新能源節(jié)能動(dòng)力汽車及電工電子設(shè)計(jì)研發(fā)的探析

張鵬

（漢中職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車與機(jī)電工程學(xué)院，陜西漢中，723002)

0 引言

建黨100周年以來我國經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，經(jīng)濟(jì)總量連上新臺階，各領(lǐng)域在新經(jīng)濟(jì)、新技術(shù)的帶領(lǐng)下蓬勃發(fā)展。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展改善了民生，物質(zhì)問題得到了解決，人民將更多的精力投入到了技術(shù)的研究與改進(jìn)中。我國現(xiàn)在十分的重視制度的建設(shè)，每一次會(huì)議都強(qiáng)調(diào)將制度貫穿到黨建設(shè)的各項(xiàng)工作中。黨的制度在不斷的完善，對經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供了良好的環(huán)境，發(fā)揮好黨建的組織以及領(lǐng)導(dǎo)的優(yōu)勢，對經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展有推動(dòng)作用。社會(huì)在發(fā)展，時(shí)代在進(jìn)步，汽車制造業(yè)作為重要的領(lǐng)域也應(yīng)當(dāng)與時(shí)俱進(jìn)，積極學(xué)習(xí)新的理念，引進(jìn)新的技術(shù)，以便在設(shè)計(jì)理念和制造工藝上作以創(chuàng)新和改進(jìn)，以便適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展，滿足時(shí)代的需求。面對當(dāng)前資源供給緊張、環(huán)境污染嚴(yán)重的問題，作為汽車制造企業(yè)，應(yīng)盡快轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)以燃油作為汽車主要?jiǎng)恿敵龅哪Ｊ?，致力于油電混合、純電?dòng)等汽車的研發(fā)。與此同時(shí)，應(yīng)在電工電子設(shè)計(jì)上予以改進(jìn)和優(yōu)化，提高汽車的節(jié)能性，降低對環(huán)境的污染。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本文對于新能源節(jié)能動(dòng)力汽車相關(guān)研究，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義，且此研究具有緊迫感。

1 常見新能源汽車節(jié)能技術(shù)

高效汽油-柴油技術(shù)、混合動(dòng)力技術(shù)、燃油電池技術(shù)等是當(dāng)前我國較為常用的新能源汽車節(jié)能技術(shù)。以下對這幾種節(jié)能技術(shù)作以介紹：

其一，混合動(dòng)力技術(shù)。簡而言之，汽車的動(dòng)力不再只是源于燃料燃燒獲得，而是還融入以電能提供機(jī)械能的新能源[1]。多種動(dòng)力系統(tǒng)混合技術(shù)的突破口主要是，能否提高混合動(dòng)力電工電子系統(tǒng)的工作性能。具體來說，混合動(dòng)力技術(shù)，就是用電力馬達(dá)來取代之前點(diǎn)火裝置，從而為發(fā)動(dòng)機(jī)提供輔助動(dòng)能使汽車運(yùn)動(dòng)[2]。通過分析電工電子系統(tǒng)的原理，可以知道該系統(tǒng)就是使電力發(fā)動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)有機(jī)結(jié)合，從而連接變速箱。在啟動(dòng)車輛時(shí)，電動(dòng)機(jī)先啟動(dòng)為車輛提供動(dòng)力，由于電動(dòng)機(jī)會(huì)使汽車處于平穩(wěn)的形式。如此一來，便可在減少內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)所消耗的能源。

其二，革新傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)技術(shù)。我們不僅要大力研發(fā)新能源汽車，還要大力革新傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)技術(shù)，這樣才能達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)，并且創(chuàng)新內(nèi)燃機(jī)技術(shù)是節(jié)能減排的關(guān)鍵。從現(xiàn)階段內(nèi)燃機(jī)技能技術(shù)革新的角度來看，常見的內(nèi)燃機(jī)節(jié)能技術(shù)主要有：柴油機(jī)的多點(diǎn)電噴技術(shù)、汽油機(jī)的直噴技術(shù)等。

其三，燃料電池的制造。近年來，隨著科技不斷發(fā)展和人們環(huán)保意識的提高，燃料電池的制造也在技術(shù)上進(jìn)行了突破，并取得了顯著的成效。這種技術(shù)的燃料組成分別為壓縮天然氣和液化石油氣[3]。運(yùn)用先進(jìn)控制技術(shù)保證動(dòng)能的持續(xù)供應(yīng)，有機(jī)材料經(jīng)過一系列的化學(xué)反應(yīng)，會(huì)有電流產(chǎn)生，并為汽車的驅(qū)動(dòng)帶來動(dòng)能。

2 新能源節(jié)能動(dòng)力汽車及電工電子設(shè)計(jì)研發(fā)

在對單片機(jī)技術(shù)有效利用的基礎(chǔ)上，研究智能節(jié)油系統(tǒng)，需要采集汽車踏板位置、檔位、汽車以及即時(shí)速度等數(shù)據(jù)，分析汽車此時(shí)的狀態(tài)，加速時(shí)計(jì)算出所需燃油量，以達(dá)到最充分的燃燒狀態(tài)，提供最大動(dòng)力。剎車時(shí)通過計(jì)算制動(dòng)距離，及時(shí)停止油料供給，避免浪費(fèi)能源，從而確保節(jié)能環(huán)保目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

■2.1 研究方案與實(shí)現(xiàn)方法

2.1.1 研究方案

通過傳感器收集位置、檔位以及速度進(jìn)行信息采集，將信息傳輸?shù)叫盘柼幚砥髦羞M(jìn)行解讀加密，然后把信號傳遞到油量控制模塊[4]。這樣一來，油量供給就能自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。由此可見，研究的重點(diǎn)主要是微處理程序的編制與設(shè)計(jì)、信號的采集和處理。

在程序設(shè)計(jì)中，可通過以下方法實(shí)現(xiàn)油量的自動(dòng)調(diào)節(jié)。單片機(jī)可以收集駕駛員日常駕駛汽車的數(shù)據(jù)，分析汽車所處的檔位和油門的踩踏情況，計(jì)算出汽車當(dāng)前狀態(tài)下的理論速度為V0，然后與當(dāng)前汽車的實(shí)際速度相比較，如果該速度達(dá)到V0的時(shí)間超過5s沒有改變，那么單片機(jī)就會(huì)發(fā)出調(diào)節(jié)信號，對油箱閥門予以相應(yīng)控制，便能調(diào)低油量供給量[5]。這時(shí)，受慣性的影響，汽車會(huì)保持一定速度前進(jìn)，但會(huì)逐漸降低車速。當(dāng)即時(shí)車速由V降低至V1時(shí)（V0＞V1），當(dāng)車速發(fā)生變化時(shí)單片機(jī)就會(huì)做出反應(yīng)發(fā)出信號，閥門根據(jù)發(fā)出的信號確保供油管路的暢通，在車輛燃油得到正常供給后，會(huì)逐漸提升車速，直至回到V0，在保持V0車速5s之后，單片機(jī)中會(huì)發(fā)送信號至閥門，使燃油管道斷開，一直往復(fù)多次的運(yùn)動(dòng)。

2.1.2 硬件及軟件設(shè)備的選擇

硬件及軟件設(shè)備的選擇是該項(xiàng)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備階段，為了確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和便于實(shí)驗(yàn)操作，選用電動(dòng)試驗(yàn)車進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，電壓為電動(dòng)試驗(yàn)車提供能量。相關(guān)軟件和器材如下：（1）多功能試驗(yàn)車；（2）并行開關(guān)組（模擬檔位）；（3）歐姆龍旋轉(zhuǎn)編碼器（作以即時(shí)速度的采集）；（4）滑動(dòng)變阻器（用來對油門踏板深度進(jìn)行模擬）；（5）AT89C51單片機(jī)；（6）0804 A/D 轉(zhuǎn)換器；Proteus軟件（用來模擬實(shí)驗(yàn)中前期的電路和編程的）；（8）通電導(dǎo)線及其他輔助材料等。

■2.2 采集和處理信號

檔位位置信號、油門踏板位置信號以及即時(shí)速度信號為此次研究采集的主要信號，以下為這三種信號的產(chǎn)生和采集方法：

2.2.1 收集檔位信號

利用模擬實(shí)驗(yàn)中檔位的不同位置所發(fā)出的不同信號，從而對汽車的五個(gè)不同檔位進(jìn)行研究。通過檔位開關(guān)對其進(jìn)行控制，并且在同一時(shí)間段，只能接通一個(gè)開關(guān)[6]。打開檔位開關(guān)時(shí)電流信號轉(zhuǎn)化為控制信息分別傳遞到單片機(jī)的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3端口，傳遞途徑如圖1所示。但是電路開關(guān)在閉合或斷開時(shí)不可避免的會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，為了解決這個(gè)問題，需要利用防抖軟件對四個(gè)管腳所采集的信號進(jìn)行處理。然后將處理后穩(wěn)定的檔位信號與采集的油門編碼信號組合，得到新的信號并將其重新進(jìn)行分類編碼。利用該編碼計(jì)算出相應(yīng)的理論速度V0，并將其存入對應(yīng)的存儲(chǔ)單元中，以此來為后續(xù)與實(shí)際速度V對比分析做好必要的準(zhǔn)備。

圖1 檔位模擬電路圖

圖1 中GND表示地線起保護(hù)作用，防止引發(fā)觸電、R113、、R115、R117起降低電壓作用、S表示檔位開關(guān)控制四個(gè)檔位，VIN表示產(chǎn)生信號時(shí)的電壓、C99、、C101、C103、C104、C105表示降低元件耦合的電容，其作用是剔除信號的干擾，V-OUT表示電壓的輸出端，L10表示電感線圈，起到篩選信號、抑制干擾的作用。

2.2.2 油門信號

踏板深度借助互動(dòng)變阻器分壓進(jìn)行模擬。具體實(shí)施上，增加6V直流電壓在20Ω的滑動(dòng)變阻器兩端。通過對滑動(dòng)變阻器的阻值進(jìn)行不斷改變，便可獲取到離心率的電壓信號，可以表示供油能量[7]。轉(zhuǎn)換模塊的功能在于將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并傳遞到向單片機(jī)的P0口。單片機(jī)對接收來的數(shù)字信號作以分類編碼，為后期油門與檔位的匹配組合理論速度做好鋪墊。

2.2.3 速度信號

通過對光電信號的合理利用，來實(shí)現(xiàn)速度信號的采集。在實(shí)際操作中，轉(zhuǎn)動(dòng)一圈車輪可得到6個(gè)脈沖信號。運(yùn)用定時(shí)器或計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)脈沖信號的傳輸。接收信號便可產(chǎn)出中斷申請。采用定時(shí)器T1可取得每兩個(gè)信號經(jīng)過的時(shí)間周期，并記為t。設(shè)d為試驗(yàn)車車輪半徑，則試驗(yàn)車的行進(jìn)速度V為：

將試驗(yàn)車當(dāng)前速度 V與經(jīng)過檔位信息和油門踏板的預(yù)

測速度V0進(jìn)行對比分析，并考慮檔位和油門踏板的穩(wěn)定性，在滿足行駛的條件下，實(shí)現(xiàn)有量供給的最佳調(diào)節(jié)。

■2.3 實(shí)現(xiàn)程序的方法

2.3.1 程序流程圖

程序流程圖見圖2。

圖2 程序流程圖

2.3.2 程序結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)方法

該程序的運(yùn)行以單片機(jī)的啟動(dòng)為始點(diǎn)，然后進(jìn)行初始數(shù)據(jù)的設(shè)置，首先優(yōu)先設(shè)置IE的中斷方式為允許操作，然后設(shè)置程序的IP地址，同時(shí)設(shè)置計(jì)數(shù)器的開啟方法。最后設(shè)置TL參數(shù)，使計(jì)數(shù)器的初始值歸零，然后對TH0 #0FFH 進(jìn)行賦值，這樣做是可以讓T0 寄存器的初始值為零；當(dāng)程序運(yùn)行后寄存器接收到第一脈沖信號時(shí)，其數(shù)值就會(huì)超出限制，從而使主程序被中斷，該程序進(jìn)入中斷程序模塊；計(jì)數(shù)器TH0.TL0便重新開始計(jì)數(shù)，當(dāng)TR1為1時(shí)，中斷的程序就會(huì)被恢復(fù)，主程序重新開始執(zhí)行；當(dāng)寄存器接收到第二脈沖信號時(shí)，TR1數(shù)值為1，計(jì)數(shù)器就會(huì)再次停止計(jì)數(shù)。如果把t作為計(jì)數(shù)定時(shí)器的工作時(shí)間，同時(shí)在計(jì)數(shù)器定時(shí)器TH1.TL1的28H、29H單元中重新輸入數(shù)據(jù)。汽車每進(jìn)行一圈轉(zhuǎn)動(dòng)，六個(gè)電光開關(guān)分別產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號。由此可以得到實(shí)際速度為：

分別向各檔位輸送信號進(jìn)行檔位編碼，單片機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)和接收，向32H單元傳輸。油門信號編碼是指單片機(jī)經(jīng)轉(zhuǎn)換器作用產(chǎn)出的油門信號，并將編碼在33H單元中作以儲(chǔ)存。接收來的信號，單片機(jī)會(huì)對其進(jìn)行編碼比較，并在33H單元中作以編碼的存儲(chǔ)；當(dāng)接收完檔位和油門信號后，需要整合32H、33H單元的檔位以及油門編碼。之后將編碼整合進(jìn)行再次的比較，并在R6寄存器其中存入速度理論值。如此一來，理論速度可得到。

將實(shí)際速度和預(yù)測的速度進(jìn)行對比，如果預(yù)測速度≥實(shí)際速度，則表示端口P0.0無信號產(chǎn)生。但若是預(yù)測速度＜實(shí)際速度，則P0.0中有信號產(chǎn)生，油門也會(huì)相應(yīng)斷開。對此程序進(jìn)行循環(huán)反復(fù)的執(zhí)行，通過接受到的檔位、油門、速度等信號，將理論速度和實(shí)際速度計(jì)算出來，并作以反復(fù)的比較，這樣能夠保證汽車實(shí)際速度在理論速度上運(yùn)行。與此同時(shí)，降低燃油消耗，提高汽車負(fù)荷率的最終目標(biāo)也將得以實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié)語

總的來說，隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的不斷深入，新能源節(jié)能動(dòng)力汽車必然是汽車產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)研究的方向所在。因此。作為汽車制造企業(yè)，應(yīng)加大新能源汽車節(jié)能技術(shù)以及電工電子技術(shù)的研究力度，以便其能為汽車產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展作出更大的貢獻(xiàn)。