婁立坤　趙彥軍

摘 要：本文主要基于當前科學技術發(fā)展和新能源汽車創(chuàng)新的時代背景下，開發(fā)與設計純電動客車上的乙醇增程器。通過系統(tǒng)性的硬件設計、軟件設計與控制策略分析，得到純電動客車上的乙醇增程器。

關鍵詞：乙醇增程器 純電動客車 開發(fā) 設計

Development and Design of Ethanol Range Extender on Pure Electric Bus

Lou Likun，Zhao Yanjun

Abstract：This article is mainly based on the current scientific and technological development and the era of new energy vehicle innovation， the development and design of the ethanol range extender on pure electric buses. Through systematic hardware design， software design and control strategy analysis， the ethanol range extender on pure electric buses is obtained.

Key words：ethanol range extender， pure electric bus， development， design

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，在節(jié)能和環(huán)保領域，具有不可比擬的優(yōu)勢。乙醇增程器純電動客車具有復雜的結構，在使用過程中，需要采取有效的措施完成乙醇增程器控制。

1 乙醇增程器控制系統(tǒng)的硬件設計

1.1 乙醇增程器控制系統(tǒng)的硬件設計方案

純電動客車中的增程器控制系統(tǒng)是增程器的頂層設計單元，該系統(tǒng)在使用中所發(fā)揮的主要作用是對發(fā)動機、發(fā)電機以及電池組等多種部件信號進行收集與控制。以信號傳輸差異作為依據(jù)，可以將增程器控制系統(tǒng)的硬件設計劃分成為兩個部分，第一是信號流出部分，第二是信號流入部分[1]。

1.2 各模塊硬件設計分析

1.2.1 處理器模塊設計

處理器模塊作為整個純電動客車增程器控制系統(tǒng)的核心單位，其所實現(xiàn)的主要功能有采集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、邏輯運算與控制輸出等。設計處理器模塊的時候，選擇使用的Tricore1782單片機為Infineon產(chǎn)品。在處理過程中，可以通過精簡指令集計算處理器架構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)的運行速度，降低功能消耗，提高性價比。單片機Tricore1782有四個方面的特點，第一，位處理功能強大，并且具有四級流水線結構，在單片機中含有單精度浮點單元，能夠?qū)崿F(xiàn)單獨處理中斷問題。第二，單片機之上的存儲器將2.5MB帶糾錯碼的片上程序Flash進行集成，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 電源模塊設計

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，擁有很強的不穩(wěn)定性，所以將會對增程器控制系統(tǒng)的運行正常性產(chǎn)生影響。所以在運用高性能電源管理芯片的同時，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)設計離散輸入，共計需要設計20路離散輸入，同時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，其結構是由處理器模塊直接將其輸出到智能功率開關模塊之中。以實際需求作為出發(fā)點，分別選擇低邊或者是高邊開關芯片。在選擇芯片的時候，可以選擇使用TLE8108智能低邊開關芯片，該芯片在使用過程中具有良好的診斷與保護功能，實現(xiàn)的最大驅(qū)動力可以得到500mA?？梢詫LE8108智能低邊開關芯片作為400mA低邊開關輸出的驅(qū)動芯片。

1.2.4 PCB設計與布局

因為乙醇增程器控制系統(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。在設計與布局PCB的時候，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，可以采取以下設計措施：

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，盡可能的結構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，適當加粗地線和電源線，盡量縮短最小系統(tǒng)內(nèi)部的弱點信號，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計方式。

2 乙醇增程器控制系統(tǒng)的軟件設計

2.1 軟件功能架構

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，其中上層控制策略所實現(xiàn)的主要功能為管理與優(yōu)化增程器能量，這一部分在設計的過程中基于模型而展開。底層驅(qū)動所實現(xiàn)的功能是將初始化設置、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，通過時與便于將程序移植到MCU當中。

2.2 驅(qū)動程序執(zhí)行流程

當為控制器通電后，驅(qū)動程序首先開始運行，以項目要求作為依據(jù)，執(zhí)行以下流程：

2.2.1 系統(tǒng)初始化

因為在掉電的過程中將會導致RAM數(shù)據(jù)丟失，在通電的時候，倘若是變量值呈現(xiàn)出浮動狀態(tài)，將會造成系統(tǒng)在上電運行環(huán)節(jié)中出現(xiàn)失控現(xiàn)象，情節(jié)嚴重還將會造成事故。所以想要保證整個系統(tǒng)正常運行，首先便要在對寄存器和變量上電的時候明確初始值，將系統(tǒng)RAM所有變量進行初始化，使其為合理值，進而充分保障順利的完成主體程序運行。在初始化系統(tǒng)的時候，其所包含的部分為中斷設置、初始化變量和初始化寄存器[2]。

2.2.2 任務調(diào)度

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

3 乙醇增程器在純電動客車中的安裝與使用

因為需要控制發(fā)電機朝向電車電池及時補充電能，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，新的電瓶車使用時間超過30個月仍舊沒有出現(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。需要強調(diào)的是，若是選擇使用與電車電機功率相同的乙醇增程發(fā)電機，需要與原車電池配套使用，因為電車啟動、加速、上坡時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功率的發(fā)電機，只能作為行駛過程中為電車提供幫助動力，或者停車時為電池充電，補充電池的消耗電能。

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，運行系統(tǒng)穩(wěn)定且可靠，長時間待機以后仍舊可以在最短時間內(nèi)進入到工作狀態(tài)。

第二，因為工程狀況單一，從而要求工作點可以較好的完成優(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 結語

能源資源短缺和環(huán)境污染是制約時代發(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，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)與設計展開分析，探究乙醇增程器系統(tǒng)的硬件、軟件設計，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計可行性提供方法。

參考文獻：

[1]ANTONY INGRAM，徐博英.馬自達轉子發(fā)動機的復興 轉子發(fā)動機將在2020年以電動車增程器的角色回歸[J].汽車與運動，2019（05）：102-103.

[2]賈騰飛，張洪信，趙清海，等.增程式電動汽車動力參數(shù)匹配與控制策略分析[J]. 青島大學學報（工程技術版），2018（02）：108-113.