基于智能发电机的某车型节油策略研究

*张　琼，胡　俊，戚晓利



基于智能发电机的某车型节油策略研究

*张琼1，胡俊2，戚晓利3

（1.安徽三联学院, 安徽, 合肥 230601； 2.江淮汽车技术中心, 安徽, 合肥 230022；3.安徽工业大学, 安徽, 马鞍山 243002）

基于BOSCH-ME17发动机管理系统智能发电机控制逻辑，提出了一种降低整车油耗及排放的标定试验方法。该方法通过对BOSCH-ME17发动机管理系统智能发电机控制逻辑的研究，调整不同工况下智能发电机的标定参数，并与普通发电机进行比较，使匹配智能发电机的车型达到节油和降低污染物排放的目的。

智能发电机；油耗；排放；控制策略；BOSCH-ME17

0 引言

随着国家节能环保新政策的推行，油耗法规越来越严格。另外，汽车油耗也成为市场上各大汽车企业竞争的关键点。因此，许多先进的节油技术逐渐应用到汽车技术过程中。汽车电气系统产生的能耗和排放的要求也日益提高[1]。对于目前市场上传统的发电机调节器，由于输出电压值为固定值，而且当发动机开始运行时，发电机无法进行调节而是时刻处于发电状态[2-3]。而高效智能发电机技术由于变动小、节油效果较好，因此在当前汽车上应用越来越广泛。

本文以某型乘用车搭载智能发电机[4]和AGM电池（超细玻璃纤维电池）为基础，基于BOSCH-ME17发动机管理系统智能发电机控制策略，提出了一种节油控制策略，并用试验加以验证。

1 智能发电机控制原理

图1 车用智能发电机控制原理

车用智能发电机控制原理如图1所示。通过CAN总线及LIN通信将整车的工作状态数据（电池电量SOC、电流、电池温度、电池可信度、发电机状态等）发送给ECU（发动机控制单元），ECU根据整车工作状态信息，通过计算得到合适的发电电压，并发送给智能发电机控制器，智能发电机控制器根据接收到的发电电压值，来控制智能发电机发电，从而控制发电电压、电流；同时，电池传感器将电池状态信息反馈给ECU，以便ECU对电池状态进行监控诊断，一旦电池传感器或电池出现故障，ECU可以采取应急措施，防止因智能发电机或控制器出现问题导致整车无法供电。

2 智能发电机控制逻辑

智能发电机相较于普通发电机，前者可以根据车辆的状态，调整发电电压，可以降低发动机的负载，从而降低燃油消耗；提高电气系统的可靠性；提高电池的寿命。其发电模式主要有以下五种：

a.基于电池状态的控制模式

b.动态电压控制模式

c.故障模式

d.大功率用电负载模式

e.起动模式

智能发电机的控制逻辑见图2。

图2 智能发电机控制逻辑图

2.1 基于电池状态的控制模式

2.1.1 根据电池的温度确定最佳的充电电压

由于电池的充放电性能很大程度上受电池温度影响。低温下，尽量提高发电机发电电压，提高供电的可靠性；而温度较高时，可以降低发电电压，降低发动机负荷。

在该模块中，ECU将根据电池的温度输入，由一张MAP来限定在该温度点下的充电电压（MAP是存储在ECU内存中的数值表格，ECU将根据这些表格，选择输出给执行器的控制参数)；表1是某型畅销多用途商务车MPV（以下简称该MPV车型）的ECU中设定的充电电压MAP。

表1 根据电池温度确定充电电压

2.1.2 根据电池电量SOC来确定最佳的充电电压

该模块中，ECU将根据当前电池电量与最佳电池电量的差值，以及发动机的发电效率区间，由一张MAP来确定发电电压。该MPV车型ECU中最佳充电电压MAP设定，如表2所示。

表2 根据电池电量来确定发电电压

2.1.3 最佳电池电量SOC

该模块中，ECU根据电池的老化系数、电池温度来确认最佳SOC，该MPV车型ECU中最佳电池容量MAP设定，如下表3所示。

表3 最佳电池电量SOC

2.2 动态电压控制模式

所谓动态电压控制，就是根据车辆的行驶状态，改变发电电压：当车辆处于加速状态时，降低发电电压，限制发电机的励磁电流，从而降低发动机负荷，提高动力性；当车辆制动时，提高发电电压（最大发电电压），全力进行制动能量回收。下图3为示意图。

图3 动态电压控制示意图

在加速阶段，ECU会限制励磁电流，该MPV车型ECU中励磁电流限制MAP设定如下表4所示。

表4 限制励磁电流

2.3 故障模式

当ECU检测到与智能发电机通信出现问题，或是智能电机本身出现故障时，将会进入故障模式。在该模式下，智能电机将会以默认恒定电压方式发电，以保证车辆正常使用，该默认电压通常设定成普通电机常用的14.4 V。

2.4 大功率用电负载模式

当打开大功率用电负载，例如：空调、鼓风机、大灯雾灯、后窗加热、大功率音响等，将会进入大功率用电负载模式。在该模式下，发电电压会被限定高于14.4 V，而低于最大发电电压（通常为15.6 V），以提高电池的稳定性及寿命。

2.5 起动模式

为了提高起动的可靠性（尤其是低温冷起动），并降低污染物排放（在NEDC排放循环中，冷起动阶段的污染物是最难控制的，降低发动机负荷，对控制排放污染物是有利的），将发电电压设定低于电池电压（12 V），通常设定成该发电机的最低发电电压10.6 V到10.8 V 。

3 标定试验验证

基于上述智能发电机控制逻辑及完成相关发动机控制单元（ECU）标定量设置后，分别对搭载了智能发电机和普通发电机的某型畅销多用途商务车MPV进行对比试验，以验证智能发电机是否具有降低发动机负荷，提高整车燃油经济性，降低排放效果。主要试验内容如下：

稳态工况燃油经济性对比试验；

NEDC(新欧洲行驶循环)燃油经济性试验；

国五排放对比试验。

3.1 稳态工况燃油经济性试验

稳态工况燃油经济性对比试验方法如下：在整车转毂上模拟25 ℃环境温度，以查表法[5]给整车加载，测试怠速、30 km/h、60 km/h、80 km/h、120 km/h时的瞬时油耗，其结果如表5所示。由结果可以看出，搭载智能发电机在怠速阶段和高速大负荷阶段，对比普通发电机，具有较好的节油效果；其他匀速稳态工况，搭载智能发电机也比普通发电机要节油。

表5 稳态工况油耗对比

3.2 NEDC循环燃油经济性试验

整车NEDC燃油经济性试验方法如下：在整车转毂上模拟25℃环境温度，以查表法给整车加载，按照NEDC循环行驶（如图4所示，NEDC循环包括四个市区循环ECE和一个市郊循环EUDC,其中ECE+EUDC为欧洲实行的汽车行驶油耗测试工况的试验方法[6]），结果如表6所示。由结果可以得出，无论在市区、还是市郊行驶工况下，智能发电机比普通电机均具有较好的节油效果。

图4 NEDC循环

表6 NEDC循环油耗对比

3.3 国五排放对比试验

国V排放试验方法如下：在整车转毂上模拟25℃环境温度，以查表法给整车加载，按照NEDC循环行驶。试验车辆排出废气经过稀释后进入CVS-4000型定容采样系统和AMA-4000型气态排放物分析系统，得到试验结果如下表7所示。通过对比，智能发电机在排放试验中具有更少的污染物排放，并满足GB18352.5-2013国V排放法规M1类车要求。

表7 排放对比试验

4 总结

本文通过对BOSCH-ME17系统的智能发电机控制逻辑进行研究，调整不同工况下的智能发电机的标定参数，并进行相关的对比试验。结果表明，智能发电机比普通发电机，前者在不降低整车电气性能前提下，具有更好的燃油经济性，更少的污染物排放，符合国家节能减排的要求。

[1] 董先瑜,凤亚娇,张培华,等. 高效智能发电机的控制策略及其应用[J].汽车实用技术,2016(8):170-175.

[2] 张新丰,杨殿阁,薛雯,等.车载电源管理系统设计[J].电工技学报,2009,24(5):209-214.

[3] 孔伟伟,杨殿阁,李兵,等. 传统汽车发电机的智能化控制及改造[J]. 清华大学学报:自然科学版,2014,54(6):738-742.

[4] 吴媞,刘鹏飞,张小龙,等. 车辆部件节油虚拟测试系统设计与快速分析[J]. 汽车工程,2016,38(4):515-520.

[5] GB18352.5-2013轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第五阶段)[S].

[6] 任平,王波. 基于NEDC工况的发动机能量利用率分析方法[J].汽车科技,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

*张 琼(1986-)，女，安徽蚌埠人，助教，硕士生，主要从事机械机构设计及有限元分析(E-mail:zq06266@163.com);

胡 俊(1987-)，男，安徽安庆人，汽车工程师，硕士生，主要从事发动机电控标定研究(E-mail:26726549@qq.com);

戚晓利(1972-)，男，安徽马鞍山人，副教授，博士，硕士生导师，主要从事碰撞动力学研究(E-mail:3834538762qq.com).