電動客車空氣管路氣壓控制的另一途徑

楊國華，韋書達，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外，各輔助系統如制動系統、轉向系統等的合理控制方式仍在摸索和創新階段[1]。與常規燃料客車在氣壓制動系統中最大的區別是，新能源客車采用電控空氣壓縮機，在氣壓達到制動回路的工作氣壓時，停止給空氣壓縮機供電，以達到節約能源的目的。而如何實現在氣壓達到設定值范圍時空氣壓縮機停止工作，同時氣壓值達到調壓閥設定值時干燥器自動排氣，實現干燥器排水再生功能，目前國內各大客車廠家仍沒有一個成熟的控制方法。

現比較普遍的有兩種方式：一是采用單點控制方式，在主氣路或后制動回路上安裝氣壓控制開關，將調壓閥設定壓力高于氣壓開關設定值，由此氣壓開關信號來控制電機驅動的空氣壓縮機的運行和停止。此方式可以成功控制電動空氣壓縮機的運行停止和氣管路系統壓力，但無法實現干燥器的自動排水和再生，需定期對干燥器進行手動排水。另一種是采用電控空氣干燥器，在干燥器積水達到一定值時，干燥器自動排水，而目前只有少數國外高端品牌的干燥器如WABCO、KNNOR等廠家有此成熟產品，且并未在國內推廣，價格很高。

我公司在經過多次嘗試之后，采用簡單、可靠的汽車元件成功地實現了對新能源客車氣壓管路的合理控制。現以GTQ6117BEVB型純電動客車的壓縮空氣管路系統為例，對其工作原理進行介紹。

2 控制原理

1）采用常規干燥器，只是在主要氣壓管路中設置氣壓控制開關[2]來控制電控空氣壓縮機。

①當干燥器上調壓閥設置壓力值高于氣壓開關設置值時[3]：電控空氣壓縮機提供的氣壓達到氣壓開關設置值（假設0.75 MPa）時，氣壓開關產生電信號，使電控空氣壓縮機停止工作。而此時壓縮空氣管路壓力仍然低于干燥器調壓閥設置壓力（假設0.8 MPa），所以空氣干燥器無法正常排水，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，嚴重時會出現氣管路堵塞或爆裂現象，甚至出現制動失效。因此，只好使用定期手動排水的方式，來解決干燥器不工作的問題。

②當干燥器上調壓閥設置壓力值低于氣壓開關設置值時：電控空氣壓縮機打氣壓力達到干燥器上調壓閥設置壓力（假設0.75 MPa）時，尚未達到氣壓開關的設置值（假設0.8 MPa）。此時干燥器因為1口不斷有高于0.75 MPa的氣壓輸入，因此，排氣口3口常通，壓縮空氣持續排出。而因為干燥器的不斷排氣，使整個氣壓管路始終無法達到氣壓開關的設定值0.8 MPa，氣壓開關無法產生電信號來控制電控空氣壓縮機停止工作。電控空氣壓縮機因電機的持續運轉極易產生故障，且不能達到節能作用。

③當干燥器上調壓閥設置壓力值等于氣壓開關設置值時：電控空氣壓縮機提供的氣壓達到氣壓開關設置值（假設0.8 MPa）時，氣壓剛達到0.8 MPa時，空氣壓縮機就停止供氣，而21口缺少后續的壓縮空氣進去B腔去推開排氣閥門，或者閥門打開時間過短，不足以完成整個再生時間，再生功能是在排氣后產生的壓力差，由再生氣筒的高壓氣體反沖經過干燥劑，流向排氣閥，從而把干燥劑的水分帶走。所以會導致干燥器處于不正常干燥與排氣狀態，而且干燥器上調壓閥設置壓力值是有誤差的，這不是一個精確值，一般都有±0.02 MPa的波動范圍，則每一個干燥器的調壓閥設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。這種情況導致干燥器不正常工作，空氣壓縮機的開與關無法準確判斷，存在嚴重隱患[4]。

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

如圖1所示，由空氣壓縮機輸出壓縮空氣經接口1進入A室。此時，由于溫度下降，會產生冷凝水，冷凝水經通道C從排氣閥門e排出。壓縮空氣流經位于干燥濾筒的細過濾器到達干燥器濾筒頂部。當空氣流經干燥劑時，水分被干燥劑吸附被滯留在其表面上，干燥后的空氣經單向閥和21口流向四回路保護閥，同時，干燥后的空氣經22口流到再生儲氣筒。當系統達到切斷壓力時，壓縮空氣由21口流到4口，通過4口使B腔增壓，從而使活塞e向下移動打開閥門e，這樣從A室來的壓縮空氣經通道C和排氣閥門e排出。

同時，來自再生儲氣筒的壓縮空氣經22口流向干燥濾筒下端，膨脹的壓縮空氣自下而上流經干燥劑，把干燥劑表面的水分吸走，并通過排氣閥門e排出。當調壓閥達到接通壓力時，B腔壓縮空氣被排出，4口的空氣也被排出，排氣閥e關閉。此時，整個干燥過程又重新開始[5]。

其與常規不帶4口集成調壓閥式干燥器的區別主要是在達到調壓閥設定值即干燥器開始排氣排水時，在4口會有氣壓輸出。如果合理地采集此信號并轉化為電信號，則可實現對電控空氣壓縮機的停止運行控制。

3）采用帶4口集成調壓閥式干燥器的氣壓制動系統控制原理：主要是利用干燥器上4口的氣壓信號，通過轉換為電信號，完全可以實現對電控空氣壓縮機停止工作的可靠控制。為了避免出現在4口氣壓變化頻繁，電控空氣壓縮機啟動和停止工作頻繁導致故障的情況，可在氣壓制動回路安裝氣壓開關，通過電路控制就可以實現。即采集空氣干燥器上的高氣壓點和氣制動回路中的低氣壓點，通過對這兩點氣壓信號的轉換，實現對電控空氣壓縮機啟動和停止工作的成功控制。

①此控制系統的氣路布置如圖2所示[6]。在4口安裝一個制動燈信號開關[7]，有壓縮空氣產生時，轉化為電信號給空氣壓縮機的電控系統，由此控制空氣壓縮機停止工作；而整車氣路的氣壓降低到安全氣壓以下（假設0.62 MPa）時，通過安裝在后制動儲氣筒的低壓報警傳感器提供另一電信號給空氣壓縮機的電控系統，控制空氣壓縮機開始工作。

②此控制系統的電路布置如圖3所示[8]。

①當系統氣壓低于0.62 MPa時：0.62 MPa低壓報警傳感器由斷開狀態轉為閉合狀態-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-接通空氣壓縮機控制線-打氣泵開始工作。電路B：繼電器3接收到電信號工作（注：此時干燥器必然不在排氣狀態，制動燈開關傳感器處于斷開狀態），使得0.62 MPa低壓報警傳感器在氣壓大于0.62 MPa后由閉合狀態變為斷開時，空氣壓縮機控制電路仍保持在接通狀態，空氣壓縮機一直保持工作，直至干燥器排氣。

②當空氣壓縮機工作使系統氣壓達到干燥器排氣值（約0.80 MPa）時，干燥器4口排氣，驅動制動燈開關傳感器由斷開狀態變為接通狀態，繼電器1控制電路接通-繼電器1工作，斷開繼電器3的控制電路-繼電器3停止工作-斷開繼電器4的控制電源-繼電器4停止工作，空氣壓縮機控制電路被斷開-空氣壓縮機停止工作。即整車氣壓低于0.62 MPa時，接通空氣壓縮機電源使其開始工作，直至氣壓升高到空氣干燥器切斷壓力（約0.80 MPa）時，斷開空氣壓縮機電源使其停止工作，至整車氣壓低于0.62 MPa（假設值，具體值根據氣壓傳感器參數）時，再次接通空氣壓縮機電源使其開始工作，如此循環。

3 結束語

本文介紹的控制方式所采用的元件都是成熟、簡單、可靠的氣壓和電器元件，能達到理想的控制和節能效果，且通過批量生產的GTQ6117BEVB車型在廣東省珠海市一年以來的試驗和營運驗證，此系統故障率低，維修方便，性價比高。

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

[2]陳文弟.客車制造工藝技術[M].北京:人民交通出版社，2002.

[3]余志生.汽車理論（第5版）[M].北京:機械工業出版社，2010.

[4]汽車工程手冊編輯委員會.汽車工程手冊：設計篇[K].北京：機械工業出版社，2001.

[5]林秉華.最新汽車設計實用手冊[K].哈爾濱:黑龍江人民出版社，2005.

[6]王望予.汽車設計（第3版下冊）[M].北京:機械工業出版社，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（下冊）[M].北京:中國電力出版社，2010.