由于能源危機(jī)和環(huán)境污染兩大問題的日益突出，加之科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，電動車技術(shù)日益成熟，電動車的使用日益廣泛，由于其節(jié)能、環(huán)保、低噪音、低污染等優(yōu)點(diǎn)廣受歡迎。在中國度假村、別墅區(qū)、花園式酒店、旅游景區(qū)、機(jī)場、公園、高爾夫球場等處大量使用。

　　在高爾夫球場上，尤其注重的是安靜、清潔、便捷和安全，電動高爾夫球車的使用要求有一定的特殊性。高爾夫球車的關(guān)鍵設(shè)計(jì)之一在電控系統(tǒng)。本文將以電控設(shè)計(jì)為主進(jìn)行闡述。

球車設(shè)計(jì)

1、高爾夫球車使用情況調(diào)查

　　國內(nèi)高爾夫球場的球車道路80-90%是屬于混凝土路面，在有坡度的地方多數(shù)都有網(wǎng)格或者條紋，或者用石頭或者磚鋪設(shè)，以增加路面的摩擦系數(shù)。坡度在球場道路中所占的比例大致如下：坡路占總道路長度50%左右(山地球場)、20%左右(平地球場)。

　　在國內(nèi)的各高爾夫球場中，球車常采用兩座，一般都會載4人、兩個(gè)球包，以及其他小物件。一般而言一個(gè)18個(gè)洞的球場的一圈球車道距離大概是10公里左右。打球的會員一般一天可以打2個(gè)18洞。球車使用時(shí)間分配一般是這樣的：在每個(gè)發(fā)球臺停止時(shí)間4-5分鐘，從發(fā)球臺到果嶺要6-7分鐘，從果嶺到下一個(gè)發(fā)球臺要1-2分鐘，如此開開停停，再加上其他輔助時(shí)間，總耗時(shí)3個(gè)多小時(shí)?？梢苑治龅角蜍囋谑褂弥校蟛糠謺r(shí)間非形勢運(yùn)行狀態(tài)。如果假設(shè)球車一直在運(yùn)行，那么球車的速度V=打18個(gè)洞行駛的距離/打18個(gè)洞需要時(shí)間=20/3=6.67公里/小時(shí)。

2、性能參數(shù)的制定

　　a) 最高車速：參考《美國國家球車安全和性能規(guī)范》，定最高車速≤25km/h。

　　b) 最大爬坡度：根據(jù)山地球場的路況要求，定為30%。

　　c) 續(xù)駛里程：從球車的使用情況看，50km的續(xù)航里程即可滿足一般的需求。

3、球車的總體方案

　　電動高爾夫球車的工作原理為由蓄電池提供電能，驅(qū)動電動機(jī)，電動機(jī)的輸出軸與與驅(qū)動橋通過花鍵連接直接將動力傳遞到驅(qū)動輪上。球車的速度調(diào)節(jié)是通過前進(jìn)踏板傳遞加速和減速信號到中央控制器來調(diào)節(jié)車速的變化。通過轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)控制球車的駕駛方向，行車制動(包括機(jī)械制動和電機(jī)反充電制動)和駐車制動共同來完成球車停車和駐車的安全問題。同時(shí)涉及行車安全的部件還有前后保險(xiǎn)杠。

　　由于高爾夫球車的整體結(jié)構(gòu)相對簡單，其動力性能在于其驅(qū)動系統(tǒng)，電氣驅(qū)動控制系統(tǒng)當(dāng)然就成了球車設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)。

電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　首先要考慮用技術(shù)先進(jìn)的交流感應(yīng)電機(jī)速度控制系統(tǒng)——即交流電機(jī)配交流控制器?？墒请m然交流電機(jī)優(yōu)點(diǎn)突出：如：電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、電機(jī)無刷、使用壽命長等等，但是相配的控制器非常復(fù)雜，需要大電流的寬范圍變頻器和理想適合的電機(jī)來配合實(shí)現(xiàn)，成本相對較高;微處理器的處理能力也需加強(qiáng);目前來說，交流電機(jī)常見于叉車，只有個(gè)別品牌采用交流電，技術(shù)處于完善階段。

　　國內(nèi)外高爾夫球車大多采用直流驅(qū)動——即直流他勵(lì)電機(jī)+直流他勵(lì)控制器。從原來的36伏特電動機(jī)向48伏特電動機(jī)發(fā)展。另外，動力性能和續(xù)駛里程一直是一對矛盾體(續(xù)駛里程與車速成非線性反比)。所以在不影響動力性的前提下，通過選用能量密度高的蓄電池、采用制動能量再生技術(shù)、采用各種輕型材料、提高機(jī)械傳動效率、合理使用再生電流實(shí)現(xiàn)車輛制動、選用合理的線路導(dǎo)線并盡量減少線路接點(diǎn)以降低各種功率損耗等措施有效的提高了球車的續(xù)駛里程。

1、蓄電池與充電機(jī)

　　蓄電池各品牌中Trojan性能最為優(yōu)良，其專有的獨(dú)家先進(jìn)設(shè)計(jì)Maxguard®(極級保護(hù)隔離層)及AlphaPlus®(阿爾法+)高密度鉛膏配方晶體可以提高電池的壽命、延長使用時(shí)間并減少維護(hù)次數(shù)。大多美國高級高爾夫球場的車隊(duì)都使用Trojan深循環(huán)電池。于是蓄電池選擇用美國Trojan公司的T-875深循環(huán)電池.

　　關(guān)于鉛酸蓄電池，充電、維護(hù)是必不可少的。過大或過小電流充電對蓄電池質(zhì)量和壽命都有影響，根據(jù)續(xù)駛里程和放電率可以求得蓄電池與充電器對應(yīng)電流即充電電流。

　　公式是：A=AH÷HR

　　這里 AH是蓄電池標(biāo)稱容量(安培小時(shí))。

　　HR是蓄電池充滿電的時(shí)間(小時(shí)率)。

　　根據(jù)T-875電池的容量為145安時(shí)，按5小時(shí)放電率，我們選擇的是：48V、25A的高頻智能鉛酸電池充電器，它是根據(jù)電動車輛設(shè)備用動力蓄電池的充電需求而專業(yè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的，具有反接保護(hù)、短路保護(hù)、低壓保護(hù)、過壓保護(hù)、過熱保護(hù)功能，內(nèi)嵌CPU能保證每次電池都可靠地從恒壓狀態(tài)轉(zhuǎn)入浮充狀態(tài)，杜絕蓄電池?zé)崾Э噩F(xiàn)象，將失水、極板硫化這兩個(gè)普通充電器普遍存在的問題對蓄電池的損害降到最低值。

　　鉛酸電池的儲存和維護(hù)

　?、匐姵卦?~32℃儲存時(shí)，每4~6周測量一次電壓或比重，當(dāng)電池電壓低于8.25(T875)或比重小于1.217時(shí)，應(yīng)進(jìn)行一次快速充電。

　?、陔姵卦?2℃以上儲存時(shí)，每2~4周測量一次電壓或比重;

　?、垭姵卦?℃以下儲存時(shí)，必須在儲存電池之前充滿電，并每8周進(jìn)行一次浮充電。

　　注： 新的鉛酸電池不是滿額容量，只有在使用50~100個(gè)周期后才可以達(dá)到滿額和峰值容量。

2、電機(jī)的選擇

　　在選擇電動車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)時(shí)，需要考慮幾個(gè)關(guān)鍵問題：成本、可靠性、效率、維護(hù)、耐用性、重量、尺寸和噪聲等。因?yàn)橹绷麟娫纯梢灾苯咏o直流電機(jī)供電，無需轉(zhuǎn)換，控制起來也比較簡單。所以我們選擇直流他勵(lì)電機(jī)。

　　他勵(lì)電機(jī)的磁場由勵(lì)磁電流提供，而他勵(lì)直流電動機(jī)的勵(lì)磁電流由單獨(dú)的直流電源供給，勵(lì)磁繞組與電樞繞組不相連接，牽引電機(jī)勵(lì)磁電流和電樞電流可以分別調(diào)節(jié)，可以輕松實(shí)現(xiàn)對速度和負(fù)載要求的單獨(dú)控制。

他勵(lì)電機(jī)優(yōu)點(diǎn)：

　　1. 調(diào)速性能好;

　　通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流和電樞電流來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速;

　　2. 啟動、制動反應(yīng)快速;

　　用于對啟動和調(diào)速等性能要求比較高的場所。啟動時(shí)同時(shí)增大勵(lì)磁電流和電樞電流，車輛可以快速運(yùn)行。減速和制動通過增加勵(lì)磁電流，停止輸出電樞電流來實(shí)現(xiàn)。

　　3. 電機(jī)扭矩大，轉(zhuǎn)速相對較低，噪音小。

圖1：他勵(lì)電機(jī)電流和扭矩的關(guān)系
注：劃線部分為非正常工作區(qū)域

圖2：電機(jī)扭矩和轉(zhuǎn)速的關(guān)系

3、控制器的選配

　　電動車控制器是用來控制電動車電機(jī)的啟動、運(yùn)行、進(jìn)退、速度、停止以及電動車的其它電子器件的核心控制器件。我們選擇了與他勵(lì)電動機(jī)相配的Curtis的他勵(lì)控制器。

①直流他勵(lì)電機(jī)速度控制的原理：

　　直流他勵(lì)牽引電動機(jī)的電樞線圈與勵(lì)磁線圈分別用不同的電源供電，它可以通過改變勵(lì)磁電源強(qiáng)度和電樞電流大小，控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速，具有優(yōu)越的調(diào)速性能。他勵(lì)控制器，不僅保留了原MOS管串勵(lì)控制器的壓降小，效率高，發(fā)熱少，功率損耗極低等優(yōu)點(diǎn)，還具：可調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流;有再生制動;無需換向接觸器等優(yōu)點(diǎn);

②1268-5403直流他勵(lì)電機(jī)控制器的優(yōu)勢：

　　1268可編程控制器是適用在各種運(yùn)輸車輛上的他勵(lì)電機(jī)控制，它易于安裝、高效、低耗，典型用于重載電動高爾夫球車和其他多功能車輛。該控制器提供了對電機(jī)速度和轉(zhuǎn)矩的平滑、靜音、低耗控制，速度傳感器的輸入實(shí)現(xiàn)了車速調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制，四象限全橋勵(lì)磁線圈控制級和半橋電樞控制級一起提供固態(tài)化的電機(jī)轉(zhuǎn)向和再生制動力，而不需要附加的繼電器。可輕松通過CURTIS1311手持編輯器或1314電腦程序給控制器進(jìn)行編程，還有個(gè)十分方便的功能，你不需要對所有的控制器進(jìn)行編程調(diào)試，只需要根據(jù)客戶需求在一臺車上調(diào)試完成后，就可以很輕松的復(fù)制到其他車輛上。

　　此外，使用柯蒂斯程序能檢測故障和得出診斷報(bào)告;按故障LED指示，對照故障表，我們可以很快的判定故障原因，可以快速判斷故障原因，節(jié)約時(shí)間，提高效率。圖4是我們選配的控制器的集成塊設(shè)計(jì)圖。

圖3控制器集成系統(tǒng)示意圖

　　它的突出特點(diǎn)是：防滑制動功能(防滑是指控制器在沒有加速器信號輸入，而有電機(jī)轉(zhuǎn)速信號輸入的情況下，提供給電機(jī)一個(gè)勵(lì)磁電流，使電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)在勵(lì)磁磁場中產(chǎn)生電流，實(shí)現(xiàn)反充電，進(jìn)而降低車速實(shí)現(xiàn)制動)可以限制車輛的行駛速度。

　　瑞達(dá)上述優(yōu)點(diǎn)都是本控制器集成系統(tǒng)獨(dú)有的，也是我們設(shè)計(jì)的球車的市場賣點(diǎn)。其實(shí)我們是與電機(jī)廠商和電器廠家一起協(xié)商，選擇的電機(jī)和電控，使電機(jī)和電控在技術(shù)、性能等達(dá)到最佳匹配。該控制系統(tǒng)(如圖4)的配備使我們的球車在當(dāng)前很有生命力，整機(jī)特性和銷售價(jià)格容易被國內(nèi)外用戶接受，市場前景肯定很好。

總結(jié)

　　在球車設(shè)計(jì)中，針對球車應(yīng)用環(huán)境選擇合理的電控系統(tǒng)，經(jīng)過詳細(xì)的理論計(jì)算，再根據(jù)計(jì)算結(jié)果協(xié)商有關(guān)廠家，才選用了當(dāng)前性能優(yōu)越的適合設(shè)計(jì)參數(shù)的電控，保證了球車的安全性和長壽命。另外，長時(shí)間的強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性。