陳偉，常慶軍，謝飛

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

新能源汽車(chē)

電動(dòng)物流車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)匹配與設(shè)計(jì)

陳偉，常慶軍，謝飛

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

以某輕型純電動(dòng)物流車(chē)為研究對(duì)象，根據(jù)電動(dòng)物流車(chē)的應(yīng)用特點(diǎn)及城市物流運(yùn)輸工況，匹配氣壓制動(dòng)系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的化石原料車(chē)輛對(duì)比，電動(dòng)物流車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)需使用電動(dòng)空壓機(jī)。文章對(duì)電動(dòng)空壓機(jī)如何具備安全可靠、低噪音、節(jié)能等功能給出了設(shè)計(jì)要求。

電動(dòng)物流車(chē)；制動(dòng)；電動(dòng)空壓機(jī)；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(lái)，因國(guó)家政策等多方面因素影響，電動(dòng)物流車(chē)發(fā)展經(jīng)歷了野蠻增長(zhǎng)期與低迷期。隨著政策的落地，進(jìn)入2017年下半年以來(lái)，純電動(dòng)物流車(chē)市場(chǎng)逐漸回暖，7月份的銷(xiāo)量首次破萬(wàn)輛大關(guān)，達(dá)到10813輛，同比漲幅高達(dá)1536%。電動(dòng)物流車(chē)與傳統(tǒng)汽車(chē)相比具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、噪聲低等優(yōu)勢(shì)，特別是在城市工況下運(yùn)行，電動(dòng)汽車(chē)更加適宜。

從消費(fèi)者和環(huán)保的角度考慮，大城市空氣污染問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，采用純電動(dòng)物流車(chē)可以改善此種狀況。在享受補(bǔ)貼政策的同時(shí)，電動(dòng)物流車(chē)還可以享受免搖號(hào)、核發(fā)專(zhuān)段號(hào)牌、尾號(hào)不限行、優(yōu)先辦理牌照、發(fā)放機(jī)動(dòng)車(chē)環(huán)保合格標(biāo)志，允許其全天候、全路段通行等優(yōu)勢(shì)。所以，純電動(dòng)物流車(chē)在我國(guó)具有得天獨(dú)厚的發(fā)展條件和廣闊的應(yīng)用前景。

純電動(dòng)物流車(chē)發(fā)展逐步回歸理性，電動(dòng)物流車(chē)的性能的好壞決定了一款產(chǎn)品在市場(chǎng)上的是否具備競(jìng)爭(zhēng)力。制動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)物流車(chē)的重要組成之一，承擔(dān)著車(chē)輛的安全、節(jié)能、低噪的設(shè)計(jì)要求，優(yōu)異的制動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)物流車(chē)的核心競(jìng)爭(zhēng)力之一。

1 制動(dòng)系統(tǒng)的組成

某純電動(dòng)物流車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如下：

傳統(tǒng)的化石原料車(chē)輛使用機(jī)械式的空氣壓縮機(jī)，空氣壓縮機(jī)通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)工作。與傳統(tǒng)的化石原料車(chē)輛對(duì)比，電動(dòng)物流車(chē)使用電動(dòng)空壓機(jī)，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)由DCAC（交直流電逆變器）提供電壓并進(jìn)行工作邏輯控制，某純電動(dòng)物流車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

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

2 電動(dòng)空壓機(jī)的匹配與設(shè)計(jì)

2.1 電動(dòng)空壓機(jī)的主要類(lèi)型

目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的電動(dòng)空壓機(jī)有滑片式空壓機(jī)、活塞式空壓機(jī)與渦旋式空壓機(jī)三種結(jié)構(gòu)。

圖2 滑片式空壓機(jī)

圖3 活塞式空壓機(jī)

圖4 渦旋式空壓機(jī)

滑片空壓機(jī)是容積式壓縮機(jī)的一種，靠轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子（氣缸）呈偏心式運(yùn)轉(zhuǎn)，相臨的兩個(gè)滑片、轉(zhuǎn)子外壁與定子內(nèi)壁間就形成了一個(gè)壓縮腔，隨著壓縮腔容積的變化而實(shí)現(xiàn)吸氣、壓縮、排氣三個(gè)工作過(guò)程。滑片式空壓機(jī)在三種空壓機(jī)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(guò)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(jī)是往復(fù)式空壓機(jī)的一種，靠電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)形成的活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而實(shí)現(xiàn)吸氣、壓縮、排氣三個(gè)工作過(guò)程。活塞式空壓機(jī)在三種空壓機(jī)中噪音與振動(dòng)最大，出氣中油水含量較多，產(chǎn)品成本較低，后期維護(hù)成本低于滑片式空壓機(jī)。

渦旋式空壓機(jī)通過(guò)兩個(gè)圓漸開(kāi)線型線的動(dòng)靜渦盤(pán)相互嚙合而完成吸氣、壓縮和排氣的工作過(guò)程。渦旋式空壓機(jī)出氣含油量最低，后期使用維護(hù)成本較低，但使用噪音偏大，成本較高。

圖5 渦旋式空壓機(jī)的工作順序

2.2 電動(dòng)空壓機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)

電動(dòng)空壓機(jī)排量γ需要滿(mǎn)足制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)打氣時(shí)間的要求。

式中，P：額定工作壓力；V：儲(chǔ)氣筒容積；t：打氣時(shí)間；P0：額定大氣壓

某電動(dòng)物流車(chē)的額定工作壓力為 0.8MPa，儲(chǔ)氣筒容積37.8L，額定大氣壓0.1013MPa。根據(jù)GB 12676-2014，打氣時(shí)間要求≤6min，根據(jù)實(shí)際使用情況，打氣時(shí)間≤2min為宜。

計(jì)算得出空壓機(jī)的排量為160L/min。

根據(jù)空壓機(jī)的排量，選擇電機(jī)的功率，該款電動(dòng)物流車(chē)選擇功率1.5kw的電機(jī)即可滿(mǎn)足使用要求。

某電動(dòng)物流車(chē)電動(dòng)空壓機(jī)的其它設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示：

表1 電動(dòng)空壓機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)

此外，電機(jī)EMC需滿(mǎn)足GB/T 18655等級(jí)2的相關(guān)要求。

某電動(dòng)物流車(chē)根據(jù)上述要求，最終選擇了滑片式電動(dòng)空壓機(jī)，電機(jī)類(lèi)型為永磁電機(jī)。

3 DCAC的匹配與設(shè)計(jì)

DCAC逆變器為電動(dòng)物流車(chē)制動(dòng)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(dòng)空壓機(jī)使用的交流電壓，并根據(jù)控制邏輯對(duì)電動(dòng)空壓機(jī)進(jìn)行啟?？刂?，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車(chē)制動(dòng)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(dú)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(dòng)空壓機(jī)內(nèi)部。總的來(lái)說(shuō)，集成化是DCAC的發(fā)展趨勢(shì)。

某電動(dòng)物流車(chē)DCAC設(shè)計(jì)之初，提出如下的控制邏輯：

A儀表采集氣壓傳感器信號(hào)并通過(guò)CAN發(fā)出氣壓值信號(hào) i、j；

B DCAC接收來(lái)自?xún)x表的信號(hào)；

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

首先，對(duì)消費(fèi)者權(quán)利體系予以重構(gòu)。不同于傳統(tǒng)的消費(fèi)模式，利用預(yù)付卡消費(fèi)時(shí)，必須要重新深化與調(diào)整消費(fèi)者的權(quán)利體系，明確合同解釋權(quán)。這樣當(dāng)經(jīng)營(yíng)者履行預(yù)付卡的后續(xù)義務(wù)時(shí)，若隨意降低服務(wù)質(zhì)量或增加消費(fèi)條件，消費(fèi)者有權(quán)解除預(yù)付卡合同，且能獲得經(jīng)營(yíng)者所賠償?shù)慕?jīng)濟(jì)和精神損失[4]。同時(shí)將消費(fèi)者后悔權(quán)引入到預(yù)付卡消費(fèi)者，這是因?yàn)橄M(fèi)者會(huì)因優(yōu)惠打折而購(gòu)買(mǎi)預(yù)付卡，所以立法中要為消費(fèi)者提供一定的冷靜期，消費(fèi)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(duì)空壓機(jī)壓力輸入；

E 因滑片式空壓機(jī)容易發(fā)生油乳化現(xiàn)象，每次車(chē)輛上電時(shí)空壓機(jī)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)18min；

F DCAC采集空壓機(jī)的溫度信號(hào)，當(dāng)溫度大于90℃時(shí)，DCAC停止對(duì)空壓機(jī)壓力輸入。

在整車(chē)進(jìn)行制動(dòng)系統(tǒng)標(biāo)定過(guò)程中，發(fā)生了如下問(wèn)題：

（1） DCAC恢復(fù)對(duì)空壓機(jī)壓力輸入的氣壓值設(shè)計(jì)偏低，在山路持續(xù)下坡連續(xù)制動(dòng)時(shí)，氣壓會(huì)下降至報(bào)警氣壓0.45MPa，出現(xiàn)氣壓表“閃亮”的現(xiàn)象，造成用戶(hù)驚慌；

（2）車(chē)輛每次上電后空壓機(jī)都要持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)18min，城市物流配送實(shí)際使用時(shí)需要頻繁的啟停車(chē)輛，會(huì)造成空壓機(jī)不停的工作，造成能源的浪費(fèi)，持續(xù)產(chǎn)生工作噪音并造成空壓機(jī)出氣溫度偏高。

（1）提高 DCAC恢復(fù)對(duì)空壓機(jī)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(duì)空壓機(jī)壓力輸入；

（2）增加DCAC與整車(chē)T-box的通訊，DCAC接收來(lái)自T-box的時(shí)間軸信號(hào)，在執(zhí)行了一次空壓機(jī)持續(xù)運(yùn)行18min之后的兩個(gè)小時(shí)內(nèi)，不管車(chē)輛上下電的狀態(tài)，空壓機(jī)均不再持續(xù)運(yùn)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(jì)參數(shù)如表2所示：

表2 DCAC設(shè)計(jì)參數(shù)

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

4 電動(dòng)物流車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的其它問(wèn)題

筆者根據(jù)自身對(duì)電動(dòng)物流車(chē)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了電動(dòng)物流車(chē)開(kāi)發(fā)中制動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)遇到的問(wèn)題：

（1）傳統(tǒng)的化石原料物流車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱等大件布置在車(chē)架兩個(gè)縱梁的內(nèi)側(cè)，車(chē)輛的重心位于車(chē)架縱梁內(nèi)側(cè)，而許多電動(dòng)物流車(chē)的電池包懸掛于縱梁的外側(cè)，車(chē)輛的重心位于車(chē)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(chē)重心位置

圖8 電動(dòng)物流車(chē)的重心位置

電動(dòng)物流車(chē)的實(shí)際重心位于縱梁外側(cè)，這是一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，在車(chē)輛制動(dòng)時(shí)車(chē)輛極易出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象，在制動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮并進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，消除制動(dòng)抖動(dòng)。

（2）電動(dòng)物流車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的高壓部件電動(dòng)空壓機(jī)、DCAC等在布置中需要同時(shí)考慮高壓部件在整車(chē)的EMC、風(fēng)冷部件的冷卻性能、隔音減振設(shè)計(jì)、防塵防水設(shè)計(jì)等；

（3） 電動(dòng)空壓機(jī)與DCAC等制動(dòng)部件的設(shè)計(jì)需要考慮部件在使用過(guò)程中的維持保養(yǎng)得方便性與經(jīng)濟(jì)性。

5 總結(jié)

本文就電動(dòng)物流車(chē)的氣壓制動(dòng)系統(tǒng)用的電動(dòng)空壓機(jī)與DCAC的設(shè)計(jì)與匹配進(jìn)行詳細(xì)的分析并給出設(shè)計(jì)建議，并對(duì)電動(dòng)物流車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中需要考慮規(guī)避的問(wèn)題進(jìn)行了說(shuō)明。本文對(duì)電動(dòng)物流車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員具有借鑒意義。

參考資料

[1] GB 12676-2014.商用車(chē)輛和掛車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗(yàn)方法.

[2] GB/T 18655-2002 .用于保護(hù)車(chē)載接收器的無(wú)線電騷擾特性的限值和測(cè)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(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(chē)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心。