汽车12V起停系统若干关键技术研究

【摘要】随着政府对于汽车油耗和碳排放要求的逐步提高,现在各大整车企业面对着严峻的挑战。大家都致力于开发各种高效环保型动力系统方案,包括起停系统(Start&Stop)、混合动力系统(HEV)、插电式混合动力系统(PHEV)、电动车(EV)、增程式电动车(EREV)和燃料电池车等等。其中12V起停系统是现阶段相对较容易在已有车型上实现的方案,在成本上也是比较占优势的。12V起停系统在满足一定条件下停车时(如：遇到红灯)发动机自动熄火,相比目前汽车节省了怠速燃油消耗和碳排放。这种设计在交通拥堵的市区路况节油效果会非常明显。然而12V起停系统由于目前处在开发阶段,还存在很多问题需要解决。本文就目前开发过程中面对的关键问题进行探讨。起停系统特殊的工作模式对工程开发提出了更高的要求。由于众多用户不同的驾车习惯对起停系统产生了不同的影响,而用户用车习惯数据只能基于实际驾驶情况获得。为了支持新车型的自主研发,本文介绍了本项目所建立的新型汽车大数据采集系统。该汽车大数据采集系统利用了最新的移动通讯技术和车载CAN总线信号,通过采集国内超过20个省的30多位用户数据,实时收集记录了大量的车辆运行工况、用户驾驶习惯等重要数据。另外,该系统可以根据不同的使用目的导出需要的统计数据,为起停汽车产品设计树立了坚实基础。在基于大数据观测到驾驶记录数据上,实现了蓄电池寿命在整车项目前期的预测计算。本文通过计算大数据系统获得的自动停机持续时间分布和负载电流分布得出了自动停机引起的放电深度分布。同时分析了频繁起停引起的深度放电现象和冷车起动及整车休眠过程引起的放电深度分布。通过综合分析计算三种放电深度,推导出了每10000次的寿命消耗率,并进一步结合年化的充放电次数统计值推导出了蓄电池预期寿命分布曲线。国家汽车三包对蓄电池质保期要求为1年,按照该计算方法,在项目前期就能预测并控制好新车1年内蓄电池的失效率。实现了起停系统蓄电池关键参数的在线估算方法。在传统的荷电状态SOC算法的基础上分析了适合起停用的蓄电池参数,即功能状态,直接反应了蓄电池的起动能力,预测了蓄电池在起动瞬间能提供的最低电压值。在分析了蓄电池Thevenin等效模型后,提出了起动瞬间最低电压的计算方法,包括利用发电机纹波的方法和利用冷车起动过程的方法。最后经过试验验证,证明了所提出方法的有效性。建立了起停车辆电源系统虚拟分析平台。首先分析了起停车辆对于电源系统的性能需求,然后介绍了目前的汽车仿真模型ADVISOR.在SIMULINK中分别建立了发电机、蓄电池、负载和起停控制模型,并将这些模型集成到了基于ADVISOR二次开发的模型上,然后按照分析需求设计了用户操作界面。将目前在开发的车型数据输入到所建立的虚拟分析平台后,得到了重负载时各种路况条件下的整车充电性能。结果显示,即使用户打开了大量的用电器,在怠速、城市路况和高速路况下,整车都能满足充电平衡的需求。
【作者】罗云钢；
【导师】陈家新；黄凯兵；
【作者基本信息】东华大学，机械工程（专业学位），2014，硕士
【关键词】起停系统；大数据；蓄电池；寿命；发电机；仿真；

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