摩托車智能啟停發(fā)電一體化控制

一、引言

隨著消費(fèi)水平的增長(zhǎng)，機(jī)動(dòng)車保有量也在爆發(fā)式增長(zhǎng)，隨之帶來(lái)的機(jī)動(dòng)車尾氣污染問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重。為了緩解機(jī)動(dòng)車在等紅綠燈、堵車或者短時(shí)?？繒r(shí)的尾氣排放問(wèn)題，啟停技術(shù)已經(jīng)在汽車上廣泛應(yīng)用開(kāi)來(lái)。對(duì)于摩托車來(lái)說(shuō)，啟停功能也提上了日程。ZLG推出的智能啟停發(fā)電一體化控制方案，可以給駕駛者更舒適的感受，可以減少尾氣排放，對(duì)于摩托車廠家來(lái)說(shuō)，更是可以節(jié)省成本！

二、傳統(tǒng)摩托車啟動(dòng)發(fā)電

傳統(tǒng)摩托車的啟動(dòng)電機(jī)是直流有刷電機(jī)，其轉(zhuǎn)子是線圈，通過(guò)碳刷和換向器對(duì)外連通。這種結(jié)構(gòu)決定了，在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的感應(yīng)電流和摩擦損失，不適合當(dāng)發(fā)電機(jī)使用。所以傳統(tǒng)摩托車必須搭配另外一個(gè)磁電機(jī)來(lái)做發(fā)電功能。以某型號(hào)踏板車為例，其結(jié)構(gòu)如圖。

傳統(tǒng)啟動(dòng)方式中使用的是有刷直流啟動(dòng)電機(jī)，通過(guò)單向器和減速齒輪機(jī)構(gòu)，在啟動(dòng)的時(shí)候連接到汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的主軸。啟動(dòng)過(guò)程：駕駛?cè)税聪曼c(diǎn)火開(kāi)關(guān)，電氣系統(tǒng)控制啟動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，啟動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，等汽油發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)完成后，駕駛?cè)怂砷_(kāi)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)。

在傳統(tǒng)的啟動(dòng)方式中，存在以下缺點(diǎn)：

●   有刷直流電機(jī)有碳刷和換向器，碳刷容易磨損，而且會(huì)產(chǎn)生火花，導(dǎo)致?lián)Q向器積碳。

●   單向器和減速齒輪機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜，容易損壞。

●   傳統(tǒng)啟動(dòng)電機(jī)由于其連接機(jī)構(gòu)，啟動(dòng)過(guò)程中明顯存在較大噪音。

傳統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)由磁電機(jī)、穩(wěn)壓整流器和蓄電池組成。摩托車的蓄電池對(duì)于整車來(lái)說(shuō)只是個(gè)輔助電源，一般只在啟動(dòng)和發(fā)動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)啟用。磁電機(jī)才是摩托車的主電源，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，帶動(dòng)磁電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)從而發(fā)電，其作用包括給整車供電和給蓄電池充電。磁電機(jī)是無(wú)刷電機(jī)，外轉(zhuǎn)子是磁體，連接在發(fā)動(dòng)機(jī)主軸，內(nèi)定子是線圈，固定于發(fā)動(dòng)機(jī)殼體，定子與轉(zhuǎn)子間沒(méi)有任何機(jī)械接觸。磁電機(jī)發(fā)出來(lái)的是交流電，需要穩(wěn)壓整流器通過(guò)二極管整流橋的方式，進(jìn)行半波或全波整流為直流電。由于二極管存在壓降，此方式一般效率比較低下。

圖1 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)

三、啟停發(fā)電一體系統(tǒng)

新型的啟動(dòng)發(fā)電一體系統(tǒng)中，將傳統(tǒng)啟停系統(tǒng)中磁電機(jī)改進(jìn)為帶霍爾傳感器的直流無(wú)刷電機(jī)，可以兼具啟動(dòng)和發(fā)電功能。該系統(tǒng)在機(jī)械結(jié)構(gòu)上替代了有刷直流啟動(dòng)電機(jī)和傳統(tǒng)磁電機(jī)，不需要原來(lái)的單向器、減速齒輪等傳動(dòng)零部件，同時(shí)保留了磁電機(jī)沒(méi)有機(jī)械接觸的優(yōu)點(diǎn)。在電氣結(jié)構(gòu)上，將啟?？刂坪头€(wěn)壓整流器整合為一個(gè)智能啟?？刂破?。

啟停發(fā)電一體電機(jī)取消了有刷電機(jī)和其機(jī)械結(jié)構(gòu)，優(yōu)點(diǎn)如下：

●   結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性更高；

●   不產(chǎn)生火花和電弧，不產(chǎn)生碳粉；

●   減輕整車質(zhì)量和裝配難度；

●   無(wú)刷電機(jī)免維護(hù)、無(wú)碳刷，故障率低、維修費(fèi)用低；

圖2 啟停發(fā)電一體

四、智能啟停發(fā)電控制方案

ZLG基于多年的電機(jī)控制技術(shù)積累，針對(duì)摩托車啟停發(fā)電一體系統(tǒng)推出了摩托車智能啟停發(fā)電控制方案。

●   適用范圍：摩托車啟停發(fā)電一體電機(jī)（磁電機(jī)）；

●   控制方式：霍爾FOC矢量控制；

●   機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定壽命長(zhǎng)；

●   靜音啟動(dòng)技術(shù)，取消有刷啟動(dòng)電機(jī)及其機(jī)械結(jié)構(gòu)；

●   智能啟停技術(shù)，起步舒適快捷；

●   高效充電技術(shù)，FOC矢量控制和弱磁；

●   恒流/恒壓充電，完善的充電監(jiān)控功能；

●   完整的軟件、硬件設(shè)計(jì)參考；

靜音啟動(dòng)技術(shù)是指摩托車在啟動(dòng)的時(shí)候，不再有傳統(tǒng)摩托車啟動(dòng)時(shí)的機(jī)械摩擦噪聲和電機(jī)電流噪聲。啟停發(fā)電一體電機(jī)是直流無(wú)刷電機(jī)，沒(méi)有換向器、碳刷和額外的機(jī)械機(jī)構(gòu)，直接連接在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)主軸，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不會(huì)機(jī)械摩擦噪聲。在電機(jī)控制上，方案采用霍爾FOC矢量控制技術(shù)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小、啟動(dòng)扭矩大，配合霍爾傳感器可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)閉環(huán)控制，極快速啟動(dòng)。從零速加速到汽油發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，整個(gè)過(guò)程中轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)，消除了啟動(dòng)時(shí)的電流噪聲。

智能啟停技術(shù)是指摩托車在行駛過(guò)程中，需要臨時(shí)停車超過(guò)一定時(shí)間時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)熄火功能，在需要繼續(xù)前進(jìn)時(shí)，無(wú)需重按啟動(dòng)按鈕，只需要松開(kāi)剎車，加油門即可實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)的一種技術(shù)。ZLG智能啟?？刂破鞣桨钢?，采集摩托車轉(zhuǎn)速信號(hào)、剎車信號(hào)、油門信號(hào)和發(fā)動(dòng)機(jī)溫度信號(hào)等，通過(guò)智能邏輯識(shí)別駕駛者意圖，控制發(fā)動(dòng)機(jī)熄火或者啟動(dòng)。傳統(tǒng)摩托在短時(shí)停車時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速狀態(tài)。ZLG的智能啟停技術(shù)使得摩托車在短時(shí)停車時(shí)處于熄火狀態(tài)，減少了油耗和尾氣排放。配合靜音快速啟動(dòng)技術(shù)，給駕駛者帶來(lái)更舒適的感受。

ZLG方案設(shè)計(jì)中，啟動(dòng)功能和充電功能共用電路，通過(guò)軟件控制電機(jī)作為啟動(dòng)或者發(fā)電功能。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)以后，帶動(dòng)磁電機(jī)產(chǎn)生充電電流，控制器通過(guò)FOC矢量控制和弱磁技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)恒壓、恒流流輸出，充電電流、電壓可控。ZLG方案通過(guò)開(kāi)關(guān)MOS的方式整流，相比傳統(tǒng)穩(wěn)壓整流器的二極管整流，具有更低的損耗、更高的效率。在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，通過(guò)弱磁技術(shù)控制，可以更好地穩(wěn)定輸出電壓。

圖3 充電功能框圖

五、結(jié)論

環(huán)保法規(guī)和駕駛者的舒適便捷性需求將推動(dòng)摩托車啟停技術(shù)的發(fā)展。ZLG推出的智能啟停發(fā)電控制方案具有靜音啟動(dòng)、智能啟停和高效充電三大特點(diǎn)，可提供完整的軟硬件設(shè)計(jì)參考，助力廠商快速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化。