汽車電源系統(tǒng)電壓的動態(tài)調(diào)控設(shè)計

范程程

摘 要在人們生活水平不斷提升的基礎(chǔ)上，對各類生活所需的設(shè)備設(shè)施的功能性和舒適性的要求在逐漸升高。尤其是對出行工具的功能要求不局限于基本的行駛性能，對舒適性和娛樂性以及其他拓展功能也有了更高的要求，而這些功能都需要汽車內(nèi)部的電源系統(tǒng)提供的電能作為支持，這就為電源系統(tǒng)帶來了很大的運行壓力。一旦電源系統(tǒng)出現(xiàn)電壓不穩(wěn)的現(xiàn)象將對汽車內(nèi)部的多種功能帶來影響，為此，要想保證汽車的功能性和舒適性能夠滿足人們的需求，就必須對汽車電源系統(tǒng)進行合理設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】汽車電源系統(tǒng) 電壓 動態(tài)調(diào)控

為了保證汽車電源系統(tǒng)能夠滿足人們對汽車功能的需求，我們針對燃油汽車電源系統(tǒng)展開研究，通過對電源系統(tǒng)電壓的動態(tài)調(diào)控來控制輸出電壓的穩(wěn)定性，并且保證輸出電壓功率平衡。汽車電源系統(tǒng)的動態(tài)調(diào)控是指采用調(diào)節(jié)脈寬的方式對汽車發(fā)電價的勵磁線路產(chǎn)生影響，由原本的機械控制轉(zhuǎn)變成數(shù)字控制，即實現(xiàn)汽車發(fā)電機的智能控制。文中就從汽車供電系統(tǒng)所面臨的問題進行分析，進而研究汽車電源系統(tǒng)電壓的動態(tài)調(diào)控設(shè)計的相關(guān)思路。

1 汽車供電系統(tǒng)所面臨的問題

在汽車制造業(yè)的技能趨向逐漸與公眾需求融合后，汽車附屬功能與能源提供區(qū)域之間的違和矛盾便逐漸顯現(xiàn)。調(diào)查顯示，無關(guān)型號和廠家，市面上明顯已有多款汽車均出現(xiàn)了使用附屬功能期間電壓不穩(wěn)狀態(tài)。而當(dāng)前汽車功能發(fā)展明顯無法拋棄內(nèi)部功能娛樂化和多項化，因此制造方有必要在提升車內(nèi)電壓穩(wěn)定性入手，更新汽車使用的電壓向技術(shù)手段，以此來穩(wěn)定行業(yè)發(fā)展的質(zhì)量口碑。

為了解決以上問題，部分汽車生產(chǎn)廠家借鑒城市供電系統(tǒng)的發(fā)電機并網(wǎng)模式來保證輸出電壓的穩(wěn)定性，形成雙重的控制系統(tǒng)。通過對燃油汽車的電源系統(tǒng)運行現(xiàn)狀進行分析之后發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段燃油汽車的電源系統(tǒng)存在供電不穩(wěn)的現(xiàn)象，為汽車內(nèi)部的通信電路和相關(guān)設(shè)備的功能造成很大影響，在很大程度上影響了用戶體驗的效果；發(fā)電機的功率不足也是燃油汽車電源系統(tǒng)所面臨的重點問題，隨著汽車內(nèi)部耗電功能的不斷增多，功率不足的問題越來越明顯，由此可見，發(fā)電機輸出電壓功率不足的問題是此時汽車生產(chǎn)廠家需要重點解決的關(guān)鍵問題。

2 發(fā)電機輸出電壓穩(wěn)定性的設(shè)計

汽車在行駛的過程中發(fā)電機的轉(zhuǎn)速和負載是一個變量，然而車內(nèi)的用電設(shè)備對電壓的平穩(wěn)性要求比較固定的，如何讓變量和定值在相互配合下完成工作是汽車發(fā)電機輸出電壓控制體系需要承擔(dān)的任務(wù)。鑒于以上問題，可以在汽車內(nèi)部安裝電壓調(diào)節(jié)器針對發(fā)電機的輸出電壓進行控制，將其控制在用電設(shè)備所需電壓的范圍之內(nèi)，確保汽車內(nèi)部功能的穩(wěn)定性。

汽車發(fā)動機在動力能源上可以分為柴油機和汽油機，相對來說汽油機的轉(zhuǎn)速要較柴油機廣，通常在800～6000r/min范圍內(nèi)，在不同路況中的轉(zhuǎn)速會產(chǎn)生一定變化，一般城市道路中的轉(zhuǎn)速為800～2500r/min，而高速道路的轉(zhuǎn)速范圍在4000r/min以上，即便是同類型的汽車發(fā)動機和發(fā)電機的皮帶傳動率也會存在一定的差異，通過以往的研究表明傳動比率在1.7和3之間，比較常見的數(shù)據(jù)為2。

由于汽車行駛時的轉(zhuǎn)速會受到很多因素的影響，沒有特定的數(shù)值，而汽車內(nèi)部的用電設(shè)備對電壓穩(wěn)定性的要求較高，為此，需要采取特定的手段對發(fā)電機的輸出電壓進行控制，通常是以調(diào)節(jié)勵磁電流大小來進行。電壓調(diào)節(jié)器在大體上可以分為觸電振蕩式、晶體管式和集成電路式，在以往的應(yīng)用過程中可以發(fā)現(xiàn)振蕩式的電壓調(diào)節(jié)器容易產(chǎn)生觸電燒蝕的故障問題并且相對其他調(diào)節(jié)器來說體積偏大，占據(jù)大量的空間，為此，不被采納。在不斷發(fā)展的過程中，汽車制造行業(yè)引入了現(xiàn)代化技術(shù)采用電子電壓調(diào)節(jié)器來控制輸出電壓。

3 發(fā)電機功率平衡和電壓穩(wěn)定性的動態(tài)調(diào)控設(shè)計

就目前汽車制造產(chǎn)業(yè)的技術(shù)能度而言，短期內(nèi)支撐汽車附屬功能使用的能源種類仍舊會以電能為主。因此本著在研究期限內(nèi)將技術(shù)產(chǎn)值和成本用量完善中和的發(fā)展原則，技術(shù)方應(yīng)從電能輸送的重要作用物——發(fā)電機入手，通過改良其功率效果達成平衡調(diào)控。具體方法可分為兩類：

（1）更換發(fā)電機型號，增強功率。

（2）以組合形式（并聯(lián)）加大電機可用功率。

3.1 汽車雙發(fā)電機電源系統(tǒng)控制方案

通過實際驗證可以發(fā)現(xiàn)，采用更換大功率發(fā)電機的方式存在一定的弊端，更換大功率的發(fā)電機就意味著發(fā)電機的占地面積要在原有的基礎(chǔ)上擴大面積，這時車內(nèi)的布局就要進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整方可容納大功率的發(fā)電機，從更換工序方面來說，對車內(nèi)布局進行改造是一個很大的工程，從投入成本方面來說，更換大功率的發(fā)電機本身就會產(chǎn)生一定的資金投入，在對車內(nèi)布局進行改造時所產(chǎn)生的人工費用也是一筆較大的投入。

鑒于以上問題，我們選用雙發(fā)電機并聯(lián)的方式來改善發(fā)電機輸出功率不足的問題，但是僅是簡單的并聯(lián)安裝無法形成合理分配功率的體系，很容易產(chǎn)生其中一個發(fā)電機超負荷運行，另一個發(fā)電機的不操作的問題，針對這個問題，我們有針對性的研究出一套電源控制方案。研究一種基于脈寬調(diào)制的發(fā)電機控制方法，使發(fā)電機輸出電壓快速平穩(wěn)達到需求值，并且穩(wěn)定在需求值抑制自身波動，達到智能電源對發(fā)電機的要求。并且將這種脈寬調(diào)制的發(fā)電機控制方法應(yīng)用于發(fā)電機并聯(lián)的控制中，結(jié)合功率均衡，進行并聯(lián)發(fā)電機組的控制。

3.2 電壓穩(wěn)定性的動態(tài)調(diào)控

針對發(fā)電機輸出電壓可控和對發(fā)電機輸出電壓波動抑制的要求，將發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)器改進為利用單片機及相關(guān)電路的發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)器，并且利用脈寬調(diào)制的方法來調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁電流通斷，從而達到發(fā)電機電壓的可控和波動的抑制。當(dāng)發(fā)電機的電壓差變大時，即輸出實際電壓在遠離參考電壓時，若占空比增量絕對值較大，采用小免疫調(diào)節(jié)參數(shù)，避免過分調(diào)節(jié)造成波動；若占空比增量在零附近波動時，采用中等免疫調(diào)節(jié)參數(shù)，加大調(diào)節(jié)力度。

當(dāng)發(fā)電機的電壓差變小時，即輸出實際電壓在接近參考電壓時，若占空比增量絕對值較大，采用中等免疫參數(shù)，保持調(diào)節(jié)情況；若占空比增量在零附波動時，采用大免疫調(diào)節(jié)參數(shù)，避免調(diào)節(jié)過慢。當(dāng)發(fā)電機的電壓差在零附近波動時，即輸出實際電壓已經(jīng)處于參考電壓時，若占空比增量絕對值較大，采用中等免疫參數(shù)，保持調(diào)節(jié)情況；若占空比增量在零附近波動時，采用小免疫調(diào)節(jié)參數(shù)，避免出現(xiàn)錯誤調(diào)節(jié)。

參考文獻

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[2]鄧豹.一種動態(tài)電源供電系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)方法[J].航空計算技術(shù)，2014（04）.

作者單位

長城汽車股份有限公司技術(shù)中心 河北省保定市 071000