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在汽車技術(shù)高度發(fā)展的今天，汽車電器的容量大幅度增長。20世紀(jì)80年代以來，隨著人們對(duì)汽車乘坐舒適性、燃油經(jīng)濟(jì)性、排放環(huán)保性要求的日益提高，汽車上的新裝置、新技術(shù)不斷增多，能耗量不斷增加。由于電能具有傳輸簡便、轉(zhuǎn)換容易、控制靈活等一系列優(yōu)點(diǎn)，采用電磁或電動(dòng)執(zhí)行器取代液壓傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)執(zhí)行器已成為一種趨勢。 1.新型的雙電壓供電系統(tǒng)在汽車上應(yīng)用勢在必行 一些帶電的機(jī)械裝置逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閹C(jī)械的電子裝置，大大增加了電氣系統(tǒng)的負(fù)荷。在以節(jié)能、環(huán)保和安全為中心的現(xiàn)代汽車中，電氣設(shè)備越來越多，電氣負(fù)荷越來越大，這就要求汽車電氣提供更高的電能，傳統(tǒng)的14V電壓供電系統(tǒng)已經(jīng)捉襟見肘，一種新型的雙電壓(14/42V)供電系統(tǒng)即將在汽車上應(yīng)用。雷諾汽車公司1980年以來,汽車電氣系統(tǒng)的用電量以每年大約4%的幅度增加，交流發(fā)電機(jī)輸出功率從幾百瓦增加到現(xiàn)在的約1.5kW。預(yù)計(jì)2 005年豪華轎車上選裝的帶電子(磁)的負(fù)載及功耗消耗可達(dá)5kW左右。 2.汽車電壓升級(jí)的解決方案 進(jìn)入21世紀(jì)，汽車電壓升級(jí)的問題就進(jìn)入了實(shí)質(zhì)性的議事日程，試驗(yàn)性應(yīng)用已經(jīng)開始。在新的電氣系統(tǒng)中，有兩種實(shí)施方案，一種是全車42V單電壓方案，另一種是14V/42V雙電壓方案。前者會(huì)對(duì)目前汽車零配件制造行業(yè)產(chǎn)生重大沖擊，后者則沖擊較小，過渡平緩。因此汽車工業(yè)界傾向于雙電壓方案。目前汽車業(yè)已就使用14/42V電壓供電來達(dá)成一致。 如何提高汽車供電系統(tǒng)的電壓，已成為一些國際論壇中的討論熱點(diǎn)，尤其在歐洲，由于燃油價(jià)格較高，因此，對(duì)改進(jìn)汽車效率放在優(yōu)先地位。為了滿足汽車電器裝置日益增多、用電量愈來愈大對(duì)電源系統(tǒng)供電功率增大的要求，目前世界各國正在研究48V電源系統(tǒng)，歐洲共同體計(jì)劃從2008年開始采用48V電源系統(tǒng)。有人建議將目前汽車上采用的12V電源改為42V(發(fā)電機(jī)輸出電壓14V的3倍)，因?yàn)閺睦碚撋现v，電壓提高3倍，電流會(huì)減少65%。但電壓改動(dòng)將涉及整個(gè)汽車電氣系統(tǒng)的技術(shù)改造，還涉及到配件供應(yīng)商、配套商的利益問題。例如現(xiàn)在的蓄電池都是6V或l2V，實(shí)施升壓要研制生產(chǎn)24V或48V的新型蓄電池。汽車上的發(fā)電機(jī)、起動(dòng)機(jī)、雨刮電動(dòng)機(jī)、微型電動(dòng)機(jī)、燈泡、儀表、繼電器等器件都要改。像其它新生事物一樣，高電壓電子系統(tǒng)目前仍面臨許多挑戰(zhàn)，還存在一些缺點(diǎn)需要克服。其中之一便是如何產(chǎn)生達(dá)到當(dāng)前負(fù)荷要求的能量和如何得到所需新材料。 汽車交流發(fā)電機(jī)效率不高(每產(chǎn)生lW電能需要消耗2W發(fā)動(dòng)機(jī)功率)，且怠速時(shí)輸出特性只是滿負(fù)荷時(shí)輸出的1/4。這種情況下，如何發(fā)展還很難說，但交流發(fā)電機(jī)現(xiàn)今還不能在剛好高于怠速轉(zhuǎn)速時(shí)產(chǎn)生90%的輸出。雙電路供電系統(tǒng)的缺點(diǎn)還有，例如需要兩個(gè)14V及42V蓄電池組，因而增加了車輛附加承載，占用更大的空間及增加造價(jià)。而且尚待解決的問題不少，例如DC/DC變換器產(chǎn)生的電磁干擾;高電壓瞬態(tài)現(xiàn)象及抑制控制方法;雙電壓電器系統(tǒng)在車輛運(yùn)行時(shí)的功率流向及分配問題等等;尤其是安全問題，安全保險(xiǎn)設(shè)置是頭號(hào)的問題，絕緣和保險(xiǎn)設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)要重新制定。涉及產(chǎn)品技術(shù)改造的范圍太廣，所以反對(duì)汽車電壓升級(jí)的意見也不少，尤其是配件供應(yīng)商，因?yàn)楫a(chǎn)品改造必然會(huì)加大他們的成本。 3.14V/42V雙電壓開發(fā)進(jìn)展 報(bào)載歐美的汽車制造商與零部件供應(yīng)商已達(dá)成協(xié)議，將汽車的供電系統(tǒng)電壓標(biāo)準(zhǔn)由l2V提高到42V,不久將開始執(zhí)行。汽車上采用12V電壓已有30多年歷史，當(dāng)時(shí)對(duì)改善啟動(dòng)性能，提高電器件效率起了一定作用。但目前己不適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的需要，從理論上講電壓提高3倍，電流就可減小2/3，因而可以大大減小電纜、電動(dòng)機(jī)、線圈等尺寸及質(zhì)量。特別是可使一些新技術(shù)如電子控制電動(dòng)氣閥機(jī)構(gòu)、飛輪內(nèi)裝啟動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)一體式結(jié)構(gòu),以及電子控制電動(dòng)制動(dòng)器、轉(zhuǎn)向系的應(yīng)用成為可能;同時(shí)，可以減輕汽車質(zhì)量并提高效率。但提高電壓對(duì)采用燈絲型燈光系統(tǒng)有不利影響。因此有可能在開始階段，仍保持l2V與42V同存一個(gè)時(shí)期。 為了解決日益增長的汽車電力供需之間的矛盾，美國通用公司已經(jīng)研制一種適用于42伏特的汽車用電系統(tǒng)，電動(dòng)汽車EV1將首先試行使用這套系統(tǒng), 成為首輛使用42伏特的汽車。美國德爾福(Delphi)汽車系統(tǒng)公司正在開發(fā)輸出功率為5千瓦級(jí)的“Energen5”和輸出功率為10千瓦級(jí)的“Energen10”兩種電氣系統(tǒng)，以便用于采用42V電氣系統(tǒng)的汽車。Energen5系統(tǒng)由起動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)為一體的總成ISG（Integrated Starter Generator）和逆變器組成。使用對(duì)象主要是排氣量為1～2升的小型轎車，該系統(tǒng)的目標(biāo)是提高燃燒效率。發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，可將ISG的輸出作為輔助動(dòng)力傳送至發(fā)動(dòng)機(jī)；減速時(shí)，利用發(fā)動(dòng)機(jī)過剩的旋轉(zhuǎn)力量推動(dòng)ISG來發(fā)電，并將電能儲(chǔ)存在蓄電池中。采用這種系統(tǒng)能使發(fā)動(dòng)機(jī)迅速起動(dòng)，這樣能減少尾氣排放。而且，還能把以前汽車減速時(shí)浪費(fèi)掉的能量儲(chǔ)存到蓄電池里進(jìn)行再利用。Energen10則可以提供電力以便在一段時(shí)間內(nèi)完全靠電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)車輪，或者驅(qū)動(dòng)今后將增添各種各樣車載設(shè)備的車輛。該系統(tǒng)的開發(fā)主要著眼于次混合驅(qū)動(dòng)（Mild Hybrid）車，適合用于高檔轎車。除這上述2種系統(tǒng)外，該公司還在開發(fā)輸出功率為20千瓦級(jí)的“Energen20”系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用比42V更高的電壓，比如1 50V或者200V、300V等。該系統(tǒng)是用于完全靠電動(dòng)機(jī)來行駛的純混合驅(qū)動(dòng)汽車。Energen5和Energen10只需將現(xiàn)有汽車的部分零件更換后便可使用，而Energen20則要重新設(shè)計(jì)汽車的底盤和傳動(dòng)系統(tǒng)等。 4.多路傳輸技術(shù) 目前，在汽車上己經(jīng)開始越來越多地使用CAN數(shù)據(jù)總線。在現(xiàn)代轎車的設(shè)計(jì)中，CAN已經(jīng)成為必須采用的裝置，奔馳、寶馬、大眾、沃爾沃及雷諾汽車都將CAN作為控制器聯(lián)網(wǎng)的手段。由于我國中高級(jí)轎車主要以歐洲車型為主，因此歐洲車應(yīng)用最廣泛的CAN技術(shù)，也將是國產(chǎn)轎車引進(jìn)的技術(shù)項(xiàng)目。目前汽車上的網(wǎng)絡(luò)連接方式主要采用2條CAN，一條用于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高速CAN，速率達(dá)到500kbit/s，另一條用于車身系統(tǒng)的低速CAN，速率是100kbit/s。 隨著汽車高電壓系統(tǒng)的采用，半導(dǎo)體管體積將變小、價(jià)格也相應(yīng)降低，實(shí)際上還推動(dòng)了一項(xiàng)新技術(shù)--多路傳輸技術(shù)的發(fā)展。多路傳輸技術(shù)的原理是用一根電纜發(fā)送和接收來自車燈、傳感器和其它電器設(shè)備的控制信號(hào)。采用高電壓系統(tǒng)后，那些小巧價(jià)廉而靈敏的開關(guān)能降低多路傳輸技術(shù)的成本，從而可用于大型車輛。 目前全球汽車制造商將共同為未來電子系統(tǒng)電壓制定一項(xiàng)新標(biāo)準(zhǔn)，即36V/12V雙電壓系統(tǒng)將和42V電壓系統(tǒng)一起使用。預(yù)計(jì)第一個(gè)運(yùn)用42V電壓系統(tǒng)的汽車將在幾年后出現(xiàn)，而且在隨后的十年里國際汽車業(yè)將會(huì)發(fā)生一個(gè)長久、徹底的變化。幾年前在底特律召開的SAE年會(huì)上，也有很多關(guān)于這方面的討論，即如何去發(fā)展42V電壓系統(tǒng):目前面臨的困難是什么:如何解決等等。 當(dāng)然汽車電壓升級(jí)的好處也顯而易見。除了能減少線束截面積，減小電機(jī)體積外，還能趁機(jī)將車上的電器來一場“革命”，例如終結(jié)目前使用的機(jī)械式繼電器，進(jìn)入固態(tài)開關(guān)模式，采用電子模塊代替目前的分立元件等。據(jù)行業(yè)人士認(rèn)為，目前的豪華轎車使用1～3千瓦的功率，而到2010年高級(jí)轎車的使用功率將達(dá)到10～20千瓦，如果汽車性能要提高，設(shè)置要增多，唯有走電壓升級(jí)這一條路才能解決問題�？梢灶A(yù)見,汽車電氣技術(shù)的改革，不論采用升壓制或者數(shù)據(jù)總線制，或者兩者都采用，它都會(huì)給汽車發(fā)展注入新的活力。 14/42V及42V電氣系統(tǒng)已得到國際汽車工業(yè)界的廣泛認(rèn)可，因此，可以相信這一新的汽車電氣系統(tǒng)進(jìn)入實(shí)用化的時(shí)間已為期不遠(yuǎn)。由于該電氣系統(tǒng)的固有特點(diǎn)，以功率半導(dǎo)體元器件同微電子器件相結(jié)合的控制裝置，將在新的電氣系統(tǒng)中獲得大量應(yīng)用，這將對(duì)傳統(tǒng)的汽車電器帶來較大的沖擊，并對(duì)汽車電子、電器零部件的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。目前，我國相關(guān)行業(yè)已對(duì)新的汽車電氣系統(tǒng)給予了應(yīng)有的關(guān)注，這一汽車新技術(shù)正進(jìn)入研究起步階段。 |
