一种循迹设备的智能回库充电系统的设计与实现

金 华

（安徽三联学院 安徽 合肥 230601）

0.引言

随着我国汽车制造行业的发展，新能源汽车凭借其环保、无污染、可持续能力强等特点受到人们的关注，新能源汽车的出现，有效缓解了能源紧缺与环境污染的双重困境，取代了传统的燃油汽车，并成为汽车制造行业未来的发展趋势。由于我国对新能源汽车的研究时间尚短，因此在新能源汽车研发过程中尚有许多问题亟需解决，其中，新能源汽车的充电问题是迫切需要解决的。由于新能源汽车主要采用锂离子蓄电池进行充电，而其蓄电池组的充电效率较低，并且需要人工插线，这不仅给车主带来不便，而且也非常容易忘记给新能源汽车进行充电。因此，本文提出一种循迹设备的智能回库充电系统，该系统可使新能源汽车在电量不足时自动循迹智能回库进行充电，从而大大提高了新能源汽车充电的便捷性。

1.基于循迹设备的智能回库充电系统介绍

随着新能源汽车受到越来越多人的关注，超级电容凭借其安全系数高、充电速度快、功率密度高、充放电路简单、放电能力强等技术优势，使其成为新能源汽车领域中的一种重要储能器件，将超级电容应用到新能源汽车中，并应用S9KEA128 作为微型控制器，通过接收电磁信号，并放大整流后，由微控制器实施数字化处理，然后利用程序来处理数据，从而得出路径偏差，最后通过电机的差速转迹控制，实现新能源汽车的循迹智能回库功能。

2.基于循迹设备的智能回库充电系统设计

在新能源汽车中，其电容电感包括工字电感和谐振电感，利用电容电感所具有的感应原理，可接收车库中电磁导线所发射的正弦信号，车库两侧传感器则作为道路元素轨迹，车库上部传感器则作为环岛循迹，车库中的运放模块会把收集的正弦信号进行放大整流处理，从而使信号能够在微控制器中进行数字化处理。 结合道路的路况信息， 充电系统可通过微控制器中的FTM 模块来发射PWM 波，由PWM 波来对新能源汽车的两个电机转速进行调节， 通过不同转速差来控制汽车行驶方向，从而使新能源汽车能够通过寻迹功能进行智能回库。

2.1 充电模块设计

新能源汽车在智能回库后，充电系统会利用无线充电模块进行充电，无线充电模块需要从地面发射装置中进行取电，然后将电能输送至新能源汽车的蓄电池组。 在基于循迹设备的智能回库充电系统中，其无线充电模块主要由稳压输出与整流输入两个部分组成，其中接收线圈、整流二极管与谐振电容是整流输入部分中的组成零部件，通过整流输入，可使交流电转换成直流电。 该智能回库充电系统的输出功率可达到640kHz/30W， 其谐振电容采用高压高频电容， 稳压器采用LTC3780，通过对充电系统进行测试，可满足新能源汽车的充电需求。为了避免新能源汽车的蓄电池组发生过充问题， 还要应用LM358 比较器来实施保护，当蓄电池组充满电时，LM358 比较器会拉高RUN 引脚来中断充电。

2.2 电源模块设计

新能源汽车的蓄电池组通过均压保护芯片来进行充电保护，蓄电池组的电压输入与输出范围为0V 至12.25V，新能源汽车的OLED 显示屏、运放芯片以及智能车库中的微控制器都是通过5V 电源进行供电的。新能源汽车在运行过程中，蓄电池是不断放电的，这也使蓄电池中的电压会随之逐渐下降，为了确保新能源汽车的各个元器件能够正常运行，使蓄电池中的电能被充分利用，就需要应用到自动升降压电路。 该电路采用TPS630701， 其输入电压为2V 至16V， 输出电压为5V。在新能源汽车中所选用的无刷电机，其供电电压为8 至16V，因此在功耗方面有着较为理想的表现。 为了提高电机的响应速度，使新能源汽车能够准确的循迹智能回库，应尽量提高电机的供电电压。 通过综合考虑，利用TPS61088 进行升压输出，新能源汽车电机的实际供电电压为12V。

2.3 运放模块设计

在智能车库出入口的中心位置设置有一条电磁引导线，该电磁引导线的直径为0.1 至1mm， 在该电磁引导线中通入100mA、20kHz 的交变电流，为使程序具有更高的处理精度，需要放大电磁信号，以便于被新能源汽车前端的传感器接收。

3.基于循迹设备的智能回库充电系统实现

3.1 路径识别功能的实现

从毕奥萨伐提出的定理可以了解到，随着新能源汽车与载流导线之间距离的不断增加，电感所感应的电动势会随之减小。 通过归一化算法的应用，在处理归一化数据时，需要将两个电感的电压值进行相减、相加与相除，以此获得的数据和新能源汽车与道路中心的偏离角度呈现出正相关关系， 不过这种正相关关系并不是以线性关系存在的。 通过上述运算所获得的结果对应新能源汽车与道路的偏离方向。以下程序为路径识别程序的某个片段：

Int Left: //左路电感的电压值

Int Right： //右路电感的电压值

Float POSITION： //算法运算后的偏差结果

LEFT=（LEFT＜10？ 10：LEFT） //电感限幅

RIGHT=（RIGHT＜10？ 10：RIGHT） //电感限幅

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

POSITION=POSITION×100.0 //偏差放大处理

从上述程序片段中可知，如果差比和算法所运算得到的数值大于零，则表示新能源汽车在智能回库时偏向道路的右侧，而如果差比和算法所运算得到的数值小于零，则表示新能源汽车在智能回库时偏向道路的左侧。

3.2 控制算法的实现

在基于循迹设备的智能回库充电系统中，新能源汽车控制算法包括三个方面的闭环控制， 其一是对新能源汽车智能回库的方向进行PD 闭环控制； 其二是对新能源汽车智能回库的速度进行PI 闭环控制；其三是通过调整上述两个闭环控制参数来进行电机驱动，以此确保程序对新能源汽车进行良好控制。在对新能源汽车智能回库的方向进行PD 闭环控制时，要确保新能源汽车能够更快、更准确进行转弯响应，通过闭环控制，可使智能回库充电系统的稳定性更好，其程序执行间隔为5ms 一次。 在对新能源汽车智能回库的速度进行PI 闭环控制时，由于两电机在规格、性能等方面存在的差异，再加上车轮重心位置、车轮重量等外界因素对新能源汽车的影响，造成PWM 波即使占空比相同，也难以保证新能源汽车的两侧车轮有着一致的转速，从而导致新能源汽车在智能回库时始终与道路方向发生偏离，如果新能源汽车的智能回库速度过快， 便势必会影响到新能源汽车的方向控制。因此，为了避免该问题，需要通过PI 控制算法来对新能源汽车的两侧车轮进行分开独立控制，使两侧车轮在某种程度上有着较为接近的转速。另外，如果新能源汽车的车轮转速超过限定值时，便可能因速度变化幅度过大而造成车辆失控， 从而导致车辆无法按照指定的路线回库，而通过PI 速度控制算法可使该问题得到有效解决。 利用512 编码器来对车轮的速度信息进行采集，并将采集到的速度信息实施滤波处理。在电机驱动程序中，需要将速度环与方向环的控制量进行融合，然后对两路PWM 进行输出，使新能源汽车的两个电机得到有效控制。

4.结语

综上所述，本文提出一种循迹设备的智能回库充电系统，该系统可自动控制新能源汽车进行智能回库，并在新能源汽车回库后通过无线供电模块来自动对蓄电池进行无线充电，整个充电过程不需要人工插线，而且提高了新能源汽车的充电效率，有效解决了新能源汽车充电效率慢、充电困难的问题，给车主带来了很大的便利。 在不久的将来，循迹设备在新能源汽车领域中的应用范围必将进一步扩大。