基于智能發(fā)電機(jī)的某車型節(jié)油策略研究

*張　瓊，胡　俊，戚曉利

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基于智能發(fā)電機(jī)的某車型節(jié)油策略研究

*張瓊1，胡俊2，戚曉利3

（1.安徽三聯(lián)學(xué)院, 安徽, 合肥 230601； 2.江淮汽車技術(shù)中心, 安徽, 合肥 230022；3.安徽工業(yè)大學(xué), 安徽, 馬鞍山 243002）

基于BOSCH-ME17發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)智能發(fā)電機(jī)控制邏輯，提出了一種降低整車油耗及排放的標(biāo)定試驗(yàn)方法。該方法通過對(duì)BOSCH-ME17發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)智能發(fā)電機(jī)控制邏輯的研究，調(diào)整不同工況下智能發(fā)電機(jī)的標(biāo)定參數(shù)，并與普通發(fā)電機(jī)進(jìn)行比較，使匹配智能發(fā)電機(jī)的車型達(dá)到節(jié)油和降低污染物排放的目的。

智能發(fā)電機(jī)；油耗；排放；控制策略；BOSCH-ME17

0 引言

隨著國(guó)家節(jié)能環(huán)保新政策的推行，油耗法規(guī)越來越嚴(yán)格。另外，汽車油耗也成為市場(chǎng)上各大汽車企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵點(diǎn)。因此，許多先進(jìn)的節(jié)油技術(shù)逐漸應(yīng)用到汽車技術(shù)過程中。汽車電氣系統(tǒng)產(chǎn)生的能耗和排放的要求也日益提高[1]。對(duì)于目前市場(chǎng)上傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器，由于輸出電壓值為固定值，而且當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)開始運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)無法進(jìn)行調(diào)節(jié)而是時(shí)刻處于發(fā)電狀態(tài)[2-3]。而高效智能發(fā)電機(jī)技術(shù)由于變動(dòng)小、節(jié)油效果較好，因此在當(dāng)前汽車上應(yīng)用越來越廣泛。

本文以某型乘用車搭載智能發(fā)電機(jī)[4]和AGM電池（超細(xì)玻璃纖維電池）為基礎(chǔ)，基于BOSCH-ME17發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)智能發(fā)電機(jī)控制策略，提出了一種節(jié)油控制策略，并用試驗(yàn)加以驗(yàn)證。

1 智能發(fā)電機(jī)控制原理

圖1 車用智能發(fā)電機(jī)控制原理

車用智能發(fā)電機(jī)控制原理如圖1所示。通過CAN總線及LIN通信將整車的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)（電池電量SOC、電流、電池溫度、電池可信度、發(fā)電機(jī)狀態(tài)等）發(fā)送給ECU（發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元），ECU根據(jù)整車工作狀態(tài)信息，通過計(jì)算得到合適的發(fā)電電壓，并發(fā)送給智能發(fā)電機(jī)控制器，智能發(fā)電機(jī)控制器根據(jù)接收到的發(fā)電電壓值，來控制智能發(fā)電機(jī)發(fā)電，從而控制發(fā)電電壓、電流；同時(shí)，電池傳感器將電池狀態(tài)信息反饋給ECU，以便ECU對(duì)電池狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控診斷，一旦電池傳感器或電池出現(xiàn)故障，ECU可以采取應(yīng)急措施，防止因智能發(fā)電機(jī)或控制器出現(xiàn)問題導(dǎo)致整車無法供電。

2 智能發(fā)電機(jī)控制邏輯

智能發(fā)電機(jī)相較于普通發(fā)電機(jī)，前者可以根據(jù)車輛的狀態(tài)，調(diào)整發(fā)電電壓，可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載，從而降低燃油消耗；提高電氣系統(tǒng)的可靠性；提高電池的壽命。其發(fā)電模式主要有以下五種：

a.基于電池狀態(tài)的控制模式

b.動(dòng)態(tài)電壓控制模式

c.故障模式

d.大功率用電負(fù)載模式

e.起動(dòng)模式

智能發(fā)電機(jī)的控制邏輯見圖2。

圖2 智能發(fā)電機(jī)控制邏輯圖

2.1 基于電池狀態(tài)的控制模式

2.1.1 根據(jù)電池的溫度確定最佳的充電電壓

由于電池的充放電性能很大程度上受電池溫度影響。低溫下，盡量提高發(fā)電機(jī)發(fā)電電壓，提高供電的可靠性；而溫度較高時(shí)，可以降低發(fā)電電壓，降低發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷。

在該模塊中，ECU將根據(jù)電池的溫度輸入，由一張MAP來限定在該溫度點(diǎn)下的充電電壓（MAP是存儲(chǔ)在ECU內(nèi)存中的數(shù)值表格，ECU將根據(jù)這些表格，選擇輸出給執(zhí)行器的控制參數(shù))；表1是某型暢銷多用途商務(wù)車MPV（以下簡(jiǎn)稱該MPV車型）的ECU中設(shè)定的充電電壓MAP。

表1 根據(jù)電池溫度確定充電電壓

2.1.2 根據(jù)電池電量SOC來確定最佳的充電電壓

該模塊中，ECU將根據(jù)當(dāng)前電池電量與最佳電池電量的差值，以及發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電效率區(qū)間，由一張MAP來確定發(fā)電電壓。該MPV車型ECU中最佳充電電壓MAP設(shè)定，如表2所示。

表2 根據(jù)電池電量來確定發(fā)電電壓

2.1.3 最佳電池電量SOC

該模塊中，ECU根據(jù)電池的老化系數(shù)、電池溫度來確認(rèn)最佳SOC，該MPV車型ECU中最佳電池容量MAP設(shè)定，如下表3所示。

表3 最佳電池電量SOC

2.2 動(dòng)態(tài)電壓控制模式

所謂動(dòng)態(tài)電壓控制，就是根據(jù)車輛的行駛狀態(tài)，改變發(fā)電電壓：當(dāng)車輛處于加速狀態(tài)時(shí)，降低發(fā)電電壓，限制發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，從而降低發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷，提高動(dòng)力性；當(dāng)車輛制動(dòng)時(shí)，提高發(fā)電電壓（最大發(fā)電電壓），全力進(jìn)行制動(dòng)能量回收。下圖3為示意圖。

圖3 動(dòng)態(tài)電壓控制示意圖

在加速階段，ECU會(huì)限制勵(lì)磁電流，該MPV車型ECU中勵(lì)磁電流限制MAP設(shè)定如下表4所示。

表4 限制勵(lì)磁電流

2.3 故障模式

當(dāng)ECU檢測(cè)到與智能發(fā)電機(jī)通信出現(xiàn)問題，或是智能電機(jī)本身出現(xiàn)故障時(shí)，將會(huì)進(jìn)入故障模式。在該模式下，智能電機(jī)將會(huì)以默認(rèn)恒定電壓方式發(fā)電，以保證車輛正常使用，該默認(rèn)電壓通常設(shè)定成普通電機(jī)常用的14.4 V。

2.4 大功率用電負(fù)載模式

當(dāng)打開大功率用電負(fù)載，例如：空調(diào)、鼓風(fēng)機(jī)、大燈霧燈、后窗加熱、大功率音響等，將會(huì)進(jìn)入大功率用電負(fù)載模式。在該模式下，發(fā)電電壓會(huì)被限定高于14.4 V，而低于最大發(fā)電電壓（通常為15.6 V），以提高電池的穩(wěn)定性及壽命。

2.5 起動(dòng)模式

為了提高起動(dòng)的可靠性（尤其是低溫冷起動(dòng)），并降低污染物排放（在NEDC排放循環(huán)中，冷起動(dòng)階段的污染物是最難控制的，降低發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷，對(duì)控制排放污染物是有利的），將發(fā)電電壓設(shè)定低于電池電壓（12 V），通常設(shè)定成該發(fā)電機(jī)的最低發(fā)電電壓10.6 V到10.8 V 。

3 標(biāo)定試驗(yàn)驗(yàn)證

基于上述智能發(fā)電機(jī)控制邏輯及完成相關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（ECU）標(biāo)定量設(shè)置后，分別對(duì)搭載了智能發(fā)電機(jī)和普通發(fā)電機(jī)的某型暢銷多用途商務(wù)車MPV進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，以驗(yàn)證智能發(fā)電機(jī)是否具有降低發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷，提高整車燃油經(jīng)濟(jì)性，降低排放效果。主要試驗(yàn)內(nèi)容如下：

穩(wěn)態(tài)工況燃油經(jīng)濟(jì)性對(duì)比試驗(yàn)；

NEDC(新歐洲行駛循環(huán))燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)；

國(guó)五排放對(duì)比試驗(yàn)。

3.1 穩(wěn)態(tài)工況燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)

穩(wěn)態(tài)工況燃油經(jīng)濟(jì)性對(duì)比試驗(yàn)方法如下：在整車轉(zhuǎn)轂上模擬25 ℃環(huán)境溫度，以查表法[5]給整車加載，測(cè)試怠速、30 km/h、60 km/h、80 km/h、120 km/h時(shí)的瞬時(shí)油耗，其結(jié)果如表5所示。由結(jié)果可以看出，搭載智能發(fā)電機(jī)在怠速階段和高速大負(fù)荷階段，對(duì)比普通發(fā)電機(jī)，具有較好的節(jié)油效果；其他勻速穩(wěn)態(tài)工況，搭載智能發(fā)電機(jī)也比普通發(fā)電機(jī)要節(jié)油。

表5 穩(wěn)態(tài)工況油耗對(duì)比

3.2 NEDC循環(huán)燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)

整車NEDC燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)方法如下：在整車轉(zhuǎn)轂上模擬25℃環(huán)境溫度，以查表法給整車加載，按照NEDC循環(huán)行駛（如圖4所示，NEDC循環(huán)包括四個(gè)市區(qū)循環(huán)ECE和一個(gè)市郊循環(huán)EUDC,其中ECE+EUDC為歐洲實(shí)行的汽車行駛油耗測(cè)試工況的試驗(yàn)方法[6]），結(jié)果如表6所示。由結(jié)果可以得出，無論在市區(qū)、還是市郊行駛工況下，智能發(fā)電機(jī)比普通電機(jī)均具有較好的節(jié)油效果。

圖4 NEDC循環(huán)

表6 NEDC循環(huán)油耗對(duì)比

3.3 國(guó)五排放對(duì)比試驗(yàn)

國(guó)V排放試驗(yàn)方法如下：在整車轉(zhuǎn)轂上模擬25℃環(huán)境溫度，以查表法給整車加載，按照NEDC循環(huán)行駛。試驗(yàn)車輛排出廢氣經(jīng)過稀釋后進(jìn)入CVS-4000型定容采樣系統(tǒng)和AMA-4000型氣態(tài)排放物分析系統(tǒng)，得到試驗(yàn)結(jié)果如下表7所示。通過對(duì)比，智能發(fā)電機(jī)在排放試驗(yàn)中具有更少的污染物排放，并滿足GB18352.5-2013國(guó)V排放法規(guī)M1類車要求。

表7 排放對(duì)比試驗(yàn)

4 總結(jié)

本文通過對(duì)BOSCH-ME17系統(tǒng)的智能發(fā)電機(jī)控制邏輯進(jìn)行研究，調(diào)整不同工況下的智能發(fā)電機(jī)的標(biāo)定參數(shù)，并進(jìn)行相關(guān)的對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果表明，智能發(fā)電機(jī)比普通發(fā)電機(jī)，前者在不降低整車電氣性能前提下，具有更好的燃油經(jīng)濟(jì)性，更少的污染物排放，符合國(guó)家節(jié)能減排的要求。

[1] 董先瑜,鳳亞嬌,張培華,等. 高效智能發(fā)電機(jī)的控制策略及其應(yīng)用[J].汽車實(shí)用技術(shù),2016(8):170-175.

[2] 張新豐,楊殿閣,薛雯,等.車載電源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電工技學(xué)報(bào),2009,24(5):209-214.

[3] 孔偉偉,楊殿閣,李兵,等. 傳統(tǒng)汽車發(fā)電機(jī)的智能化控制及改造[J]. 清華大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2014,54(6):738-742.

[4] 吳媞,劉鵬飛,張小龍,等. 車輛部件節(jié)油虛擬測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與快速分析[J]. 汽車工程,2016,38(4):515-520.

[5] GB18352.5-2013輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法(中國(guó)第五階段)[S].

[6] 任平,王波. 基于NEDC工況的發(fā)動(dòng)機(jī)能量利用率分析方法[J].汽車科技,2014(2):18-23.

THE RESEARCH OF FUEL-EFFICIENT STRATEGY BASED ON INTELLIGENT GENERATOR

*Zhang Qiong1, Hu Jun2, QI Xiao-li3

(1.Anhui Sanlian University, Hefei, Anhui 230601, China;2.Jianghuai Automobile Technology Center,Hefei,Anhui 230022,China; 3. Anhui University of Technology, Maanshan, Anhui 243002,China)

A new calibration method is studied on reducing the fuel consumption and emissions, which was based on the intelligent generator control logic in the BOSCH-ME17 engine management system. The intelligent generator control logic in the BOSCH-ME17 engine management system is researched, the parameters of intelligent generator under different working conditions are adjusted. Furthermore, compared with ordinary generators , the goal of fuel saving and noise reduction is achieved for the vehicle type which matched with intelligent generator.

intelligent generator; fuel consumption; control logic；BOSCH-ME17

1674-8085(2018)03-0064-04

U464

A

10.3969/j.issn.1674-8085.2018.03.013

2017-06-18；

2017-10-05

*張 瓊(1986-)，女，安徽蚌埠人，助教，碩士生，主要從事機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析(E-mail:zq06266@163.com);

胡 俊(1987-)，男，安徽安慶人，汽車工程師，碩士生，主要從事發(fā)動(dòng)機(jī)電控標(biāo)定研究(E-mail:26726549@qq.com);

戚曉利(1972-)，男，安徽馬鞍山人，副教授，博士，碩士生導(dǎo)師，主要從事碰撞動(dòng)力學(xué)研究(E-mail:3834538762qq.com).