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探析傳統(tǒng)汽車發(fā)電機(jī)的智能化控制及改造論文
現(xiàn)階段傳統(tǒng)汽車的發(fā)電機(jī)的智能化控制是汽車節(jié)能研究領(lǐng)域的一部分，如何實現(xiàn)汽車發(fā)電機(jī)輸入轉(zhuǎn)速的控制以及輸出電壓的變壓輸出，是傳統(tǒng)汽車智能化控制以及改造研究的重點，也是當(dāng)前汽車電子和電源供給系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。當(dāng)前，傳統(tǒng)汽車發(fā)電機(jī)的智能控制技術(shù)不夠完善，主要受到汽車發(fā)電機(jī)性質(zhì)和機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制。傳統(tǒng)汽車發(fā)電機(jī)多數(shù)應(yīng)用經(jīng)濟(jì)耐用的勵磁式發(fā)電機(jī)，受到制造成本的限制，在很多車型沒用應(yīng)用智能反饋控制系統(tǒng)，發(fā)動機(jī)與發(fā)電機(jī)直接嚙合，無法實現(xiàn)智能分離，因此在汽車發(fā)動機(jī)發(fā)動之后，汽車發(fā)電機(jī)一直處于運動狀態(tài)。其輸出電壓由電壓調(diào)節(jié)器調(diào)控，由于沒有智能反饋系統(tǒng)，電壓調(diào)節(jié)控制器輸出電壓一般為定值電壓，只能實現(xiàn)穩(wěn)壓的功能。當(dāng)汽車蓄電池飽和時，不能有效地對發(fā)電機(jī)輸出電壓進(jìn)行控制，因此傳統(tǒng)汽車發(fā)電機(jī)的智能化控制系統(tǒng)研究的目的就是實現(xiàn)發(fā)電機(jī)的智能啟停，保證汽車蓄電池在飽和狀態(tài)時，能智能斷開汽車發(fā)電機(jī)的能量輸入，防止汽車蓄電池出現(xiàn)電能過充，對能量造成浪費。
國內(nèi)外很多汽車研究大多都致力于傳統(tǒng)汽車發(fā)電機(jī)的智能化控制，其研究的發(fā)電機(jī)智能控制系統(tǒng)的控制理論基本相同，利用上位控制器控制汽車發(fā)電機(jī)的輸出電壓，通過LIN總線實現(xiàn)測控系統(tǒng)信息的傳遞。另外，寶馬公司研制的傳統(tǒng)汽車發(fā)電機(jī)智能控制的機(jī)械傳動中添加了離合器，在汽車蓄電池飽和或者不需要供電的轉(zhuǎn)態(tài)下，離合器實現(xiàn)自動斷開，切斷汽車發(fā)電機(jī)的能量輸入。通用汽車公司與豐田汽車公司研制的汽車發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的理論體系相似，是汽車電源管理系統(tǒng)的一部分，首先勵磁發(fā)電機(jī)輸出電壓可以通過改變磁場的空占比實現(xiàn)變壓，像豐田推出的雷克薩斯LS430轎車，通過對汽車發(fā)電機(jī)空占比的頻率調(diào)節(jié)在0～150Hz之間浮動，實現(xiàn)了發(fā)電機(jī)輸出電流在0～12A之間的調(diào)節(jié)，進(jìn)而控制輸出電壓。傳統(tǒng)汽車發(fā)電機(jī)智能控制系統(tǒng)的改造和應(yīng)用具有很多局限性，首先是智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成需要對傳統(tǒng)汽車進(jìn)行結(jié)構(gòu)改裝，改變汽車核心的控制單元，生產(chǎn)成本過高，因此不能在經(jīng)濟(jì)車型上廣泛應(yīng)用。我國汽車工業(yè)起步較晚，因此在汽車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 智能化控制實現(xiàn)的功能
1.1 穩(wěn)定電壓
汽車電子元器件對電壓的浮動較為敏感，因此汽車電源供電系統(tǒng)要實現(xiàn)電壓的穩(wěn)定，避免過大的電壓浮動超過電子元器件的擊穿電壓(一般不超過最小電器元件擊穿電壓)，損壞電器元件，同樣電壓過高或者過低車用電器都不能正常工作。
1.2 調(diào)節(jié)輸出電壓
傳統(tǒng)的汽車發(fā)電機(jī)不能根據(jù)汽車對電能的要求實時的調(diào)節(jié)，對能源的消耗較大，不能實現(xiàn)能量的最大利用。因此智能化控制要實現(xiàn)的基本功能是智能調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出電壓，建立實時有效的智能反饋系統(tǒng)，通過對車用電器的用電量以及蓄電池飽和度的檢查，實時反饋給控制系統(tǒng)，控制汽車發(fā)電機(jī)電壓的智能調(diào)節(jié)。在汽車蓄電池虧電時，智能調(diào)高汽車發(fā)電機(jī)的輸出電壓，實現(xiàn)蓄電池的快速充電，同理在汽車蓄電池飽和時，智能降低汽車發(fā)電機(jī)的輸出電壓，降低能量的消耗，同時防止蓄電池過充。
1.3 提高能量的利用率
我國大力提倡使用綠色能源，也是全球汽車發(fā)展的趨勢，要求汽車要節(jié)約能源，提高能量的利用率。因此傳動汽車發(fā)電機(jī)的智能化控制能實現(xiàn)提高汽車能量利用的目的，首先是提高了發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率，其次在制動或者下坡時能實現(xiàn)能量的智能回收。
2 傳統(tǒng)汽車發(fā)電機(jī)的智能化控制系統(tǒng)原理
2.1 傳統(tǒng)汽車發(fā)電機(jī)智能控制的工作模式
汽車電源的智能控制系統(tǒng)可以根據(jù)反饋環(huán)節(jié)信息分為五種工作狀態(tài)。標(biāo)準(zhǔn)供電模式，是正常狀態(tài)下的工作模式，輸出電壓穩(wěn)定持續(xù)，為蓄電池充電，此時汽車發(fā)電機(jī)輸出電壓為標(biāo)準(zhǔn)電壓。極限供電模式，當(dāng)汽車蓄電池的電力不足時，在反饋系統(tǒng)信號的調(diào)解下，智能調(diào)高汽車發(fā)電機(jī)的輸出電壓，達(dá)到蓄電池快速充電的目的。欠壓供電模式，是在汽車短時需要較大動力輸出時，智能地降低汽車發(fā)電機(jī)的輸出電壓，降低發(fā)電機(jī)對發(fā)動機(jī)動力的需求。電能回收模式，當(dāng)汽車在行駛中出現(xiàn)下坡路段或者制動狀態(tài)時，通過提高汽車發(fā)電機(jī)的輸入轉(zhuǎn)速或者輸出電壓的方式，增強(qiáng)對能量的回收效率。斷開模式，在汽車蓄電池飽和的狀態(tài)下，汽車正常行駛中切斷汽車發(fā)電機(jī)的能量輸出(調(diào)節(jié)勵磁電機(jī)的勵磁輸入為0)，降低能量的損耗。
2.2 傳統(tǒng)汽車發(fā)電機(jī)智能控制理論
利用現(xiàn)代測控技術(shù)建立車輛運行狀態(tài)、電池蓄電量與汽車發(fā)電機(jī)之間的智能反饋系統(tǒng)，通過智能控制，實現(xiàn)不同模式之間的自動轉(zhuǎn)換，達(dá)到汽車發(fā)電機(jī)最佳的發(fā)電能力，因此傳統(tǒng)汽車發(fā)電機(jī)智能控制理論體系基于現(xiàn)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(tǒng)汽車發(fā)電機(jī)智能控制測控技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在蓄電池電量狀態(tài)分區(qū)的檢測和車輛的運行狀態(tài)方面。根據(jù)蓄電池電量的多少可將其分為4個區(qū)間，分別為回收區(qū)SR、循環(huán)區(qū)SC、保留區(qū)SP以及虧電區(qū)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(zhuǎn)化為電信號反饋給控制系統(tǒng)。車輛運行狀態(tài)可分為靜止、起步、加速、巡航、制動五個狀態(tài)，測控系統(tǒng)通過檢測汽車發(fā)動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速以及汽車車速，確定車輛運行的狀態(tài)并生成反饋信號，調(diào)節(jié)汽車發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)。
2.2.2 汽車發(fā)電機(jī)智能控制策略。汽車發(fā)電機(jī)的智能控制的基本策略就是根據(jù)測控系統(tǒng)檢測蓄電池和汽車運行狀態(tài)，運用反饋原理，實現(xiàn)對汽車發(fā)電機(jī)的準(zhǔn)確控制。
3 傳統(tǒng)汽車發(fā)電機(jī)智能化改造
在傳統(tǒng)汽車發(fā)電機(jī)的智能控制上，添加勵磁控制系統(tǒng)，將原有的電壓調(diào)節(jié)器去除，用勵磁智能控制系統(tǒng)對發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)精確控制，并能實現(xiàn)工作狀態(tài)的實時切換。傳統(tǒng)汽車發(fā)電機(jī)的部分勵磁線圈與智能化改造的發(fā)電機(jī)相同，在傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)智能化改造的過程中主要的改進(jìn)點是勵磁線圈的控制系統(tǒng)，包括反饋系統(tǒng)參數(shù)的收集與測量、電壓輸出控制模塊。通過實驗研究智能化改進(jìn)的傳統(tǒng)汽車發(fā)電機(jī)能適應(yīng)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發(fā)電機(jī)智能控制原理，只采用電子控制，機(jī)械傳動中沒有添加離合器裝置，因此，汽車發(fā)電機(jī)在改造過程中不會干擾機(jī)械傳動部分，對發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出和傳動裝置沒有影響。
4 實驗研究結(jié)果
4.1 汽車發(fā)電機(jī)工作模式轉(zhuǎn)換實驗
發(fā)電機(jī)的工作模式轉(zhuǎn)換實驗在實驗室中進(jìn)行，實驗儀器有四種狀態(tài)的蓄電池、勵磁電機(jī)、勵磁控制模塊、轉(zhuǎn)速控制儀器，實現(xiàn)蓄電池不同轉(zhuǎn)臺下發(fā)電機(jī)的電壓輸出。
4.2 汽車發(fā)電機(jī)穩(wěn)壓輸出調(diào)節(jié)實驗
在汽車發(fā)電機(jī)的輸入轉(zhuǎn)速不變的狀態(tài)下，對汽車發(fā)電機(jī)設(shè)定不同的標(biāo)準(zhǔn)輸出電壓，探究勵磁控制模塊的控制精度。在試驗中，汽車發(fā)電機(jī)的輸出電壓在10～16V之間時，勵磁控制器能準(zhǔn)確地控制汽車發(fā)電機(jī)的輸出電壓，超過這個范圍電壓的波紋幅值會顯著增大，波動性超出額定范圍0.05V，因此在汽車發(fā)電機(jī)額定輸出電壓的范圍內(nèi)能實現(xiàn)輸出電壓的準(zhǔn)確控制。
4.3 汽車燃油消耗實驗
汽車燃油消耗實驗通過對比試驗的方式進(jìn)行，兩輛相同的車型，一輛采用傳統(tǒng)的汽車發(fā)電機(jī)，另一輛采用智能控制的發(fā)電機(jī)，同時在平坦的測試跑道上進(jìn)行測試，測試的方法為：同時加速到60公里每小時，然后制動到20公里每小時，重復(fù)操作多次，利用計算機(jī)對車輛的順時油耗進(jìn)行記錄，通過數(shù)據(jù)分析，傳統(tǒng)汽車智能發(fā)電機(jī)能節(jié)約3.7%的能量。
5 結(jié)語
針對國內(nèi)缺乏汽車電源核心控制技術(shù)的現(xiàn)狀，本文著重研究了傳統(tǒng)汽車發(fā)電機(jī)的智能控制與能量的回收，實現(xiàn)發(fā)電機(jī)輸出電壓的反饋調(diào)節(jié)，科學(xué)地控制發(fā)電機(jī)的能量輸出，延長汽車蓄電池的使用壽命，降低汽車的能源消耗，通過實驗證明智能汽車發(fā)電機(jī)能準(zhǔn)確地控制電壓輸出，實現(xiàn)能量的有效回收，降低車輛燃油的消耗。
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