乙醇增程器在純電動客車上的開發(fā)與設(shè)計(jì)

李浪 王雄 魯守卿

摘要：人們物質(zhì)生活水平的提升使得私家車數(shù)量與日俱增，全球汽車保有量的增加增加了環(huán)境壓力，使得能源資源也逐漸緊張。各國政府積極倡導(dǎo)與推動新能源汽車的發(fā)展，如今電動汽車的出現(xiàn)與發(fā)展，成為環(huán)節(jié)汽車與環(huán)境之間矛盾的重要措施。電動汽車的出現(xiàn)，憑借其高效、低噪音和環(huán)保的特點(diǎn)，在節(jié)能和環(huán)保領(lǐng)域，具有不可比擬的優(yōu)勢。乙醇增程器純電動客車具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，在使用過程中，需要采取有效的措施完成乙醇增程器控制。

關(guān)鍵詞：乙醇增程器;純電動客車;開發(fā)與設(shè)計(jì)

1 乙醇增程器控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

1.1 乙醇增程器控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案

純電動客車中的增程器控制系統(tǒng)是增程器的頂層設(shè)計(jì)單元，該系統(tǒng)在使用中所發(fā)揮的主要作用是對發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)以及電池組等多種部件信號進(jìn)行收集與控制。以信號傳輸差異作為依據(jù)，可以將增程器控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)劃分成為兩個(gè)部分，第一是信號流出部分，第二是信號流入部分。

1.2 各模塊硬件設(shè)計(jì)分析

1.2.1 處理器模塊設(shè)計(jì)

處理器模塊作為整個(gè)純電動客車增程器控制系統(tǒng)的核心單位，其所實(shí)現(xiàn)的主要功能有采集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、邏輯運(yùn)算與控制輸出等。設(shè)計(jì)處理器模塊的時(shí)候，選擇使用的Tricore1782單片機(jī)為Infineon產(chǎn)品。在處理過程中，可以通過精簡指令集計(jì)算處理器架構(gòu)在一顆芯片上匯集完成三種類型不同的器件，提升汽車電子控制系統(tǒng)的運(yùn)行速度，降低功能消耗，提高性價(jià)比。單片機(jī)Tricore1782有四個(gè)方面的特點(diǎn)，第一，位處理功能強(qiáng)大，并且具有四級流水線結(jié)構(gòu)，在單片機(jī)中含有單精度浮點(diǎn)單元，能夠?qū)崿F(xiàn)單獨(dú)處理中斷問題。第二，單片機(jī)之上的存儲器將2.5MB帶糾錯(cuò)碼的片上程序Flash進(jìn)行集成，可以滿足程序?qū)τ诖鎯臻g的基本需求。第三，擁有較為豐富的接口。

1.2.2 電源模塊設(shè)計(jì)

提供增程器控制系統(tǒng)的電源是鉛酸蓄電池，但是這種電池電壓波動較大，擁有很強(qiáng)的不穩(wěn)定性，所以將會對增程器控制系統(tǒng)的運(yùn)行正常性產(chǎn)生影響。所以在運(yùn)用高性能電源管理芯片的同時(shí)，需要將電壓監(jiān)控電路、過流電路、防反接電路等接入電源電路之中，確保整板供電具有安全性。

1.2.3 離散輸入與輸出模塊

根據(jù)整體方案與功能基本需求作為依據(jù)設(shè)計(jì)離散輸入，共計(jì)需要設(shè)計(jì)20路離散輸入，同時(shí)要保證滿足高電平和低電平有效。信號在完成電阻配置處理以后，傳輸?shù)轿⑻幚砥鱃PIO中。離散輸出所需要的驅(qū)動電流比較大，其結(jié)構(gòu)是由處理器模塊直接將其輸出到智能功率開關(guān)模塊之中。以實(shí)際需求作為出發(fā)點(diǎn)，分別選擇低邊或者是高邊開關(guān)芯片。在選擇芯片的時(shí)候，可以選擇使用TLE8108智能低邊開關(guān)芯片，該芯片在使用過程中具有良好的診斷與保護(hù)功能，實(shí)現(xiàn)的最大驅(qū)動力可以得到500mA。可以將TLE8108智能低邊開關(guān)芯片作為400mA低邊開關(guān)輸出的驅(qū)動芯片。

1.2.4 PCB設(shè)計(jì)與布局

因?yàn)橐掖荚龀唐骺刂葡到y(tǒng)在使用過程中所處的位置環(huán)境較為惡劣，并且容易受到干擾，所以在使用過程中較為容易受到耦合方式以及噪聲等多種因素影響。在設(shè)計(jì)與布局PCB的時(shí)候，要對可靠性和電磁兼容性等基本要素展開全面分析與控制。為了確保增程器控制系統(tǒng)在使用中具有良好的穩(wěn)定性，可以采取以下設(shè)計(jì)措施：

第一，基于主信號流向完成對核心元件、重要單元的布置工作，盡可能的結(jié)構(gòu)相同的電路采取對稱式的方式完成布置，保證布局簡潔、美觀，提升電路板在使用中的抗干擾性。

第二，適當(dāng)加粗地線和電源線，盡量縮短最小系統(tǒng)內(nèi)部的弱點(diǎn)信號，減低對地分布電容。

第三，分區(qū)布置完成功率輸出電路和控制電路，提升間隔的合理性，均勻布置大功率元器件。

第四，在成本合理的范圍之內(nèi)，最好是選擇使用四層電路板設(shè)計(jì)方式。

2 乙醇增程器控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

2.1 軟件功能架構(gòu)

上層控制策略和驅(qū)動程序組合形成控制系統(tǒng)軟件架構(gòu)，其中上層控制策略所實(shí)現(xiàn)的主要功能為管理與優(yōu)化增程器能量，這一部分在設(shè)計(jì)的過程中基于模型而展開。底層驅(qū)動所實(shí)現(xiàn)的功能是將初始化設(shè)置、接口程序、通訊以及其他信號等提供給上層控制策略。開發(fā)低層驅(qū)動的主要方法是手寫代碼。

考慮到代碼在使用中具有可移植性性，在編寫的程序之中含有Typeh文件，能夠重新定義代碼中數(shù)據(jù)類型的名字，從而保證程序中的程序名更加清晰，通過時(shí)與便于將程序移植到MCU當(dāng)中。

2.2 驅(qū)動程序執(zhí)行流程

2.2.1 系統(tǒng)初始化

因?yàn)樵诘綦姷倪^程中將會導(dǎo)致RAM數(shù)據(jù)丟失，在通電的時(shí)候，倘若是變量值呈現(xiàn)出浮動狀態(tài)，將會造成系統(tǒng)在上電運(yùn)行環(huán)節(jié)中出現(xiàn)失控現(xiàn)象，情節(jié)嚴(yán)重還將會造成事故。所以想要保證整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行，首先便要在對寄存器和變量上電的時(shí)候明確初始值，將系統(tǒng)RAM所有變量進(jìn)行初始化，使其為合理值，進(jìn)而充分保障順利的完成主體程序運(yùn)行。在初始化系統(tǒng)的時(shí)候，其所包含的部分為中斷設(shè)置、初始化變量和初始化寄存器。

2.2.2 任務(wù)調(diào)度

大多數(shù)CPU上層應(yīng)用結(jié)構(gòu)是集成多個(gè)小規(guī)模任務(wù)，并且要求其具有較強(qiáng)的實(shí)用性能，所以CPU擁有非常多的實(shí)時(shí)任務(wù)。但是對芯片內(nèi)含定時(shí)器控制的時(shí)候存在有限性，難以滿足較多的事件處理進(jìn)程，所以需要利用手寫代碼的方式展開，完成任務(wù)調(diào)動驅(qū)動程序的編寫工作。任務(wù)調(diào)度在一定程度上可以看做為虛擬定時(shí)器，可以通過人為的方式將進(jìn)程進(jìn)行添加或者刪除，進(jìn)而滿足CPU實(shí)時(shí)任務(wù)處理的基本需求。

3 乙醇增程器在純電動客車中的安裝與使用

因?yàn)樾枰刂瓢l(fā)電機(jī)朝向電車電池及時(shí)補(bǔ)充電能，可以將電動客車的電池過程中的充電與放電等產(chǎn)生的發(fā)熱問題消耗，使得電動客車的電池保持長時(shí)間的使用狀態(tài)，提升電池使用的壽命。在一般情況下，新的電瓶車使用時(shí)間超過30個(gè)月仍舊沒有出現(xiàn)容量衰減的現(xiàn)象，即使是重容量出現(xiàn)衰減的舊電瓶，也同樣不會對電動客車的正常行駛產(chǎn)生不良影響。需要強(qiáng)調(diào)的是，若是選擇使用與電車電機(jī)功率相同的乙醇增程發(fā)電機(jī)，需要與原車電池配套使用，因?yàn)殡娷噯?、加速、上坡時(shí)的用電量是正常行駛的，還要電池幫助供電。如果選用小于電車電機(jī)功率的發(fā)電機(jī)，只能作為行駛過程中為電車提供幫助動力，或者停車時(shí)為電池充電，補(bǔ)充電池的消耗電能。

乙醇增程器的使用，目的是為了提升純電動車在行駛中的里程，屬于純電動汽車上的附加儲能部件。在一般情況下，汽車用戶可以根據(jù)出行情況選擇是否安裝乙醇增程器，若是不安裝，則可以降低車重，減少能量消耗。乙醇增程器在使用中，要對純電動車的以下性能有所要求。

第一，運(yùn)行系統(tǒng)穩(wěn)定且可靠，長時(shí)間待機(jī)以后仍舊可以在最短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入到工作狀態(tài)。

第二，因?yàn)楣こ虪顩r單一，從而要求工作點(diǎn)可以較好的完成優(yōu)化，從而使得系統(tǒng)成本降低，從而提升運(yùn)行效率。

在純電動客車中加裝乙醇增程器，可以大幅度提升純電動客車的運(yùn)行里程。與傳統(tǒng)的油電混合動力汽車相比較而言，安裝有乙醇增程器的純電動汽車可以表現(xiàn)出良好的排放效果，并且該優(yōu)勢十分突出。相比較于新型電電混合動力車，安裝有乙醇增程器的電動客車可以以蓄電池驅(qū)動為主，使得客車更加具有環(huán)保性，所以可視其為從混合動力驅(qū)動向純電動驅(qū)動的一種過渡方法。

4 結(jié)語

能源資源短缺和環(huán)境污染是制約時(shí)代發(fā)展的重要因素，交通能源作為污染環(huán)境和消耗能源的元兇之一，已經(jīng)得到全世界范圍的重視。新能源汽車的出現(xiàn)是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的重要措施。純電動汽車的出現(xiàn)與使用，以為其無污染特點(diǎn)，成為理想型汽車類型。本文對乙醇增程器在純電動客車中的開發(fā)與設(shè)計(jì)展開分析，探究乙醇增程器系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計(jì)，并且對控制純電動客車中的乙醇增程器思路作出分析，旨在為提升乙醇增程器設(shè)計(jì)可行性提供方法。

參考文獻(xiàn)

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