一种用于应急救援车辆的动力发电的控制方法与流程

本发明涉及一种用于应急救援车辆的动力发电的控制方法，属于车辆控制技术领域。

背景技术：

车辆发电机是车辆包括电气设备在内的主要电源，其功用是在发动机正常运转时(怠速以上)，向所有车载电气设备(起动机除外)供电，同时向蓄电池充电。随着国家建设与发展的需要，在电力抢险、通信维修、市政建设、突发事件处理、抢险救灾等方面有明显的和潜在的市场需求不断扩大，应急救援车辆可重点突出其发电供电功能，使得车辆发电机成为特种车辆中的重要功能之一，应急救援车辆能在极高、低温和沙尘等恶劣的环境下工作，且发电车在长期存放的情况下，装备随时可以奔赴现场并立即投入作业。

通常情况下，在应急救援车辆底盘上设置有发电机，利用发动机动力驱动发电机直接发电，可解决应急电力供应的情况下的救援应急电力保障问题。然而由于发电效率的优劣往往受到发动机等因素的影响，特别是发动机运行过程中转速变化，这种不稳定对发电机的发电输出带来不利影响，因此，对发动机的控制尤其是对其转速的稳定控制非常关键，这也是目前包括应急救援车辆在内的汽车车辆提高其发电效率的技术难题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种车辆动力发电的控制方法，专门针对应急救援等特种车辆的发动机转速不稳造成发电输出电压不稳等技术问题，该控制系统和控制方法能够解决车辆发动机输出转速稳定在特定转速下而不随负载变化而变化，并能够实现对发动机运转转速的设定和实时控制。

为解决上述技术问题，本发明所采用的解决原理是将车辆发电机组与发动机及传动系统连接，然后通过电压调节系统、发动机转速控制装置、行车/发电转换控制装置、配电系统等实现发电机输出电压的稳定控制，满足外界负载对电压的使用需求。

本发明的技术方案为：

该用于应急救援车辆的动力发电的控制方法为，操作转速控制器dt将转速传感器sr从发动机飞轮上采集的速度信号与其速度设定值进行比较，经过pid运算，输出pwm信号，以该信号控制电磁执行器d动作，从而带动发动机喷油泵a1的调速手柄，对发动机的速度进行调整。这样，速度传感器sr、控制器dt、执行器d、发动机控制系统(喷油泵a1等)就组成了一个速度闭环，控制器dt通过该闭环控制来达到同步调速，即无论负载大小，发动机转速将始终保持在设定值。

具体来说，当分动器在空档状态，第一(高档)发信器开关sq1、第二(低档)发信器开关sq2是同时断开(如图4)状态，此时当取力器第一控制开关s1闭合而工作电磁阀yv通电的情况下，取力器才能接入工作并能带动发电机运转发电。而当车辆在行车状态时，无论是高速行驶(分动器为高档)还是越野行驶(分动器为低档)状态，即第一(高档)发信器开关sq1、第二(低档)发信器开关sq2中的一个对应的开关将是闭合状态，从而使第一继电器k1、第二继电器k2两个继电器中的常闭触点(1、5)断开，此时，工作电磁阀yv和控制器dt均断电无电，取力器及控制器均不能工作，发动机的动力不能接入，发电机也不能运转发电，在此情况下，即使操作人员有误操作，如误按下第一控制开关s1或第二控制开关s2，取力器或控制器dt也都不能工作。当发电机处于发电状态时，由于分动器处于空档状态，车辆行驶传动系统是断开的，即使变速器2挂档，车辆也不能行驶。这样，通过控制电路的互锁功能和分动器空档车辆不能行驶的功能，有效保证操作人员和设备安全。

上述方法采用相应的车辆动力发电控制系统，其中车辆系统包括安装于车辆底盘上的发动机，变速器与发动机直接连接以实现动力输出，主传动轴将变速器输出的动力传递给分动器，分动器与取力器连接以实现采用分动器取力发电，取力器通过传动轴将动力传递给发电机进行发电；动力发电控制系统主要包括转速控制器dt、执行器d、转速传感器sr、第一继电器k1、第二继电器k2、工作电磁阀yv、第一控制开关s1、第二控制开关s2、第三控制开关s3、第一(高档)发信器开关sq1、第二(低档)发信器开关sq2、第三发信器开关sq3、第一指示灯hl1、第二指示灯hl2以及发电机gs、第一电压调节器avr1和第二电压调节器avr2等。

该动力发电控制系统使用24v直流电源工作，直流电源经过第一继电器k1、第二继电器k2的常闭触点(1、5)分别给控制发动机转速的控制器dt和取力器工作电磁阀yv供电，同时控制器dt和取力器工作电磁阀yv的工作状态分别受安装在仪表盘上的第一控制开关s1、第二控制开关s2控制；取力器工作电磁阀yv并联有受第三发信器开关sq3控制的第一指示灯hl1，控制器dt(1，2)并联连接有第二指示灯hl2，执行器d一端连通至转速控制器dt(3，4)以进行信号控制，执行器d另一端通过执行器拉线连接至发动机喷油泵a1的调速手柄，转速传感器sr连接至dt(5，6)，发电机gs分别与第一电压调节器avr1、第二电压调节器avr2连接以实现电压调节功能，第一电压调节器avr1和第二电压调节器avr2互为备份设置，第三控制开关s3实现对第一电压调节器avr1和第二电压调节器avr2的切换连通控制。

与现有技术相比，本发明的技术方案结构简单，可靠有效，解决了发动机对发电机带动发电时的转速自动控制问题，该装置系统响应快、控制精度高、稳定性和电磁兼容性好，能够满足应急救援等特种车辆的发电要求。

附图说明

图1为本发明的车辆动力发电控制系统布局示意图；

图2为本发明的车辆动力发电控制系统控制电路图；

图3为本发明的车辆动力发电控制系统工作示意图；

图4为本发明的车辆动力发电的控制系统的转速控制系统示意图。

附图标记：1-发动机、2-变速器、3-主传动轴、4-分动器、5-取力器、6-传动轴、7-发电机、8-车辆系统、9-转动执行器、10-执行器拉线、11-怠速弹簧、12-支座、13-连接曲柄、14-油门拉线、15-连杆、16-油门曲柄；ne-目标转速e-转速偏差i-调节电流s-喷油泵操纵杆位移pe-机组负载n-实际转速

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

如图1所示，本发明的车辆动力发电控制系统布局示意图，其中，车辆系统8包括安装于车辆底盘上的发动机1，变速器2与发动机1直接连接以实现动力输出，主传动轴1将变速器2输出的动力传递给分动器4，分动器4与取力器5连接以实现采用分动器取力发电，取力器5通过传动轴6将动力传递给发电机7进行发电。其动力传动路线如下：发动机→变速器→主传动轴→分动器→取力器→传动轴→发电机。

如图2所示，还包括动力发电控制系统，该动力发电控制系统主要包括转速控制器dt、执行器d、转速传感器sr、第一继电器k1、第二继电器k2、工作电磁阀yv、第一控制开关s1、第二控制开关s2、第三控制开关s3、第一(高档)发信器开关sq1、第二(低档)发信器开关sq2、第三发信器开关sq3、第一指示灯hl1、第二指示灯hl2以及发电机gs、第一电压调节器avr1和第二电压调节器avr2等。

由图2可知，该动力发电控制系统使用24v直流电源工作，直流电源经过第一继电器k1、第二继电器k2的常闭触点(1、5)分别给控制发动机转速的控制器dt和取力器工作电磁阀yv供电，同时控制器dt和取力器工作电磁阀yv的工作状态分别受安装在仪表盘上的第一控制开关s1、第二控制开关s2控制；取力器工作电磁阀yv并联有受第三发信器开关sq3控制的第一指示灯hl1，控制器dt(1，2)并联连接有第二指示灯hl2，执行器d一端连通至转速控制器dt(3，4)以进行信号控制，执行器d另一端通过执行器拉线连接至发动机喷油泵a1的调速手柄，转速传感器sr连接至dt(5，6)，发电机gs分别与第一电压调节器avr1、第二电压调节器avr2连接以实现电压调节功能，第一电压调节器avr1和第二电压调节器avr2互为备份设置，第三控制开关s3实现对第一电压调节器avr1和第二电压调节器avr2的切换连通控制。

第一(高档)发信器开关sq1、第二(低档)发信器开关sq2受分动器档位转换气缸活塞控制。只有当分动器4在空档状态，第一(高档)发信器开关sq1、第二(低档)发信器开关sq2是同时断开(如图4)状态，此时当取力器第一控制开关s1闭合而工作电磁阀yv通电的情况下，取力器4才能接入工作并能带动发电机7运转发电。

而当车辆在行车状态时，无论是高速行驶(分动器为高档)还是越野行驶(分动器为低档)状态，即第一(高档)发信器开关sq1、第二(低档)发信器开关sq2中的一个对应的开关将是闭合状态，从而使第一继电器k1、第二继电器k2两个继电器中的常闭触点(1、5)断开，此时，工作电磁阀yv和控制器dt均断电无电，取力器4及控制器均不能工作，发动机1的动力不能接入，发电机7也不能运转发电，在此情况下，即使操作人员有误操作，如误按下第一控制开关s1或第二控制开关s2，取力器4或控制器dt也都不能工作。

另一方面，当发电机7处于发电状态时，由于分动器4处于空档状态，车辆行驶传动系统是断开的，即使变速器2挂档，车辆也不能行驶。这样，通过控制电路的互锁功能和分动器空档车辆不能行驶的功能，有效保证操作人员和设备安全。可见，该控制系统的主要功能在于1)自动控制发动机工作转速，2)控制底盘行车和发电两种工作状态的转换和锁定。

由此，转速控制器dt将转速传感器sr从发动机飞轮上采集的速度信号与其速度设定值(如发电工作时最佳发电机转速设定值为1800r/min)进行比较，经过pid(比例、积分、微分)运算，输出pwm(脉冲宽度调制)信号，以该信号控制电磁执行器d动作，从而带动发动机喷油泵a1的调速手柄，对发动机的速度进行调整。这样，速度传感器sr、控制器dt、执行器d、发动机控制系统(喷油泵a1等)就组成了一个速度闭环，控制器dt通过该闭环控制来达到同步调速，即无论负载大小，发动机转速将始终保持在设定值(1800r/min)。

如图3所示，车辆发电机组控制发动机转速的方法设计采用了以数字式电子调速器为核心的转速控制系统，通过对车辆调速系统进行电控柔性动力控制的技术改造，实现车辆发电时对发动机喷油量的自动控制，以此控制发动机转速。

车辆动力发电转速控制系统主要由电子调速器、传感器等硬件及应用软件组成，电子调速器可包括控制器和执行器。整个控制系统通过实时数据采集、实时决策、实时控制，不断重复，使整个系统能够按照一定的动态指标进行工作，并对被控制参数和发动机本身出现的异常状态及时监督并迅速处理。

其中，控制器的主控单元设置cpu和各种数据存储器，用于各种控制、计算数据的存储，其通讯接口单元主要用于主控单元与外部终端的通讯控制，采用标准rs串行通讯协议，可以将外部终端在线修改的控制参数传入主控制单元，也可以将主控制单元的控制参数传给外设终端，以供监测和处理。

执行器可以为比例电磁铁式电控执行器，它将控制器输出的pwm信号转换成与该信号成正比的轴输出位置，从而控制发动机喷油泵的供油量，动作反应迅速。

执行器d可以为旋转式电控执行器，它安装在发动机上，通过油门拉线与发动机喷油泵的调速手柄相联，工作时，执行器d将控制器dt输出的pwm信号转换成与该信号成正比的轴输出转角位置，通过油门拉线控制发动机喷油泵a1的供油量，从而控制发动机转速。

图4为本发明的车辆动力发电的控制系统的转速控制系统示意图，该转速控制系统包括：转动执行器9通过执行器拉线10与车辆调速系统的连接曲柄13柔性连接，连接曲柄13设置在支座12上，油门拉线14与连接曲柄13的下端部柔性连接，怠速弹簧11与连接曲柄13的上端部连接，连杆15与油门曲柄16连接。行车时，通过踩动油门踏板，拉动油门拉线14，使连接曲柄13逆时针转动，通过连杆15带动油门曲柄16向油门增大方向转动，此时，转速控制系统不工作，执行器拉线10始终处于松弛状态，保证了发动机的行车性能不受影响。当车辆动力发电机组发电时，发动机闭环速度控制系统通过执行器拉线10控制发动机转速将始终保持在设定值，此时，油门拉线14处于松弛状态，怠速弹簧11处于拉伸状态，保证了发动机的发电性能不受影响。

该转速控制系统可与多种车型发动机匹配，解决了应急发电用车辆的发动机的转速自动控制问题；该系统响应快、控制精度高、稳定性和电磁兼容性好。执行器与原车调速机构采用柔性连接，发电时，执行器克服原车系统油门机构的工作阻力小；而行车状态时，执行器不运动，减少磨损，保护了执行器，从而提高了系统的可靠性。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。