金 華

（安徽三聯(lián)學(xué)院 安徽 合肥 230601）

0.引言

隨著我國汽車制造行業(yè)的發(fā)展，新能源汽車憑借其環(huán)保、無污染、可持續(xù)能力強(qiáng)等特點(diǎn)受到人們的關(guān)注，新能源汽車的出現(xiàn)，有效緩解了能源緊缺與環(huán)境污染的雙重困境，取代了傳統(tǒng)的燃油汽車，并成為汽車制造行業(yè)未來的發(fā)展趨勢。由于我國對新能源汽車的研究時(shí)間尚短，因此在新能源汽車研發(fā)過程中尚有許多問題亟需解決，其中，新能源汽車的充電問題是迫切需要解決的。由于新能源汽車主要采用鋰離子蓄電池進(jìn)行充電，而其蓄電池組的充電效率較低，并且需要人工插線，這不僅給車主帶來不便，而且也非常容易忘記給新能源汽車進(jìn)行充電。因此，本文提出一種循跡設(shè)備的智能回庫充電系統(tǒng)，該系統(tǒng)可使新能源汽車在電量不足時(shí)自動循跡智能回庫進(jìn)行充電，從而大大提高了新能源汽車充電的便捷性。

1.基于循跡設(shè)備的智能回庫充電系統(tǒng)介紹

隨著新能源汽車受到越來越多人的關(guān)注，超級電容憑借其安全系數(shù)高、充電速度快、功率密度高、充放電路簡單、放電能力強(qiáng)等技術(shù)優(yōu)勢，使其成為新能源汽車領(lǐng)域中的一種重要儲能器件，將超級電容應(yīng)用到新能源汽車中，并應(yīng)用S9KEA128 作為微型控制器，通過接收電磁信號，并放大整流后，由微控制器實(shí)施數(shù)字化處理，然后利用程序來處理數(shù)據(jù)，從而得出路徑偏差，最后通過電機(jī)的差速轉(zhuǎn)跡控制，實(shí)現(xiàn)新能源汽車的循跡智能回庫功能。

2.基于循跡設(shè)備的智能回庫充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在新能源汽車中，其電容電感包括工字電感和諧振電感，利用電容電感所具有的感應(yīng)原理，可接收車庫中電磁導(dǎo)線所發(fā)射的正弦信號，車庫兩側(cè)傳感器則作為道路元素軌跡，車庫上部傳感器則作為環(huán)島循跡，車庫中的運(yùn)放模塊會把收集的正弦信號進(jìn)行放大整流處理，從而使信號能夠在微控制器中進(jìn)行數(shù)字化處理。 結(jié)合道路的路況信息， 充電系統(tǒng)可通過微控制器中的FTM 模塊來發(fā)射PWM 波，由PWM 波來對新能源汽車的兩個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)， 通過不同轉(zhuǎn)速差來控制汽車行駛方向，從而使新能源汽車能夠通過尋跡功能進(jìn)行智能回庫。

2.1 充電模塊設(shè)計(jì)

新能源汽車在智能回庫后，充電系統(tǒng)會利用無線充電模塊進(jìn)行充電，無線充電模塊需要從地面發(fā)射裝置中進(jìn)行取電，然后將電能輸送至新能源汽車的蓄電池組。 在基于循跡設(shè)備的智能回庫充電系統(tǒng)中，其無線充電模塊主要由穩(wěn)壓輸出與整流輸入兩個(gè)部分組成，其中接收線圈、整流二極管與諧振電容是整流輸入部分中的組成零部件，通過整流輸入，可使交流電轉(zhuǎn)換成直流電。 該智能回庫充電系統(tǒng)的輸出功率可達(dá)到640kHz/30W， 其諧振電容采用高壓高頻電容， 穩(wěn)壓器采用LTC3780，通過對充電系統(tǒng)進(jìn)行測試，可滿足新能源汽車的充電需求。為了避免新能源汽車的蓄電池組發(fā)生過充問題， 還要應(yīng)用LM358 比較器來實(shí)施保護(hù)，當(dāng)蓄電池組充滿電時(shí)，LM358 比較器會拉高RUN 引腳來中斷充電。

2.2 電源模塊設(shè)計(jì)

新能源汽車的蓄電池組通過均壓保護(hù)芯片來進(jìn)行充電保護(hù)，蓄電池組的電壓輸入與輸出范圍為0V 至12.25V，新能源汽車的OLED 顯示屏、運(yùn)放芯片以及智能車庫中的微控制器都是通過5V 電源進(jìn)行供電的。新能源汽車在運(yùn)行過程中，蓄電池是不斷放電的，這也使蓄電池中的電壓會隨之逐漸下降，為了確保新能源汽車的各個(gè)元器件能夠正常運(yùn)行，使蓄電池中的電能被充分利用，就需要應(yīng)用到自動升降壓電路。 該電路采用TPS630701， 其輸入電壓為2V 至16V， 輸出電壓為5V。在新能源汽車中所選用的無刷電機(jī)，其供電電壓為8 至16V，因此在功耗方面有著較為理想的表現(xiàn)。 為了提高電機(jī)的響應(yīng)速度，使新能源汽車能夠準(zhǔn)確的循跡智能回庫，應(yīng)盡量提高電機(jī)的供電電壓。 通過綜合考慮，利用TPS61088 進(jìn)行升壓輸出，新能源汽車電機(jī)的實(shí)際供電電壓為12V。

2.3 運(yùn)放模塊設(shè)計(jì)

在智能車庫出入口的中心位置設(shè)置有一條電磁引導(dǎo)線，該電磁引導(dǎo)線的直徑為0.1 至1mm， 在該電磁引導(dǎo)線中通入100mA、20kHz 的交變電流，為使程序具有更高的處理精度，需要放大電磁信號，以便于被新能源汽車前端的傳感器接收。

3.基于循跡設(shè)備的智能回庫充電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 路徑識別功能的實(shí)現(xiàn)

從畢奧薩伐提出的定理可以了解到，隨著新能源汽車與載流導(dǎo)線之間距離的不斷增加，電感所感應(yīng)的電動勢會隨之減小。 通過歸一化算法的應(yīng)用，在處理歸一化數(shù)據(jù)時(shí)，需要將兩個(gè)電感的電壓值進(jìn)行相減、相加與相除，以此獲得的數(shù)據(jù)和新能源汽車與道路中心的偏離角度呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系， 不過這種正相關(guān)關(guān)系并不是以線性關(guān)系存在的。 通過上述運(yùn)算所獲得的結(jié)果對應(yīng)新能源汽車與道路的偏離方向。以下程序?yàn)槁窂阶R別程序的某個(gè)片段：

Int Left: //左路電感的電壓值

Int Right： //右路電感的電壓值

Float POSITION： //算法運(yùn)算后的偏差結(jié)果

LEFT=（LEFT＜10？ 10：LEFT） //電感限幅

RIGHT=（RIGHT＜10？ 10：RIGHT） //電感限幅

POSITION=（LEFT-RIGHT）/(float)（RIGHT+LEFT） //差比和算法

POSITION=POSITION×100.0 //偏差放大處理

從上述程序片段中可知，如果差比和算法所運(yùn)算得到的數(shù)值大于零，則表示新能源汽車在智能回庫時(shí)偏向道路的右側(cè)，而如果差比和算法所運(yùn)算得到的數(shù)值小于零，則表示新能源汽車在智能回庫時(shí)偏向道路的左側(cè)。

3.2 控制算法的實(shí)現(xiàn)

在基于循跡設(shè)備的智能回庫充電系統(tǒng)中，新能源汽車控制算法包括三個(gè)方面的閉環(huán)控制， 其一是對新能源汽車智能回庫的方向進(jìn)行PD 閉環(huán)控制； 其二是對新能源汽車智能回庫的速度進(jìn)行PI 閉環(huán)控制；其三是通過調(diào)整上述兩個(gè)閉環(huán)控制參數(shù)來進(jìn)行電機(jī)驅(qū)動，以此確保程序?qū)π履茉雌囘M(jìn)行良好控制。在對新能源汽車智能回庫的方向進(jìn)行PD 閉環(huán)控制時(shí)，要確保新能源汽車能夠更快、更準(zhǔn)確進(jìn)行轉(zhuǎn)彎響應(yīng)，通過閉環(huán)控制，可使智能回庫充電系統(tǒng)的穩(wěn)定性更好，其程序執(zhí)行間隔為5ms 一次。 在對新能源汽車智能回庫的速度進(jìn)行PI 閉環(huán)控制時(shí)，由于兩電機(jī)在規(guī)格、性能等方面存在的差異，再加上車輪重心位置、車輪重量等外界因素對新能源汽車的影響，造成PWM 波即使占空比相同，也難以保證新能源汽車的兩側(cè)車輪有著一致的轉(zhuǎn)速，從而導(dǎo)致新能源汽車在智能回庫時(shí)始終與道路方向發(fā)生偏離，如果新能源汽車的智能回庫速度過快， 便勢必會影響到新能源汽車的方向控制。因此，為了避免該問題，需要通過PI 控制算法來對新能源汽車的兩側(cè)車輪進(jìn)行分開獨(dú)立控制，使兩側(cè)車輪在某種程度上有著較為接近的轉(zhuǎn)速。另外，如果新能源汽車的車輪轉(zhuǎn)速超過限定值時(shí)，便可能因速度變化幅度過大而造成車輛失控， 從而導(dǎo)致車輛無法按照指定的路線回庫，而通過PI 速度控制算法可使該問題得到有效解決。 利用512 編碼器來對車輪的速度信息進(jìn)行采集，并將采集到的速度信息實(shí)施濾波處理。在電機(jī)驅(qū)動程序中，需要將速度環(huán)與方向環(huán)的控制量進(jìn)行融合，然后對兩路PWM 進(jìn)行輸出，使新能源汽車的兩個(gè)電機(jī)得到有效控制。

4.結(jié)語

綜上所述，本文提出一種循跡設(shè)備的智能回庫充電系統(tǒng)，該系統(tǒng)可自動控制新能源汽車進(jìn)行智能回庫，并在新能源汽車回庫后通過無線供電模塊來自動對蓄電池進(jìn)行無線充電，整個(gè)充電過程不需要人工插線，而且提高了新能源汽車的充電效率，有效解決了新能源汽車充電效率慢、充電困難的問題，給車主帶來了很大的便利。 在不久的將來，循跡設(shè)備在新能源汽車領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍必將進(jìn)一步擴(kuò)大。