电源车动力系统控制要点分析

雷新望　张静　王行巍

摘 要：常规的电源车除了给用电设备供电外，由于体积等因素，无法再满足行车载人载货的需求。对野外工作或军事上的一些用电设备，由于电力系统的条件限制和自身工作特点的需要，必须有自己携带的电源。取力电源车正满足了这种需要。为此，本文主要对电源车的概况及电源车动力系统控制要点进行了分析与探究。

关键词：取力电源车；动力系统；发动机控制

近年来，随着我国公路建设、城市发展、能源消耗结构变化、重点工程建设加快，为电源车产品发展提供了新的机遇，其发展市场前景将会越来越广阔，产品的档次和技术水平将有一个大的提升。电源车是特种车辆的一种，其取电灵活方便，在野外勘探、急救抢险以及军事行动等领域得到了广泛的应用。电源车通常采用发电机组形式，由专门的运输车辆或拖挂车辆装载，这种结构和机动性都有欠缺。对此，应进行新型电源车动力系统设计，该系统使用车载发动机作为发电机的动力源，在发动机的飞轮上加装有取力器，通过取力器获得部分动力，经液压系统传递后驱动发电机运转发电。发动机同时通过飞轮输出动力驱动车辆运行。系统设置后，通过对发动机和液压系统的协调控制，即使发动机转速在大范围内变化，仍然可以通过对液压系统的控制维持发电机转速在恒定状态。因此，新的动力系统具备驱动车辆行进、停车发电和行进中发电的基础，使用方式更灵活，但是控制难度也更大。

1 电源车的概况

随着国家建设与发展的需要，专用汽车已成为经济建设中的重要运输与作业装备，将有着良好的发展前景。近几年，由于我国电力、电信、移动、网通的加大建设与投入需要，电源车正是为这些行业需求而设计的一款带电应急工作车，可用于通信、电信、煤矿、油田的相关应急用电工作，特别对于突发事件所产生的断电抢修、供电起到非常重要的作用。电源车采用非电启动及空气为冷却介质的发动机，不但免除了蓄电池及风箱水箱的维护以及加注冷却液的烦恼，而且能在极高、低温和沙尘等恶劣的环境下工作。电源车具有整体性能稳定可靠、操作简便、噪音低、排放性好、维护性好等特点，能很好的满足户外作业和应急供电需要。

2 电源车动力系统控制要点分析

2.1 电源车系统分析

电源车运行可分为空车运行、停车发电和行车发电3种状态。动力系统的主要特征参数，如配电开关状态、驻车档位状态以及发动机状态等等，可以作为状态判断和切换的依据。

电源车空车运行时，液压系统施加于发动机上的负载很小，发动机输出的动力全部用于驱动车辆行进。对系统控制的主要任务是发动机管理，以满足行车的需要。电源车处于停车发电状态时，发动机输出的动力全部用于驱动液压系统。此时需要控制发动机在最经济的转速范围内运行，同时通过对液压系统的控制使发电机恒速运转。电源车处于行车发电状态时，发动机输出的动力一部分用于驱动车辆，另一部分通过液压系统驱动发电机发电。液压系统相当于发动机的一个额外负载，此时要同时进行发动机管理和液压系统控制。由于发动机转速随车辆行驶工况而变化，对液压系统的控制提出了更高的要求。在上述分析的基础上，作者对发动机和液压系统具体的控制策略进行了研究。

2.2 发动机控制策略

电源车采用的发动机选用功率为140kW、在飞轮端加装有取力器的增压柴油机。在系统中必须对柴油机进行控制，以满足行车和发电的双重需要。传统的机械式调速器显然无法满足需要，因此作者以柴油机电子调速器为基础，开发了用于电源车的发动机管理系统。在发动机管理系统的设计中，借鉴了有限状态机的理论，将发动机的运行状态分为6种：停车发电，停机，起动，怠速，调速和超速。

行車发电不属于发动机的状态之一。它对发动机运行的影响体现在两个方面：一是使得行车时负载变大，因此需要对调速状态下的油量进行修正；二是使发动机怠速时也带上了一部分载荷，且载荷大小随输出电能的需要而变化，因此对怠速控制提出了更高的要求。

2.3 液压系统控制策略

发动机通过取力器输出动力，带动液压泵旋转。流经液压泵的传动液压力升高，驱动液压马达，从而带动电机旋转。电磁驱动二通调速阀与液压马达并联，通过对二通调速阀的调节来控制旁通油量，以控制高压管路中传动液的压力，从而控制液压马达的转速。液压马达与发电机通过联轴节相连。发电机的运行速度必须稳定在1500r/min，这也是液压系统控制的最终目标。在车辆处于发电状态时（包括停车发电和行车发电），液压控制单元必须实时监控发电机转速的变化，通过对二通调速阀的控制来调整液压马达的驱动扭矩，满足发电机稳态和动态过程中转速恒定的要求。由此可见，对液压系统虽然为单一的恒速控制，但是对控制品质的要求较高，在进行算法设计时需要对参数进行仔细匹配。根据恒速控制的要求，作者采用了PID控制算法。

在液压系统中，液压泵出口流量随发动机转速而变化。发动机转速变化时，发电机转速势必会受到影响。仅靠液压系统的PID调节达不到满意的动态性能。因此，将发动机转速视为扰动量，在PID调节的基础上根据发动机的转速变化对阀门开度进行补偿。这种控制方法的关键在于确定发动机转速与阀门开度补偿量之间的模型。模型可以通过结合液压系统的仿真计算与台架试验得到。根据以上控制策略开发了液压系统控制模块。

3 结束语

综上所述，通过对整车运行状况分析，总结了发动机和液压系统控制的主要任务。以电子调速器为基础，借鉴有限状态机理论设计了发动机管理系统。采用前馈与反馈控制相结合的方法设计了液压系统控制器。通过系统控制分析，提高了系统集成度，降低了成本。通过对发动机和液压系统的控制，不仅使电源车在停车时的发电质量达到了三级移动电站标志，还使之具备了行车发电的基础，完全可以实现行车时的部分电能输出。在该方案基础上设计的电源车，经济性和机动性与传统电源车相比都有很大提高。为此我们依据客观条件，注意先进性和可行性相结合，恰当利用成熟部件，以提高产品的可靠性和缩短研制周期。

参考文献

[1]苏红春，袁春，潘小兵，金钊，玛丽娅.静音型电源车车载发电机组散热分析及试验研究[J]. 汽车工程学报. 2014（01）

[2]王逊峰，顾金，钱忠.应急电源车的应用分析[J]. 华东电力. 2011（12）

[3]田睿，万瑞升.某型军用电源车高低温环境试验方法探讨[J].装备环境工程. 2012（01）