第！期
客车技术与研究
BUS &COACH TECHNOLOGY AND RESEARCH N〇.4201749
电动城市客车制动系统*体容配计算
梁会仁，王恩前，常颖，张丽龙
(山东沂星电动汽车有限公司，山东临沂276000)
摘要：以理想气体状态方程为理论依据，结合国家相关标准的规定，对一纯电动城市客车进行用气量及空压机流量的分析计算，为同类气制动底盘储气筒容积及供能装置的匹配提供参考。
关键词：纯电动城市客车；制动系统；气体容积；匹配计算
中图分类号:U469.72;U463.5 文献标志码：B文章编号：1006-3331(2017)04-0049-03 Matching Calculation of Air Volume About Electric City Bus Brake System
Liang Huiren, Wang Enqian, Chang Ying, Zhang Lilong
(Shandong Yixing Electric Vehicle Co., Ltd, Linyi 276000, China)
Abstract:Taking the ideal gas state equation as the theory basis and combining the regulations of the national relat­ed standards,the authors analyze and calculate the air consumption and the flow of the air compressor about a pure electric bus,in order to provide a reference for matching design of the air reservoir volume and power device of the same air brake chassises.
Key words:pure electric bus;brake system;air volume;matching calculation
随着汽车技术水平的不断创新，电动城市客车的智 能化、使用环境的复杂化也在日益突显，因此，对电动城 市客车机动性的要求也越来越高。制动性能作为评价电 动城市客车机动性的关键指标之一，空压机及储气筒作 为制动系统的供能及储能装置，其设计匹配的准确性是 决定电动城市客车制动性能的关键要素[1]。本文以 SDL6100EVG纯电动城市客车为例，进行相关匹配计算。
1储气筒容积计算
为满足整车设计要求，SDL6100EV G纯电动城市客车的气路系统主要用于前桥行车制动(22回路）、后桥 行车制动(21回路)、后桥驻车制动(23回路)及辅助用 气(24回路)。其中根据整车参数及悬架型式等选取前 桥制动气室型号24"，后桥双腔制动气室型号为24" /24"，辅助用气主要包括空气悬架、异常制动解除及乘客 。
理想气体状态方程[2$，也称理想气体定律，描述了理 想气体状态的变化规律，如式(1):
pV=nRT或 P V/T=常数(1)式 p为气体压强，Pa;V为气体体积，m3;#为气体的物质的量，mol;T为热力学温度，K;R为气体常量，J/mol.K。
除高压、低温外（压力不超过20 MPa、绝对温度不 低于253 K)，对于空气、氧气等气体的体积随压力和温 度的变化规律服从以上气体状态方程，P、V、T的变化决 定了气体不同状态和过程。
假设制动前系统压缩气体温度与外界温度基本相 同[3$，制动，储气筒中的压空气路及气路阀进人制动气室，整个过程时间较短且与外界无热交 换，将其视为等温过程，即理想气体状态方程适用于整 制动 。
其中，系统额定气压f01.0 MPa，空压机启动气压 'F0.65 MPa，21、22、23、24回路储气筒容积分别为V a、&22、&23、&24,24"制动气室容积&24"=1.05'，前桥（22回路）、后桥(21回路)4次制动后剩余压力分别为圪、^，驻车(23回路)rn次操作后剩余压力为'+，乘客门，次 开关后剩余压力为'4#。
标准要求[4$，行车制动系统控制装置进行8次全 行程促动后，储气筒中剩余的压力不低于规定的应急制 动所需的压力，驻车制动系统至少能够进行3次“制动
作者简介：梁会仁（1986-)，男，硕士；工程师；主要从事电动汽车底盘的设计开发与研究工作。
50
客车技术与研究
2017年8月
气
气时
/S
图1
充气过程压力-时间特性曲线图
对于
SDL 6100EVG 电动城市客车，其空压机排气压 力为  1.25 MPa ，临界压力约为0.66 MPa ，而气路额定压力为
1.0 MPa ，所以整个充气过程先进行音速充气然后
进行亚音速充气。由图1可知，假定按照音速充气至充 气结束所需的时间为！，实际充气过程中由于亚音区充 气速率降低，其真正充气时间应为  1.285 !，所以计算时， 先将整个过程假设为音速充气，然后再将充气时间乘以 1.285进行修正。
根据
GB  12676-2014[5]对供能装置的要求，储能装
置的压力由0上升到额定压力  1.0 MPa 的时间^不超过 6 min ，此时需要空压机流量为储能装置的压力由0 上升到额定压力的65%的时间&2不超过3 min ，此时需
要空压机流量为）2。根据式(7)得：
P x  V
1.0x 140
&1=1.285
x
&2=1.285
x P 标准1 P
"
0.65 xPxV P 标准X )2X "L285xU
08^"6
( 8)
1.285
0.65
x 1.0x 140 1.0 x  )2>< 0.85
"3
(9)
计算得）i !352
L/min ，）2
!458 L/min 。
24回路气 ：20
L +30 L =50 L ;
整车气路系统总
容积：V =130 L
。
2
供能装置匹配计算
研究表明' 在充气过程中，当气源压力与容器内压
力
于
压力 时，
气
程
气 程，
气
程。 对空气
，
压力
1.9，其压力-时间特性曲线如图1所示。其中！表示假
气到达充气结束所需的时间。以下根据真
空状态下气体流量方程式(7)，并参考充气时压力-时
对
计算。
t =(P x V )/(P
x ))
(7)
-解除制动”操作。若21、22、23回路管路损耗、沿程损
失及局部损失综合取值
10%，则对于21回路，由式（1)
可得，1 次全制动后:P  x  V2i =Pux  (V21+2x  V24" X 1.1)
良P :Pu =Px  ("^/("忽+之父 V 24..X U )) (2)2 次全制动后:Pux  V21=P12 x  (V21+2x  V24" x    1.1)良P :P12=Px  (Va /(Va +2x  V 24..X U ))2 (3)经推理，8次全制动后：P17X  V  21=P 18A  ( V  21+2 X  V 24" X  1.1)良p : P fP  X  (V21 /(V21+2x  V24! x1.1) )8 =1.0x  (V 21/(V 21+2x 1.05x 1.1))8!0.55 (4)同理，对于22回路8次全制动后压力：P28=P  x  (V 22/( V 22+2 x  V 24- x 1.1) )8
=1.0x  (V 22/(V 22+2X  1.05x  1.1))8!0.55 (5)
对于23回路3次操作后压力：
P33=P  X  ( V 23/( V 23+2 X  V24- X 1.1 ))'
=1.0x  (V 23/(V 23+2 x  1.05 x  1.1))3!0.55 (6)将整车系统参数代人式(4)、（5 )、（6)计算得:V 21!
29.7 L ;V 22!29.7 L ;V 23!17 L ，根据实际情况分别取 V 21=30 L ； V 22=30 L ； V 23=20 L 。
几次制动后，空压机启动压力^=0.65 MPa ，参考式(4)得:0.65=1.0x  (30/(30+2x  1.045x  1.1))#。
计算得#=6，即当全制动6次时，到达空压机启动
压力，空压机开始工作。
24回路辅助用气主要用于乘客门开关、异常工况
制动解除及空气
。 制动解除
与
车制动
理
似，其储气筒容积参考23回路，取20
L ；根据乘客门(4
个）驱动气缸尺寸计算门泵气缸总容积V 门=4 x c  x  ($/2)2 x  %=4x 3.14x  (0.63/2)2 x    1.7=2.1 L 。其中:$ 为门 泵气缸直径，为630 mm ; %为门泵气缸活塞有效行程，为 170 mm ；为合理利用空压机，提高其利用率达到节能的 效果，所以乘客门开关6次时，刚好达到空压机启动压 力，根据经验，开关门过程中压力损失取10%，即 0.65 = 1.0x  (V 24/(V 24+V  门））6=1.0x  (V 24/(V 24+2.1))6。
计算得V 24=30.7 L ，，根据常用储气筒容积V24取30
L 。考虑到空气悬架与乘客门的使用时机及频次，悬架与 乘客门共用此30 L 储气筒。
根据以上计算得SDL 6100EVG 气路系统各回路容
：
21回路
储气筒容量：1
x 30 L =30L ; 22回路储气筒
容量：1x 30 L =30 L ;23回路储气筒容量：1x 20 L =20 L ;
亚
音速区
1A 音
速
区
第4期梁会仁，王恩前，常颖，等：电动城市客车制动系统气体容积匹配计算51
根据GB7258-2014[5]对气压制动的特殊要求，在额定转速的75%工况下，储能装置的压力由0上升到起步压4 !。(0.55 MPa)的时间^不超过4 min，此时需要空压机流量为
"3=1.285x_____! $______
P标准x f t x0.75x!
1.285 x0.55 x 140
1.0 x&3x 0.75x0.85!4)
计算得 &&388-m in。
式中大气压，为0.1 M P a;!为容积效率，为0.85。
要使供能装置同时满足GB 12676-2014及GB 7258 -2014中共三项标准综合式(0)、（9)、（10)计算结果，取空压机流量&=&&458 L/min，即空压机流量不低于 458 L/min。
3结论
以空气物理特性及理想气体状态方程为理论基础[6]，严格依据国家标准，分析计算了SDL6100EVG底盘储气筒容积及空压机流量，计算方法简便、新颖，为其
他气制动底盘车辆的匹配计 供了参考。
参考文献：
[1] 章健国.8 x 8越野车储气筒匹配计算[J].机械，2015(7):64-66.
[2] 王文斌.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2004.
沂星电动汽车[3] 张伟，郝海生，王领.客车底盘制动系储气筒容积的计算与 选择[J].客车技术与研究.2012，34( 2): 25.
[4] 安部道路交通管理标准化技术委员会.机动车运行安全技 术条件:GB7258-2012[S].北京：中国标准出版社，2012:5. [5] 全国汽车标准化技术委员会.商用车辆和挂车制动系统技术要求及试验方法:GB 12676-2014[S].北京：中国标准出版 社，:
[6] 余志生.汽车理论[M].5版.北京：机械工业出版社，2009.
修改稿日期&2017-03-08
(上接第11页）
参考文献：
[1] Khaligh A，Li Z. Battery, ultracapacitor, fuel cell, and hybrid energy storage systems for electric, hy
brid electric, fuel cell, and plug-in hybrid electric vehicles: State of the art [J]~ IEEE trans­actions on Vehicular Technology, 2010,59(7): 2806-2814. [2] 李新宏，薛慧娟，李亚辉.磷酸铁锂动力电池可靠性与安全 性问题研究[J].新材料产业，2011( 12):22-27.
[3] 冯竟阳.磷酸铁锂电池包温度分布特性仿真方法研究及热 管理系统设计[D].青岛：青岛大学，2013.
[4] 车杜兰，周荣，乔维高.电动汽车电池包热管理系统设计方 法[J].汽车工程师，2009( 10):28-30.
[5] 贾艳.流体动力学方程组的性态研究[D].合肥：安徽大学，2014.[6]段瑶娟.动力锂离子电池包热场分析与散热优化研究[D]. 北京：北京交通大学，2015.
[7] 边东芬.含能量守恒方程的可压缩流体力学数学理论的研 究[D].北京：中国工程物理研究院，2014.
[8]段瑶娟.动力锂离子电池包热场分析与散热优化研究[D]. 北京：北京交通大学，2015.
[9] 李策园.纯电动汽车锂动力电池组温度场特性研究及热管 理系统实现[D].长春：吉林大学，2〇M.
[10]沈帅.纯电动汽车电池箱热特性研究及热管理系统开发 P].长春：吉林大学，2〇13.
[11] 曹文钢，曹昌胜，宋军，等.基于ICEPAK的电动汽车电池 包温度场仿真[J].汽车零部件，2012(12):63-65.
修改稿日期&2017-05-16