(电力电子技术在汽车工业领域的技术应用.docVIP

电力电子技术在汽车工业领域的技术应用 摘 要 本文阐述了电力电子技术在燃油汽车发动机控制系统、电动汽车控制系统及汽车安全系统等方面的开发与应用，综述了电力电子技术在汽车工业电子化发展过程中不可低估的作用。 关键字：电力电子技术；燃油汽车；发动机控制；电动汽车；汽车安全； 1 绪 论 现代社会中，汽车已不仅是代步工具，而且具有娱乐、办公和通讯等多种功能。伴随汽车工业与电子信息产业加速融合，汽车开始向电子化、多媒体化和智能化方向发展，由以机械产品为主向高级机电一体化产品方向演变，电子装置占汽车整车价值量的比重逐步提高。 为了满足人们对汽车的动力性[1]、操作稳定性、安全性、舒适性、燃油经济性、对环境的友好性等各方面不断提高的要求, 各种电子装置不断地被应用于汽车, 使现代汽车成了一个广泛的电气系统, 包含大量的电气设备。在汽车电气系统中, 电力电子技术正起着越来越重要的作用, 不仅如此, 电力电子技术也是一项对未来开发出具有新特性和功能设备十分有用的技术。汽车工业的发展和大量的汽车电子设备的出现, 将给电力电子带来广阔的应用前景。本文将从以下几个方面探讨电力电子技术在汽车工业中的应用。 1 电力电子技术在燃油汽车发动机控制系统中的运用[2] 采用电子装置系统控制汽车发动机, 能够提高汽车的经济性, 满足汽车快速、排污净化的需求。 1.1 汽油发动机电力电子控制系统的控制原则 以电脑为控制核心, 以空气流量和发动机转速为控制参数, 以喷油器、点火器和怠速[3]空气调节器为控制对象, 保证获得与发动机各种工况相匹配的最佳空燃比和最佳点火时刻。发动机电子控制系统 一般由进气系统、燃油系统、点火系统和控制系统等四个部分组成，如图所示。 图1 进气系统框图 图2 燃油供给系统框图 1.2 汽油发动机电力电子技术控制系统的工作原理 车载计算机控制系统根据发动机中各种传感器送来的信号控制喷油时间、点火时刻等。 电脑通过空气流量计的信号对气量进行采样, 根据进气量和转速计算出荃本喷油[4]持续时间。然后进行温度、海拔高度、节气门开度等各种工作参数的修正, 得到发动机在这一工况下运行的最佳喷油持续时间, 精确地控制喷油量。 最佳点火时刻也用同样的方法进行计算, 修正后送给点火电子组件, 控制点火时刻。此外, 根据发动机的要求, 电脑还可以控制怠速和废气再循环等其它系统。 电子控制式汽油直接喷射系统, 由于计算机的运算速度快, 它能根据各个传感器输入的电信号迅速做出反应, 及时而准确地将燃油喷入进气门附近, 可使发动机的功率提高10%左右, 油耗降低10%左右。发动机的怠速稳定、加速性能和工况过渡圆滑, 而且操作的灵敏度高。该系统工作可靠性能好, 故障率低, 发动机ECU在10万km内的故障率仅为1/1000。 在排放系统中利用ECU对排气再循环（EGR）、氧传感器及三元催化器、二次空气喷射装置、活性炭罐电磁阀[5]、曲轴箱强制通风系统等进行控制,这样既有效地减少了CO、NOx、和HC等有害气体的排放, 又改善了经济性。使发动机废气排放中的污染物约为0.5%, 大大低于我国GB3842-83《汽油车怠速污染物排放标准》中5%的规定。 2 电力电子技术在电动汽车中的应用 随着传统内燃机汽车的大范围推广应用, 人们的生活变得日益方便舒适, 但同时也引起了一系列的能源与环境问题。混合动力电动汽车以及燃料电池电动汽车,作为解决环境和能源问题的一种切实可行的方案, 逐渐得到了世界各大汽车厂商的青睐。这是因为与传统汽 车、纯电动汽车技术相比, 它们具有以下一些优势：1）效率高；2）续驶时间长；3）绿色环保；4）过载能力强；5）低噪音：6）设计灵活方便。 电动汽车采用蓄电池作储能动力源, 给电机驱动系统提供电能, 驱动电动机, 推动车轮前进, 是电力驱动系统。电力驱动系统可以说是电动汽车的心脏, 分为两个部分：电力部分和机械装置。其中电力部分主要包括电动机、能量转换器、电子控制器和电源系统。图3是典型的电动汽车电力驱动系统功能块示意图, 其中双箭头和单箭头分别对应能量流和信号流[6]。 图3 典型的电动汽车电力驱动系统功能块示意图 目前, 电力电子技术在电动汽车上的应用与传统汽车相比, 主要增加了在电力驱动系统上的应用, 包括电动机调速系统、能量转换器、充电器等。 2.1 电动调速系统[7] 电动机是电动汽车发动机的主要部件。功率变换器, 作为电力电子技术之一, 在电动汽车电机调速系统中, 主要有两种形式：用于直流电动机的斩波器和交流电机的逆变器。 （1）斩波器 对于直流电动机调速系统, 一般采用斩波器, 其功率电路比较简单,