實用環(huán)保型駕校教練車油改電技術(shù)研究

王麟珠 蘇慶列 許 鐵

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實用環(huán)保型駕校教練車油改電技術(shù)研究

王麟珠 蘇慶列 許 鐵

福建交通職業(yè)技術(shù)學院

詳細介紹了實用環(huán)保型駕校教練車油改電技術(shù)的改裝方案、手段與關(guān)鍵技術(shù)。油改電后的純電動教練車在真實模擬教練車原有動力性、操縱性、舒適性和駕訓功能的基礎(chǔ)上，以蓄電池作為車載電源，永磁無刷直流電動機作為驅(qū)動電機，加上電機控制系統(tǒng)3部分組成的電動教練車動力系統(tǒng)替代原車燃油發(fā)動機。產(chǎn)品試驗結(jié)果顯示其實用、安全、環(huán)保、節(jié)能，具有廣闊的市場前景。

駕校教練車；油改電；動力系統(tǒng)；節(jié)能環(huán)保；技術(shù)研究

隨著節(jié)能環(huán)保型社會的建設(shè)和發(fā)展，具有高效節(jié)能、低排放或零排放優(yōu)勢的油改電教學教練車獲得了生機，電動教練車油改電不僅節(jié)約成本，其帶來的環(huán)保優(yōu)勢也毋庸置疑。教練車在訓練時，基本上處于怠速狀態(tài)，由此產(chǎn)生的污染物比正常行駛時要高很多，而電動教練車不存在這個問題。資料表明，在教練車的工況下，每燃燒1t汽油將產(chǎn)生70 kg CO、HC、NOx等有害氣體和顆粒物的排放，如能改造現(xiàn)有燃油教練車的50%，我國每年就能節(jié)省33.3萬t汽油，減少2.3萬tCO、HC、NOx等有害氣體和顆粒物的排放治理成本。就近幾年汽車行業(yè)的發(fā)展來看，圍繞能源的技術(shù)革新最受關(guān)切，駕校教練車油改電既省油，又有利于環(huán)保，受到各界的廣泛重視，具有廣闊的市場前景，得到了行業(yè)管理部門的支持和鼓勵。

1 教練車油改電改造總體技術(shù)方案

1.1 教練車油改電改造原則

純電動駕校教練車主要由現(xiàn)有的燃油教練車改裝而成，將電源、電機及其控制系統(tǒng)取代汽、柴油內(nèi)燃機，其最終目的是培養(yǎng)合格的駕駛員。因此，機動車駕駛員培訓用教練車改裝成電動教練車的過程中，在實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的基礎(chǔ)上，將盡可能模擬還原燃油車的動力性、操作性和舒適性，特別需要把改裝后的電動教練車的幾大部件：油門、制動、離合器、方向盤、手剎、聲音和燈光等模擬成實車的操縱感，其中以油門模擬最為重要。

該實用環(huán)保型駕校教練車油改電技術(shù)的優(yōu)點有：

（１）能實現(xiàn)同車型燃油教練車低速行駛各項功能的完全仿真；

（２）實用、安全、環(huán)保、運行成本低；

（３）有效提升駕校教學質(zhì)量。

1.2 教練車油改電改造方案

教練車油改電是專為駕駛員培訓行業(yè)發(fā)明的一種節(jié)能駕訓工具，從結(jié)構(gòu)上講，油改電后的純電動教練車與燃油教練車的不同之處僅在動力系統(tǒng)，純電動教練車的動力系統(tǒng)是由蓄電池電源、電機及調(diào)速系統(tǒng)組成，而燃油教練車的動力系統(tǒng)是汽油發(fā)動機或柴油發(fā)動機，除動力部分外，車輛的其它部分完全一樣；從供電方式上講，由于國家規(guī)定的駕駛員場內(nèi)駕駛各科目訓練的范圍不大，可采用車載電源供電模式，這種車載電源供電方式，保證了其自身的環(huán)保性、可靠性、經(jīng)濟性和實用性。

將燃油教練車改裝成電動教練車的動力系統(tǒng)總成包括電動機、電機控制電路、傳動連接機構(gòu)，固定支架、外殼及傳動軸等。改裝需拆除發(fā)動機，保留飛輪、離合器和變速箱等，改裝后電動車以蓄電池供電，由電動機驅(qū)動行駛，行駛過程踩離合器換檔。電動機調(diào)速控制電路中設(shè)置有調(diào)速電位器R，調(diào)速電位器R與駕駛室內(nèi)的油門加速踏板相連；電動機、電動機調(diào)速控制電路通過絕緣方式與機殼連接；電動機的輸出軸通過傳動機構(gòu)與飛輪和離合器相連。車輛滿足駕駛員培訓要求，駕駛操作控制簡單有效、工作可靠確保行車安全。機械、電氣裝置耐用少維修，產(chǎn)品能進行批量試生產(chǎn)，能進行示范運行?？傮w設(shè)計方案如圖1所示。

圖1 駕校教練車油改電總體設(shè)計方案

2 教練車油改電關(guān)鍵技術(shù)

2.1 動力系統(tǒng)

駕校教練車油改電所采用的動力系統(tǒng)由蓄電池、驅(qū)動電機及其控制系統(tǒng)等組成。

2.1.1教練車電源

油改電教練車電源的作用是為電動教練車的驅(qū)動電動機提供電能。該電動教練車采用汽車上應用最廣泛的電源即鉛酸蓄電池，因此可以沿用原有蓄電池和充電器，而不造成資源浪費和污染環(huán)境。

2.1.2教練車驅(qū)動電機

驅(qū)動電機及其控制系統(tǒng)是教練車油改電的核心，驅(qū)動電機的作用是將電源的電能轉(zhuǎn)化為機械能，通過傳動裝置驅(qū)動車輪和其它工作裝置。目前適合于電動教練車的電機主要有直流電機、感應電機、永磁同步電機、永磁無刷直流電機以及開關(guān)磁阻電機等。由于直流電機在低速時的轉(zhuǎn)矩高且容易控制，特別是永磁無刷直流電機，采用永磁轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子磁鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)過專門的磁路設(shè)計，使電機可以獲得梯形波的氣隙磁場。電機不采用機械式換向器和電刷，而是采用由固態(tài)逆變器和轉(zhuǎn)子位置檢測器組成的電子換向器。位置傳感器用來檢測轉(zhuǎn)子在運動過程中的位置，并將位置信號轉(zhuǎn)換為電信號，保證各相繞組的正確換流。永磁無刷直流電動機在工作時，直接將方波電流輸入永磁無刷直流電動機的定子中，控制永磁無刷直流電動機運轉(zhuǎn)。永磁無刷直流電動機具有效率高，起動轉(zhuǎn)矩大，過載能力強，無電刷，結(jié)構(gòu)簡單牢固，免維護或少維護，體積小質(zhì)量輕等優(yōu)點，適合于駕校教練車的場地訓練和長時間低速行駛。因此教練車選用永磁無刷直流電機作為驅(qū)動電機。

2.1.3電機控制系統(tǒng)

電動機調(diào)速控制系統(tǒng)是為電動汽車的變速和改變轉(zhuǎn)矩等設(shè)置的，其作用是控制電動機的電壓或電流，完成電動機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的控制。電動教練車采用蓄電池供電，要求電機驅(qū)動控制系統(tǒng)考慮電池的瞬時最大放電電流，電池輸出功率及其逆變器功率開關(guān)器件的最大允許電流。同時電動教練車在起動、加速和制動過程中還需要電機控制系統(tǒng)提供合適的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩和制動轉(zhuǎn)矩，因此對起動電機轉(zhuǎn)矩進行閉環(huán)控制。

無刷直流電機的電流控制一般是通過PWM斬波控制來實現(xiàn)的，采用對導通相的上橋臂進行斬波，下橋臂恒通的控制方式。無刷直流電機的三相電流對稱，且為互差120o電角度的方波，將每相正電流聯(lián)合起來就變成直流，因而只需要使用一個電流調(diào)節(jié)器就可以對三相電流進行控制。電流控制結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 電流控制結(jié)構(gòu)圖

2.2 機械系統(tǒng)

電動教練車傳動裝置的作用是將電動機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩傳給汽車的驅(qū)動軸，在不改變原有教練車操作性能的前提下，保留發(fā)動機飛輪及其后面包括離合器、變速箱、驅(qū)動軸等傳動部件。因此，在驅(qū)動電機與飛輪之間專門設(shè)計一套安全可靠的機械傳動機構(gòu)，其主要包括機座、傳動軸和軸承等組成。機械系統(tǒng)聯(lián)接機構(gòu)如圖3所示，驅(qū)動電機通過花鍵與傳動軸小頭嚙合，再通過傳動軸大頭上的法蘭盤為飛輪提供改裝前由發(fā)動機所提供的動力。

1、驅(qū)動電機；2、花鍵；3、傳動軸；4、支撐架；5、軸承；6、法蘭盤

2.3 輔助系統(tǒng)

駕校教練車油改電只針對動力系統(tǒng)，用電動機替代發(fā)動機的同時，不改變原有操縱性，對于原有需要發(fā)動機皮帶傳動的電氣設(shè)備也需要進行調(diào)整，這里對教練車的制動和轉(zhuǎn)向也做了相應改進。

為保證油改電后教練車制動性能良好，確保行車安全。訂做的DC48V電動剎車真空助力泵，匹配改裝教練車的最高真空度-0.08 MPa，且無需潤滑油、抽氣速度快、能耗小、使用壽命長、安裝方便、有效提供教練車的制動性能。

液壓助力轉(zhuǎn)向也采用DC48V電動液壓助力轉(zhuǎn)向泵直接驅(qū)動，為電動教練車轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)向助力，轉(zhuǎn)向泵采用二級絕緣設(shè)計，有效防止液壓油對高壓電的傳導，安裝方便，使用壽命長，轉(zhuǎn)向壓力穩(wěn)定。

2.4 駕訓系統(tǒng)

根據(jù)駕校教練車駕訓的需要，教練車還配置了語音駕訓系統(tǒng)。采用89C51作為控制器和T6668語音合成芯片，主要實現(xiàn)以下檢測功能：

（1）關(guān)車門時，檢測門鎖是否扣緊；

（2）檢測蓄電池電壓是否不足；

（3）檢測汽車“前進”、“后退”、“停車”、“熄火”4個行駛狀態(tài)。

并實現(xiàn)以下語音提示：

（1）車輛已起動；

（2）注意車門未關(guān)；

（3）蓄電池電壓不足；

（4）車輛已停止。

3 總結(jié)

駕校教練車經(jīng)油改電后進行的一系列的路試和教學試驗證明，油改電駕校教練車安全性強、環(huán)保、實用；對駕駛學員進行培訓，駕校在取得同等培訓效果的情況下大幅度地減少燃料費用和車輛維護費用。且電動教練車不再受制于燃油成本，只要學員愿意，可以在油改電后的純電動教練車上一直練到非常熟練為止，技術(shù)熟練了，學員考試的通過率就提高，相應地也減少駕校對考試不通過學員應支出的各種費用，為駕校節(jié)約成本。

[1] 董紅霞,劉泉山,徐小紅.國內(nèi)外汽車-油品-排放項目研究概述[J].車用發(fā)動機,2008(z1)：6-8.

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Technology of Substituting Electric Power for Fuel Used in Driving School Training Vehicles

Wang Linzhu，Su Qinglie，Xu Tie

（Fujian Communications Technology College, Fuzhou 350007, China）

The improvement technology of substituting electric power for fuel used in driving school training vehicles is described. The improved training vehicles can realize the original power, control, comfort and training function. The new power system of the training vehicles replaces the motor driven by fuel, which contains the battery, a permanent magnetic brushless driving motor and motor control system. Product test results indicate that the improved training vehicles have better performance, a higher safety, being environment-friendly and energy efficient with a market prospect.

training vehicle of a driving school；substituting electric power for fuel；power system；energy conservation and environmental protection; technological research

福建省交通科技項目（200942）