一種循跡設(shè)備的智能回庫充電系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

金 華

（安徽三聯(lián)學院 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)能力強等特點受到人們的關(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自動循跡智能回庫進行充電，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，將超級電容應用到新能源汽車中，并應用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，最后通過電機的差速轉(zhuǎn)跡控制，實現(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

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原理，可接收車庫中電磁導線所發(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，車庫中的運放模塊會把收集的正弦信號進行放大整流處理，從而使信號能夠在微控制器中進行數(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電機轉(zhuǎn)速進行調(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行智能回庫。

2.1 充電模塊設(shè)計

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行充電，無線充電模塊需要從地面發(fā)射裝置中進行取電，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， 還要應用LM358 比較器來實施保護，當蓄電池組充滿電時，LM358 比較器會拉高RUN 引腳來中斷充電。

2.2 電源模塊設(shè)計

新能源汽車的蓄電池組通過均壓保護芯片來進行充電保護，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、運放芯片以及智能車庫中的微控制器都是通過5V 電源進行供電的。新能源汽車在運行過程中，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元器件能夠正常運行，使蓄電池中的電能被充分利用，就需要應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，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)。 為了提高電機的響應速度，使新能源汽車能夠準確的循跡智能回庫，應盡量提高電機的供電電壓。 通過綜合考慮，利用TPS61088 進行升壓輸出，新能源汽車電機的實際供電電壓為12V。

2.3 運放模塊設(shè)計

在智能車庫出入口的中心位置設(shè)置有一條電磁引導線，該電磁引導線的直徑為0.1 至1mm， 在該電磁引導線中通入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)實現(xiàn)

3.1 路徑識別功能的實現(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線之間距離的不斷增加，電感所感應的電動勢會隨之減小。 通過歸一化算法的應用，在處理歸一化數(shù)據(jù)時，需要將兩個電感的電壓值進行相減、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。 通過上述運算所獲得的結(jié)果對應新能源汽車與道路的偏離方向。以下程序為路徑識別程序的某個片段：

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算得到的數(shù)值大于零，則表示新能源汽車在智能回庫時偏向道路的右側(cè)，而如果差比和算法所運算得到的數(shù)值小于零，則表示新能源汽車在智能回庫時偏向道路的左側(cè)。

3.2 控制算法的實現(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行PD 閉環(huán)控制； 其二是對新能源汽車智能回庫的速度進行PI 閉環(huán)控制；其三是通過調(diào)整上述兩個閉環(huán)控制參數(shù)來進行電機驅(qū)動，以此確保程序?qū)π履茉雌囘M行良好控制。在對新能源汽車智能回庫的方向進行PD 閉環(huán)控制時，要確保新能源汽車能夠更快、更準確進行轉(zhuǎn)彎響應，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行PI 閉環(huán)控制時，由于兩電機在規(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，從而導致新能源汽車在智能回庫時始終與道路方向發(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)車輪進行分開獨立控制，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，便可能因速度變化幅度過大而造成車輛失控， 從而導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行采集，并將采集到的速度信息實施濾波處理。在電機驅(qū)動程序中，需要將速度環(huán)與方向環(huán)的控制量進行融合，然后對兩路PWM 進行輸出，使新能源汽車的兩個電機得到有效控制。

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行無線充電，整個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)域中的應用范圍必將進一步擴大。