基于嵌入式系統(tǒng)的新能源汽車智能節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計

王艷艷

(山西鐵道職業(yè)技術(shù)學院,太原 030013)

0 引言

隨著全球能源問題日益突出,環(huán)境污染日益加劇,新能源汽車作為一種綠色低碳型交通工具,受到了廣泛關(guān)注。隨著科技的發(fā)展,嵌入式系統(tǒng)在新能源汽車領(lǐng)域中的應用也越來越廣泛[1-2]。嵌入式系統(tǒng)是一種通過在設(shè)備內(nèi)部嵌入專用計算機系統(tǒng)來控制和管理設(shè)備的技術(shù),它具有高效、穩(wěn)定、低功耗等特點,為新能源汽車提供了強大的控制和管理能力。

智能節(jié)能控制是新能源汽車領(lǐng)域中的一項重要技術(shù),通過對車輛的能量管理、動力分配、駕駛行為識別以及環(huán)境感知等方面的智能控制,可以最大限度地提高新能源汽車的能源利用效率,延長續(xù)航里程,減少能源浪費和排放,從而實現(xiàn)對環(huán)境和資源的可持續(xù)保護[3]。

因此,本文分析了基于嵌入式系統(tǒng)的新能源汽車智能節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計,該系統(tǒng)通過對車輛的能量管理、動力分配、駕駛行為識別和環(huán)境感知等方面進行智能化控制,以實現(xiàn)對新能源汽車的高效能源利用。系統(tǒng)采用了先進的嵌入式處理器、傳感器和通信模塊,具有較強的計算和通信能力,可以實現(xiàn)實時的能源管理和控制策略實施。同時,系統(tǒng)還采用了先進的駕駛行為識別技術(shù)和環(huán)境感知技術(shù),能夠根據(jù)駕駛者的駕駛習慣和道路環(huán)境的實時變化,自動調(diào)整車輛的動力分配和能量管理策略,從而最大限度地減少能源的浪費和排放,提高新能源汽車續(xù)航里程和經(jīng)濟性。通過本文的研究和探討,能夠為解決能源和環(huán)境問題提供一些有力的技術(shù)支持和實踐經(jīng)驗。

1 新能源汽車智能節(jié)能控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

新能源汽車智能節(jié)能控制系統(tǒng)是指在電動汽車、混合動力汽車等新能源汽車中,通過智能化技術(shù)實現(xiàn)對車輛能量的高效利用和節(jié)能降耗的控制系統(tǒng)[4]。近年來,國內(nèi)外在新能源汽車智能節(jié)能控制系統(tǒng)方面進行了大量研究和探索,取得了一系列重要的研究成果。

1.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

1.1.1 動力管理策略

國內(nèi)研究者通過對電動汽車、混合動力汽車動力系統(tǒng)進行建模和仿真分析,開展了基于模型預測控制、最優(yōu)控制等不同策略的動力管理研究。研究者通過對車輛的能量需求進行精準預測和控制,實現(xiàn)對車輛動力系統(tǒng)的高效利用,從而降低能源消耗。

1.1.2 能量管理系統(tǒng)

國內(nèi)研究者通過對車輛能量管理系統(tǒng)的設(shè)計和優(yōu)化,實現(xiàn)了能量的高效利用。研究者通過對車輛能量存儲系統(tǒng)的優(yōu)化控制,提高了能量存儲系統(tǒng)的充放電效率,從而減少能源的浪費[5]。

1.1.3 智能駕駛

國內(nèi)研究者通過將智能駕駛技術(shù)與新能源汽車控制系統(tǒng)相結(jié)合,實現(xiàn)了對車輛的智能駕駛和能量管理的協(xié)同控制。研究者通過對車輛行駛環(huán)境和路況的實時感知和分析,實現(xiàn)了對車輛能源的智能管理和優(yōu)化控制,從而提高車輛的能源利用效率。

1.2 國外發(fā)展現(xiàn)狀

1.2.1 歐洲地區(qū)

歐洲地區(qū)在新能源汽車智能節(jié)能控制系統(tǒng)的研究方面較為活躍。研究者們主要關(guān)注新能源汽車的動力管理、能量管理和智能駕駛等領(lǐng)域。例如,研究人員利用模型預測控制(Model Predictive Control,MPC)技術(shù)優(yōu)化電池的充放電策略,提高新能源汽車的能量利用率;利用機器學習和人工智能技術(shù)對車輛行駛環(huán)境進行感知和分析,實現(xiàn)智能駕駛和節(jié)能控制的協(xié)同優(yōu)化。

1.2.2 美國

美國在新能源汽車智能節(jié)能控制系統(tǒng)的研究方面有許多成果。研究者們主要關(guān)注新能源汽車的能源管理和智能駕駛等領(lǐng)域。例如,研究人員利用優(yōu)化算法和預測控制技術(shù),實現(xiàn)對新能源汽車能量存儲系統(tǒng)的優(yōu)化管理,提高車輛的續(xù)航里程和能源利用率;利用高精度地圖和傳感器數(shù)據(jù),實現(xiàn)車輛的精準定位和路徑規(guī)劃,實現(xiàn)智能駕駛和能源管理的協(xié)同控制。

1.2.3 日本

日本在新能源汽車智能節(jié)能控制系統(tǒng)的研究方面也取得了不少成果。研究者們主要關(guān)注新能源汽車的動力管理、能量管理和充電策略等領(lǐng)域。例如,研究人員通過優(yōu)化車輛的動力控制策略,實現(xiàn)對電池充放電過程的精細控制,提高新能源汽車的能源利用率和續(xù)航里程;利用充電樁和電網(wǎng)數(shù)據(jù),實現(xiàn)對車輛充電過程的智能管理,包括充電時段、充電功率的控制等。

總的來說,國外的研究主要集中在新能源汽車的動力管理、能量管理和智能駕駛等方面,通過優(yōu)化控制策略、利用先進的傳感器和人工智能技術(shù),實現(xiàn)對新能源汽車的智能節(jié)能控制[6-7]。

2 新能源汽車智能節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計要求

2.1 動力管理方面

系統(tǒng)應具備高效的動力管理策略,能夠?qū)囕v動力系統(tǒng)進行精準控制,以最大程度地提高能源利用效率。系統(tǒng)應能夠?qū)崟r監(jiān)測車輛的能量需求,并根據(jù)不同駕駛條件和路況,智能地選擇合適的動力來源和控制策略,如電池、發(fā)動機或者其他輔助能源,以降低能耗并延長車輛續(xù)航里程。

2.2 能量管理方面

系統(tǒng)應具備先進的能量管理技術(shù),對車輛的能量流進行優(yōu)化控制,包括能量的收集、存儲和分配。系統(tǒng)應能夠?qū)崟r監(jiān)測和管理車輛的能量存儲系統(tǒng),如電池管理系統(tǒng)(BMS),以確保其充放電效率和壽命,并合理利用能量儲備,減少能源浪費[8]。

2.3 智能駕駛方面

系統(tǒng)應與智能駕駛技術(shù)相結(jié)合,通過對車輛行駛環(huán)境和路況的實時感知和分析,實現(xiàn)對車輛能源的智能管理和優(yōu)化控制。例如,系統(tǒng)可以根據(jù)實時的交通情況和路線信息,智能地控制車輛的速度、加速度和制動力,以減少能耗并提高駕駛安全性。

2.4 數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)互通方面

系統(tǒng)應具備高效的數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)互通能力,能夠與車輛內(nèi)部各個子系統(tǒng)(如動力系統(tǒng)、能量存儲系統(tǒng)、車輛控制單元等)進行實時數(shù)據(jù)交互和協(xié)同控制,實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)各個組件之間的智能協(xié)同工作。同時,系統(tǒng)應具備與外部環(huán)境進行數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)互通的能力,如與車輛云平臺、充電樁和交通管理系統(tǒng)等的數(shù)據(jù)交互,以實現(xiàn)更智能化和高效的能源管理。

2.5 安全性和可靠性方面

系統(tǒng)應具備高度的安全性和可靠性,以確保車輛安全運行。系統(tǒng)應具備完善的安全措施,如防火、防爆、電氣隔離等,以保障車輛和乘客的安全。同時,系統(tǒng)應具備高度的可靠性,能夠在各種復雜的駕駛條件下穩(wěn)定運行,避免因系統(tǒng)故障導致的能耗增加或能量管理失效。

新能源汽車智能節(jié)能控制系統(tǒng)框架如圖1所示。

圖1 新能源汽車智能節(jié)能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3 關(guān)鍵模塊的設(shè)計與選型

3.1 嵌入式處理器

基于嵌入式系統(tǒng)的新能源汽車智能節(jié)能控制系統(tǒng)處理器選型如表1所示。

表1 嵌入式處理器型號

3.2 通信模塊

通信模塊作為新能源汽車智能節(jié)能控制系統(tǒng)的重要組成部分,用于實現(xiàn)車輛與外部環(huán)境之間的信息傳遞和數(shù)據(jù)交互。通信模塊的設(shè)計與選型需要考慮通信方式、通信協(xié)議、通信硬件以及數(shù)據(jù)安全等因素。本研究通信模塊的設(shè)計與選型如表2所示。

表2 通信模塊的設(shè)計與選型

3.3 環(huán)境感知模塊

環(huán)境感知模塊是新能源汽車智能節(jié)能控制系統(tǒng)中的一個重要組成部分,主要用于通過傳感器檢測和識別車輛周圍的環(huán)境信息,包括道路條件、交通流量、天氣狀況等,并將這些信息傳遞給嵌入式系統(tǒng),從而實現(xiàn)對車輛的智能節(jié)能控制。本研究設(shè)計結(jié)果如表3所示,環(huán)境感知模塊可以通過嵌入式系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)融合和處理,從而實現(xiàn)對車輛周圍環(huán)境的感知和識別。通過準確獲取環(huán)境信息,智能節(jié)能控制系統(tǒng)可以根據(jù)不同的駕駛場景和環(huán)境條件,自動調(diào)整車輛的能耗管理策略,從而實現(xiàn)對能耗的優(yōu)化和節(jié)約。

表3 環(huán)境感知模塊選型與設(shè)計

4 結(jié)論與展望

本文基于嵌入式系統(tǒng)的新能源汽車智能節(jié)能控制系統(tǒng)進行了設(shè)計和研究,包括駕駛行為識別技術(shù)、環(huán)境感知模塊等關(guān)鍵技術(shù)的選型與設(shè)計。通過對國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的綜述和設(shè)計要求的分析,本文提出了一種綜合考慮能耗優(yōu)化和駕駛行為的智能節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計方案。在環(huán)境感知模塊方面,通過選擇合適的傳感器,并進行數(shù)據(jù)融合和處理,實現(xiàn)了對車輛周圍環(huán)境的實時監(jiān)測和識別,從而為能耗優(yōu)化提供了更加精準的環(huán)境信息。

本文設(shè)計了一種基于嵌入式系統(tǒng)的新能源汽車智能節(jié)能控制系統(tǒng),并進行了相關(guān)技術(shù)的選型與設(shè)計,但仍存在一些值得進一步研究和改進的方向。首先,目前駕駛行為識別技術(shù)在復雜駕駛場景下的準確性和穩(wěn)定性仍有待提高,需要進一步優(yōu)化傳感器選擇、算法設(shè)計和模型訓練等方面的研究。其次,環(huán)境感知模塊在不同天氣條件和道路環(huán)境下的適應性和穩(wěn)定性也需要加強,可以考慮引入多傳感器融合和機器學習等技術(shù),提高環(huán)境信息的精準度和可靠性。