淺析傳統(tǒng)汽車發(fā)電機(jī)的智能化控制及改造研究

劉春陽

摘 要：傳統(tǒng)的汽車發(fā)電機(jī)不能根據(jù)汽車對(duì)電能的要求實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)，對(duì)能源的消耗較大，不能實(shí)現(xiàn)能量的最大利用。因此智能化控制要實(shí)現(xiàn)的基本功能是智能調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出電壓。

關(guān)鍵詞：汽車發(fā)電機(jī);智能化控制;改造研究

1 智能化控制實(shí)現(xiàn)的功能

1.1 穩(wěn)定電壓

汽車電子元器件對(duì)電壓的浮動(dòng)較為敏感，因此汽車電源供電系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)電壓的穩(wěn)定，避免過大的電壓浮動(dòng)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(duì)電能的要求實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)，對(duì)能源的消耗較大，不能實(shí)現(xiàn)能量的最大利用。因此智能化控制要實(shí)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(shí)時(shí)有效的智能反饋系統(tǒng)，通過對(duì)車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(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(shí)，智能調(diào)高汽車發(fā)電機(jī)的輸出電壓，實(shí)現(xiàn)蓄電池的快速充電，同理在汽車蓄電池飽和時(shí)，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(shí)防止蓄電池過充。

1.3 提高能量的利用率

我國(guó)大力提倡使用綠色能源，也是全球汽車發(fā)展的趨勢(shì)，要求汽車要節(jié)約能源，提高能量的利用率。因此傳動(dòng)汽車發(fā)電機(jī)的智能化控制能實(shí)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(dòng)或者下坡時(shí)能實(shí)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(shí)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(shí)，在反饋系統(tǒng)信號(hào)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(shí)需要較大動(dòng)力輸出時(shí)，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(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)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(dòng)狀態(tài)時(shí)，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(duì)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(lì)磁電機(jī)的勵(lì)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(cè)控技術(shù)建立車輛運(yùn)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(shí)現(xiàn)不同模式之間的自動(dòng)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(cè)控技術(shù)和勵(lì)磁控制原理。

2.2.1 測(cè)控技術(shù)理論

傳統(tǒng)汽車發(fā)電機(jī)智能控制測(cè)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(cè)和車輛的運(yùn)行狀態(tài)方面。根據(jù)蓄電池電量的多少可將其分為4個(gè)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(duì)蓄電池的電量進(jìn)行檢測(cè)，并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)反饋給控制系統(tǒng)。車輛運(yùn)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(cè)控系統(tǒng)通過檢測(cè)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速以及汽車車速，確定車輛運(yùn)行的狀態(tài)并生成反饋信號(hào)，調(diào)節(jié)汽車發(fā)動(dòng)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(cè)控系統(tǒng)檢測(cè)蓄電池和汽車運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)用反饋原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(lì)磁控制系統(tǒng)，將原有的電壓調(diào)節(jié)器去除，用勵(lì)磁智能控制系統(tǒng)對(duì)發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)精確控制，并能實(shí)現(xiàn)工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)切換傳統(tǒng)汽車發(fā)電機(jī)的部分勵(lì)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(diǎn)是勵(lì)磁線圈的控制系統(tǒng)，包括反饋系統(tǒng)參數(shù)的收集與測(cè)量、電壓輸出控制模塊。通過實(shí)驗(yàn)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(guó)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(dòng)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(huì)干擾機(jī)械傳動(dòng)部分，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出和傳動(dòng)裝置沒有影響。

4 實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果

4.1 汽車發(fā)電機(jī)工作模式轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)

發(fā)電機(jī)的工作模式轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)儀器有四種狀態(tài)的蓄電池、勵(lì)磁電機(jī)、勵(lì)磁控制模塊、轉(zhuǎn)速控制儀器。

4.2 汽車發(fā)電機(jī)穩(wěn)壓輸出調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)

在汽車發(fā)電機(jī)的輸入轉(zhuǎn)速不變的狀態(tài)下，對(duì)汽車發(fā)電機(jī)設(shè)定不同的標(biāo)準(zhǔn)輸出電壓，探究勵(lì)磁控制模塊的控制精度。在試驗(yàn)中，汽車發(fā)電機(jī)的輸出電壓在10～16V之間時(shí)，勵(lì)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(gè)范圍電壓的波紋幅值會(huì)顯著增大，波動(dòng)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(shí)現(xiàn)輸出電壓的準(zhǔn)確控制。

4.3 汽車燃油消耗實(shí)驗(yàn)

汽車燃油消耗實(shí)驗(yàn)通過對(duì)比試驗(yàn)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(shí)在平坦的測(cè)試跑道上進(jìn)行測(cè)試，測(cè)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(fù)操作多次，利用計(jì)算機(jī)對(duì)車輛的順時(shí)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(duì)國(guó)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(shí)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(zhǎng)汽車蓄電池的使用壽命，降低汽車的能源消耗，通過實(shí)驗(yàn)證明智能汽車發(fā)電機(jī)能準(zhǔn)確地控制電壓輸出，實(shí)現(xiàn)能量的有效回收，降低車輛燃油的消耗。

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