（光学工程专业论文）汽车42v14v电源管理系统研究.pdf

research of power management system in 42v/14v power net in automobile a thesis submitted to chongqing university in partial fulfillment of the requirement for the degree of master of engineering by li xin supervisor: prof. ran zhen-ya major: vehicle engineering college of mechanical engineering chongqing university chongqing, china april 2008 重庆大学硕士学位论文 中文摘要 i 摘 要 随着汽车上电气装置的不断增多，对汽车电源功率的需求也逐渐增加。预计 到 2010 年汽车电气系统总功率会达到 10kw。 越来越高的功率要求催促着 42v 电 压系统的诞生。在新的电气系统中，有两种实施方案：一种是全车 42v 单电压方 案；另一种是 42v/14v 双电压方案。前者会对目前的汽车零配件制造造成重大冲 击，后者则冲击较小，过渡平缓。当前汽车业倾向于第二种方案。 传统的 14v 电气系统里，忽略了对蓄电池的保护，对电源管理的重视程度明 显不足， 导致蓄电池寿命短， 汽车停放时间短等问题。 在 42v/14v 双电压系统里， 节省能源的新技术伴随着更多消耗型的电器件被放到愈发拥挤的汽车里。电气系 统更加复杂，原来蓄电池的老问题尚未解决，新的电源问题也纷至沓来。电源管 理问题不容忽视。因此，本文对 42v/14v 电气系统电源管理进行了初步的研究。 本文主要研究内容如下： 首先对整车电器件及重要部件进行分析介绍，并确定这些部件的选用，及其 对电源管理的影响。 对整车电源电路进行重组， 合理配置走线， 使得其在不影响整车供电的同时， 满足电源管理的需要。 在 proteus 中完成电源管理控制单元的仿真， 对几条电源回路进行控制， 实现 以最优的方式对蓄电池进行充电以改善电池的循环寿命（包括防止长时间过充 等），蓄电池最低电量保护，怠速启停等功能。 增加电源管理系统与整车的信息交互，便于信息传输、显示、自动快速反应， 同时让驾驶者更好的了解整车的状况并作出正确的判断。 关键词：42v/14v 电气系统，电源管理系统，电源管理控制单元仿真 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 ii abstract as electric equipments being installed more and more in automobiles, the whole power will grow sharply. the experts estimate that the whole power will achieve 10kw nearly 2010. such high power couldnt be offered by the existed 14v powernet. a new way, 42v powernet is expected to resolve this question. there are two ways to carry on 42v. one is 42v-only powernet, and another is 42v/14v two voltages powernet. the former will hurt the auto part suppliers much more, but the latters crush will be much small. so the industry prefers the latter. in the traditional 14v powernet, protection of battery wasnt paid attention on, of cause with power management. as a result, batteries couldnt work for a long time, and the car couldnt be set aside for a long time. and in the 42v/14v double voltage system, new technologies no matter saving fuel devices or consuming fuel devices are assembled in the car. this made the power system much more complicated for the old questions been overlaied with new questions. so this paper wants to excult some initial research on the power management system. i wish its useful for the deeply research. the main research contents are: firstly, introduce the main parts which would be used in 42v cars, choose the proper style of them, and analyze each ones influence on the power system. secondly, according to respective specialities, reassemble the whole power circuits and make it fit for the following requires of power management. thirdly, the core of power management is called power control ecu which is designed and simulated with proteus. this ecu control some relays to make the main power circults break or joined according to the battery soc, engine speed, and ignition switch. the result is to charge battery optimistically, avoid overcharge, protect the battery when low power, and carry on idle stop function. this design increases the information communication between modules, so the whole car can work as one to react fastly. in other aspect, information will be displayed to drivers on time. it is useful for them to master the cars situation keyword: 42v/14v powernet, power management system, powercontrol ecu simulation 重庆大学硕士学位论文 目录 iii 目 录 中文摘中文摘要要 . i 英文摘要英文摘要 . ii 1 引引 言言 . 1 1.1 42v/14v 双电压电气系统背景双电压电气系统背景 . 2 1.2 电源管理系统重要性及国内外研电源管理系统重要性及国内外研究现状究现状 . 5 1.3 本文设计任务本文设计任务 . 5 2 42v/14v 电气系统概述电气系统概述 . 7 2.1 42v 和和 14v 电器件分类电器件分类 . 7 2.1.1 42v 电器件 . 8 2.1.2 14v 电器件 . 9 2.2 混合动力系统混合动力系统 . 9 2.3 一体化启动发电机（一体化启动发电机（isa） . 11 2.4 蓄电池蓄电池 . 12 2.4.1 42v/14v 电气系统中的蓄电池方案 . 12 2.4.2 蓄电池 soc 及蓄电池 ecu . 13 2.4.3 蓄电池存在的问题 . 14 2.5 超级电容器超级电容器 . 14 2.5.1 超级电容器原理及特点 . 15 2.5.2 超级电容器与蓄电池组合改善蓄电池性能 . 16 2.6 本章小结本章小结 . 16 3 42v/14v 电源管理系统研究电源管理系统研究 . 18 3.1 电器件的功率流分配电器件的功率流分配 . 18 3.2 电源管理系统功能定义电源管理系统功能定义 . 19 3.3 42v/14v 电气原理图及电源管理系统分析电气原理图及电源管理系统分析 . 22 3.4 电源管理控制单元功能电源管理控制单元功能 . 24 3.4.1 确定最小 soc 和最大 soc . 25 3.4.2 放电控制策略 . 26 3.4.3 充电控制策略 . 27 3.5 蓄电池和超级电容器容量计算蓄电池和超级电容器容量计算 . 27 3.5.1 蓄电池容量计算 . 28 3.5.2 超级电容器容量计算 . 28 重庆大学硕士学位论文 目录 iv 3.6 42v/14v 电源管理系统电磁干扰问题电源管理系统电磁干扰问题 . 29 3.7 本章小结本章小结 . 30 4 电源管理控制单元设计及仿真电源管理控制单元设计及仿真 . 31 4.1 电源管理控制单元仿真简介电源管理控制单元仿真简介 . 31 4.2 基于仿真的电源管理控制单元硬件电路设计基于仿真的电源管理控制单元硬件电路设计 . 32 4.2.1 输入输出方式确定 . 32 4.2.2 单片机选型及晶振频率确定 . 33 4.2.3 开关及驱动芯片的选型 . 34 4.2.4 仿真硬件电路图设计 . 36 4.3 电源管理控制单元软件设计电源管理控制单元软件设计 . 40 4.3.1 主程序流程图 . 40 4.3.2 辅助模块程序流程图 . 40 4.3.3 串口通讯 . 42 4.4 仿真结果仿真结果 . 44 4.5 本章小结本章小结 . 46 5 全文总结及工作展望全文总结及工作展望 . 47 5.1 主要研究工作和结论主要研究工作和结论 . 47 5.2 后续研究工作的展望后续研究工作的展望 . 47 致致 谢谢 . 49 参考文献参考文献 . 50 附附 录录 a. 电源管理控制单元主程序电源管理控制单元主程序 . 53 b. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文作者在攻读硕士学位期间发表的论文 . 58 重庆大学硕士学位论文 1 引言 1 1 引 言 汽车上电能消耗在 20 世纪里迅猛增加， 消费者需要越来越多的电器设备满足 性能， 娱乐等要求。 同时， 过去的 25 年里， 政府立法对排放和安全设备实施控制， 进一步增加标配电器设备， 增加了功率消耗。 原来的 14v 电气系统已经捉襟见肘。 在此背景下，42v 电气系统应运而生。这种基于电压的电气系统提供过去三倍的 电压，可提供的功率大大增加。但是电气系统升级到 42v 并不能一蹴而就。过渡 期间的措施是提供双电压系统， 不仅能解决功率增加问题， 而且可以为现在的 14v 负载提供能量。可以预见，由于原油价格的持续上涨，42v 电气系统必将与混合 动力紧密地结合起来。一体化启动/发电机（isa）的研发，去除怠速停车工况以 降低功率损耗，再生制动能源的回收等将是大势所趋。 但是在没有更好的储能设备之前，蓄电池始终都是汽车电气系统的心脏。在 现行 14v 汽车电气系统中，对电源管理的忽略已经是一种惯性思维了，通常蓄电 池寿命只有两至三年，即使是免维护性蓄电池，其寿命亦只能达到 5 年左右。事 实上如果蓄电池得到合理的利用，其寿命可达 10 年至 20 年之久。随着车载用电 器的增加，功耗更大，蓄电池负荷越来越重，同时又有新的问题出现，蓄电池需 要接受短时间大电流的再生制动能源，还要合理分配两种电压系统。在增加了众 多的新功能之后，如何保护蓄电池，如何检测蓄电池，提高蓄电池寿命，成了亟 待解决的问题。可以说电源管理系统是围绕蓄电池的“保健”进行的。 目前国内的 42v 电气系统尚处于萌芽状态，电源管理系统方面的研究更少。 而国外已经将蓄电池检测装入实车量产。 另外，汽车现有的 14v 电气系统，其蓄电池的额定电压为 12v，但是实际的 系统电压是 14v。当发动机运转时，由发电机对蓄电池充电，使构成蓄电池的 6 个额定电压为 2v 的蓄电池单元每个被充电到 2.3v 左右，6 个蓄电池单元串联其 电压之和接近于 14v，而随着工作条件的不同，现今汽车电气系统的电压可能在 6.516v 之间变动，即以不同程度的纹波叠加在平均值上。故交流发电机在电子 电压调节器作用下输出的直流电压被设定为 14v。这就是导致在蓄电池两端的电 压在发动机运转时要比发动机停止时高些的原因，对汽车电气系统的设计人员来 说，实际要处理的电压是 14v。因此，所谓的 14v 电气系统，和 12v 电气系统只 是说法上的不同。 为统一称呼，本文中述及蓄电池，均以其额定电压称呼，即 36v 蓄电池,12v 蓄电池。述及电气系统及负载均以工作电压相称，即 42v，14v 电气系统，42v， 14v 负载。 重庆大学硕士学位论文 1 引言 2 1.1 42v/14v 双电压电气系统背景 汽车电子控制技术不断发展，智能化的发展趋势不断增强，使得汽车电子附 件所占的比例和相应耗电量大幅提高。早期的汽车电气系统比较简单，只有汽油 机的点火系统，启动系统以及灯光信号系统。20 世纪 60 年代初，随着半导体器 件问世以后，采用半导体整流元件的交流发电机首次应用在汽车上，汽车电子技 术开始起步。随后，各种汽车电子装置开始取代传统的机械装置，各种汽车电子 控制系统也不断出现，汽车电子技术成为解决汽车工业面临的许多技术问题的最 佳方案，汽车的电气系统也变得日益复杂。发动机电子点火，电子控制燃油喷射， 防抱死制动系统，主动悬架，电子自动变速器，安全气囊，巡航控制等一系列技 术已经成熟，并成功地应用于各种汽车上，使汽车的性能和质量都有了明显的提 高。 据统计汽车电气系统的的负荷大约为 1.52kw1， 这已经是目前 14v 电气系 统所提供的电气负荷的极限。随着电气装置的不断增多，对电源功率的需求也逐 渐增加。经计算，当电源功率达到 5kw 以上时，如果仍沿用传统的 14v 电气系 统，正常工作电流将达到 200-300a。这会使整车线束和电器部件的成本大幅度提 高。另外，随着人们对环保问题的日益关注，各国法律对于汽车排放性能，燃油 经济性的要求越来越严格，为了满足这些要求，未来的汽车制造商必将在汽车上 应用更多更复杂的电子设备。根据美国 visteon 公司的统计和预测，今后几年内， 汽车上电气设备的用电功率将达到 10kw。因此在现有汽车电气系统的基础上提 高其负荷容量成为必然选择， 但是这种方法受到很多方面的制约： 根据研究表明， 现有的爪极式交流发电机要想提高其输出功率，将导致电机的体积增加和效率降 低。 将汽车电压升级到 42v 可以解决这一矛盾， 选择 42v 作为升级电压是基于以 下考虑：人体所能接触的安全电压的上限是直流 50v，采用 42v 电压可以免去额 外的绝缘设计，从而降低成本。电压升级到 42v 有以下优点： 节约线束成本 按照预计如果达到 10kw 功率的用电量，由 p=ui 得到电流强度，而结果必 然是要求加粗导线。但是实施了 42v 电源系统以后，同等功率下，电压比原来提 高三倍，电流将降低到原来的三分之一，例如，蓄电池从 12v 升到 36v 带来的好 处之一既是冷启动电流变小。12v 时冷启动电流为 500a，36v 时仅为 167a。线 束的直径从理论上来讲可以减小为原来的 57%，降低了用于导线的成本，同时也 方便了安装。另一方面，电流下降，由线束消耗的功率也有所下降。 为电控新技术的采用提供电源保证 重庆大学硕士学位论文 1 引言 3 42v 电压使得一些耗电量大的新技术得以应用在车上， 提高汽车行驶， 安全， 舒适性等各方面性能。如电动助力转向，电动液压制动，主动悬架等。同时也包 括为混合动力的实现提供电源基础。由于提高了汽车电源系统的功率，使得在发 动机怠速的时候切断发动机源而由电源直接驱动电动机作为汽车动力源成为可 能。这在城市交通污染日益严重的今天，无疑是一个福音。 节约车内空间 采用 42v 电源系统以后，随着线束直径的减小，许多电器装置的体积也将随 之减小，从而使得车内有限的空间更好地利用于其它方面。42v 电源系统的出现 和发展，还有利于设计出更小的车载电器装置，这对汽车微型化也是大有裨益。 降低整车质量 就降低质量而言，42v 电源系统所带来的最大的益处就是在于电动机和电磁 阀方面。有资料显示表明，采用新型的 42v 电源标准，可以使电动机和电磁阀的 重量降低 20%，进而进一步减轻整车的质量。同时由于 42v 允许电控新技术的采 用，简化甚至取消了原来的机械结构，大大降低了质量，节约了空间。 随着车载电压这一里程碑式的改变，还将为汽车零部件设计者带来更多新的 设计思路。42v 电源系统的诸多优点，也将随着汽车业的发展在日后一一呈现出 来。 另一方面，42v 汽车电 42v 电源系统在汽车上的使用，还有许多优点。比如 说提高发动机效率，提高能源利用率，减少排放污染等等。源系统标准的实施， 将使汽车电器零部件设计和结构发生重大的变革。某些部件将要进行优化设计， 某些部件将被淘汰，同时，还将开发和生产一些新技术产品。在 42v 电气系统自 身诸多优点的同时，它还有一些在汽车新的电气系统设计制造中不得不考虑到的 缺点。 1) 安全问题 这是必须首先提及的问题。汽车电源线两极一相碰就会“啪啪”作响并发出火 花，电压越高越厉害。驾驶员和修理工都知道，不慎将电源正极线端头搭铁的事 经常会发生。如果电压升至 42v，安全问题的解决就必须提到日程上来。 2) 提高电压使电磁兼容性变差 提高电压会对电子器件和人身的电磁干扰性增加，也会降低周边电子设备的 运行能力。由于机动车电子电器组件的电磁辐射不能超过标准规定抗干扰性的极 限值，这就增加了达到电磁兼容性标准的成本，设备复杂性和技术难度。 3) 对配件供应商的影响 除了以上技术性方面的缺陷以外，42v 电压标准在实际的推广中还要受到来 自汽车配件商方面的阻力。由于现在的汽车零部件使用的都是 14v 的标准，当采 重庆大学硕士学位论文 1 引言 4 用 42v 电源系统以后，首先要研制 42v 的新型蓄电池，此外，汽车上的发电机， 启动机，雨刮电机，微型电机，灯泡，仪表，继电器等等都要更新，这些改变必 将损害到配件供应商，配套商的利益，对他们而言必将是个巨大的冲击。只有当 大量的部件都适应 42v 车用电源的时候， 才能大批量生产纯 42v 的车用电源。 如 表 1-1。 鉴于 42v 电气系统的优缺点，只能采用目前的过渡方案，即，42v 和 14v 双 电压电气系统共存。新的供电系统为实现 42v/14v 双电压共存，采用半导体电源 和硬件电路设计相结合，与传统的供电系统有完全的兼容性，既保证大功率负载 的正常工作，又可采用较细的电缆为低功率负载供电，大量节约了材料，降低了 损耗。因此，研究汽车 42v/14v 双电压电气系统已成为国内外汽车行业研究的热 点之一。与此同时，作为过渡阶段的 42v/14v 双电压电气系统，也将逐步推动高 压电源在汽车电气系统上的推广和应用。 表 1.1 42v，14v，及 42v/14v 电气系统比较 table 1.1 42v, 14v, and 42v/14v comparation 14v 42v/14v 42v 优 点 1 成熟的传统技术 2 成本低 1 由14v到42v的过渡 技术方案 2 使用一体化启动发电 机系统没有电气方面的 限制 1 着眼于未来，具有较广的发展前景 2 使用一体化启动发电机，没有电气方 面的限制 3 电缆线重量轻（总计约 4kg） 缺 点 1 需要负载管理系统 2 一体化启动发电机 只适应于小排量发动 机 3 能满足现今汽车上 电气装置的能源，需 求，但储备量小 1 没有启动辅助功能 2 新技术，缺乏应用经 验，可选的零部件少 3 成本增加，重量增加 1 没有启动辅助功能 2 新技术，缺乏应用经验，可选零部件 少 3 成本增加，重量增加 4 研发风险大 5 费用高 6 近期内不可能获得推广 由 42v 电源带来的变革非常巨大, 我国汽车制造业规模小而数量多, 很难独 立面对这一挑战。中国已经加入 wto,具有优越性能价格比的 42v 电源系统车辆 的大量进口, 将给我国汽车工业带来一个很大的冲击。 但是, 这场变革对我国汽车 工业也将是一次难得的跨越式发展机遇。我国政府主管部门和汽车企业的领导应 该高度关注这一未来技术变革, 密切跟踪其国际发展动态, 规划我国汽车 42v 电 重庆大学硕士学位论文 1 引言 5 源系统的发展, 尽早组织行业力量对 42v 电源系统进行立项研究, 以缩小我国汽 车工业同国际汽车行业的差距。 1.2 电源管理系统重要性及国内外研究现状 由于采用更先进的电控技术，增加了更多的电器件以满足人们对汽车越来越 高的期望。随着用电器数量的增多，总体功率的提高，对于电源的管理就显得越 发重要了。整车电源的合理分配，电源存储设备的检测和保护，逐渐引起人们的 关注。 目前国内的汽车制造商对现行的 14v 电气系统中的电源管理基本处于“破罐 破摔”的境地。 更多的专家学者专注于新的起点， 那就是电动车的蓄电池电源管理， 或者混合动力的电源管理。对于电源管理系统的研究多停留在学术层面江大学对 电动车蓄电池 soc 的检测做了比较多的研究。 市场上也还没有哪家自主品牌的车 采用电源管理的。 而在国外，有电源管理系统的车已经量产了。有代表性的是奥迪 a6，它采用 了能量管理控制单元，共有三个模块：一是蓄电池管理，负责蓄电池的诊断；二 是静态电流管理，在必要的时候关闭某些用电器；三是动态管理，负责充电电压 的控制及当发动机运行时间少电流的消耗。 a6 的能量管理在业内可以说是比较先 进的了。 对于 42v/14v 的电源管理国外主要集中体现在混合动力车上。无论是本田 insight 还是丰田 prius，电源管理系统都是整车性能的必须保证。但是他们的 电源管理注重在节能上，如何提高燃油效率是他们的电源管理的重点，可以说某 种程度上是以牺牲蓄电池性能为代价的。 因此，国内对电源管理的重视只能是从结合混合动力的 42v 开始的。同样是 基于此目的， 本文提前做些 42v/14v 电源管理系统的研究， 希望对 42v 电气系统 的发展有所贡献。 1.3 本文设计任务 本文首先结合 42v/14v 双电压系统中较为前沿的技术设计电气系统平台， 作 为电源管理设计的基础。这些技术目前在国内多出于研发状态，但是其优势已经 尽显无遗，各大汽车厂商都在加强对这些技术的研发，必定会在不远的将来应用 在汽车上。 其次，重新分配电源功率流，对不同性质的电器件进行总线分类，在不同的 负载总线上加载不同的控制，达到有针对性的电源控制。这是本次电源管理系统 设计的关键点之一，因为新的汽车电气系统平台需要新的电源分配，并且是在考 重庆大学硕士学位论文 1 引言 6 虑到控制的前提下设计的电源分配。在分配好电气系统功率流之后，提出针对本 设计的电源管理系统的功能。 本文着重于电源管理模块的设计。 电源管理模块是电源管理系统的控制核心， 它接受已估算的蓄电池 soc 值， 发动机转速值等， 对各路电源回路进行通断控制， 以达到本电源管理的功能要求。首先分析控制策略，之后设计出仿真条件下的软 硬件，并对之进行调试审核。 电源管理系统是一个庞大的工程，后续的研究还待进一步深化和完善。 重庆大学硕士学位论文 2 42v/14v 电气系统概述 7 2 42v/14v 电气系统概述 由于本文讨论的电源管理系统需要具体的功能定义，因此必须预先结合当前 汽车电器发展的趋势，选择合适的电器组件，设计合适的 42v/14v 电气系统，然 后针对该系统定义电源管理系统。因此本章是为电源管理系统的设计打基础的。 某种程度上说，所设计的电气系统需要有更多前瞻性的考虑，但各个方向的技术 发展速度缓慢不同，因此未来实际的设计不一定与现在的设计相符，本文所设计 的电源系统只能提供参考价值。 选择合适的电器组件，建立 42v/14v 电气系统架构时需考虑以下因素，下文 将逐一介绍： 两种电气系统电器件： 总结42v电压对电器件的影响， 何种电器件适合42v？ 何种适合用 14v？ 混合动力： 是否采用混合动力， 若采用会对电源管理系统产生什么样的影响？ 一体化启动发电机（isa）：目前是否有成熟的 isa 产品及市场？还是沿用 14v启动机？发电机是双电压发电还是单电压发电？该部分是42v系统的关键技 术之一，目前技术尚不成熟，长安，德尔福等公司已经在研发 isa 并初见成效， 相信不久的将来能够应用于更多的 42v 系统的车辆。 蓄电池：采用双蓄电池还是单蓄电池结构？42v 电气系统中采用何种类型的 蓄电池比较好？如何提高蓄电池自身充放电性能？ 2.1 42v 和 14v 电器件分类 电压改动是牵一发而动全身的事情， 它将涉及整个汽车电气系统的技术改进， 还涉及到汽车配件供应商的利益问题。主要部件消耗功率见表 2.1。 表 2.1 电器件峰值负荷 table 2.1 peek power of electrical devices 序号 名称 峰值负荷（w） 序号 名称 峰值负荷（w） 1 电动液压制动 2000 13 电子信息 100 2 电动助力转向 1800 14 电动空调压缩机 4000 3 后窗除霜 1500 15 挡风玻璃加热 2500 4 电动散热风扇 800 16 方向盘加热 120 5 前座椅加热 2000 17 abs 油泵 600 6 主动悬架 12000 18 动力门锁 400 7 车灯 600 19 动力门窗 700 8 气泵 400 20 动力座椅 1600 重庆大学硕士学位论文 2 42v/14v 电气系统概述 8 续表 2.1： 序号 名称 峰值负荷（w） 序号 名称 峰值负荷（w） 9 雨刮 390 21 动力天窗 200 10 催化剂加热 3000 22 挡风玻璃泵 100 11 电控气门系统 3200 23 行李箱打开/关闭 200 12 发动机冷却水泵 500 2.1.1 42v 电器件 如上表所列，首先受益于 42v 的电器件毫无疑问是耗电量大的部件，如图 2.1 所示。其中一些系统是必须要有 42v 电压的支持才能用于车上的先进技术，如电 控气门系统。42v 也给更多的新技术以施展拳脚的空间，对于提高汽车的自动化 程度，改善动力性能，安全性能等都有毋庸置疑的好处。 图 2.1 升压后的 42v 电器件 fig2.1 42v devices in 42v powernet 电动进排气门：采用电磁阀控制发动机进排气门，取代了传统的凸轮轴，根 据路况车况信息灵活而准确地改变进排气门配气相位， 以获得最佳的燃油经济性， 同时精简发动机结构，空间上的节省也是不言而喻的。 电动液压制动：将防抱死制动系统和离合器操纵控制系统集成发展起来。 重庆大学硕士学位论文 2 42v/14v 电气系统概述 9 电动助力转向：eps，electric power steering 是未来转向系统的发展方向。该 系统由电动助力装置直接提供转向助力，省去了液压动力转向系统所必需的动力 转向油泵、软管、液压油、传送带和装于发动机上的皮带轮，既节省能量，又保 护了环境。另外，还具有调整简单、装配灵活以及在多种状况下都能提供转向助 力的特点。 主动悬架：电子技术控制汽车主动悬架系统根据车高、转向角、加速度、路 况预测等情况进行车高调整，阻尼力控制和弹簧刚度控制。采用主动式悬架后， 汽车对侧倾、俯仰、横摆跳动和车身的控制都能更加迅速、精确，汽车高速行驶 和转弯的稳定性提高，车身侧倾减少。制动时车身前俯小，启动和急加速可减少 后仰。即使在坏路面，车身的跳动也较少，轮胎对地面的附着力提高。 空调及加热系统：包括空调，加热，除霜等。毫无疑问空调及加热系统是最 耗电的部分，采用 42v 电压对于空调及加热系统无异于如虎添翼。可能的大电流 使得制冷和加热更快，同时加热丝可以选用更细的材型。同时，若在发电机不工 作时用 36v 蓄电池为这些耗电量大的电器件供电会将蓄电池 soc 很快耗尽，因 此，总线上通过点火开关的控制将这一类的电器件与蓄电池隔开。 除此之外，电动座椅等大电机负载均采用 42v。 2.1.2 14v 电器件 照明系统：照明系统是汽车电器件中最简单的部分，但却是实施 42v 系统最 困难的部分。细灯丝是照明产生的光源，若要用在 42v 电压上，灯丝必须做的更 长，并且更脆弱，但是使用寿命达不到要求。因此，照明系统仍采用 14v 是较好 的选择。但是 hid（high intensity discharge）大灯则最好是采用 42v，才能更好 的工作。 小型电机：如门锁，玻璃升降器，雨刮等的电机采用 14v 较好。因为 42v 的 电机将增加成本和体积。 而且 42v 的永磁电机产生的电弧无法断裂问题将延迟对 于电机是否关断的判断。该问题尚无法解决。 组合仪表：仪表主要处理各种数字模拟信号，并使之以 led，lcd 的方式显 现，因此无需太大功率，仍采用 14v 系统是过渡期较好的选择。 2.2 混合动力系统 采用 42v 电气系统从另一个角度来看意味着更多的电气负载， 更多的能源消 耗。若想在目前以节省能源为全球统一口号的汽车市场上杀出一条血路，仍然要 依靠与混合动力技术的结合，在日本本田 insight 和丰田 prius 铺垫的混合动 力之路渐渐被市场认可的情况下，国内的混合动力研究必须跟进以保持与国际接 重庆大学硕士学位论文 2 42v/14v 电气系统概述 10 轨。风云乍起的混合动力技术对于想要达到国际领先水平的国内汽车业来说无疑 是个契机。 图 2.2（a）有混合动力可达到的功率要求 （b）无混合动力可达到的功率要求 fig2.2 (a) power demand growth with hybrid functions (b) power demand growth without hybrid function 再者，根据 digatron 公司的实验数据2，如图 2.2 所示，没有混合动力的 汽车功率只能达到 4kw，大大限制了汽车往电气方向的进一步发展。而有混合动 力的汽车，其总功率可达到 10k