探析傳統汽車(chē)發(fā)電機的智能化控制及改造論文

探析傳統汽車(chē)發(fā)電機的智能化控制及改造論文

　　現階段傳統汽車(chē)的發(fā)電機的智能化控制是汽車(chē)節能研究領(lǐng)域的一部分，如何實(shí)現汽車(chē)發(fā)電機輸入轉速的控制以及輸出電壓的變壓輸出，是傳統汽車(chē)智能化控制以及改造研究的重點(diǎn)，也是當前汽車(chē)電子和電源供給系統發(fā)展的趨勢。當前，傳統汽車(chē)發(fā)電機的智能控制技術(shù)不夠完善，主要受到汽車(chē)發(fā)電機性質(zhì)和機械結構的限制。傳統汽車(chē)發(fā)電機多數應用經(jīng)濟耐用的勵磁式發(fā)電機，受到制造成本的限制，在很多車(chē)型沒(méi)用應用智能反饋控制系統，發(fā)動(dòng)機與發(fā)電機直接嚙合，無(wú)法實(shí)現智能分離，因此在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機發(fā)動(dòng)之后，汽車(chē)發(fā)電機一直處于運動(dòng)狀態(tài)。其輸出電壓由電壓調節器調控，由于沒(méi)有智能反饋系統，電壓調節控制器輸出電壓一般為定值電壓，只能實(shí)現穩壓的功能。當汽車(chē)蓄電池飽和時(shí)，不能有效地對發(fā)電機輸出電壓進(jìn)行控制，因此傳統汽車(chē)發(fā)電機的智能化控制系統研究的目的就是實(shí)現發(fā)電機的智能啟停，保證汽車(chē)蓄電池在飽和狀態(tài)時(shí)，能智能斷開(kāi)汽車(chē)發(fā)電機的能量輸入，防止汽車(chē)蓄電池出現電能過(guò)充，對能量造成浪費。

　　國內外很多汽車(chē)研究大多都致力于傳統汽車(chē)發(fā)電機的智能化控制，其研究的發(fā)電機智能控制系統的控制理論基本相同，利用上位控制器控制汽車(chē)發(fā)電機的輸出電壓，通過(guò)LIN總線(xiàn)實(shí)現測控系統信息的傳遞。另外，寶馬公司研制的傳統汽車(chē)發(fā)電機智能控制的機械傳動(dòng)中添加了離合器，在汽車(chē)蓄電池飽和或者不需要供電的轉態(tài)下，離合器實(shí)現自動(dòng)斷開(kāi)，切斷汽車(chē)發(fā)電機的能量輸入。通用汽車(chē)公司與豐田汽車(chē)公司研制的汽車(chē)發(fā)電機控制系統的理論體系相似，是汽車(chē)電源管理系統的一部分，首先勵磁發(fā)電機輸出電壓可以通過(guò)改變磁場(chǎng)的空占比實(shí)現變壓，像豐田推出的雷克薩斯LS430轎車(chē)，通過(guò)對汽車(chē)發(fā)電機空占比的頻率調節在0～150Hz之間浮動(dòng)，實(shí)現了發(fā)電機輸出電流在0～12A之間的調節，進(jìn)而控制輸出電壓。傳統汽車(chē)發(fā)電機智能控制系統的改造和應用具有很多局限性，首先是智能控制系統的結構組成需要對傳統汽車(chē)進(jìn)行結構改裝，改變汽車(chē)核心的控制單元，生產(chǎn)成本過(guò)高，因此不能在經(jīng)濟車(chē)型上廣泛應用。我國汽車(chē)工業(yè)起步較晚，因此在汽車(chē)電源管理方面的研究不夠深入，核心技術(shù)都由國外企業(yè)掌握。

　　1 智能化控制實(shí)現的功能

　　1.1 穩定電壓

　　汽車(chē)電子元器件對電壓的浮動(dòng)較為敏感，因此汽車(chē)電源供電系統要實(shí)現電壓的穩定，避免過(guò)大的電壓浮動(dòng)超過(guò)電子元器件的擊穿電壓(一般不超過(guò)最小電器元件擊穿電壓)，損壞電器元件，同樣電壓過(guò)高或者過(guò)低車(chē)用電器都不能正常工作。

　　1.2 調節輸出電壓

　　傳統的汽車(chē)發(fā)電機不能根據汽車(chē)對電能的要求實(shí)時(shí)的調節，對能源的消耗較大，不能實(shí)現能量的最大利用。因此智能化控制要實(shí)現的基本功能是智能調節發(fā)電機的輸出電壓，建立實(shí)時(shí)有效的智能反饋系統，通過(guò)對車(chē)用電器的用電量以及蓄電池飽和度的檢查，實(shí)時(shí)反饋給控制系統，控制汽車(chē)發(fā)電機電壓的智能調節。在汽車(chē)蓄電池虧電時(shí)，智能調高汽車(chē)發(fā)電機的輸出電壓，實(shí)現蓄電池的快速充電，同理在汽車(chē)蓄電池飽和時(shí)，智能降低汽車(chē)發(fā)電機的輸出電壓，降低能量的消耗，同時(shí)防止蓄電池過(guò)充。

　　1.3 提高能量的利用率

　　我國大力提倡使用綠色能源，也是全球汽車(chē)發(fā)展的趨勢，要求汽車(chē)要節約能源，提高能量的利用率。因此傳動(dòng)汽車(chē)發(fā)電機的智能化控制能實(shí)現提高汽車(chē)能量利用的目的，首先是提高了發(fā)電機的發(fā)電效率，其次在制動(dòng)或者下坡時(shí)能實(shí)現能量的智能回收。

　　2 傳統汽車(chē)發(fā)電機的智能化控制系統原理

　　2.1 傳統汽車(chē)發(fā)電機智能控制的工作模式

　　汽車(chē)電源的智能控制系統可以根據反饋環(huán)節信息分為五種工作狀態(tài)。標準供電模式，是正常狀態(tài)下的工作模式，輸出電壓穩定持續，為蓄電池充電，此時(shí)汽車(chē)發(fā)電機輸出電壓為標準電壓。極限供電模式，當汽車(chē)蓄電池的電力不足時(shí)，在反饋系統信號的調解下，智能調高汽車(chē)發(fā)電機的輸出電壓，達到蓄電池快速充電的目的。欠壓供電模式，是在汽車(chē)短時(shí)需要較大動(dòng)力輸出時(shí)，智能地降低汽車(chē)發(fā)電機的輸出電壓，降低發(fā)電機對發(fā)動(dòng)機動(dòng)力的需求。電能回收模式，當汽車(chē)在行駛中出現下坡路段或者制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，通過(guò)提高汽車(chē)發(fā)電機的輸入轉速或者輸出電壓的方式，增強對能量的回收效率。斷開(kāi)模式，在汽車(chē)蓄電池飽和的狀態(tài)下，汽車(chē)正常行駛中切斷汽車(chē)發(fā)電機的能量輸出(調節勵磁電機的勵磁輸入為0)，降低能量的損耗。

　　2.2 傳統汽車(chē)發(fā)電機智能控制理論

　　利用現代測控技術(shù)建立車(chē)輛運行狀態(tài)、電池蓄電量與汽車(chē)發(fā)電機之間的智能反饋系統，通過(guò)智能控制，實(shí)現不同模式之間的自動(dòng)轉換，達到汽車(chē)發(fā)電機最佳的發(fā)電能力，因此傳統汽車(chē)發(fā)電機智能控制理論體系基于現代測控技術(shù)和勵磁控制原理。

　　2.2.1 測控技術(shù)理論。傳統汽車(chē)發(fā)電機智能控制測控技術(shù)的應用主要體現在蓄電池電量狀態(tài)分區的檢測和車(chē)輛的運行狀態(tài)方面。根據蓄電池電量的多少可將其分為4個(gè)區間，分別為回收區SR、循環(huán)區SC、保留區SP以及虧電區SL。利用Impedance Track電量檢查芯片對蓄電池的電量進(jìn)行檢測，并轉化為電信號反饋給控制系統。車(chē)輛運行狀態(tài)可分為靜止、起步、加速、巡航、制動(dòng)五個(gè)狀態(tài)，測控系統通過(guò)檢測汽車(chē)發(fā)動(dòng)機的輸出轉速以及汽車(chē)車(chē)速，確定車(chē)輛運行的狀態(tài)并生成反饋信號，調節汽車(chē)發(fā)動(dòng)機的工作狀態(tài)。

　　2.2.2 汽車(chē)發(fā)電機智能控制策略。汽車(chē)發(fā)電機的智能控制的基本策略就是根據測控系統檢測蓄電池和汽車(chē)運行狀態(tài)，運用反饋原理，實(shí)現對汽車(chē)發(fā)電機的準確控制。

　　3 傳統汽車(chē)發(fā)電機智能化改造

　　在傳統汽車(chē)發(fā)電機的智能控制上，添加勵磁控制系統，將原有的電壓調節器去除，用勵磁智能控制系統對發(fā)電機的工作狀態(tài)精確控制，并能實(shí)現工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)切換。傳統汽車(chē)發(fā)電機的部分勵磁線(xiàn)圈與智能化改造的發(fā)電機相同，在傳統發(fā)電機智能化改造的過(guò)程中主要的改進(jìn)點(diǎn)是勵磁線(xiàn)圈的控制系統，包括反饋系統參數的收集與測量、電壓輸出控制模塊。通過(guò)實(shí)驗研究智能化改進(jìn)的傳統汽車(chē)發(fā)電機能適應不同模式下的工作要求，智能控制原理借鑒了美國通用公司的汽車(chē)發(fā)電機智能控制原理，只采用電子控制，機械傳動(dòng)中沒(méi)有添加離合器裝置，因此，汽車(chē)發(fā)電機在改造過(guò)程中不會(huì )干擾機械傳動(dòng)部分，對發(fā)動(dòng)機轉矩輸出和傳動(dòng)裝置沒(méi)有影響。

　　4 實(shí)驗研究結果

　　4.1 汽車(chē)發(fā)電機工作模式轉換實(shí)驗

　　發(fā)電機的工作模式轉換實(shí)驗在實(shí)驗室中進(jìn)行，實(shí)驗儀器有四種狀態(tài)的蓄電池、勵磁電機、勵磁控制模塊、轉速控制儀器，實(shí)現蓄電池不同轉臺下發(fā)電機的電壓輸出。

　　4.2 汽車(chē)發(fā)電機穩壓輸出調節實(shí)驗

　　在汽車(chē)發(fā)電機的輸入轉速不變的狀態(tài)下，對汽車(chē)發(fā)電機設定不同的標準輸出電壓，探究勵磁控制模塊的控制精度。在試驗中，汽車(chē)發(fā)電機的輸出電壓在10～16V之間時(shí)，勵磁控制器能準確地控制汽車(chē)發(fā)電機的輸出電壓，超過(guò)這個(gè)范圍電壓的波紋幅值會(huì )顯著(zhù)增大，波動(dòng)性超出額定范圍0.05V，因此在汽車(chē)發(fā)電機額定輸出電壓的范圍內能實(shí)現輸出電壓的準確控制。

　　4.3 汽車(chē)燃油消耗實(shí)驗

　　汽車(chē)燃油消耗實(shí)驗通過(guò)對比試驗的方式進(jìn)行，兩輛相同的車(chē)型，一輛采用傳統的汽車(chē)發(fā)電機，另一輛采用智能控制的發(fā)電機，同時(shí)在平坦的測試跑道上進(jìn)行測試，測試的方法為：同時(shí)加速到60公里每小時(shí)，然后制動(dòng)到20公里每小時(shí)，重復操作多次，利用計算機對車(chē)輛的順時(shí)油耗進(jìn)行記錄，通過(guò)數據分析，傳統汽車(chē)智能發(fā)電機能節約3.7%的能量。

　　5 結語(yǔ)

　　針對國內缺乏汽車(chē)電源核心控制技術(shù)的現狀，本文著(zhù)重研究了傳統汽車(chē)發(fā)電機的智能控制與能量的回收，實(shí)現發(fā)電機輸出電壓的反饋調節，科學(xué)地控制發(fā)電機的能量輸出，延長(cháng)汽車(chē)蓄電池的使用壽命，降低汽車(chē)的能源消耗，通過(guò)實(shí)驗證明智能汽車(chē)發(fā)電機能準確地控制電壓輸出，實(shí)現能量的有效回收，降低車(chē)輛燃油的消耗。

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