摘要：為了減少尾氣排放，啟停技術已經(jīng)在汽車上推廣開來。針對越來越嚴格的環(huán)保法規(guī)和市場需求，ZLG推出摩托車智能啟停發(fā)電一體化控制方案，具有靜音啟動、高效充電和智能啟停三大特點。
一、引言
隨著消費水平的增長，機動車保有量也在爆發(fā)式增長，隨之帶來的機動車尾氣污染問題也越來越嚴重。為了緩解機動車在等紅綠燈、堵車或者短時停靠時的尾氣排放問題，啟停技術已經(jīng)在汽車上廣泛應用開來。對于摩托車來說，啟停功能也提上了日程。ZLG推出的智能啟停發(fā)電一體化控制方案，可以給駕駛者更舒適的感受，可以減少尾氣排放，對于摩托車廠家來說，更是可以節(jié)省成本！
二、傳統(tǒng)摩托車啟動發(fā)電
傳統(tǒng)摩托車的啟動電機是直流有刷電機，其轉(zhuǎn)子是線圈，通過碳刷和換向器對外連通。這種結(jié)構(gòu)決定了，在高速旋轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生過大的感應電流和摩擦損失，不適合當發(fā)電機使用。所以傳統(tǒng)摩托車必須搭配另外一個磁電機來做發(fā)電功能。以某型號踏板車為例，其結(jié)構(gòu)如圖。
圖 1 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)
傳統(tǒng)啟動方式中使用的是有刷直流啟動電機，通過單向器和減速齒輪機構(gòu)，在啟動的時候連接到汽油發(fā)動機的主軸。啟動過程：駕駛?cè)税聪曼c火開關，電氣系統(tǒng)控制啟動電機轉(zhuǎn)動，啟動電機帶動汽油發(fā)動機啟動，等汽油發(fā)動機啟動完成后，駕駛?cè)怂砷_點火開關。
在傳統(tǒng)的啟動方式中，存在以下缺點：
l 有刷直流電機有碳刷和換向器，碳刷容易磨損，而且會產(chǎn)生火花，導致?lián)Q向器積碳。
l 單向器和減速齒輪機構(gòu)比較復雜，容易損壞。
l 傳統(tǒng)啟動電機由于其連接機構(gòu)，啟動過程中明顯存在較大噪音。
傳統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)由磁電機、穩(wěn)壓整流器和蓄電池組成。摩托車的蓄電池對于整車來說只是個輔助電源，一般只在啟動和發(fā)動機停轉(zhuǎn)時啟用。磁電機才是摩托車的主電源，汽油發(fā)動機啟動后，帶動磁電機轉(zhuǎn)動從而發(fā)電，其作用包括給整車供電和給蓄電池充電。磁電機是無刷電機，外轉(zhuǎn)子是磁體，連接在發(fā)動機主軸，內(nèi)定子是線圈，固定于發(fā)動機殼體，定子與轉(zhuǎn)子間沒有任何機械接觸。磁電機發(fā)出來的是交流電，需要穩(wěn)壓整流器通過二極管整流橋的方式，進行半波或全波整流為直流電。由于二極管存在壓降，此方式一般效率比較低下。
三、啟停發(fā)電一體系統(tǒng)
新型的啟動發(fā)電一體系統(tǒng)中，將傳統(tǒng)啟停系統(tǒng)中磁電機改進為帶霍爾傳感器的直流無刷電機，可以兼具啟動和發(fā)電功能。該系統(tǒng)在機械結(jié)構(gòu)上替代了有刷直流啟動電機和傳統(tǒng)磁電機，不需要原來的單向器、減速齒輪等傳動零部件，同時保留了磁電機沒有機械接觸的優(yōu)點。在電氣結(jié)構(gòu)上，將啟停控制和穩(wěn)壓整流器整合為一個智能啟停控制器。
圖 2 啟停發(fā)電一體
啟停發(fā)電一體電機取消了有刷電機和其機械結(jié)構(gòu)，優(yōu)點如下：
l 結(jié)構(gòu)簡單，可靠性更高；
l 不產(chǎn)生火花和電弧，不產(chǎn)生碳粉；
l 減輕整車質(zhì)量和裝配難度；
l 無刷電機免維護、無碳刷，故障率低、維修費用低；
四、智能啟停發(fā)電控制方案
ZLG基于多年的電機控制技術積累，針對摩托車啟停發(fā)電一體系統(tǒng)推出了摩托車智能啟停發(fā)電控制方案。
l 適用范圍：摩托車啟停發(fā)電一體電機（磁電機）；
l 控制方式：霍爾FOC矢量控制；
l 機械結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定壽命長；
l 靜音啟動技術，取消有刷啟動電機及其機械結(jié)構(gòu)；
l 智能啟停技術，起步舒適快捷；
l 高效充電技術，F(xiàn)OC矢量控制和弱磁；
l 恒流/恒壓充電，完善的充電監(jiān)控功能；
l 完整的軟件、硬件設計參考；
靜音啟動技術是指摩托車在啟動的時候，不再有傳統(tǒng)摩托車啟動時的機械摩擦噪聲和電機電流噪聲。啟停發(fā)電一體電機是直流無刷電機，沒有換向器、碳刷和額外的機械機構(gòu)，直接連接在汽油發(fā)動機主軸，轉(zhuǎn)動時不會機械摩擦噪聲。在電機控制上，方案采用霍爾FOC矢量控制技術，轉(zhuǎn)矩脈動小、啟動扭矩大，配合霍爾傳感器可以實現(xiàn)精準閉環(huán)控制，極快速啟動。從零速加速到汽油發(fā)動機啟動，整個過程中轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)，消除了啟動時的電流噪聲。
智能啟停技術是指摩托車在行駛過程中，需要臨時停車超過一定時間時，發(fā)動機實現(xiàn)自動熄火功能，在需要繼續(xù)前進時，無需重按啟動按鈕，只需要松開剎車，加油門即可實現(xiàn)發(fā)動機自動啟動的一種技術。ZLG智能啟停控制器方案中，采集摩托車轉(zhuǎn)速信號、剎車信號、油門信號和發(fā)動機溫度信號等，通過智能邏輯識別駕駛者意圖，控制發(fā)動機熄火或者啟動。傳統(tǒng)摩托在短時停車時，發(fā)動機處于怠速狀態(tài)。ZLG的智能啟停技術使得摩托車在短時停車時處于熄火狀態(tài)，減少了油耗和尾氣排放。配合靜音快速啟動技術，給駕駛者帶來更舒適的感受。
ZLG方案設計中，啟動功能和充電功能共用電路，通過軟件控制電機作為啟動或者發(fā)電功能。汽油發(fā)動機啟動以后，帶動磁電機產(chǎn)生充電電流，控制器通過FOC矢量控制和弱磁技術可以實現(xiàn)恒壓、恒流流輸出，充電電流、電壓可控。ZLG方案通過開關MOS的方式整流，相比傳統(tǒng)穩(wěn)壓整流器的二極管整流，具有更低的損耗、更高的效率。在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，通過弱磁技術控制，可以更好地穩(wěn)定輸出電壓。
圖 3 充電功能框圖
五、結(jié)論
環(huán)保法規(guī)和駕駛者的舒適便捷性需求將推動摩托車啟停技術的發(fā)展。ZLG推出的智能啟停發(fā)電控制方案具有靜音啟動、智能啟停和高效充電三大特點，可提供完整的軟硬件設計參考，助力廠商快速實現(xiàn)產(chǎn)品化。