一種車輛動力發電控制系統及控制方法與流程

本發明涉及一種車輛動力發電控制系統及控制方法，屬于車輛控制技術領域。

背景技術：

車輛發電機是車輛包括電氣設備在內的主要電源，其功用是在發動機正常運轉時(怠速以上)，向所有車載電氣設備(起動機除外)供電，同時向蓄電池充電。隨著國家建設與發展的需要，在電力搶險、通信維修、市政建設、突發事件處理、搶險救災等方面有明顯的和潛在的市場需求不斷擴大，應急救援車輛可重點突出其發電供電功能，使得車輛發電機成為特種車輛中的重要功能之一，應急救援車輛能在極高、低溫和沙塵等惡劣的環境下工作，且發電車在長期存放的情況下，裝備隨時可以奔赴現場并立即投入作業。

通常情況下，在應急救援車輛底盤上設置有發電機，利用發動機動力驅動發電機直接發電，可解決應急電力供應的情況下的救援應急電力保障問題。然而由于發電效率的優劣往往受到發動機等因素的影響，特別是發動機運行過程中轉速變化，這種不穩定對發電機的發電輸出帶來不利影響，因此，對發動機的控制尤其是對其轉速的穩定控制非常關鍵，這也是目前包括應急救援車輛在內的汽車車輛提高其發電效率的技術難題。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種車輛動力發電的控制系統及控制方法，專門針對應急救援等特種車輛的發動機轉速不穩造成發電輸出電壓不穩等技術問題，該控制系統和控制方法能夠解決車輛發動機輸出轉速穩定在特定轉速下而不隨負載變化而變化，并能夠實現對發動機運轉轉速的設定和實時控制。

為解決上述技術問題，本發明所采用的解決原理是將車輛發電機組與發動機及傳動系統連接，然后通過電壓調節系統、發動機轉速控制裝置、行車/發電轉換控制裝置、配電系統等實現發電機輸出電壓的穩定控制，滿足外界負載對電壓的使用需求。

本發明的技術方案為：

一種車輛動力發電的控制系統，其中車輛系統包括安裝于車輛底盤上的發動機，變速器與發動機直接連接以實現動力輸出，主傳動軸將變速器輸出的動力傳遞給分動器，分動器與取力器連接以實現采用分動器取力發電，取力器通過傳動軸將動力傳遞給發電機進行發電；動力發電控制系統主要包括轉速控制器dt、執行器d、轉速傳感器sr、第一繼電器k1、第二繼電器k2、工作電磁閥yv、第一控制開關s1、第二控制開關s2、第三控制開關s3、第一(高檔)發信器開關sq1、第二(低檔)發信器開關sq2、第三發信器開關sq3、第一指示燈hl1、第二指示燈hl2以及發電機gs、第一電壓調節器avr1和第二電壓調節器avr2等。

該動力發電控制系統使用24v直流電源工作，直流電源經過第一繼電器k1、第二繼電器k2的常閉觸點(1、5)分別給控制發動機轉速的控制器dt和取力器工作電磁閥yv供電，同時控制器dt和取力器工作電磁閥yv的工作狀態分別受安裝在儀表盤上的第一控制開關s1、第二控制開關s2控制；取力器工作電磁閥yv并聯有受第三發信器開關sq3控制的第一指示燈hl1，控制器dt(1，2)并聯連接有第二指示燈hl2，執行器d一端連通至轉速控制器dt(3，4)以進行信號控制，執行器d另一端通過執行器拉線連接至發動機噴油泵a1的調速手柄，轉速傳感器sr連接至dt(5，6)，發電機gs分別與第一電壓調節器avr1、第二電壓調節器avr2連接以實現電壓調節功能，第一電壓調節器avr1和第二電壓調節器avr2互為備份設置，第三控制開關s3實現對第一電壓調節器avr1和第二電壓調節器avr2的切換連通控制。

采用上述車輛動力發電的控制系統的控制方法為，轉速控制器dt將轉速傳感器sr從發動機飛輪上采集的速度信號與其速度設定值進行比較，經過pid運算，輸出pwm信號，以該信號控制電磁執行器d動作，從而帶動發動機噴油泵a1的調速手柄，對發動機的速度進行調整。這樣，速度傳感器sr、控制器dt、執行器d、發動機控制系統(噴油泵a1等)就組成了一個速度閉環，控制器dt通過該閉環控制來達到同步調速，即無論負載大小，發動機轉速將始終保持在設定值。

具體來說，當分動器在空檔狀態，第一(高檔)發信器開關sq1、第二(低檔)發信器開關sq2是同時斷開(如圖4)狀態，此時當取力器第一控制開關s1閉合而工作電磁閥yv通電的情況下，取力器才能接入工作并能帶動發電機運轉發電。而當車輛在行車狀態時，無論是高速行駛(分動器為高檔)還是越野行駛(分動器為低檔)狀態，即第一(高檔)發信器開關sq1、第二(低檔)發信器開關sq2中的一個對應的開關將是閉合狀態，從而使第一繼電器k1、第二繼電器k2兩個繼電器中的常閉觸點(1、5)斷開，此時，工作電磁閥yv和控制器dt均斷電無電，取力器及控制器均不能工作，發動機的動力不能接入，發電機也不能運轉發電，在此情況下，即使操作人員有誤操作，如誤按下第一控制開關s1或第二控制開關s2，取力器或控制器dt也都不能工作。當發電機處于發電狀態時，由于分動器處于空檔狀態，車輛行駛傳動系統是斷開的，即使變速器2掛檔，車輛也不能行駛。這樣，通過控制電路的互鎖功能和分動器空檔車輛不能行駛的功能，有效保證操作人員和設備安全。

與現有技術相比，本發明的技術方案結構簡單，可靠有效，解決了發動機對發電機帶動發電時的轉速自動控制問題，該裝置系統響應快、控制精度高、穩定性和電磁兼容性好，能夠滿足應急救援等特種車輛的發電要求。

附圖說明

圖1為本發明的車輛動力發電控制系統布局示意圖；

圖2為本發明的車輛動力發電控制系統控制電路圖；

圖3為本發明的車輛動力發電控制系統工作示意圖；

圖4為本發明的車輛動力發電的控制系統的轉速控制系統示意圖。

附圖標記：1-發動機、2-變速器、3-主傳動軸、4-分動器、5-取力器、6-傳動軸、7-發電機、8-車輛系統、9-轉動執行器、10-執行器拉線、11-怠速彈簧、12-支座、13-連接曲柄、14-油門拉線、15-連桿、16-油門曲柄；ne-目標轉速e-轉速偏差i-調節電流s-噴油泵操縱桿位移pe-機組負載n-實際轉速

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的結構原理和工作原理作進一步詳細說明。

如圖1所示，本發明的車輛動力發電控制系統布局示意圖，其中，車輛系統8包括安裝于車輛底盤上的發動機1，變速器2與發動機1直接連接以實現動力輸出，主傳動軸1將變速器2輸出的動力傳遞給分動器4，分動器4與取力器5連接以實現采用分動器取力發電，取力器5通過傳動軸6將動力傳遞給發電機7進行發電。其動力傳動路線如下：發動機→變速器→主傳動軸→分動器→取力器→傳動軸→發電機。

如圖2所示，還包括動力發電控制系統，該動力發電控制系統主要包括轉速控制器dt、執行器d、轉速傳感器sr、第一繼電器k1、第二繼電器k2、工作電磁閥yv、第一控制開關s1、第二控制開關s2、第三控制開關s3、第一(高檔)發信器開關sq1、第二(低檔)發信器開關sq2、第三發信器開關sq3、第一指示燈hl1、第二指示燈hl2以及發電機gs、第一電壓調節器avr1和第二電壓調節器ayr2等。

由圖2可知，該動力發電控制系統使用24v直流電源工作，直流電源經過第一繼電器k1、第二繼電器k2的常閉觸點(1、5)分別給控制發動機轉速的控制器dt和取力器工作電磁閥yv供電，同時控制器dt和取力器工作電磁閥yv的工作狀態分別受安裝在儀表盤上的第一控制開關s1、第二控制開關s2控制；取力器工作電磁閥yv并聯有受第三發信器開關sq3控制的第一指示燈hl1，控制器dt(1，2)并聯連接有第二指示燈hl2，執行器d一端連通至轉速控制器dt(3，4)以進行信號控制，執行器d另一端通過執行器拉線連接至發動機噴油泵a1的調速手柄，轉速傳感器sr連接至dt(5，6)，發電機gs分別與第一電壓調節器avr1、第二電壓調節器avr2連接以實現電壓調節功能，第一電壓調節器avr1和第二電壓調節器avr2互為備份設置，第三控制開關s3實現對第一電壓調節器avr1和第二電壓調節器avr2的切換連通控制。

第一(高檔)發信器開關sq1、第二(低檔)發信器開關sq2受分動器檔位轉換氣缸活塞控制。只有當分動器4在空檔狀態，第一(高檔)發信器開關sq1、第二(低檔)發信器開關sq2是同時斷開(如圖4)狀態，此時當取力器第一控制開關s1閉合而工作電磁閥yv通電的情況下，取力器4才能接入工作并能帶動發電機7運轉發電。

而當車輛在行車狀態時，無論是高速行駛(分動器為高檔)還是越野行駛(分動器為低檔)狀態，即第一(高檔)發信器開關sq1、第二(低檔)發信器開關sq2中的一個對應的開關將是閉合狀態，從而使第一繼電器k1、第二繼電器k2兩個繼電器中的常閉觸點(1、5)斷開，此時，工作電磁閥yv和控制器dt均斷電無電，取力器4及控制器均不能工作，發動機1的動力不能接入，發電機7也不能運轉發電，在此情況下，即使操作人員有誤操作，如誤按下第一控制開關s1或第二控制開關s2，取力器4或控制器dt也都不能工作。

另一方面，當發電機7處于發電狀態時，由于分動器4處于空檔狀態，車輛行駛傳動系統是斷開的，即使變速器2掛檔，車輛也不能行駛。這樣，通過控制電路的互鎖功能和分動器空檔車輛不能行駛的功能，有效保證操作人員和設備安全。可見，該控制系統的主要功能在于1)自動控制發動機工作轉速，2)控制底盤行車和發電兩種工作狀態的轉換和鎖定。

由此，轉速控制器dt將轉速傳感器sr從發動機飛輪上采集的速度信號與其速度設定值(如發電工作時最佳發電機轉速設定值為1800r/min)進行比較，經過pid(比例、積分、微分)運算，輸出pwm(脈沖寬度調制)信號，以該信號控制電磁執行器d動作，從而帶動發動機噴油泵a1的調速手柄，對發動機的速度進行調整。這樣，速度傳感器sr、控制器dt、執行器d、發動機控制系統(噴油泵a1等)就組成了一個速度閉環，控制器dt通過該閉環控制來達到同步調速，即無論負載大小，發動機轉速將始終保持在設定值(1800r/min)。

如圖3所示，車輛發電機組控制發動機轉速的方法設計采用了以數字式電子調速器為核心的轉速控制系統，通過對車輛調速系統進行電控柔性動力控制的技術改造，實現車輛發電時對發動機噴油量的自動控制，以此控制發動機轉速。

車輛動力發電轉速控制系統主要由電子調速器、傳感器等硬件及應用軟件組成，電子調速器可包括控制器和執行器。整個控制系統通過實時數據采集、實時決策、實時控制，不斷重復，使整個系統能夠按照一定的動態指標進行工作，并對被控制參數和發動機本身出現的異常狀態及時監督并迅速處理。

其中，控制器的主控單元設置cpu和各種數據存儲器，用于各種控制、計算數據的存儲，其通訊接口單元主要用于主控單元與外部終端的通訊控制，采用標準rs串行通訊協議，可以將外部終端在線修改的控制參數傳入主控制單元，也可以將主控制單元的控制參數傳給外設終端，以供監測和處理。

執行器可以為比例電磁鐵式電控執行器，它將控制器輸出的pwm信號轉換成與該信號成正比的軸輸出位置，從而控制發動機噴油泵的供油量，動作反應迅速。

執行器d可以為旋轉式電控執行器，它安裝在發動機上，通過油門拉線與發動機噴油泵的調速手柄相聯，工作時，執行器d將控制器dt輸出的pwm信號轉換成與該信號成正比的軸輸出轉角位置，通過油門拉線控制發動機噴油泵a1的供油量，從而控制發動機轉速。

圖4為本發明的車輛動力發電的控制系統的轉速控制系統示意圖，該轉速控制系統包括：轉動執行器9通過執行器拉線10與車輛調速系統的連接曲柄13柔性連接，連接曲柄13設置在支座12上，油門拉線14與連接曲柄13的下端部柔性連接，怠速彈簧11與連接曲柄13的上端部連接，連桿15與油門曲柄16連接。行車時，通過踩動油門踏板，拉動油門拉線14，使連接曲柄13逆時針轉動，通過連桿15帶動油門曲柄16向油門增大方向轉動，此時，轉速控制系統不工作，執行器拉線10始終處于松弛狀態，保證了發動機的行車性能不受影響。當車輛動力發電機組發電時，發動機閉環速度控制系統通過執行器拉線10控制發動機轉速將始終保持在設定值，此時，油門拉線14處于松弛狀態，怠速彈簧11處于拉伸狀態，保證了發動機的發電性能不受影響。

該轉速控制系統可與多種車型發動機匹配，解決了應急發電用車輛的發動機的轉速自動控制問題；該系統響應快、控制精度高、穩定性和電磁兼容性好。執行器與原車調速機構采用柔性連接，發電時，執行器克服原車系統油門機構的工作阻力小；而行車狀態時，執行器不運動，減少磨損，保護了執行器，從而提高了系統的可靠性。

盡管上文對本發明的具體實施方式給予了詳細描述和說明，但是應該指明的是，我們可以依據本發明的構想對上述實施方式進行各種等效改變和修改，其所產生的功能作用仍未超出說明書及附圖所涵蓋的精神時，均應在本發明的保護范圍之內。以上所述，僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何細微修改、等同替換和改進，均應包含在本發明技術方案的保護范圍之內。