摩托车智能启停发电一体化控制
一、引言
随着消费水平的增长，机动车保有量也在爆发式增长，随之带来的机动车尾气污染问题也越来越严重。为了缓解机动车在等红绿灯、堵车或者短时停靠时的尾气排放问题，启停技术已经在汽车上广泛应用开来。对于摩托车来说，启停功能也提上了日程。ZLG推出的智能启停发电一体化控制方案，可以给驾驶者更舒适的感受，可以减少尾气排放，对于摩托车厂家来说，更是可以节省成本！
二、传统摩托车启动发电
传统摩托车的启动电机是直流有刷电机，其转子是线圈，通过碳刷和换向器对外连通。这种结构决定了，在高速旋转时会产生过大的感应电流和摩擦损失，不适合当发电机使用。所以传统摩托车必须搭配另外一个磁电机来做发电功能。以某型号踏板车为例，其结构如图。
传统启动方式中使用的是有刷直流启动电机，通过单向器和减速齿轮机构，在启动的时候连接到汽油发动机的主轴。启动过程：驾驶人按下点火开关，电气系统控制启动电机转动，启动电机带动汽油发动机启动，等汽油发动机启动完成后，驾驶人松开点火开关。
在传统的启动方式中，存在以下缺点：
● 有刷直流电机有碳刷和换向器，碳刷容易磨损，而且会产生火花，导致换向器积碳。
● 单向器和减速齿轮机构比较复杂，容易损坏。
● 传统启动电机由于其连接机构，启动过程中明显存在较大噪音。
传统的发电系统由磁电机、稳压整流器和蓄电池组成。摩托车的蓄电池对于整车来说只是个辅助电源，一般只在启动和发动机停转时启用。磁电机才是摩托车的主电源，汽油发动机启动后，带动磁电机转动从而发电，其作用包括给整车供电和给蓄电池充电。磁电机是无刷电机，外转子是磁体，连接在发动机主轴，内定子是线圈，固定于发动机壳体，定子与转子间没有任何机械接触。磁电机发出来的是交流电，需要稳压整流器通过二极管整流桥的方式，进行半波或全波整流为直流电。由于二极管存在压降，此方式一般效率比较低下。
图1 传统结构
三、启停发电一体系统
新型的启动发电一体系统中，将传统启停系统中磁电机改进为带霍尔传感器的直流无刷电机，可以兼具启动和发电功能。该系统在机械结构上替代了有刷直流启动电机和传统磁电机，不需要原来的单向器、减速齿轮等传动零部件，同时保留了磁电机没有机械接触的优点。在电气结构上，将启停控制和稳压整流器整合为一个智能启停控制器。
启停发电一体电机取消了有刷电机和其机械结构，优点如下：
● 结构简单，可靠性更高；
● 不产生火花和电弧，不产生碳粉；
● 减轻整车质量和装配难度；
● 无刷电机免维护、无碳刷，故障率低、维修费用低；
图2 启停发电一体
四、智能启停发电控制方案
ZLG基于多年的电机控制技术积累，针对摩托车启停发电一体系统推出了摩托车智能启停发电控制方案。
● 适用范围：摩托车启停发电一体电机（磁电机）；
● 控制方式：霍尔FOC矢量控制；
● 机械结构简单，性能稳定寿命长；
● 静音启动技术，取消有刷启动电机及其机械结构；
● 智能启停技术，起步舒适快捷；
● 高效充电技术，FOC矢量控制和弱磁；
● 恒流/恒压充电，完善的充电监控功能；
● 完整的软件、硬件设计参考；
静音启动技术是指摩托车在启动的时候，不再有传统摩托车启动时的机械摩擦噪声和电机电流噪声。启停发电一体电机是直流无刷电机，没有换向器、碳刷和额外的机械机构，直接连接在汽油发动机主轴，转动时不会机械摩擦噪声。在电机控制上，方案采用霍尔FOC矢量控制技术，转矩脉动小、启动扭矩大，配合霍尔传感器可以实现精准闭环控制，极快速启动。从零速加速到汽油发动机启动，整个过程中转矩平稳，消除了启动时的电流噪声。
智能启停技术是指摩托车在行驶过程中，需要临时停车超过一定时间时，发动机实现自动熄火功能，在需要继续前进时，无需重按启动按钮，只需要松开刹车，加油门即可实现发动机自动启动的一种技术。ZLG智能启停控制器方案中，采集摩托车转速信号、刹车信号、油门信号和发动机温度信号等，通过智能逻辑识别驾驶者意图，控制发动机熄火或者启动。传统摩托在短时停车时，发动机处于怠速状态。ZLG的智能启停技术使得摩托车在短时停车时处于熄火状态，减少了油耗和尾气排放。配合静音快速启动技术，给驾驶者带来更舒适的感受。
ZLG方案设计中，启动功能和充电功能共用电路，通过软件控制电机作为启动或者发电功能。汽油发动机启动以后，带动磁电机产生充电电流，控制器通过FOC矢量控制和弱磁技术可以实现恒压、恒流流输出，充电电流、电压可控。ZLG方案通过开关MOS的方式整流，相比传统稳压整流器的二极管整流，具有更低的损耗、更高的效率。在高速旋转状态下，通过弱磁技术控制，可以更好地稳定输出电压。
图3 充电功能框图
五、结论
环保法规和驾驶者的舒适便捷性需求将推动摩托车启停技术的发展。ZLG推出的智能启停发电控制方案具有静音启动、智能启停和高效充电三大特点，可提供完整的软硬件设计参考，助力厂商快速实现产品化。
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