電源車動(dòng)力系統(tǒng)控制要點(diǎn)分析

雷新望　張靜　王行巍

摘 要：常規(guī)的電源車除了給用電設(shè)備供電外，由于體積等因素，無法再滿足行車載人載貨的需求。對(duì)野外工作或軍事上的一些用電設(shè)備，由于電力系統(tǒng)的條件限制和自身工作特點(diǎn)的需要，必須有自己攜帶的電源。取力電源車正滿足了這種需要。為此，本文主要對(duì)電源車的概況及電源車動(dòng)力系統(tǒng)控制要點(diǎn)進(jìn)行了分析與探究。

關(guān)鍵詞：取力電源車；動(dòng)力系統(tǒng)；發(fā)動(dòng)機(jī)控制

近年來，隨著我國(guó)公路建設(shè)、城市發(fā)展、能源消耗結(jié)構(gòu)變化、重點(diǎn)工程建設(shè)加快，為電源車產(chǎn)品發(fā)展提供了新的機(jī)遇，其發(fā)展市場(chǎng)前景將會(huì)越來越廣闊，產(chǎn)品的檔次和技術(shù)水平將有一個(gè)大的提升。電源車是特種車輛的一種，其取電靈活方便，在野外勘探、急救搶險(xiǎn)以及軍事行動(dòng)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。電源車通常采用發(fā)電機(jī)組形式，由專門的運(yùn)輸車輛或拖掛車輛裝載，這種結(jié)構(gòu)和機(jī)動(dòng)性都有欠缺。對(duì)此，應(yīng)進(jìn)行新型電源車動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)使用車載發(fā)動(dòng)機(jī)作為發(fā)電機(jī)的動(dòng)力源，在發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪上加裝有取力器，通過取力器獲得部分動(dòng)力，經(jīng)液壓系統(tǒng)傳遞后驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電。發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)通過飛輪輸出動(dòng)力驅(qū)動(dòng)車輛運(yùn)行。系統(tǒng)設(shè)置后，通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制，即使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在大范圍內(nèi)變化，仍然可以通過對(duì)液壓系統(tǒng)的控制維持發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速在恒定狀態(tài)。因此，新的動(dòng)力系統(tǒng)具備驅(qū)動(dòng)車輛行進(jìn)、停車發(fā)電和行進(jìn)中發(fā)電的基礎(chǔ)，使用方式更靈活，但是控制難度也更大。

1 電源車的概況

隨著國(guó)家建設(shè)與發(fā)展的需要，專用汽車已成為經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的重要運(yùn)輸與作業(yè)裝備，將有著良好的發(fā)展前景。近幾年，由于我國(guó)電力、電信、移動(dòng)、網(wǎng)通的加大建設(shè)與投入需要，電源車正是為這些行業(yè)需求而設(shè)計(jì)的一款帶電應(yīng)急工作車，可用于通信、電信、煤礦、油田的相關(guān)應(yīng)急用電工作，特別對(duì)于突發(fā)事件所產(chǎn)生的斷電搶修、供電起到非常重要的作用。電源車采用非電啟動(dòng)及空氣為冷卻介質(zhì)的發(fā)動(dòng)機(jī)，不但免除了蓄電池及風(fēng)箱水箱的維護(hù)以及加注冷卻液的煩惱，而且能在極高、低溫和沙塵等惡劣的環(huán)境下工作。電源車具有整體性能穩(wěn)定可靠、操作簡(jiǎn)便、噪音低、排放性好、維護(hù)性好等特點(diǎn)，能很好的滿足戶外作業(yè)和應(yīng)急供電需要。

2 電源車動(dòng)力系統(tǒng)控制要點(diǎn)分析

2.1 電源車系統(tǒng)分析

電源車運(yùn)行可分為空車運(yùn)行、停車發(fā)電和行車發(fā)電3種狀態(tài)。動(dòng)力系統(tǒng)的主要特征參數(shù)，如配電開關(guān)狀態(tài)、駐車檔位狀態(tài)以及發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)等等，可以作為狀態(tài)判斷和切換的依據(jù)。

電源車空車運(yùn)行時(shí)，液壓系統(tǒng)施加于發(fā)動(dòng)機(jī)上的負(fù)載很小，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力全部用于驅(qū)動(dòng)車輛行進(jìn)。對(duì)系統(tǒng)控制的主要任務(wù)是發(fā)動(dòng)機(jī)管理，以滿足行車的需要。電源車處于停車發(fā)電狀態(tài)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力全部用于驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)。此時(shí)需要控制發(fā)動(dòng)機(jī)在最經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運(yùn)行，同時(shí)通過對(duì)液壓系統(tǒng)的控制使發(fā)電機(jī)恒速運(yùn)轉(zhuǎn)。電源車處于行車發(fā)電狀態(tài)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力一部分用于驅(qū)動(dòng)車輛，另一部分通過液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。液壓系統(tǒng)相當(dāng)于發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)額外負(fù)載，此時(shí)要同時(shí)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)管理和液壓系統(tǒng)控制。由于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨車輛行駛工況而變化，對(duì)液壓系統(tǒng)的控制提出了更高的要求。在上述分析的基礎(chǔ)上，作者對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓系統(tǒng)具體的控制策略進(jìn)行了研究。

2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略

電源車采用的發(fā)動(dòng)機(jī)選用功率為140kW、在飛輪端加裝有取力器的增壓柴油機(jī)。在系統(tǒng)中必須對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行控制，以滿足行車和發(fā)電的雙重需要。傳統(tǒng)的機(jī)械式調(diào)速器顯然無法滿足需要，因此作者以柴油機(jī)電子調(diào)速器為基礎(chǔ)，開發(fā)了用于電源車的發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)。在發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，借鑒了有限狀態(tài)機(jī)的理論，將發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)分為6種：停車發(fā)電，停機(jī)，起動(dòng)，怠速，調(diào)速和超速。

行車發(fā)電不屬于發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)之一。它對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的影響體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是使得行車時(shí)負(fù)載變大，因此需要對(duì)調(diào)速狀態(tài)下的油量進(jìn)行修正；二是使發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)也帶上了一部分載荷，且載荷大小隨輸出電能的需要而變化，因此對(duì)怠速控制提出了更高的要求。

2.3 液壓系統(tǒng)控制策略

發(fā)動(dòng)機(jī)通過取力器輸出動(dòng)力，帶動(dòng)液壓泵旋轉(zhuǎn)。流經(jīng)液壓泵的傳動(dòng)液壓力升高，驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)，從而帶動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。電磁驅(qū)動(dòng)二通調(diào)速閥與液壓馬達(dá)并聯(lián)，通過對(duì)二通調(diào)速閥的調(diào)節(jié)來控制旁通油量，以控制高壓管路中傳動(dòng)液的壓力，從而控制液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。液壓馬達(dá)與發(fā)電機(jī)通過聯(lián)軸節(jié)相連。發(fā)電機(jī)的運(yùn)行速度必須穩(wěn)定在1500r/min，這也是液壓系統(tǒng)控制的最終目標(biāo)。在車輛處于發(fā)電狀態(tài)時(shí)（包括停車發(fā)電和行車發(fā)電），液壓控制單元必須實(shí)時(shí)監(jiān)控發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，通過對(duì)二通調(diào)速閥的控制來調(diào)整液壓馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)扭矩，滿足發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)過程中轉(zhuǎn)速恒定的要求。由此可見，對(duì)液壓系統(tǒng)雖然為單一的恒速控制，但是對(duì)控制品質(zhì)的要求較高，在進(jìn)行算法設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)參數(shù)進(jìn)行仔細(xì)匹配。根據(jù)恒速控制的要求，作者采用了PID控制算法。

在液壓系統(tǒng)中，液壓泵出口流量隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速而變化。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速勢(shì)必會(huì)受到影響。僅靠液壓系統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)達(dá)不到滿意的動(dòng)態(tài)性能。因此，將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速視為擾動(dòng)量，在PID調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化對(duì)閥門開度進(jìn)行補(bǔ)償。這種控制方法的關(guān)鍵在于確定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與閥門開度補(bǔ)償量之間的模型。模型可以通過結(jié)合液壓系統(tǒng)的仿真計(jì)算與臺(tái)架試驗(yàn)得到。根據(jù)以上控制策略開發(fā)了液壓系統(tǒng)控制模塊。

3 結(jié)束語

綜上所述，通過對(duì)整車運(yùn)行狀況分析，總結(jié)了發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓系統(tǒng)控制的主要任務(wù)。以電子調(diào)速器為基礎(chǔ)，借鑒有限狀態(tài)機(jī)理論設(shè)計(jì)了發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)。采用前饋與反饋控制相結(jié)合的方法設(shè)計(jì)了液壓系統(tǒng)控制器。通過系統(tǒng)控制分析，提高了系統(tǒng)集成度，降低了成本。通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓系統(tǒng)的控制，不僅使電源車在停車時(shí)的發(fā)電質(zhì)量達(dá)到了三級(jí)移動(dòng)電站標(biāo)志，還使之具備了行車發(fā)電的基礎(chǔ)，完全可以實(shí)現(xiàn)行車時(shí)的部分電能輸出。在該方案基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的電源車，經(jīng)濟(jì)性和機(jī)動(dòng)性與傳統(tǒng)電源車相比都有很大提高。為此我們依據(jù)客觀條件，注意先進(jìn)性和可行性相結(jié)合，恰當(dāng)利用成熟部件，以提高產(chǎn)品的可靠性和縮短研制周期。

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