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，機(jī)動車保有量也在爆發(fā)式增長，隨之帶來的機(jī)動車尾氣污染問題也越來越嚴(yán)重。為了緩解機(jī)動車在等紅綠燈、堵車或者短時(shí)停靠時(shí)的尾氣排放問題，啟停技術(shù)已經(jīng)在汽車上廣泛應(yīng)用開來。對于摩托車來說，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，對于摩托車廠家來說，更是可以節(jié)省成本!

二、傳統(tǒng)摩托車啟動發(fā)電

傳統(tǒng)摩托車的啟動電機(jī)是直流有刷電機(jī)，其轉(zhuǎn)子是線圈，通過碳刷和換向器對外連通。這種結(jié)構(gòu)決定了，在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會產(chǎn)生過大的感應(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)來做發(fā)電功能。以某型號踏板車為例，其結(jié)構(gòu)如圖。

圖 1 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)

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

在傳統(tǒng)的啟動方式中，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)啟動電機(jī)由于其連接機(jī)構(gòu)，啟動過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。摩托車的蓄電池對于整車來說只是個(gè)輔助電源，一般只在啟動和發(fā)動機(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)動機(jī)啟動后，帶動磁電機(jī)轉(zhuǎn)動從而發(fā)電，其作用包括給整車供電和給蓄電池充電。磁電機(jī)是無刷電機(jī)，外轉(zhuǎn)子是磁體，連接在發(fā)動機(jī)主軸，內(nèi)定子是線圈，固定于發(fā)動機(jī)殼體，定子與轉(zhuǎn)子間沒有任何機(jī)械接觸。磁電機(jī)發(fā)出來的是交流電，需要穩(wěn)壓整流器通過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。

三、啟停發(fā)電一體系統(tǒng)

新型的啟動發(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刷電機(jī)，可以兼具啟動和發(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電機(jī)和傳統(tǒng)磁電機(jī)，不需要原來的單向器、減速齒輪等傳動零部件，同時(shí)保留了磁電機(jī)沒有機(jī)械接觸的優(yōu)點(diǎn)。在電氣結(jié)構(gòu)上，將啟停控制和穩(wěn)壓整流器整合為一個(gè)智能啟停控制器。

圖 2 啟停發(fā)電一體

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;

·無刷電機(jī)免維護(hù)、無碳刷，故障率低、維修費(fèi)用低;

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)簡單，性能穩(wěn)定壽命長;

·靜音啟動技術(shù)，取消有刷啟動電機(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)，F(xiàn)OC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;

靜音啟動技術(shù)是指摩托車在啟動的時(shí)候，不再有傳統(tǒng)摩托車啟動時(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)是直流無刷電機(jī)，沒有換向器、碳刷和額外的機(jī)械機(jī)構(gòu)，直接連接在汽油發(fā)動機(jī)主軸，轉(zhuǎn)動時(shí)不會機(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)矩脈動小、啟動扭矩大，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。從零速加速到汽油發(fā)動機(jī)啟動，整個(gè)過程中轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)，消除了啟動時(shí)的電流噪聲。

智能啟停技術(shù)是指摩托車在行駛過程中，需要臨時(shí)停車超過一定時(shí)間時(shí)，發(fā)動機(jī)實(shí)現(xiàn)自動熄火功能，在需要繼續(xù)前進(jìn)時(shí)，無需重按啟動按鈕，只需要松開剎車，加油門即可實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)自動啟動的一種技術(shù)。ZLG智能啟停控制器方案中，采集摩托車轉(zhuǎn)速信號、剎車信號、油門信號和發(fā)動機(jī)溫度信號等，通過智能邏輯識別駕駛者意圖，控制發(fā)動機(jī)熄火或者啟動。傳統(tǒng)摩托在短時(shí)停車時(shí)，發(fā)動機(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。配合靜音快速啟動技術(shù)，給駕駛者帶來更舒適的感受。

ZLG方案設(shè)計(jì)中，啟動功能和充電功能共用電路，通過軟件控制電機(jī)作為啟動或者發(fā)電功能。汽油發(fā)動機(jī)啟動以后，帶動磁電機(jī)產(chǎn)生充電電流，控制器通過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方案通過開關(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、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。