实用环保型驾校教练车油改电技术研究

王麟珠 苏庆列 许 铁



实用环保型驾校教练车油改电技术研究

王麟珠 苏庆列 许 铁

福建交通职业技术学院

详细介绍了实用环保型驾校教练车油改电技术的改装方案、手段与关键技术。油改电后的纯电动教练车在真实模拟教练车原有动力性、操纵性、舒适性和驾训功能的基础上，以蓄电池作为车载电源，永磁无刷直流电动机作为驱动电机，加上电机控制系统3部分组成的电动教练车动力系统替代原车燃油发动机。产品试验结果显示其实用、安全、环保、节能，具有广阔的市场前景。

驾校教练车；油改电；动力系统；节能环保；技术研究

随着节能环保型社会的建设和发展，具有高效节能、低排放或零排放优势的油改电教学教练车获得了生机，电动教练车油改电不仅节约成本，其带来的环保优势也毋庸置疑。教练车在训练时，基本上处于怠速状态，由此产生的污染物比正常行驶时要高很多，而电动教练车不存在这个问题。资料表明，在教练车的工况下，每燃烧1t汽油将产生70 kg CO、HC、NOx等有害气体和颗粒物的排放，如能改造现有燃油教练车的50%，我国每年就能节省33.3万t汽油，减少2.3万tCO、HC、NOx等有害气体和颗粒物的排放治理成本。就近几年汽车行业的发展来看，围绕能源的技术革新最受关切，驾校教练车油改电既省油，又有利于环保，受到各界的广泛重视，具有广阔的市场前景，得到了行业管理部门的支持和鼓励。

1 教练车油改电改造总体技术方案

1.1 教练车油改电改造原则

纯电动驾校教练车主要由现有的燃油教练车改装而成，将电源、电机及其控制系统取代汽、柴油内燃机，其最终目的是培养合格的驾驶员。因此，机动车驾驶员培训用教练车改装成电动教练车的过程中，在实现节能环保的基础上，将尽可能模拟还原燃油车的动力性、操作性和舒适性，特别需要把改装后的电动教练车的几大部件：油门、制动、离合器、方向盘、手刹、声音和灯光等模拟成实车的操纵感，其中以油门模拟最为重要。

该实用环保型驾校教练车油改电技术的优点有：

（１）能实现同车型燃油教练车低速行驶各项功能的完全仿真；

（２）实用、安全、环保、运行成本低；

（３）有效提升驾校教学质量。

1.2 教练车油改电改造方案

教练车油改电是专为驾驶员培训行业发明的一种节能驾训工具，从结构上讲，油改电后的纯电动教练车与燃油教练车的不同之处仅在动力系统，纯电动教练车的动力系统是由蓄电池电源、电机及调速系统组成，而燃油教练车的动力系统是汽油发动机或柴油发动机，除动力部分外，车辆的其它部分完全一样；从供电方式上讲，由于国家规定的驾驶员场内驾驶各科目训练的范围不大，可采用车载电源供电模式，这种车载电源供电方式，保证了其自身的环保性、可靠性、经济性和实用性。

将燃油教练车改装成电动教练车的动力系统总成包括电动机、电机控制电路、传动连接机构，固定支架、外壳及传动轴等。改装需拆除发动机，保留飞轮、离合器和变速箱等，改装后电动车以蓄电池供电，由电动机驱动行驶，行驶过程踩离合器换档。电动机调速控制电路中设置有调速电位器R，调速电位器R与驾驶室内的油门加速踏板相连；电动机、电动机调速控制电路通过绝缘方式与机壳连接；电动机的输出轴通过传动机构与飞轮和离合器相连。车辆满足驾驶员培训要求，驾驶操作控制简单有效、工作可靠确保行车安全。机械、电气装置耐用少维修，产品能进行批量试生产，能进行示范运行。总体设计方案如图1所示。

图1 驾校教练车油改电总体设计方案

2 教练车油改电关键技术

2.1 动力系统

驾校教练车油改电所采用的动力系统由蓄电池、驱动电机及其控制系统等组成。

2.1.1教练车电源

油改电教练车电源的作用是为电动教练车的驱动电动机提供电能。该电动教练车采用汽车上应用最广泛的电源即铅酸蓄电池，因此可以沿用原有蓄电池和充电器，而不造成资源浪费和污染环境。

2.1.2教练车驱动电机

驱动电机及其控制系统是教练车油改电的核心，驱动电机的作用是将电源的电能转化为机械能，通过传动装置驱动车轮和其它工作装置。目前适合于电动教练车的电机主要有直流电机、感应电机、永磁同步电机、永磁无刷直流电机以及开关磁阻电机等。由于直流电机在低速时的转矩高且容易控制，特别是永磁无刷直流电机，采用永磁转子，转子磁钢结构经过专门的磁路设计，使电机可以获得梯形波的气隙磁场。电机不采用机械式换向器和电刷，而是采用由固态逆变器和转子位置检测器组成的电子换向器。位置传感器用来检测转子在运动过程中的位置，并将位置信号转换为电信号，保证各相绕组的正确换流。永磁无刷直流电动机在工作时，直接将方波电流输入永磁无刷直流电动机的定子中，控制永磁无刷直流电动机运转。永磁无刷直流电动机具有效率高，起动转矩大，过载能力强，无电刷，结构简单牢固，免维护或少维护，体积小质量轻等优点，适合于驾校教练车的场地训练和长时间低速行驶。因此教练车选用永磁无刷直流电机作为驱动电机。

2.1.3电机控制系统

电动机调速控制系统是为电动汽车的变速和改变转矩等设置的，其作用是控制电动机的电压或电流，完成电动机的驱动转矩和转速的控制。电动教练车采用蓄电池供电，要求电机驱动控制系统考虑电池的瞬时最大放电电流，电池输出功率及其逆变器功率开关器件的最大允许电流。同时电动教练车在起动、加速和制动过程中还需要电机控制系统提供合适的驱动转矩和制动转矩，因此对起动电机转矩进行闭环控制。

无刷直流电机的电流控制一般是通过PWM斩波控制来实现的，采用对导通相的上桥臂进行斩波，下桥臂恒通的控制方式。无刷直流电机的三相电流对称，且为互差120o电角度的方波，将每相正电流联合起来就变成直流，因而只需要使用一个电流调节器就可以对三相电流进行控制。电流控制结构如图2所示。

图2 电流控制结构图

2.2 机械系统

电动教练车传动装置的作用是将电动机的驱动转矩传给汽车的驱动轴，在不改变原有教练车操作性能的前提下，保留发动机飞轮及其后面包括离合器、变速箱、驱动轴等传动部件。因此，在驱动电机与飞轮之间专门设计一套安全可靠的机械传动机构，其主要包括机座、传动轴和轴承等组成。机械系统联接机构如图3所示，驱动电机通过花键与传动轴小头啮合，再通过传动轴大头上的法兰盘为飞轮提供改装前由发动机所提供的动力。

1、驱动电机；2、花键；3、传动轴；4、支撑架；5、轴承；6、法兰盘

2.3 辅助系统

驾校教练车油改电只针对动力系统，用电动机替代发动机的同时，不改变原有操纵性，对于原有需要发动机皮带传动的电气设备也需要进行调整，这里对教练车的制动和转向也做了相应改进。

为保证油改电后教练车制动性能良好，确保行车安全。订做的DC48V电动刹车真空助力泵，匹配改装教练车的最高真空度-0.08 MPa，且无需润滑油、抽气速度快、能耗小、使用寿命长、安装方便、有效提供教练车的制动性能。

液压助力转向也采用DC48V电动液压助力转向泵直接驱动，为电动教练车转向助力系统提供转向助力，转向泵采用二级绝缘设计，有效防止液压油对高压电的传导，安装方便，使用寿命长，转向压力稳定。

2.4 驾训系统

根据驾校教练车驾训的需要，教练车还配置了语音驾训系统。采用89C51作为控制器和T6668语音合成芯片，主要实现以下检测功能：

（1）关车门时，检测门锁是否扣紧；

（2）检测蓄电池电压是否不足；

（3）检测汽车“前进”、“后退”、“停车”、“熄火”4个行驶状态。

并实现以下语音提示：

（1）车辆已起动；

（2）注意车门未关；

（3）蓄电池电压不足；

（4）车辆已停止。

3 总结

驾校教练车经油改电后进行的一系列的路试和教学试验证明，油改电驾校教练车安全性强、环保、实用；对驾驶学员进行培训，驾校在取得同等培训效果的情况下大幅度地减少燃料费用和车辆维护费用。且电动教练车不再受制于燃油成本，只要学员愿意，可以在油改电后的纯电动教练车上一直练到非常熟练为止，技术熟练了，学员考试的通过率就提高，相应地也减少驾校对考试不通过学员应支出的各种费用，为驾校节约成本。

[1] 董红霞,刘泉山,徐小红.国内外汽车-油品-排放项目研究概述[J].车用发动机,2008(z1)：6-8.

[2] 吉万康,洪永强.汽车电子桩考仪语音系统的设计研究[J]．厦门大学学报:自然科学版,2007,46(5):734-737．

[3] 卫国爱,全书海,朱忠尼.电动汽车驱动用无刷直流电机的控制与仿真[J].电机与控制应用,2009,36（1）:16-19

Technology of Substituting Electric Power for Fuel Used in Driving School Training Vehicles

Wang Linzhu，Su Qinglie，Xu Tie

（Fujian Communications Technology College, Fuzhou 350007, China）

The improvement technology of substituting electric power for fuel used in driving school training vehicles is described. The improved training vehicles can realize the original power, control, comfort and training function. The new power system of the training vehicles replaces the motor driven by fuel, which contains the battery, a permanent magnetic brushless driving motor and motor control system. Product test results indicate that the improved training vehicles have better performance, a higher safety, being environment-friendly and energy efficient with a market prospect.

training vehicle of a driving school；substituting electric power for fuel；power system；energy conservation and environmental protection; technological research

福建省交通科技项目（200942）