新能源节能动力汽车及电工电子设计研发的探析

张鹏

（汉中职业技术学院汽车与机电工程学院，陕西汉中，723002)

0 引言

建党100周年以来我国经济实现了质的飞跃，经济总量连上新台阶，各领域在新经济、新技术的带领下蓬勃发展。经济的发展改善了民生，物质问题得到了解决，人民将更多的精力投入到了技术的研究与改进中。我国现在十分的重视制度的建设，每一次会议都强调将制度贯穿到党建设的各项工作中。党的制度在不断的完善，对经济的发展提供了良好的环境，发挥好党建的组织以及领导的优势，对经济的高速发展有推动作用。社会在发展，时代在进步，汽车制造业作为重要的领域也应当与时俱进，积极学习新的理念，引进新的技术，以便在设计理念和制造工艺上作以创新和改进，以便适应社会的发展，满足时代的需求。面对当前资源供给紧张、环境污染严重的问题，作为汽车制造企业，应尽快转变传统以燃油作为汽车主要动力输出的模式，致力于油电混合、纯电动等汽车的研发。与此同时，应在电工电子设计上予以改进和优化，提高汽车的节能性，降低对环境的污染。为了实现上述目标，本文对于新能源节能动力汽车相关研究，具有一定的现实意义，且此研究具有紧迫感。

1 常见新能源汽车节能技术

高效汽油-柴油技术、混合动力技术、燃油电池技术等是当前我国较为常用的新能源汽车节能技术。以下对这几种节能技术作以介绍：

其一，混合动力技术。简而言之，汽车的动力不再只是源于燃料燃烧获得，而是还融入以电能提供机械能的新能源[1]。多种动力系统混合技术的突破口主要是，能否提高混合动力电工电子系统的工作性能。具体来说，混合动力技术，就是用电力马达来取代之前点火装置，从而为发动机提供辅助动能使汽车运动[2]。通过分析电工电子系统的原理，可以知道该系统就是使电力发动机和内燃发动机有机结合，从而连接变速箱。在启动车辆时，电动机先启动为车辆提供动力，由于电动机会使汽车处于平稳的形式。如此一来，便可在减少内燃发动机工作时所消耗的能源。

其二，革新传统的内燃机技术。我们不仅要大力研发新能源汽车，还要大力革新传统的内燃机技术，这样才能达到节能环保的目标，并且创新内燃机技术是节能减排的关键。从现阶段内燃机技能技术革新的角度来看，常见的内燃机节能技术主要有：柴油机的多点电喷技术、汽油机的直喷技术等。

其三，燃料电池的制造。近年来，随着科技不断发展和人们环保意识的提高，燃料电池的制造也在技术上进行了突破，并取得了显著的成效。这种技术的燃料组成分别为压缩天然气和液化石油气[3]。运用先进控制技术保证动能的持续供应，有机材料经过一系列的化学反应，会有电流产生，并为汽车的驱动带来动能。

2 新能源节能动力汽车及电工电子设计研发

在对单片机技术有效利用的基础上，研究智能节油系统，需要采集汽车踏板位置、档位、汽车以及即时速度等数据，分析汽车此时的状态，加速时计算出所需燃油量，以达到最充分的燃烧状态，提供最大动力。刹车时通过计算制动距离，及时停止油料供给，避免浪费能源，从而确保节能环保目标的实现。

■2.1 研究方案与实现方法

2.1.1 研究方案

通过传感器收集位置、档位以及速度进行信息采集，将信息传输到信号处理器中进行解读加密，然后把信号传递到油量控制模块[4]。这样一来，油量供给就能自动进行调整。由此可见，研究的重点主要是微处理程序的编制与设计、信号的采集和处理。

在程序设计中，可通过以下方法实现油量的自动调节。单片机可以收集驾驶员日常驾驶汽车的数据，分析汽车所处的档位和油门的踩踏情况，计算出汽车当前状态下的理论速度为V0，然后与当前汽车的实际速度相比较，如果该速度达到V0的时间超过5s没有改变，那么单片机就会发出调节信号，对油箱阀门予以相应控制，便能调低油量供给量[5]。这时，受惯性的影响，汽车会保持一定速度前进，但会逐渐降低车速。当即时车速由V降低至V1时（V0＞V1），当车速发生变化时单片机就会做出反应发出信号，阀门根据发出的信号确保供油管路的畅通，在车辆燃油得到正常供给后，会逐渐提升车速，直至回到V0，在保持V0车速5s之后，单片机中会发送信号至阀门，使燃油管道断开，一直往复多次的运动。

2.1.2 硬件及软件设备的选择

硬件及软件设备的选择是该项设计的准备阶段，为了确保实验的准确性和便于实验操作，选用电动试验车进行实验，电压为电动试验车提供能量。相关软件和器材如下：（1）多功能试验车；（2）并行开关组（模拟档位）；（3）欧姆龙旋转编码器（作以即时速度的采集）；（4）滑动变阻器（用来对油门踏板深度进行模拟）；（5）AT89C51单片机；（6）0804 A/D 转换器；Proteus软件（用来模拟实验中前期的电路和编程的）；（8）通电导线及其他辅助材料等。

■2.2 采集和处理信号

档位位置信号、油门踏板位置信号以及即时速度信号为此次研究采集的主要信号，以下为这三种信号的产生和采集方法：

2.2.1 收集档位信号

利用模拟实验中档位的不同位置所发出的不同信号，从而对汽车的五个不同档位进行研究。通过档位开关对其进行控制，并且在同一时间段，只能接通一个开关[6]。打开档位开关时电流信号转化为控制信息分别传递到单片机的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3端口，传递途径如图1所示。但是电路开关在闭合或断开时不可避免的会产生抖动，为了解决这个问题，需要利用防抖软件对四个管脚所采集的信号进行处理。然后将处理后稳定的档位信号与采集的油门编码信号组合，得到新的信号并将其重新进行分类编码。利用该编码计算出相应的理论速度V0，并将其存入对应的存储单元中，以此来为后续与实际速度V对比分析做好必要的准备。

图1 档位模拟电路图

图1 中GND表示地线起保护作用，防止引发触电、R113、、R115、R117起降低电压作用、S表示档位开关控制四个档位，VIN表示产生信号时的电压、C99、、C101、C103、C104、C105表示降低元件耦合的电容，其作用是剔除信号的干扰，V-OUT表示电压的输出端，L10表示电感线圈，起到筛选信号、抑制干扰的作用。

2.2.2 油门信号

踏板深度借助互动变阻器分压进行模拟。具体实施上，增加6V直流电压在20Ω的滑动变阻器两端。通过对滑动变阻器的阻值进行不断改变，便可获取到离心率的电压信号，可以表示供油能量[7]。转换模块的功能在于将其转化为数字信号，并传递到向单片机的P0口。单片机对接收来的数字信号作以分类编码，为后期油门与档位的匹配组合理论速度做好铺垫。

2.2.3 速度信号

通过对光电信号的合理利用，来实现速度信号的采集。在实际操作中，转动一圈车轮可得到6个脉冲信号。运用定时器或计数器实现脉冲信号的传输。接收信号便可产出中断申请。采用定时器T1可取得每两个信号经过的时间周期，并记为t。设d为试验车车轮半径，则试验车的行进速度V为：

将试验车当前速度 V与经过档位信息和油门踏板的预

测速度V0进行对比分析，并考虑档位和油门踏板的稳定性，在满足行驶的条件下，实现有量供给的最佳调节。

■2.3 实现程序的方法

2.3.1 程序流程图

程序流程图见图2。

图2 程序流程图

2.3.2 程序结构及实现方法

该程序的运行以单片机的启动为始点，然后进行初始数据的设置，首先优先设置IE的中断方式为允许操作，然后设置程序的IP地址，同时设置计数器的开启方法。最后设置TL参数，使计数器的初始值归零，然后对TH0 #0FFH 进行赋值，这样做是可以让T0 寄存器的初始值为零；当程序运行后寄存器接收到第一脉冲信号时，其数值就会超出限制，从而使主程序被中断，该程序进入中断程序模块；计数器TH0.TL0便重新开始计数，当TR1为1时，中断的程序就会被恢复，主程序重新开始执行；当寄存器接收到第二脉冲信号时，TR1数值为1，计数器就会再次停止计数。如果把t作为计数定时器的工作时间，同时在计数器定时器TH1.TL1的28H、29H单元中重新输入数据。汽车每进行一圈转动，六个电光开关分别产生一个脉冲信号。由此可以得到实际速度为：

分别向各档位输送信号进行档位编码，单片机进行存储和接收，向32H单元传输。油门信号编码是指单片机经转换器作用产出的油门信号，并将编码在33H单元中作以储存。接收来的信号，单片机会对其进行编码比较，并在33H单元中作以编码的存储；当接收完档位和油门信号后，需要整合32H、33H单元的档位以及油门编码。之后将编码整合进行再次的比较，并在R6寄存器其中存入速度理论值。如此一来，理论速度可得到。

将实际速度和预测的速度进行对比，如果预测速度≥实际速度，则表示端口P0.0无信号产生。但若是预测速度＜实际速度，则P0.0中有信号产生，油门也会相应断开。对此程序进行循环反复的执行，通过接受到的档位、油门、速度等信号，将理论速度和实际速度计算出来，并作以反复的比较，这样能够保证汽车实际速度在理论速度上运行。与此同时，降低燃油消耗，提高汽车负荷率的最终目标也将得以实现。

3 结语

总的来说，随着可持续发展战略的不断深入，新能源节能动力汽车必然是汽车产业重点研究的方向所在。因此。作为汽车制造企业，应加大新能源汽车节能技术以及电工电子技术的研究力度，以便其能为汽车产业的健康发展作出更大的贡献。