新能源節能動力汽車及電工電子設計研發的探析

張鵬

（漢中職業技術學院汽車與機電工程學院，陜西漢中，723002)

0 引言

建黨100周年以來我國經濟實現了質的飛躍，經濟總量連上新臺階，各領域在新經濟、新技術的帶領下蓬勃發展。經濟的發展改善了民生，物質問題得到了解決，人民將更多的精力投入到了技術的研究與改進中。我國現在十分的重視制度的建設，每一次會議都強調將制度貫穿到黨建設的各項工作中。黨的制度在不斷的完善，對經濟的發展提供了良好的環境，發揮好黨建的組織以及領導的優勢，對經濟的高速發展有推動作用。社會在發展，時代在進步，汽車制造業作為重要的領域也應當與時俱進，積極學習新的理念，引進新的技術，以便在設計理念和制造工藝上作以創新和改進，以便適應社會的發展，滿足時代的需求。面對當前資源供給緊張、環境污染嚴重的問題，作為汽車制造企業，應盡快轉變傳統以燃油作為汽車主要動力輸出的模式，致力于油電混合、純電動等汽車的研發。與此同時，應在電工電子設計上予以改進和優化，提高汽車的節能性，降低對環境的污染。為了實現上述目標，本文對于新能源節能動力汽車相關研究，具有一定的現實意義，且此研究具有緊迫感。

1 常見新能源汽車節能技術

高效汽油-柴油技術、混合動力技術、燃油電池技術等是當前我國較為常用的新能源汽車節能技術。以下對這幾種節能技術作以介紹：

其一，混合動力技術。簡而言之，汽車的動力不再只是源于燃料燃燒獲得，而是還融入以電能提供機械能的新能源[1]。多種動力系統混合技術的突破口主要是，能否提高混合動力電工電子系統的工作性能。具體來說，混合動力技術，就是用電力馬達來取代之前點火裝置，從而為發動機提供輔助動能使汽車運動[2]。通過分析電工電子系統的原理，可以知道該系統就是使電力發動機和內燃發動機有機結合，從而連接變速箱。在啟動車輛時，電動機先啟動為車輛提供動力，由于電動機會使汽車處于平穩的形式。如此一來，便可在減少內燃發動機工作時所消耗的能源。

其二，革新傳統的內燃機技術。我們不僅要大力研發新能源汽車，還要大力革新傳統的內燃機技術，這樣才能達到節能環保的目標，并且創新內燃機技術是節能減排的關鍵。從現階段內燃機技能技術革新的角度來看，常見的內燃機節能技術主要有：柴油機的多點電噴技術、汽油機的直噴技術等。

其三，燃料電池的制造。近年來，隨著科技不斷發展和人們環保意識的提高，燃料電池的制造也在技術上進行了突破，并取得了顯著的成效。這種技術的燃料組成分別為壓縮天然氣和液化石油氣[3]。運用先進控制技術保證動能的持續供應，有機材料經過一系列的化學反應，會有電流產生，并為汽車的驅動帶來動能。

2 新能源節能動力汽車及電工電子設計研發

在對單片機技術有效利用的基礎上，研究智能節油系統，需要采集汽車踏板位置、檔位、汽車以及即時速度等數據，分析汽車此時的狀態，加速時計算出所需燃油量，以達到最充分的燃燒狀態，提供最大動力。剎車時通過計算制動距離，及時停止油料供給，避免浪費能源，從而確保節能環保目標的實現。

■2.1 研究方案與實現方法

2.1.1 研究方案

通過傳感器收集位置、檔位以及速度進行信息采集，將信息傳輸到信號處理器中進行解讀加密，然后把信號傳遞到油量控制模塊[4]。這樣一來，油量供給就能自動進行調整。由此可見，研究的重點主要是微處理程序的編制與設計、信號的采集和處理。

在程序設計中，可通過以下方法實現油量的自動調節。單片機可以收集駕駛員日常駕駛汽車的數據，分析汽車所處的檔位和油門的踩踏情況，計算出汽車當前狀態下的理論速度為V0，然后與當前汽車的實際速度相比較，如果該速度達到V0的時間超過5s沒有改變，那么單片機就會發出調節信號，對油箱閥門予以相應控制，便能調低油量供給量[5]。這時，受慣性的影響，汽車會保持一定速度前進，但會逐漸降低車速。當即時車速由V降低至V1時（V0＞V1），當車速發生變化時單片機就會做出反應發出信號，閥門根據發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，會逐漸提升車速，直至回到V0，在保持V0車速5s之后，單片機中會發送信號至閥門，使燃油管道斷開，一直往復多次的運動。

2.1.2 硬件及軟件設備的選擇

硬件及軟件設備的選擇是該項設計的準備階段，為了確保實驗的準確性和便于實驗操作，選用電動試驗車進行實驗，電壓為電動試驗車提供能量。相關軟件和器材如下：（1）多功能試驗車；（2）并行開關組（模擬檔位）；（3）歐姆龍旋轉編碼器（作以即時速度的采集）；（4）滑動變阻器（用來對油門踏板深度進行模擬）；（5）AT89C51單片機；（6）0804 A/D 轉換器；Proteus軟件（用來模擬實驗中前期的電路和編程的）；（8）通電導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生和采集方法：

2.2.1 收集檔位信號

利用模擬實驗中檔位的不同位置所發出的不同信號，從而對汽車的五個不同檔位進行研究。通過檔位開關對其進行控制，并且在同一時間段，只能接通一個開關[6]。打開檔位開關時電流信號轉化為控制信息分別傳遞到單片機的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3端口，傳遞途徑如圖1所示。但是電路開關在閉合或斷開時不可避免的會產生抖動，為了解決這個問題，需要利用防抖軟件對四個管腳所采集的信號進行處理。然后將處理后穩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行分類編碼。利用該編碼計算出相應的理論速度V0，并將其存入對應的存儲單元中，以此來為后續與實際速度V對比分析做好必要的準備。

圖1 檔位模擬電路圖

圖1 中GND表示地線起保護作用，防止引發觸電、R113、、R115、R117起降低電壓作用、S表示檔位開關控制四個檔位，VIN表示產生信號時的電壓、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

踏板深度借助互動變阻器分壓進行模擬。具體實施上，增加6V直流電壓在20Ω的滑動變阻器兩端。通過對滑動變阻器的阻值進行不斷改變，便可獲取到離心率的電壓信號，可以表示供油能量[7]。轉換模塊的功能在于將其轉化為數字信號，并傳遞到向單片機的P0口。單片機對接收來的數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，來實現速度信號的采集。在實際操作中，轉動一圈車輪可得到6個脈沖信號。運用定時器或計數器實現脈沖信號的傳輸。接收信號便可產出中斷申請。采用定時器T1可取得每兩個信號經過的時間周期，并記為t。設d為試驗車車輪半徑，則試驗車的行進速度V為：

將試驗車當前速度 V與經過檔位信息和油門踏板的預

測速度V0進行對比分析，并考慮檔位和油門踏板的穩定性，在滿足行駛的條件下，實現有量供給的最佳調節。

■2.3 實現程序的方法

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 程序結構及實現方法

該程序的運行以單片機的啟動為始點，然后進行初始數據的設置，首先優先設置IE的中斷方式為允許操作，然后設置程序的IP地址，同時設置計數器的開啟方法。最后設置TL參數，使計數器的初始值歸零，然后對TH0 #0FFH 進行賦值，這樣做是可以讓T0 寄存器的初始值為零；當程序運行后寄存器接收到第一脈沖信號時，其數值就會超出限制，從而使主程序被中斷，該程序進入中斷程序模塊；計數器TH0.TL0便重新開始計數，當TR1為1時，中斷的程序就會被恢復，主程序重新開始執行；當寄存器接收到第二脈沖信號時，TR1數值為1，計數器就會再次停止計數。如果把t作為計數定時器的工作時間，同時在計數器定時器TH1.TL1的28H、29H單元中重新輸入數據。汽車每進行一圈轉動，六個電光開關分別產生一個脈沖信號。由此可以得到實際速度為：

分別向各檔位輸送信號進行檔位編碼，單片機進行存儲和接收，向32H單元傳輸。油門信號編碼是指單片機經轉換器作用產出的油門信號，并將編碼在33H單元中作以儲存。接收來的信號，單片機會對其進行編碼比較，并在33H單元中作以編碼的存儲；當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。

將實際速度和預測的速度進行對比，如果預測速度≥實際速度，則表示端口P0.0無信號產生。但若是預測速度＜實際速度，則P0.0中有信號產生，油門也會相應斷開。對此程序進行循環反復的執行，通過接受到的檔位、油門、速度等信號，將理論速度和實際速度計算出來，并作以反復的比較，這樣能夠保證汽車實際速度在理論速度上運行。與此同時，降低燃油消耗，提高汽車負荷率的最終目標也將得以實現。

3 結語

總的來說，隨著可持續發展戰略的不斷深入，新能源節能動力汽車必然是汽車產業重點研究的方向所在。因此。作為汽車制造企業，應加大新能源汽車節能技術以及電工電子技術的研究力度，以便其能為汽車產業的健康發展作出更大的貢獻。