王麟珠 蘇慶列 許 鐵

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實(shí)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(xué)院

詳細(xì)介紹了實(shí)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(dòng)教練車在真實(shí)模擬教練車原有動(dòng)力性、操縱性、舒適性和駕訓(xùn)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(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，加上電機(jī)控制系統(tǒng)3部分組成的電動(dòng)教練車動(dòng)力系統(tǒng)替代原車燃油發(fā)動(dòng)機(jī)。產(chǎn)品試驗(yàn)結(jié)果顯示其實(shí)用、安全、環(huán)保、節(jié)能，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

駕校教練車；油改電；動(dòng)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(huì)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(shì)的油改電教學(xué)教練車獲得了生機(jī)，電動(dòng)教練車油改電不僅節(jié)約成本，其帶來的環(huán)保優(yōu)勢(shì)也毋庸置疑。教練車在訓(xùn)練時(shí)，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(shí)要高很多，而電動(dòng)教練車不存在這個(gè)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(guó)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(chǎng)前景，得到了行業(yè)管理部門的支持和鼓勵(lì)。

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(dòng)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(jī)及其控制系統(tǒng)取代汽、柴油內(nèi)燃機(jī)，其最終目的是培養(yǎng)合格的駕駛員。因此，機(jī)動(dòng)車駕駛員培訓(xùn)用教練車改裝成電動(dòng)教練車的過程中，在實(shí)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(dòng)力性、操作性和舒適性，特別需要把改裝后的電動(dòng)教練車的幾大部件：油門、制動(dòng)、離合器、方向盤、手剎、聲音和燈光等模擬成實(shí)車的操縱感，其中以油門模擬最為重要。

該實(shí)用環(huán)保型駕校教練車油改電技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)有：

（１）能實(shí)現(xiàn)同車型燃油教練車低速行駛各項(xiàng)功能的完全仿真；

（２）實(shí)用、安全、環(huán)保、運(yùn)行成本低；

（３）有效提升駕校教學(xué)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(xùn)行業(yè)發(fā)明的一種節(jié)能駕訓(xùn)工具，從結(jié)構(gòu)上講，油改電后的純電動(dòng)教練車與燃油教練車的不同之處僅在動(dòng)力系統(tǒng)，純電動(dòng)教練車的動(dòng)力系統(tǒng)是由蓄電池電源、電機(jī)及調(diào)速系統(tǒng)組成，而燃油教練車的動(dòng)力系統(tǒng)是汽油發(fā)動(dòng)機(jī)或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，除動(dòng)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(guó)家規(guī)定的駕駛員場(chǎng)內(nèi)駕駛各科目訓(xùn)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(jì)性和實(shí)用性。

將燃油教練車改裝成電動(dòng)教練車的動(dòng)力系統(tǒng)總成包括電動(dòng)機(jī)、電機(jī)控制電路、傳動(dòng)連接機(jī)構(gòu)，固定支架、外殼及傳動(dòng)軸等。改裝需拆除發(fā)動(dòng)機(jī)，保留飛輪、離合器和變速箱等，改裝后電動(dòng)車以蓄電池供電，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)行駛，行駛過程踩離合器換檔。電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制電路通過絕緣方式與機(jī)殼連接；電動(dòng)機(jī)的輸出軸通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與飛輪和離合器相連。車輛滿足駕駛員培訓(xùn)要求，駕駛操作控制簡(jiǎn)單有效、工作可靠確保行車安全。機(jī)械、電氣裝置耐用少維修，產(chǎn)品能進(jìn)行批量試生產(chǎn)，能進(jìn)行示范運(yùn)行。總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

圖1 駕校教練車油改電總體設(shè)計(jì)方案

2 教練車油改電關(guān)鍵技術(shù)

2.1 動(dòng)力系統(tǒng)

駕校教練車油改電所采用的動(dòng)力系統(tǒng)由蓄電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(dòng)教練車的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)提供電能。該電動(dòng)教練車采用汽車上應(yīng)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(fèi)和污染環(huán)境。

2.1.2教練車驅(qū)動(dòng)電機(jī)

驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制系統(tǒng)是教練車油改電的核心，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的作用是將電源的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)車輪和其它工作裝置。目前適合于電動(dòng)教練車的電機(jī)主要有直流電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)、永磁同步電機(jī)、永磁無刷直流電機(jī)以及開關(guān)磁阻電機(jī)等。由于直流電機(jī)在低速時(shí)的轉(zhuǎn)矩高且容易控制，特別是永磁無刷直流電機(jī)，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(jì)，使電機(jī)可以獲得梯形波的氣隙磁場(chǎng)。電機(jī)不采用機(jī)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(cè)器組成的電子換向器。位置傳感器用來檢測(cè)轉(zhuǎn)子在運(yùn)動(dòng)過程中的位置，并將位置信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，保證各相繞組的正確換流。永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，直接將方波電流輸入永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的定子中，控制永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)具有效率高，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)，無電刷，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固，免維護(hù)或少維護(hù)，體積小質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，適合于駕校教練車的場(chǎng)地訓(xùn)練和長(zhǎng)時(shí)間低速行駛。因此教練車選用永磁無刷直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

2.1.3電機(jī)控制系統(tǒng)

電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)是為電動(dòng)汽車的變速和改變轉(zhuǎn)矩等設(shè)置的，其作用是控制電動(dòng)機(jī)的電壓或電流，完成電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的控制。電動(dòng)教練車采用蓄電池供電，要求電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)考慮電池的瞬時(shí)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(shí)電動(dòng)教練車在起動(dòng)、加速和制動(dòng)過程中還需要電機(jī)控制系統(tǒng)提供合適的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因此對(duì)起動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行閉環(huán)控制。

無刷直流電機(jī)的電流控制一般是通過PWM斬波控制來實(shí)現(xiàn)的，采用對(duì)導(dǎo)通相的上橋臂進(jìn)行斬波，下橋臂恒通的控制方式。無刷直流電機(jī)的三相電流對(duì)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(gè)電流調(diào)節(jié)器就可以對(duì)三相電流進(jìn)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(jī)械系統(tǒng)

電動(dòng)教練車傳動(dòng)裝置的作用是將電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩傳給汽車的驅(qū)動(dòng)軸，在不改變?cè)薪叹氒嚥僮餍阅艿那疤嵯?，保留發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪及其后面包括離合器、變速箱、驅(qū)動(dòng)軸等傳動(dòng)部件。因此，在驅(qū)動(dòng)電機(jī)與飛輪之間專門設(shè)計(jì)一套安全可靠的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其主要包括機(jī)座、傳動(dòng)軸和軸承等組成。機(jī)械系統(tǒng)聯(lián)接機(jī)構(gòu)如圖3所示，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過花鍵與傳動(dòng)軸小頭嚙合，再通過傳動(dòng)軸大頭上的法蘭盤為飛輪提供改裝前由發(fā)動(dòng)機(jī)所提供的動(dòng)力。

1、驅(qū)動(dòng)電機(jī)；2、花鍵；3、傳動(dòng)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(duì)動(dòng)力系統(tǒng)，用電動(dòng)機(jī)替代發(fā)動(dòng)機(jī)的同時(shí)，不改變?cè)胁倏v性，對(duì)于原有需要發(fā)動(dòng)機(jī)皮帶傳動(dòng)的電氣設(shè)備也需要進(jìn)行調(diào)整，這里對(duì)教練車的制動(dòng)和轉(zhuǎn)向也做了相應(yīng)改進(jìn)。

為保證油改電后教練車制動(dòng)性能良好，確保行車安全。訂做的DC48V電動(dòng)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(rùn)滑油、抽氣速度快、能耗小、使用壽命長(zhǎng)、安裝方便、有效提供教練車的制動(dòng)性能。

液壓助力轉(zhuǎn)向也采用DC48V電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向泵直接驅(qū)動(dòng)，為電動(dòng)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(jí)絕緣設(shè)計(jì)，有效防止液壓油對(duì)高壓電的傳導(dǎo)，安裝方便，使用壽命長(zhǎng)，轉(zhuǎn)向壓力穩(wěn)定。

2.4 駕訓(xùn)系統(tǒng)

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

（1）關(guān)車門時(shí)，檢測(cè)門鎖是否扣緊；

（2）檢測(cè)蓄電池電壓是否不足；

（3）檢測(cè)汽車“前進(jìn)”、“后退”、“停車”、“熄火”4個(gè)行駛狀態(tài)。

并實(shí)現(xiàn)以下語音提示：

（1）車輛已起動(dòng)；

（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(jìn)行的一系列的路試和教學(xué)試驗(yàn)證明，油改電駕校教練車安全性強(qiáng)、環(huán)保、實(shí)用；對(duì)駕駛學(xué)員進(jìn)行培訓(xùn)，駕校在取得同等培訓(xùn)效果的情況下大幅度地減少燃料費(fèi)用和車輛維護(hù)費(fèi)用。且電動(dòng)教練車不再受制于燃油成本，只要學(xué)員愿意，可以在油改電后的純電動(dòng)教練車上一直練到非常熟練為止，技術(shù)熟練了，學(xué)員考試的通過率就提高，相應(yīng)地也減少駕校對(duì)考試不通過學(xué)員應(yīng)支出的各種費(fèi)用，為駕校節(jié)約成本。

[1] 董紅霞,劉泉山,徐小紅.國(guó)內(nèi)外汽車-油品-排放項(xiàng)目研究概述[J].車用發(fā)動(dòng)機(jī),2008(z1)：6-8.

[2] 吉萬康,洪永強(qiáng).汽車電子樁考儀語音系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[J]．廈門大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2007,46(5):734-737．

[3] 衛(wèi)國(guó)愛,全書海,朱忠尼.電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)用無刷直流電機(jī)的控制與仿真[J].電機(jī)與控制應(yīng)用,2009,36（1）:16-19

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(xiàng)目（200942）