隨著科技的發(fā)展，通訊車面臨的作業(yè)環(huán)境也越來(lái)越復(fù)雜。而這些機(jī)動(dòng)裝備中含有的許多電子設(shè)備，需要實(shí)時(shí)提供電力供應(yīng)。然而，在行進(jìn)狀態(tài)中，由于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，導(dǎo)致了現(xiàn)有的車載自發(fā)電系統(tǒng)只能采取駐車發(fā)電方式，這極大限制了通訊車的靈活性與適應(yīng)性。因此對(duì)在行進(jìn)過(guò)程中能進(jìn)行平穩(wěn)發(fā)電的行車取力發(fā)電裝置的研究也日益得到重視。
北京理工大學(xué)的郭初生博士、王渝教授進(jìn)行了恒速控制的仿真研究，證明了行車發(fā)電系統(tǒng)的可行性，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的整體控制策略。重慶鐵馬集團(tuán)公司張川渝等人進(jìn)行了特種車輛車載交流發(fā)電控制系統(tǒng)的研究，通過(guò)調(diào)節(jié)液壓變量馬達(dá)的排量,來(lái)控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。由于可以直接調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的壓力，因此提高了控制系統(tǒng)的反應(yīng)速度。軍事交通學(xué)院的張文斌、李幸丹、陳林等分別對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)進(jìn)行PID恒速控制研究。
基于以上研究成果，本文提出了采用泵控馬達(dá)的行車取力發(fā)電用調(diào)速器的方案。
    設(shè)計(jì)需求分析
    現(xiàn)有交流電行車自發(fā)電系統(tǒng)，技術(shù)還不夠成熟并且接口不統(tǒng)一，不同單位自主研發(fā)的系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果也打不形同，與現(xiàn)行移動(dòng)電站的移動(dòng)電站通用規(guī)范差距比較大。
    目前通訊車的自發(fā)電系統(tǒng)一般采用駐車發(fā)電的形式，因而只能在非行駛狀態(tài)發(fā)電，對(duì)于一些突發(fā)情況適應(yīng)性比較差，這就對(duì)行車取力發(fā)電提出了較高的要求。根據(jù)調(diào)研，目前自發(fā)電系統(tǒng)需求最多的功率等級(jí)是12、16、24、30Kw這幾個(gè)等級(jí)，并且受環(huán)境的限制，故障率比較高，維修比較困難，由于通訊車的性質(zhì)決定行車取力發(fā)電過(guò)程要求可靠性比較高，并且要能適應(yīng)環(huán)境變化的影響，并且具有比較強(qiáng)的電磁兼容性，調(diào)速器不僅僅要保證能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，對(duì)車上電子元器件的干擾應(yīng)該盡可能小。
    針對(duì)以上狀況，本文設(shè)計(jì)了行車取力發(fā)電用調(diào)速器，其輸入轉(zhuǎn)速大概在800~1000轉(zhuǎn)每分鐘，輸出轉(zhuǎn)速在能穩(wěn)定在1500或者2000轉(zhuǎn)每分鐘，輸出功率在30Kw并且具有一定的過(guò)載保護(hù)能力。
    總體設(shè)計(jì)
    2.1 傳動(dòng)形式的選擇
    機(jī)械傳動(dòng)的傳動(dòng)比比較準(zhǔn)確，傳動(dòng)的靈敏性比較高，能夠快速的對(duì)變量做出反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。液壓傳動(dòng)能方便的進(jìn)行無(wú)極調(diào)速，調(diào)速范圍大，然而由于泄露影響和和存在機(jī)械摩擦，壓力損失，泄露損失，因而易使油液發(fā)熱，使得總效率較低。為滿足特種車輛的大負(fù)載和比較惡劣的工作環(huán)境，并要求其有很高的可靠性、靈敏度和穩(wěn)定性，本文應(yīng)用液壓機(jī)械無(wú)極變速器來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定發(fā)電。
    節(jié)流調(diào)速型系統(tǒng)一般采用閥控的方式，泵輸出的液壓油經(jīng)過(guò)節(jié)流閥和溢流閥等調(diào)控實(shí)現(xiàn)
    的轉(zhuǎn)速的變化，節(jié)流型控制系統(tǒng)的溢流損失和節(jié)流損失較大，因而效率較低。泵控馬達(dá)容積調(diào)速系統(tǒng)主要使用變量泵和定量液壓馬達(dá)組成，效率較高、產(chǎn)生熱量少、調(diào)速范圍較大和輸出轉(zhuǎn)矩比較穩(wěn)定，輸出轉(zhuǎn)速的誤差會(huì)略大，因?yàn)槠湔{(diào)速主要靠變量泵的排量改變實(shí)現(xiàn)調(diào)速，而變量泵的排量變化相對(duì)于閥控系統(tǒng)顯然靈敏度差。將節(jié)流變速和容積變速結(jié)合在一起可以充分發(fā)揮閥控的靈敏性和泵控節(jié)能的特點(diǎn)。
    2.2 設(shè)計(jì)方案
    液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速隨著發(fā)動(dòng)機(jī)輸入轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)的負(fù)載的變化而變化，回路流量隨著馬達(dá)轉(zhuǎn)速的變化而變化，利用檢測(cè)元件測(cè)量系統(tǒng)流量以及壓力的變化，使時(shí)伺服系統(tǒng)工作。伺服系統(tǒng)調(diào)節(jié)軸向柱塞變量泵的斜盤(pán)的傾斜角可以調(diào)節(jié)泵的排量，使得泵的排量穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)在很大速度范圍內(nèi)保持泵的輸出流量基本穩(wěn)定，達(dá)到泵控系統(tǒng)的節(jié)能目的。調(diào)節(jié)伺服閥與溢流閥的節(jié)流量則可以以很高的靈敏度調(diào)整液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的速度穩(wěn)定。
    2.3 結(jié)構(gòu)方案
    全液壓傳動(dòng)，泵閥馬達(dá)一體化式結(jié)構(gòu)方案，采用變量泵+液壓伺服閥+定量馬達(dá)+反饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，液壓泵和液壓馬達(dá)以及控制系統(tǒng)和伺服閥等組合在一起，此方案集成度高，空間占用小。
    系統(tǒng)仿真驗(yàn)證
    PID控制技術(shù)在工業(yè)控制過(guò)程中使用非常普遍，一方面是由于PID控制器比較固定;另一方面是因?yàn)镻ID控制器連接方式比較簡(jiǎn)單。因此PID控制器的應(yīng)用依然非常廣泛。
    本方案中的泵閥馬達(dá)系統(tǒng)為閉環(huán)控制系統(tǒng)，采用機(jī)械調(diào)節(jié)的方式調(diào)節(jié)液壓缸的流量，通過(guò)霍爾傳感器檢測(cè)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速參數(shù)，并將實(shí)時(shí)參數(shù)傳給微控制器，將控制器的預(yù)先設(shè)定參數(shù)與檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較，控制器輸出控制電流，調(diào)整馬達(dá)轉(zhuǎn)速使其達(dá)到目標(biāo)值。
    對(duì)變量泵，伺服閥，滑閥，液壓缸，液壓馬達(dá)建模并用Simulink工具箱進(jìn)行仿真。
    通過(guò)仿真結(jié)果可以知道在恒定轉(zhuǎn)速輸入情況下馬達(dá)的轉(zhuǎn)速比較穩(wěn)定，能較好的保證發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，但是響應(yīng)時(shí)間還不夠理想，在控制方式上應(yīng)該選用PID控制以取得更好的效果。
    用AMESim軟件進(jìn)行泵的恒流量控制仿真，在兩種不同轉(zhuǎn)速輸入情況下泵的流量和斜盤(pán)傾角變化如下，說(shuō)明斜盤(pán)傾角能較好的適應(yīng)輸入轉(zhuǎn)速的變化，同時(shí)泵的流量能基本保持恒定。

    本文針對(duì)通訊車在作業(yè)情況下汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速處于時(shí)變狀態(tài)下，從而導(dǎo)致泵輸入轉(zhuǎn)速和力矩負(fù)載時(shí)變這一特點(diǎn)，對(duì)汽車行車取力發(fā)電用調(diào)速器進(jìn)行了設(shè)計(jì)，選用柱塞泵--液壓馬達(dá)系統(tǒng)作為發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)組之間的調(diào)速裝置，采用變量泵+液壓閥+定量馬達(dá)+反饋控制系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電機(jī)輸入轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)并建立了全液壓傳動(dòng)泵閥馬達(dá)一體化式結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型。本方案仿真結(jié)果表明：
    （1）在負(fù)載突變的情況下，調(diào)速器能迅速調(diào)整馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速，從而保證發(fā)動(dòng)機(jī)的輸入轉(zhuǎn)速依然能滿足發(fā)電機(jī)發(fā)電要求，具有良好的調(diào)節(jié)效果；
    （2）在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化的情況下變量泵能及時(shí)調(diào)節(jié)斜盤(pán)傾角以適應(yīng)回路流量的變化。