电动客车用空压机试验台设计及性能测试

2022-06-29洪金杯

客车技术与研究 2022年3期

洪金杯

(厦门金龙联合汽车工业有限公司，福建厦门 361023)

电动空压机作为电动客车重要的辅助设备，为整车气压制动系统、气动门控系统、空气悬架系统及其他辅助用气系统提供气源。其产品的性能直接影响客车的品质和安全。

本文通过参考现有传统空压机试验台架的设计思路，提出一种采用一套控制系统控制两台电动空压机工作模式的试验台架设计方法。该台架可通过模拟在实车上的运行工况，实现两台电动空压机性能的独立测试、互不干扰。

1 试验台组成

该试验台由集成控制台、蓄电池、高压可调直流电源、四合一辅助控制器和泵气工作单元组成。其架构及工作原理如图1所示，其中泵气工作单元2的组成、内部连接及整体集成控制台的气电连接与泵气工作单元1完全相同。

图1 试验台的组成架构及工作原理图

1.1 集成控制台

集成控制台包括台架控制器、液晶显示仪表、钥匙上电开关、启停按钮、急停按钮等。其主要负责实现电动空压机自动启动和停止，并有逻辑控制、CAN通讯、气压信号数据收集、计数等功能。

液晶显示仪表中设计两套独立的储气筒气压显示系统及两套独立的计数系统。每套计数系统显示当前计数和历史累计总计数，其中当前计数可通过操作液晶显示仪表中的按钮归零，而历史累计总计数除特殊要求外不可归零。

集成控制台中内置的台架控制器对两组泵气工作单元中的电动卸压阀、电控放水水阀、压力传感器、干燥器、冷凝器的信号进行独立采集，并根据控制策略对采集数据进行分析和处理，然后直接对上述器件(除压力传感器外)发出控制执行指令。它同时通过CAN总线与四合一辅助控制器进行通讯，四合一辅助控制器将采集到的两组泵气工作单元中的电动空压机信号反馈给内置的台架控制器，结合控制策略对电动空压机信号进行分析和处理后，通过CAN发送控制指令给四合一辅助控制器，后者再根据电动空压机的当前状态信息，通过上电或下电来控制其运转和停机。以上形成台架的循环运行工况。

1.2 泵气工作单元

本试验台包括两套泵气工作单元，其组成及工作原理如图1中虚框部分所示。

1.3 高压可调直流电源

采用输出电压550 V且输出功率18 kW的直流电源模拟电动客车电池包模块。选用的高压可调直流电源应具备电压、电流输出可调，且应设有输入欠压保护电路、输出端过压保护电路、过热保护电路、短路保护功能。

1.4 四合一辅助控制器

四合一辅助控制器是电动客车常用零部件，由气泵模块、油泵模块、DC/DC模块和高压配电盒组成。本试验台可通过软件修改油泵模块参数，使其变更为气泵模块，实现试验台的一控二模式；还可在上述四合一辅助控制器的基础上进行增加一个或几个气泵模块的定制化工作，实现多合一控制。

2 台架功能

2.1 空压机气密性测试

关闭储气筒放气阀，使电动空压机向储气筒充气，当储气筒压力高于电动空压机额定压力0.05 MPa时，电动空压机停止工作。2 min后，通过放气阀将储气筒压力调节至电动空压机额定压力，关闭放气阀，记录此后5 min内储气筒的压力降。具体操作细节可参考文献[6]中相关步骤。

通过测试，常规电动客车用电动空压机气密性数据5 min内压力降均保持在20～50 kPa左右，均可满足QC/T 29078—2016的相关要求。

2.2 空压机NVH测试

1) 工作噪声测量。电动空压机工作噪声测量可参考GB/T 3785.1—2010、GB/T 4980—2003、GB/T 3853—2017。如图2所示，图中内框为一个恰好包络被测空压机各表面的最小矩形六面体，称为空压机基准体。确定此基准体时，对空压机上凸出的声功率辐射很小的小部件(如连接管等)不予考虑，但直接安装在吸气口上的进气滤清器要考虑。图中外框下表面与空压机基准体下表面位于同一平面，其余外框表面视为一个与空压机基准体对应面平行且相距1 m的几何相似六面体。本文认为应重点关注空压机的5个基本测点，其中测点1位于图2外框上顶面中心，测点2～5位于图2外框上每个侧立面的正中心。

图2 电动空压机基准体及工作噪声测点示意图

通过以上方法测得两台不同公司的无油活塞式电动空压机的工作噪声分别为73.3 dB(A)和76.8 dB(A)。

2) 机体振动和悬置隔振率。依据文献[11]布置高频三向振动加速度传感器于空压机机体前后、左右及上表面正中心位置进行机体振动测试。悬置隔振率测试采用同类型传感器，布置于空压机左前悬置的上下端面、右后悬置的上下端面，且尽量靠近悬置安装位置。测试上述两台不同公司的无油活塞式电动空压机，二者机体振动值均在7.7 m/s左右；二者在垂直方向上的平均悬置隔振率分别为9.7 dB和7.8 dB。根据测试经验，上述两台不同公司的无油活塞式电动空压机NVH方面性能均处于较好水平。

2.3 其他参数测试

依据文献[11]中的测试方法，将电动空压机按装车方式安装在试验台上。布置压力传感器于试验台中的储气筒接头上，并布置温度传感器于电动空压机排气口处。启动电动空压机热机30 min后关闭，并通过储气筒上的电控卸压阀将储气筒压力调节至大气压力。打开数据采集器，再次启动电动空压机并采集空压机至少6个工作循环(每个工作循环为电动空压机打气至额定气压后停止工作并进行卸压，当气压低于集成控制器设置的最低工作气压值时触发电动空压机重新进行打气工作)的额定排气压力，以及从大气压力打气至额定气压所需的时间、排气口温度等数据。

目前电动客车所用电动空压机的额定排气压力主要为1 000 kPa，而上述两台不同公司的无油活塞式电动空压机的额定排气压力实测结果与厂家标定值1 000 kPa相差±10 kPa。

电动空压机的打气时间受功率及排量影响较大，常规电动空压机气压从大气压力至1 000 kPa的打气时间在200～300 s。通过对目前市场的十来款主流电动客车用同样功率下的空压机进行测试，发现单缸两级压缩式空压机的打气时间最短，比四缸活塞式平均节省13 s，比电动涡旋式平均节省68 s。

上述十来款电动空压机的排气口温度测试结果平均值为84.5 ℃，其中单缸两级压缩式空压机的最高，为179.6 ℃；电动涡旋式的最低，为65.3 ℃。

2.4 疲劳耐久性测试

目前电动空压机主流的疲劳耐久性测试方案有以下6种：①模拟实车工况(低于8.5 bar开始打气，高于10 bar排气)往复循环运行5万次；②运行3 min停机2 min(气压在6～10 bar之间浮动)，往复循环运行3 000 h；③满负荷10 bar持续运行1 000 h；④模拟实车工况(低于7 bar开始打气，高于11 bar排气)往复循环运行2 000 h；⑤运行3 min停机2 min(气压在6～10 bar之间浮动)，往复循环运行1 000 h；⑥模拟实车工况(低于8.5 bar开始打气，高于10 bar排气)往复循环运行500 h。根据长期的测试经验来看，认为第⑥种方案更为合理，因为此方案更为贴近实车电动空压机的运行工况，且可覆盖电动空压机的使用年限。

通过对几家公司的几十款电动客车用空压机产品进行500 h耐久性测试，可知2015年至2017年生产的通过比率较低，而2018年以后生产的通过比率较高。