可降低油耗的汽車(chē)電子系統

　　我們如何才能使汽車(chē)駕駛室具備更多的功能，使發(fā)動(dòng)機具有更大的功率，同時(shí)還能夠符合各國政府對每加侖行駛距離的要求?只有采用新一代的低導通電阻功率 MOSFET將汽車(chē)中傳統的電力系統和液壓系統改為電子系統，這些MOSFET不但可以提高汽車(chē)的舒適性和安全性，還能夠提高燃油的行駛距離。

　　發(fā)動(dòng)機不僅僅要讓汽車(chē)在路上行駛，還要為整個(gè)汽車(chē)系統提供動(dòng)力?，F在人們對汽車(chē)的娛樂(lè )性、舒適性及安全性的要求越來(lái)越高。通過(guò)深入分析發(fā)現，對于一輛普通的汽車(chē)，每加侖的汽油所產(chǎn)生的能量最終用在車(chē)輪行駛上的不到15%，而大部分的能量都變成熱量浪費掉。美國的法律規定，客車(chē)每加侖必須平均行駛27.5英里，而對于占新車(chē)銷(xiāo)售量一半以上的汽車(chē)，如SUV、小型客車(chē)和輕型卡車(chē)等，要求在2007年達到每加侖平均行駛22.2英里的新標準。

　　人們要求汽車(chē)制造商提供一種效率更高、功能更多的汽車(chē)，而它的成本又要在大眾可以接受的范圍之內。為了做到這一點(diǎn)，許多系統都在進(jìn)行很大的改進(jìn)，例如，為提高發(fā)動(dòng)機的燃料燃燒效率，將液壓系統改成電子系統(這樣可以在許多方面減少發(fā)動(dòng)機的能源消耗)。在減少能源浪費方面，幾乎每一個(gè)系統都受到關(guān)注。

　　電源系統與冷卻風(fēng)扇

　　在發(fā)電方面，在汽車(chē)中產(chǎn)生直流電源的傳統方法是使用交流發(fā)電機，并在發(fā)電機的軸上裝一個(gè)皮帶輪，該風(fēng)扇皮帶是曲軸帶動(dòng)的。交流發(fā)電機產(chǎn)生的交流電通過(guò)二極管三相整流橋轉換成直流電。在額定電流下，二極管上一般約有1V的電壓降。如果汽車(chē)用了1kW(大約70A)的功率，那么二極管消耗的功率大約是140W，按效率80%計算，需要發(fā)動(dòng)機多提供175W的功率來(lái)抵消掉二極管整流橋的影響，這些功率轉變成熱量散失掉。用MOSFET代替二極管后，功率損耗就會(huì )降低到2W以下，節省下來(lái)的能量可以用來(lái)提高1%～3%的單位燃油行駛距離，也可以用來(lái)驅動(dòng)其他系統。

　　發(fā)動(dòng)機的冷卻風(fēng)扇可以由傳統的發(fā)動(dòng)機曲軸帶動(dòng)改為電子風(fēng)扇，電子風(fēng)扇只在必要的時(shí)候才運轉，而且僅用一只MOSFET來(lái)控制，可以節省至少100W功率。

　　啟動(dòng)電機

　　試想，當轉動(dòng)鑰匙發(fā)動(dòng)汽車(chē)時(shí)，啟動(dòng)電機就會(huì )帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機啟動(dòng)汽車(chē)。然后交流發(fā)電機就會(huì )對電池進(jìn)行充電，為整個(gè)電氣系統供給電力。而在其他的時(shí)間里，啟動(dòng)電機不起任何作用，反而是一個(gè)負擔。

　　發(fā)動(dòng)機和電機的基本設計是一樣的，它們最主要的差別在于電能的流向不同。目前，啟動(dòng)電機是用直流電機，可以很容易地利用一個(gè)功率MOSFET逆變橋電路將直流電源(例如電池)變成交流電源，并用它驅動(dòng)作為啟動(dòng)電機的交流電機轉動(dòng)。一旦發(fā)動(dòng)機運轉起來(lái)，還可以用功率MOSFET逆變橋電路的整流狀態(tài)將交流電轉換為直流電，為電氣系統供電。所有的這些只要用一個(gè)交流發(fā)電機啟動(dòng)器和一個(gè)功率MOSFET逆變橋電路就可以實(shí)現。在帶動(dòng)一個(gè)3kW的負載時(shí)，這個(gè)功率 MOSFET逆變橋的損耗不到10W。

　　動(dòng)力轉向系統

　　動(dòng)力轉向系統是系統改造的一個(gè)很好的思路。傳統的動(dòng)力轉向系統采用放大的方法來(lái)減少轉動(dòng)方向盤(pán)所需要的力量，這種方法是利用液壓動(dòng)力轉向泵來(lái)達到目的的。采用具有固定放大倍率的動(dòng)力轉向系統存在一個(gè)很大的缺點(diǎn)，如果把系統設計成減少汽車(chē)在靜止時(shí)轉動(dòng)方向盤(pán)所需要的力量，那么在高速行駛時(shí)，方向盤(pán)就會(huì )顯得松一些。一個(gè)常規的系統有一個(gè)液泵，它采用機械的方法連接到發(fā)動(dòng)機上，在運轉時(shí)，即使汽車(chē)走的是直線(xiàn)，它也要消耗能量。

　　應用完全的電子動(dòng)力轉向(EPS)系統就可以去掉加在發(fā)動(dòng)機上的固定負載。在電子轉向系統中，電機直接裝在齒輪齒條轉向部件上，例如在小汽車(chē)中，直接裝在轉向柱上。這些電機由RDS(ON)很小的功率 MOSFET進(jìn)行高效率的控制。這些系統從發(fā)動(dòng)機吸收的功率比較小，但能提供更多的能量，燃料的效率也更高。除了工作時(shí)的能耗更低外，這些系統比傳統的液壓動(dòng)力轉向系統價(jià)格更低。完全的EPS系統比傳統的系統質(zhì)量更輕一些，這也有利于提高燃料的效率。

　　傳動(dòng)系統

　　在傳動(dòng)過(guò)程中，使用扭矩變換器的傳統自動(dòng)變速箱與手工傳動(dòng)相比，燃料消耗會(huì )增加5%～10%?，F在，改為使用由先進(jìn)的功率半導體技術(shù)來(lái)驅動(dòng)電液系統，取消了扭矩變換器，也就減少了能量損耗。但是，這樣液泵和與液壓系統相關(guān)的所有重量也都還在。在將離合器以及采用先進(jìn)的溝道式功率MOSFET來(lái)控制的變速器固定到手動(dòng)變速箱中時(shí)，自動(dòng)化的手動(dòng)變速箱就會(huì )提高燃料利用率。這項技術(shù)最初是針對一級方程式賽車(chē)而研制的，這種汽車(chē)開(kāi)起來(lái)就像是傳統自動(dòng)汽車(chē)，司機不需要換擋，使得燃料的消耗減少了5%～10%。

　　制動(dòng)系統

　　我們已經(jīng)討論過(guò)電液制動(dòng)系統，該系統現在已經(jīng)采用由先進(jìn)的功率半導體(如槽柵MOSFET)控制的電動(dòng)機來(lái)代替原有的輔助真空制動(dòng)閘。然而，在定鉗盤(pán)或剎車(chē)鼓上固定電氣制動(dòng)器的地方是可以裝上電氣制動(dòng)閘的。電氣制動(dòng)器可以進(jìn)行穩定的控制，對每個(gè)車(chē)輪進(jìn) 行制動(dòng)，糾正其任何旋轉的趨勢。我們現在已有的ABS系統使用的是功率MOSFET，如果汽車(chē)上的計算機檢測到了汽車(chē)失控滑行，該系統就會(huì )發(fā)出一個(gè)脈沖觸發(fā)式制動(dòng)閘動(dòng)作。

　　結論

　　綜合考慮以上節能方案，汽車(chē)電子系統的應用不僅可以明顯提高汽車(chē)發(fā)動(dòng)機的效率、減少油耗，而且還可以提高汽車(chē)的性能，進(jìn)一步降低成本。