汽车发电机调节器参数与整车性能的匹配设计

2022-12-19陈俊

运输经理世界 2022年24期

陈俊

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州 545007）

0 引言

汽车是人们生活必不可少的代步工具，研究汽车的构造并做出创新，对转变人们的出行方式有重要帮助。汽车中的发电机为汽车提供源源不断的动力，其核心结构是调节器。当发电机转速发生变化时，调节器将适应实际情况，对电压进行调节和控制，使发电机的电压维持在稳定状态。

发电机调节器包括多种类型，每种类型拥有不同特点。在使用发电机调节器的过程中，需要注意蓄电池安装、整流器、连接线、电源系统、搭铁形式等环节，使其维持正常的工作状态，有效增强汽车的整体性能。下文将通过研究汽车发电机调节器参数与整车性能之间的关系，对发电机调节器进行完善。

1 汽车发电机调节器

汽车发电机调节器主要对发电机的电压进行调节。汽车在运行过程中，其发电机转速较快，若汽车突然改变运行速度，在没有调节器的情况下，将处于失衡状态。通过调节器对电压进行调节，使电压跟随转速的变化而变化，从而确保汽车在任何速度下都能保持稳定状态。汽车发电机的工作原理如图1 所示。

图1 汽车发电机工作原理图

从图1 可以看出，汽车发电机在正常运转过程中，向所有用电设备供电，并为蓄电池充电。为更好地分析汽车发电机调节器和整车性能之间的关系，对其工作原理情况进行调查，如图2 所示。

图2 汽车发电机工作原理图

从图2 中可知，调节器通过控制转子线圈的E 端和F 端的电流，在转子旋转时提供磁电流，并控制电量大小，使发电机输出稳定的电压，为汽车各个系统提供启动需要的能量，使汽车平稳运行。

汽车发电机调节器包括多种形式，如P/D 端调节器、PCM 调节器、LIN 调节器等，其具有调节电压、控制转速、压降功率组件、漏电流、建压转速等特点。同时，调节器还具有自激、负载延时、软启动、低电压警告、过电压警告、短路保护等功能。在调节器的作用下，汽车中的各个部件可拥有充足的能量，共同维持汽车正常运转[1]。

2 调节器启动延时功能参数与整车性能的匹配设计

2.1 调节器启动延时功能参数

汽车发电机调节器具有启动延时功能。当调节器接收到汽车的启动信号，但没有立即为各个设备供能时，汽车就无法立即进入启动状态，几秒之后，调节器为汽车的各个设备供能，汽车则进入启动状态。调节器与汽车的通信报文数据融合，可有效控制发电机的启动时间，使发电机出现延迟启动行为。汽车发电机调节器启动延时功能具有灵活性等特点，可使发电机和起动机之间形成一种动力联系，对汽车的启动状态进行反馈，如图1 所示，司机利用车钥匙开启SW 开关，点火线圈供电，起动机带动发电机启动，发电机接收到起动机的启动指示后，喷油点火，为汽车的各个部分提供电能，保证汽车正常运行。汽车发电机调节器启动延时功能参数主要是指汽车在延时启动过程中产生的标准性数据，即发电机调节器与汽车之间形成的通信报文数据[2]。

2.2 调节器启动延时功能参数与整车性能的匹配设计

在分析汽车发电机调节器启动延时功能参数与整车性能的匹配设计前，本文已经对汽车发电机调节器启动延时功能参数进行了表述。若汽车发电机调节器不具备启动延时功能，当司机插入钥匙后，起动机首先接收到启动信息，发电机增加启动负荷，起动机的输出功率增加，蓄电池会出现馈电现象。随着发电机运转时间的增长，启动时间较短，汽车无法迅速点火。在温度较低的天气，发电机自身运转的阻力增加，若蓄电池电量减少，其输出功率较少，会延长汽车的启动时间，汽车将出现异常。

若汽车发电机调节器具有启动延时功能，当司机插入钥匙后，起动机首先接收到汽车启动信息，发电机调节器控制磁电流，可避免其启动负荷的增加，发电机进行切割磁感线运动，当其扭矩输出较小时，起动机和蓄电池耗损电量为汽车各个设备供能，使发电机的负荷减小，从而顺利启动汽车，并延长汽车蓄电池和起动机的使用寿命，使汽车在启动过程中减少损耗[3]。汽车发电机调节器启动延时功能参数包括汽车启动时间、发电机功率、冷启动等相关参数，需要根据不同类型的汽车配置不同参数，使汽车顺利运行，有效提高汽车的启动效率，并延长汽车和各个零件的使用寿命。直至2022 年为止，汽车启动延时时间拥有三种规格，分别为0.5s、2.5s 和5s，可以选择不同的汽车启动延时时间，以保证汽车拥有安全寿命[4]。

3 调节器负载响应控制功能参数与整车性能的匹配设计

3.1 调节器负载响应控制功能参数

汽车发电机调节器负载响应控制功能主要是指当汽车发电机供电负载增加时，其负载会从15A 增加到60A，调节器控制的通电流增大，调节器会通过负载响应功能将励磁占空比增大，使汽车维持在稳定状态。若汽车发电机始终维持在一个转动速度，则励磁占空比增大，导通汽车的整个系统，直至励磁电流为最大值。若汽车发电机调节器拥有具体的响应时间，则励磁占空比在具体响应时间范围内缓慢提升，直至导通，磁场不会出现突然增长的现象。在汽车发电机调节器缺乏负载响应控制功能时，若汽车发电机突然增大负载，蓄电池电压、励磁导通占空比、励磁电流值均会呈现突然增长的现象。利用调节器负载响应时间进行自我调节，有利于发挥调节器负载响应控制功能[5]。

3.2 调节器负载响应控制功能参数与整车性能的匹配设计

随着发电机的转动速度和发电机的发电量逐渐增加，在高转速情况下，励磁电流磁场强度持续增强。当励磁电流磁场电流达到最高位置时，磁场达到最强作用力，发电机的拖动扭矩动力呈现不足状态，汽车容易熄火，从而影响汽车的寿命。当发电机调节器没有负载响应控制功能时，发电机励磁电流占空比迅速变高，转速处于跌坑式抖动状态，使汽车各个设备不能得到充足的能量，将直接影响汽车的启动时间[6]。若汽车发电机调节器拥有负载响应控制功能，发电机运转速度将维持在平衡状态，励磁占空比平稳升高，有利于控制汽车负载变动标准水平。

若汽车发电机调节器拥有负载响应控制功能，在汽车发电机发电时，负载响应控制功能将作用于发电机低转速范围内，当调节器接收到励磁电流达到最高水平信号时，调节器开始启动相关功能进行控制，为拖动扭矩提供动力，避免发电机抖动。同时，使汽车的各个设备拥有充足的动力。需要注意的是，负载响应控制功能仅作用于汽车低转速范围内，且对汽车的行驶状态有一定要求。

汽车发电机调节器负载响应控制功能参数包括两种类型，分别为负载响应控制功能执行的时间、负载响应控制功能执行检测的阙值。若汽车发电机变化配置率较小，发电机在执行负载响应控制功能时经常会出现滞后问题，增加汽车各个设备的反应时间[7]。不同类型的汽车，其对负载响应控制拥有不同的要求。截至2022 年7 月，汽车发电机调节器负载响应控制时间拥有两种规格，分别为2.5s 和5s。

4 调节器零电流转速和调节电压温度参数与整车性能的匹配设计

4.1 调节器零电流转速和调节电压温度参数

汽车发电机调节器零电流转速主要是指汽车发电机开始发电时输出电流的转速，其与汽车启动后的怠速和转动比之间存在紧密关系，可保证汽车在整车怠速下维持正常的发电状态。根据不同类型的车型，需要选择不同功能的零电流转速参数，使汽车发电机可以在汽车运转过程中发挥重要作用[8]。若汽车发电机调节器不具备零电流转速功能，那么当汽车启动后，发电机开始发电，电流不断发生变化，汽车的怠速转速将受到严重影响，发电机难以继续向汽车的各个设备供电，会影响汽车正常供能，使汽车无法保持正常的行驶状态。若汽车发电机调节器具备零电流转速功能，那么当汽车启动后，发电机则开始为各个设备提供电力，以维持汽车的正常运行速度。此时，调节器零电流转速功能将发挥作用，控制发电机在开始发电时输出电流的转速，使汽车发电机得到充分保护，有利于汽车发电机合理地为各个设备供能，有效提高发电机的供电效率，并延长其使用寿命。

汽车发电机调节器调节电压温度主要是指调节器控制发电机输出的电压受温度影响，若温度升高，则调节器控制发电机输出的电压降低，若温度降低，则调节器控制发电机输出的电压升高[9]。若汽车发电机调节器不具备调节电压温度的功能，那么当汽车开始启动时，发电机将为各个设备补充电力，发电机的温度逐渐提高，其电压将降低，阻碍汽车发电机继续为各设备提供电力，使汽车无法正常运行。若汽车发电机调节器具备调节电压温度功能，那么当汽车开始启动时，发电机可为各个设备补充电力，发电机的温度持续提高，由于受到调节电压温度功能控制，发电机的电压变化速度较慢，同时，蓄电池可分担发电机的工作，使发电机的温度降低，在多次重复此流程的过程中，发电机的电压将得到有效控制，对汽车整体结构产生支持作用。

4.2 调节器零电流转速和调节电压温度参数与整车性能的匹配设计

汽车发电机调节器零电流转速参数需要被计算后，才可以与整车结构匹配，从而满足车辆的设计要求。如，汽车的发动机怠速转速为810r/min，发动机与发电机的转动比为2.1，计算结果得出810r/min×2.1=1701r/min，发电机转速为1701r/min，说明为了维持发动机的正常作业状态，在设置发电机调节器零电流转速参数时，其数值应小于1701r/min。从上述例子中可以发现，设置发电机调节器零电流转速参数是一项重要工作。在选择汽车发电机调节器芯片时，需要以发电机调节器零的电流转速参数为基础，使汽车维持正常状态[10]。

汽车发电机调节器调节电压温度需要考虑蓄电池等多种因素。以蓄电池为例，在高温环境中，每升高10℃，蓄电池的寿命将减少。若温度过高，蓄电池的电解液失水速度加快，充电过程将出现爆炸等问题，这不仅影响了汽车的正常使用，还会危害人们的生命安全。在设置发电机调节器调节电压温度参数的过程中，要根据具体的环境控制发电机的输出电压情况。在高温环境下，将发电机的输出电压控制在低电压13.5V 左右，可避免蓄电池中的电力流失；在低温环境下，将发电机的输出电压控制在14.5～15V 范围内，可增加蓄电池存储容量，避免汽车出现异常[11]。