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简述混合动力汽车的电控油门的组成、要求及其工作原理
2012-07-29 15:58:13 来源: 作者: 【 】 浏览:1848次 评论:0

摘要:混合动力汽车在行驶中给电池充电工况对发动机的控制提出了新的要求。本文设计了一套电控油门装置,该装置在现有汽油机电控单元的基础上,增加对节气门的控制。通过在长安羚羊7130轿车上试验,验证了该方案的可行性。  

 

关键词:混合动力(HEV);汽油机;充电系统 

 混合动力汽车保留了内燃机和电驱动两者的优点,淡化了两者的缺点,成为既能满足排放和燃油经济性要求,又能兼具纯电动汽车与燃油汽车优点的理想车型。混合动力汽车需要一个多能源管理系统对整车各个部件进行综合管理,其中包括根据汽车各部件的状况对发动机进行实时调节。当汽车正常行驶而电池的SOC(蓄电池的荷电状态)较低时,发动机需要提供额外能量给电池充电;但由于驾驶员并不能根据电池的状态来适时调整油门踏板,此时给电池充电使发动机的负载增加,产生的直接后果是驾驶员突然感到车速降低;同样,在充电过程结束时,汽车车速将突然增加。这种车速的异常变化,将影响汽车的使用性能。可见,混合动力汽车正常行驶时,多能源管理系统需要控制发动机在保持原有动力性的前提下对电池的充电;在停车状态下需要给电池充电时,多能源管理系统也要控制发动机输出充电所要求的能量。目前,国内大多数发动机控制单元非自主开发,因此通过原车发动机的控制单元将很难解决上述问题。本文在汽油机节气门上增加一套电控油门装置,不改动原有节气门传动机构,简单易行。当车辆单靠发动机驱动时,由原机的电控单元控制;当需要汽油机给电池充电,则通过电控油门装置控制节气门。该方案应用于长安羚羊7130轿车的混合动力改造,取得了令人满意的效果。

 

1 电控油门的组成和要求

 

电控油门主要由加速踏板位置传感器、节气门开度传感器、步进电机以及蜗轮蜗杆减速机等组成(见图1)。


蜗轮蜗杆减速机输出轴上固定一外径为10 mm的套筒,其上钻有小孔,用于固定绕在其外圆上软钢丝的一端,软钢丝的另一端绕在节气门的转盘上。原有节气门传动机构的钢丝也是绕在节气门上,两者是并联的形式。当电子油门工作时,步进电机拉动节气门增加适当开度,满足充电的额外要求;当电子油门不工作时,步进电 机反转使电控油门的钢丝释放到最大自由位置。为保证节气门的控制精度,步进电机的驱动电路采用细分驱动方式。本文的电子油门步进电机的步距角细分后为0.09°,节气门的控制精度为0.045°。电子油门中选用蜗轮蜗杆减速机,其原因是: 变更步距角,提高位置分辨率; 通过改变转速,避开共振区,以便在高频输出特性区域运行; 使惯量相匹配以求得到较大的加速度,得以高效率运行; 利用减速机构的黏性摩擦减小振动,从而改善阻尼特性; 得到直线运动。

 

2 电控油门的控制

 

电控油门装置的步进电机控制是混合动力能源管理系统的组成部分。电控油门起作用的时候应能控制汽油机提供的额外能量,并反映驾驶员的意图;而当电控油门不起作用时,不能干涉驾驶员对发动机的控制。因此电控油门的工作与电池状态、发动机转速、驾驶员意图和发动机的特性等因素有关。其中驾驶员意图是通过加速踏板位置传感器获得的。电控油门工作时,根据发动机转速和电池状态以及发动机特性确定发电机的充电电流,进而确定发动机用来充电的输出功率,然后根据发动机的特性和加速踏板的位置求出发动机节气门位置,通过电控油门使节气门开度达到要求位置。因此当需要在行驶中给电池充电时,发动机节气门位置最终由驾驶员要求的节气门开度S1和充电要求的节气门开度S2决定。充电要求的节气门开度S2由发动机转速n和电池SOC值决定,即:S2=f(n,SOC)。电控油门通过控制步进电机的正转和反转来实现发动机节气门开度调节。控制流程如图2所示。


3 试验结果

 

为了验证电子油门性能,在长安羚羊7130轿车上进行对比试验。试验中,电池的SOC是通过计算机输出给ECU。试验结果如图3所示,图中,曲线Ⅰ是在电子油门作用下发动机转速的变化情况,曲线Ⅱ是没有电子油门时发动机转速的变化。可见,当需要额外给电池充电时,由于有电子油门的调节,发动机能够保持稳定的转速,否则发动机转速出现突变。


4 结束语

 

本文设计的电子油门装置在不改变原发动机电控单元的前提下,实现混合动力汽车行驶中在给电池充电工况下的发动机自动调节,为完善混合动力多能源管理系统进行了有益的尝试。

 

参考文献
[1] Rajashekara K,Schneider K,Hunter J H,et al.PropulsionControl System for a 22 - foor Electric/Hybrid Shuttle Bus[C].In Proc.12th Int.Electric Vehicle Symposium,1994,169-178.
[2] StemmlerH,Garcia O.A Simple 6-way DC—DC Converter forPower Flow Control in an Electrical Vehicl   with Fuel Cell andSupercapacitors[C].EVS16 Conference,Beijing,China,1999.
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Tags:汽车论文 混合动力汽车 混合动力(HEV);汽油机;充电系统 责任编辑:rong
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