孔繁秋，劉 軍

（錦州東佑精工有限公司，遼寧 錦州 121007）

汽車發(fā)電機屬于發(fā)動機動力系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，由發(fā)動機拖動發(fā)電機運轉(zhuǎn)發(fā)電，給全車電器設(shè)備和蓄電池供電，一旦發(fā)電機功能出現(xiàn)異常，會直接影響全車的電控設(shè)備，嚴重情況下還會造成發(fā)動機抖動甚至熄火；而發(fā)電機的功能控制核心是調(diào)節(jié)器，所以調(diào)節(jié)器的功能參數(shù)直接影響整車的動力系統(tǒng)性能。本文主要講解了發(fā)電機調(diào)節(jié)器的主要功能參數(shù)與整車動力系統(tǒng)哪些性能相關(guān)以及如何進行匹配設(shè)計。

1 發(fā)電機調(diào)節(jié)器功能介紹

在講解發(fā)電機調(diào)節(jié)器參數(shù)與整車的匹配設(shè)計前，我們先來介紹了解下汽車交流發(fā)電機調(diào)節(jié)器的功能作用及工作原理，進而更好地理解后面參數(shù)與整車匹配的邏輯關(guān)系。交流發(fā)電機工作原理如圖1所示。

圖1 交流發(fā)電機工作原理

2 發(fā)電機調(diào)節(jié)器啟動延時功能參數(shù)與整車的匹配設(shè)計

2.1 啟動延時功能概述

啟動延時功能行業(yè)內(nèi)縮寫為SDT（Start Delay Time），顧名思義即為設(shè)備運行前的延時啟動，當發(fā)電機調(diào)節(jié)器接收喚醒激活信號后不立即啟動運行，而是根據(jù)功能設(shè)定可延時幾百毫秒或者幾秒后再進入正常的功能運行，此過程稱為啟動延時功能。

此功能只針對多功能調(diào)節(jié)器存在，單功能調(diào)節(jié)器線路簡單無此功能，而LIN調(diào)節(jié)器通過與整車COM口通信報文數(shù)據(jù)可即時控制發(fā)電機調(diào)節(jié)器的啟動時間，比多功能調(diào)節(jié)器更加靈活方便 （此部分主要講解的多功能調(diào)節(jié)器的固定參數(shù)的匹配設(shè)定，LIN的啟動延時如何設(shè)定暫不說明）。

圖2～圖4為單功能、多功能和LIN功能3種類型調(diào)節(jié)器內(nèi)部使用的集成IC方式。

圖2 單功能IC （SOP-8封裝）

2.2 SDT功能參數(shù)整車匹配的設(shè)計要求

上面介紹了SDT的功能，下面說明此功能和整車性能的邏輯關(guān)系。首先說明汽車發(fā)動機和發(fā)電機以及起動機之間的動力聯(lián)系，見圖5。

圖3 LIN功能IC （TO220-5封裝）

圖4 多功能IC （MW8封裝）

圖5 整車起動動力邏輯圖

從圖5可知車輛啟動時先由蓄電池給起動機供電運轉(zhuǎn)帶動發(fā)動機飛輪運轉(zhuǎn)進入噴油點火后內(nèi)燃機進入正常工作，此時起動機退出拖動軸，發(fā)動機通過皮帶或鏈條帶動發(fā)電機運轉(zhuǎn)發(fā)電給整車用電設(shè)備和蓄電池供電。

上文已了解整車啟動的過程，下面說明發(fā)電機調(diào)節(jié)器的啟動延時功能的作用體現(xiàn)在哪里？

首先，如果發(fā)電機調(diào)節(jié)器沒有啟動延時功能，當鑰匙門啟動發(fā)動機帶動發(fā)電機運轉(zhuǎn)時，發(fā)電機會進入正常發(fā)電，因為轉(zhuǎn)子有磁場存在，定子做切割磁感線運動，發(fā)電機此時有扭矩存在會增加起動機及發(fā)動機的起動負荷，因此會造成起動機功率輸出增加，蓄電池饋電更大，同時發(fā)動機負荷增大進入正常運轉(zhuǎn)的時間增加，如果啟動時間過短就有可能造成我們俗稱的“車沒打著火”，而此現(xiàn)象尤其在氣溫低的環(huán)境，比如冬天，因為天氣寒冷發(fā)動機和起動機及變速器的潤滑油更加粘稠，自身運轉(zhuǎn)的阻力增大，如果再加上拖動發(fā)電機的扭矩較大使啟動的扭矩需求更大，并且冬天的蓄電池電量也下降更造成輸出功率不足，這就是我們整車標定試驗中常說的“冷啟動試驗”，驗證寒冷環(huán)境下整車啟動是否異常，以及冷啟動時油耗及尾氣排放量是否達標。

2.2.4.1 危害癥狀。葉尖(修剪切口附近)產(chǎn)生細小的條斑，病斑顏色灰色至褐色。嚴重時葉片上部褪綠變褐死亡。有時在老病斑上產(chǎn)生黃褐色至黑色的小粒點。受害草坪稀薄，呈現(xiàn)枯焦狀(圖4)。

那么如果調(diào)節(jié)器有啟動延時功能，當發(fā)動機啟動時調(diào)節(jié)器控制發(fā)電機延時發(fā)電，不提供發(fā)電機的勵磁電流，此時發(fā)電機無磁場和切割磁感線運動，發(fā)電機的扭矩輸出很小，將減輕發(fā)動機的扭矩輸出、起動機的輸出功率和蓄電池的電量損耗，進而讓發(fā)動機起動更加順利，同時還延長蓄電池和起動機的使用壽命，并降低起動時的發(fā)動機油耗。

圖6為我司與整車標定SDT時間設(shè)置2.5s時的參數(shù)測試曲線。

圖6 SDT功能參數(shù)標定實測波形

具體的延時時間設(shè)定與整車起動機及起動時間、發(fā)動機功率、冷啟動相關(guān)等參數(shù)直接相關(guān)，車廠可根據(jù)不同車型性能來進行不同參數(shù)的配置。我們目前供給客戶的產(chǎn)品主要有3種時間規(guī)格，分別為0.5s、2.5s和5s，當前根據(jù)各車廠的需求不同，多數(shù)車廠使用0.5s參數(shù)，個別幾個車廠使用2.5s參數(shù)進行匹配設(shè)計。

3 發(fā)電機調(diào)節(jié)器負載響應控制功能參數(shù)與整車的匹配設(shè)計

3.1 負載響應控制功能說明

負載響應控制功能行業(yè)內(nèi)縮寫為LRC（Load Response Control）功能，此功能的作用原理是當發(fā)電機供電負載突然大幅度增加時，比如發(fā)電機供電設(shè)備負載由原15A突然增加到60A，此時根據(jù)之前介紹的原理調(diào)節(jié)器控制的勵磁導通電流需要增大，即通過PWM調(diào)制方式將占空比變大，假設(shè)此時發(fā)電機的轉(zhuǎn)速不高，在2000r／min以下時，那么勵磁占空比會突然增加到100%，即全部導通，勵磁電流變?yōu)樽畲笾怠６哂蠰RC功能的調(diào)節(jié)器，如果LRC功能設(shè)定的響應時間為2.5s，那么調(diào)節(jié)器控制的勵磁導通占空比會在2.5s內(nèi)緩慢提升至100%導通，而不會出現(xiàn)磁場突增的現(xiàn)象。功能邏輯對比如圖7所示。

通過圖7可看出當出現(xiàn)突增的大負載時，有LRC功能會使發(fā)電機勵磁電流逐漸平穩(wěn)增大，磁場強度也會同樣逐漸平穩(wěn)增大，因此發(fā)電機的發(fā)電量也會逐步平穩(wěn)增大，所以蓄電池電量也隨著發(fā)電機的發(fā)電量逐步平穩(wěn)增加。

3.2 LRC功能參數(shù)與整車的匹配設(shè)計

上面內(nèi)容介紹后可能有的人會產(chǎn)生一個疑惑點，此功能下電池沒有立即充滿電是不是影響電池？答案肯定不會的，因為此過程持續(xù)的時間短在幾秒內(nèi)就達到蓄電池的額定電壓了。那么接著分析LRC功能對整車影響哪部分性能。

圖7 有無LRC功能對比

首先了解發(fā)電機的發(fā)電性能。發(fā)電機的發(fā)電量是隨著發(fā)電機轉(zhuǎn)速的增加感應電動勢增大即發(fā)電量增加，高轉(zhuǎn)速下即使勵磁電流小磁場強度不達到最大值也能輸出較高的發(fā)電量。而LRC功能的作用范圍是作用在發(fā)電機低轉(zhuǎn)速范圍，發(fā)電機最高在3200r／min以下的轉(zhuǎn)速，再根據(jù)整車發(fā)動機與發(fā)電機的傳動比多數(shù)在2～2.5的區(qū)間，那么LRC功能作用在發(fā)動機的轉(zhuǎn)速范圍是在怠速最低700～1600r／min，其中原因是當發(fā)電機的低轉(zhuǎn)速時發(fā)電量低，一旦出現(xiàn)大負載調(diào)節(jié)器控制發(fā)電機的勵磁電流將達到最高，磁場最強，發(fā)電機的拖動扭矩也最大，此時發(fā)動機的轉(zhuǎn)速又比較低，容易造成發(fā)動機拖動扭矩的動力不足，造成發(fā)動機抖動，抖動嚴重的還會出現(xiàn)熄火，而轉(zhuǎn)速升高后發(fā)動機的動力增強，同時發(fā)電機的扭矩減小，發(fā)動機則不會出現(xiàn)動力不足的問題，因此LRC功能只作用在低轉(zhuǎn)速范圍。

圖8、圖9為我司與整車標定測試的無LRC功能和有LRC功能對比車況。

圖8 無LRC時整車標定實測波形

上述實車測試波形可清晰看出LRC功能對發(fā)動機的轉(zhuǎn)速有明顯的影響，有LRC功能可使整車發(fā)動機運轉(zhuǎn)得更加平穩(wěn)且與發(fā)動機的目標轉(zhuǎn)速一致，整車動力體現(xiàn)更加舒適。而如沒有LRC功能發(fā)動機轉(zhuǎn)速波動明顯，如果車型屬于小排量車型，動力不足并且嚴重，會導致抖動熄火。

圖9 有LRC時整車標定實測波形

對于發(fā)電機調(diào)節(jié)器的LRC功能執(zhí)行的參數(shù)中又包含2部分參數(shù)，一個是LRC功能執(zhí)行的時間，范圍從2.5～10s可配置。另一個就是LRC功能執(zhí)行檢測的閾值，即負載變化所反饋占空比變化率，此參數(shù)從1%～12%可配置，第二個閾值參數(shù)需要與整車溝通來確認選型，因為此參數(shù)決定了整車的性能參數(shù)要求在小負載波動也執(zhí)行LRC還是多大的負載變動標準下才執(zhí)行LRC功能。

圖10、圖11是不同占空比變化率下發(fā)電機在響應LRC功能時的波形。

圖10 變化率3%的LRC功能執(zhí)行時發(fā)電機輸出特性圖

圖11 變化率12%的LRC功能執(zhí)行時發(fā)電機輸出特性圖

圖10～11可看出，如果變化率配置過小，發(fā)電機會經(jīng)常執(zhí)行LRC造成發(fā)電機輸出電壓波動大并滯后響應，而變化率配置過高又會造成LRC無法執(zhí)行，造成整車發(fā)動機抖動。目前根據(jù)各車廠的要求不同，Blind Zone的變化率基本使用的是3%，LRC響應時間多數(shù)配置在2.5s和5s來進行的匹配設(shè)計。

4 發(fā)電機調(diào)節(jié)器零電流轉(zhuǎn)速和調(diào)節(jié)電壓溫度系數(shù)與整車的匹配設(shè)計

4.1 零電流轉(zhuǎn)速設(shè)定與整車的匹配

零電流轉(zhuǎn)速為發(fā)電機開始發(fā)電輸出電流時的轉(zhuǎn)速，也叫切入轉(zhuǎn)速 （Cut In Speed），該參數(shù)與整車起動后的怠速轉(zhuǎn)速和發(fā)動機與發(fā)電機的傳動比有關(guān)，例如：整車發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速為700r／min，發(fā)動機與發(fā)電機的傳動比為2.1，那么怠速狀態(tài)下發(fā)電機轉(zhuǎn)速計算如下：

發(fā)電機轉(zhuǎn)速=700r／min×2.1=1470r／min

此時要保證整車怠速工況下發(fā)電機正常發(fā)電，發(fā)電機的零電流轉(zhuǎn)速設(shè)定要＜1470r／min，所以根據(jù)此要求發(fā)電機調(diào)節(jié)器的該參數(shù)依據(jù)芯片規(guī)格選擇1200r／min±10%即可滿足整車的匹配設(shè)計要求。

4.2 調(diào)節(jié)電壓溫度補償系數(shù)設(shè)定與整車的匹配

發(fā)電機調(diào)節(jié)電壓溫度補償系數(shù)定義是指調(diào)節(jié)器控制發(fā)電機輸出電壓值隨溫度變化而變化，而此系數(shù)全部為負溫度補償系數(shù)，線性關(guān)系見圖12。

圖12中調(diào)節(jié)器在常溫下控制調(diào)節(jié)電壓值為14.5V±0.15V，從圖12可看出：當調(diào)節(jié)器溫度降低時控制發(fā)電機輸出電壓升高，當溫度升高時調(diào)節(jié)器控制發(fā)電機輸出電壓下降，該圖對應的為負溫度補償系數(shù)，配置設(shè)定的數(shù)值為-3.5mV／℃，就是當調(diào)節(jié)器溫度每變化1℃調(diào)節(jié)電壓值反方向變化3.5mV。

此參數(shù)主要與整車的蓄電池相關(guān)，先說高溫環(huán)境，蓄電池在高于30℃以上環(huán)境下，每升高10℃電池壽命會降低一倍，因為溫度高會造成電解液失水加快，并且充電過程也會產(chǎn)生熱量加劇升溫，所以此時發(fā)電機的輸出電壓應該控制在低電壓13.5V左右，這樣不會對蓄電池經(jīng)常充電，更不會有長時間充電，避免電池因充電發(fā)熱造成壽命降低。

再說低溫環(huán)境，蓄電池在低于0℃以下的環(huán)境時，蓄電池的電解液變粘稠密度增大，反應難度增加及活性下降，所以存儲容量也會下降，那么此時發(fā)電機的輸出電壓就應該控制在14.5～15V左右，這樣會使蓄電池經(jīng)常充電提高蓄電池的溫度同時也增加了蓄電池的存儲容量，可避免因蓄電池容量不足導致的冷車起動時供電不足而造成異常。

故根據(jù)蓄電池的性能特性發(fā)電機調(diào)節(jié)器的溫度補償系數(shù)目前我司大多數(shù)產(chǎn)品的參數(shù)都設(shè)定為-7mV／℃或-10mV／℃來與整車匹配。

圖12 調(diào)節(jié)電壓溫度系數(shù)曲線圖

5 結(jié)語

本文給出了發(fā)電機調(diào)節(jié)器的參數(shù)功能解釋及應用原理與整車匹配的應用設(shè)計研究，并實車驗證了調(diào)節(jié)器各關(guān)鍵參數(shù)在整車上的性能測試表現(xiàn)，針對不同客戶車型的性能指標，通過對調(diào)節(jié)器關(guān)鍵參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計來滿足并達到整車性能的最佳匹配性，比如降低發(fā)動機油耗，提高蓄電池壽命，提升發(fā)動機運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性和可靠性，避免抖動和熄火的異常可能性，進而讓整車的性能更加舒適、可靠、安全。