

DCAC存在的形式有四種，一是以單獨的零部件直接存在，二是與其它高壓部件組合為三合一或者四合一，三是DCAC集成至高壓配電盒內(nèi)，四是DCAC集成至電動空壓機內(nèi)部?？偟膩碚f，集成化是DCAC的發(fā)展趨勢。

某電動物流車DCAC設(shè)計之初，提出如下的控制邏輯：

A儀表采集氣壓傳感器信號并通過CAN發(fā)出氣壓值信號 i、j；

B DCAC接收來自儀表的信號；

C 當(dāng)i≥0.8MPa&j≥0.8MPa，DCAC停止對空壓機壓力輸入；

首先，對消費者權(quán)利體系予以重構(gòu)。不同于傳統(tǒng)的消費模式，利用預(yù)付卡消費時，必須要重新深化與調(diào)整消費者的權(quán)利體系，明確合同解釋權(quán)。這樣當(dāng)經(jīng)營者履行預(yù)付卡的后續(xù)義務(wù)時，若隨意降低服務(wù)質(zhì)量或增加消費條件，消費者有權(quán)解除預(yù)付卡合同，且能獲得經(jīng)營者所賠償?shù)慕?jīng)濟和精神損失[4]。同時將消費者后悔權(quán)引入到預(yù)付卡消費者，這是因為消費者會因優(yōu)惠打折而購買預(yù)付卡，所以立法中要為消費者提供一定的冷靜期，消費者可在此期間中止預(yù)付卡合同。

D 當(dāng)i≤0.6MPa or j≤0.6MPa，DCAC恢復(fù)對空壓機壓力輸入；

E 因滑片式空壓機容易發(fā)生油乳化現(xiàn)象，每次車輛上電時空壓機持續(xù)運轉(zhuǎn)18min；

F DCAC采集空壓機的溫度信號，當(dāng)溫度大于90℃時，DCAC停止對空壓機壓力輸入。

在整車進行制動系統(tǒng)標定過程中，發(fā)生了如下問題：

（1） DCAC恢復(fù)對空壓機壓力輸入的氣壓值設(shè)計偏低，在山路持續(xù)下坡連續(xù)制動時，氣壓會下降至報警氣壓0.45MPa，出現(xiàn)氣壓表“閃亮”的現(xiàn)象，造成用戶驚慌；

（2）車輛每次上電后空壓機都要持續(xù)運轉(zhuǎn)18min，城市物流配送實際使用時需要頻繁的啟停車輛，會造成空壓機不停的工作，造成能源的浪費，持續(xù)產(chǎn)生工作噪音并造成空壓機出氣溫度偏高。

（1）提高 DCAC恢復(fù)對空壓機壓力輸入的氣壓值至0.65MPa，即當(dāng)i≤0.65MPa or j≤0.65MPa，DCAC恢復(fù)對空壓機壓力輸入；

（2）增加DCAC與整車T-box的通訊，DCAC接收來自T-box的時間軸信號，在執(zhí)行了一次空壓機持續(xù)運行18min之后的兩個小時內(nèi)，不管車輛上下電的狀態(tài)，空壓機均不再持續(xù)運行18min。

優(yōu)化后的具體控制流程圖如下：

圖6 DCAC控制邏輯圖

DCAC的設(shè)計參數(shù)如表2所示：

表2 DCAC設(shè)計參數(shù)

此外，DCAC的EMC需滿足GB/T 18655等級2的相關(guān)要求。

4 電動物流車制動系統(tǒng)設(shè)計的其它問題

筆者根據(jù)自身對電動物流車的設(shè)計經(jīng)驗，總結(jié)了電動物流車開發(fā)中制動系統(tǒng)經(jīng)常會遇到的問題：

（1）傳統(tǒng)的化石原料物流車發(fā)動機變速箱等大件布置在車架兩個縱梁的內(nèi)側(cè)，車輛的重心位于車架縱梁內(nèi)側(cè)，而許多電動物流車的電池包懸掛于縱梁的外側(cè)，車輛的重心位于車輛左右縱梁的外側(cè)，如圖7，圖8所示。

圖7 化石原料物流車重心位置

圖8 電動物流車的重心位置

電動物流車的實際重心位于縱梁外側(cè)，這是一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，在車輛制動時車輛極易出現(xiàn)抖動現(xiàn)象，在制動設(shè)計時需要考慮并進行針對性設(shè)計，消除制動抖動。

（2）電動物流車制動系統(tǒng)的高壓部件電動空壓機、DCAC等在布置中需要同時考慮高壓部件在整車的EMC、風(fēng)冷部件的冷卻性能、隔音減振設(shè)計、防塵防水設(shè)計等；

（3） 電動空壓機與DCAC等制動部件的設(shè)計需要考慮部件在使用過程中的維持保養(yǎng)得方便性與經(jīng)濟性。

5 總結(jié)

本文就電動物流車的氣壓制動系統(tǒng)用的電動空壓機與DCAC的設(shè)計與匹配進行詳細的分析并給出設(shè)計建議，并對電動物流車制動系統(tǒng)在設(shè)計中需要考慮規(guī)避的問題進行了說明。本文對電動物流車制動系統(tǒng)設(shè)計人員具有借鑒意義。

參考資料

[1] GB 12676-2014.商用車輛和掛車制動系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗方法.

[2] GB/T 18655-2002 .用于保護車載接收器的無線電騷擾特性的限值和測量方法.

Matching and Design of Braking System for an Electric Logistics Vehicle

Chen Wei, Chang Qingjun, Xie Fei
（Technique center, Anhui Jianghuai Automobile group CO. LTD., Anhui Hefei 230601）

U472 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)18-102-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.035

陳偉，主管工程師，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司技術(shù)中心。