電動物流車制動系統匹配與設計

陳偉，常慶軍，謝飛

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

新能源汽車

電動物流車制動系統匹配與設計

陳偉，常慶軍，謝飛

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

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

電動物流車；制動；電動空壓機；節能

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，電動物流車發展經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，達到10813輛，同比漲幅高達1536%。電動物流車與傳統汽車相比具有結構簡單、噪聲低等優勢，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、核發專段號牌、尾號不限行、優先辦理牌照、發放機動車環保合格標志，允許其全天候、全路段通行等優勢。所以，純電動物流車在我國具有得天獨厚的發展條件和廣闊的應用前景。

純電動物流車發展逐步回歸理性，電動物流車的性能的好壞決定了一款產品在市場上的是否具備競爭力。制動系統是電動物流車的重要組成之一，承擔著車輛的安全、節能、低噪的設計要求，優異的制動系統是電動物流車的核心競爭力之一。

1 制動系統的組成

某純電動物流車的制動系統組成結構如下：

傳統的化石原料車輛使用機械式的空氣壓縮機，空氣壓縮機通過發動機帶動工作。與傳統的化石原料車輛對比，電動物流車使用電動空壓機，由電機驅動空壓機運轉，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結構如圖1所示。

圖1 制動系統結構簡圖

電動物流車的制動系統其它部件與傳統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構。

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，靠轉子相對于定子（氣缸）呈偏心式運轉，相臨的兩個滑片、轉子外壁與定子內壁間就形成了一個壓縮腔，隨著壓縮腔容積的變化而實現吸氣、壓縮、排氣三個工作過程。滑片式空壓機在三種空壓機中使用噪音最低，但其結構復雜，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，后期使用成本較高。

活塞空壓機是往復式空壓機的一種，靠電動機帶動曲柄滑塊機構形成的活塞往復運動，而實現吸氣、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 電動空壓機的設計參數

電動空壓機排量γ需要滿足制動系統對打氣時間的要求。

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GB 12676-2014，打氣時間要求≤6min，根據實際使用情況，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計參數如表1所示：

表1 電動空壓機的設計參數

此外，電機EMC需滿足GB/T 18655等級2的相關要求。

某電動物流車根據上述要求，最終選擇了滑片式電動空壓機，電機類型為永磁電機。

3 DCAC的匹配與設計

DCAC逆變器為電動物流車制動系統的核心零部件之一，其作用為把電池的直流高壓電轉換為可供電動空壓機使用的交流電壓，并根據控制邏輯對電動空壓機進行啟停控制，實現電動車制動系統的智能化、節能化與安全可靠。

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，四是DCAC集成至電動空壓機內部。總的來說，集成化是DCAC的發展趨勢。

某電動物流車DCAC設計之初，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發出氣壓值信號 i、j；

B DCAC接收來自儀表的信號；

C 當i≥0.8MPa&j≥0.8MPa，DCAC停止對空壓機壓力輸入；

首先，對消費者權利體系予以重構。不同于傳統的消費模式，利用預付卡消費時，必須要重新深化與調整消費者的權利體系，明確合同解釋權。這樣當經營者履行預付卡的后續義務時，若隨意降低服務質量或增加消費條件，消費者有權解除預付卡合同，且能獲得經營者所賠償的經濟和精神損失[4]。同時將消費者后悔權引入到預付卡消費者，這是因為消費者會因優惠打折而購買預付卡，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付卡合同。

D 當i≤0.6MPa or j≤0.6MPa，DCAC恢復對空壓機壓力輸入；

E 因滑片式空壓機容易發生油乳化現象，每次車輛上電時空壓機持續運轉18min；

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

在整車進行制動系統標定過程中，發生了如下問題：

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

（2）車輛每次上電后空壓機都要持續運轉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，持續產生工作噪音并造成空壓機出氣溫度偏高。

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

（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，在執行了一次空壓機持續運行18min之后的兩個小時內，不管車輛上下電的狀態，空壓機均不再持續運行18min。

優化后的具體控制流程圖如下：

圖6 DCAC控制邏輯圖

DCAC的設計參數如表2所示：

表2 DCAC設計參數

此外，DCAC的EMC需滿足GB/T 18655等級2的相關要求。

4 電動物流車制動系統設計的其它問題

筆者根據自身對電動物流車的設計經驗，總結了電動物流車開發中制動系統經常會遇到的問題：

（1）傳統的化石原料物流車發動機變速箱等大件布置在車架兩個縱梁的內側，車輛的重心位于車架縱梁內側，而許多電動物流車的電池包懸掛于縱梁的外側，車輛的重心位于車輛左右縱梁的外側，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，這是一種不穩定的狀態，在車輛制動時車輛極易出現抖動現象，在制動設計時需要考慮并進行針對性設計，消除制動抖動。

（2）電動物流車制動系統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、風冷部件的冷卻性能、隔音減振設計、防塵防水設計等；

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

5 總結

本文就電動物流車的氣壓制動系統用的電動空壓機與DCAC的設計與匹配進行詳細的分析并給出設計建議，并對電動物流車制動系統在設計中需要考慮規避的問題進行了說明。本文對電動物流車制動系統設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技術要求及試驗方法.

[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中心。