WEINVIEW在混合動力客車上的應(yīng)用與設(shè)計

    摘 要：本文主要介紹WEINVIEW觸摸屏在混合動力客車控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。在這個控制系統(tǒng)，觸摸屏和微控制器通信并完成相關(guān)的數(shù)據(jù)采集。觸摸屏能夠監(jiān)測到燃料電池系統(tǒng)的工作情況，并將電池系統(tǒng)的主要參數(shù)：系統(tǒng)電流、系統(tǒng)電壓、電池容量、電池溫度、系統(tǒng)報警參數(shù)進行反饋。這個控制系統(tǒng)能夠幫助駕駛者達到混合動力電動汽車（HEV）的最高燃油效率。

　　一：引言

　　受金融危機沖擊，歐美日等汽車業(yè)巨頭遭受重創(chuàng)。為獲重生，汽車企業(yè)一方面通過裁員減產(chǎn)、出售資產(chǎn)等斷臂求存，一方面都不遺余力的發(fā)展新能源汽車以挽頹勢，受制于石油資源儲量和環(huán)保壓力，近年各國都在大力發(fā)展新能源汽車。新能源汽車的發(fā)展被各國提到前所未有的高度。

　　相對于傳統(tǒng)汽車，我國新能源汽車發(fā)展也走在了前列，沒有輸在起跑線上。我國燃料電池汽車領(lǐng)域的資深專家、科技部部長萬鋼提出的新能源汽車發(fā)展目標(biāo)為：到2012年，國內(nèi)有10%新生產(chǎn)的汽車是節(jié)能與新能源汽車，按屆時汽車年產(chǎn)輛為1000萬輛算，我國新能源汽車要達到年產(chǎn)100萬輛的規(guī)模。這堅定了國內(nèi)外汽車生產(chǎn)商在國內(nèi)發(fā)展新能源汽車的決心。

　　混合動力汽車是采用傳統(tǒng)的內(nèi)燃機和電動機作為動力源，通過混合使用熱能和電力兩套系統(tǒng)開動汽車，達到節(jié)省燃料和降低排氣污染的目的。混合動力汽車除發(fā)動機、電動機、蓄電池等各種單元技術(shù)外，重要的技術(shù)是各系統(tǒng)的電子控制技術(shù)和整車的動力系統(tǒng)優(yōu)化與控制技術(shù)。本文主要講述WEINVIEW觸摸屏在蓄電池控制系統(tǒng)單元的應(yīng)用。

　　二：系統(tǒng)原理與設(shè)計要求

　　1：混合動力汽車的原理

　　混合動力汽車是采用傳統(tǒng)的內(nèi)燃機和電動機作為動力源，通過混合使用熱能和電力兩套系統(tǒng)開動汽車，達到節(jié)省燃料和降低尾氣污染的目的。使用的內(nèi)燃機既有柴油機和汽油機兩種，共同的特點是排量小、質(zhì)量輕、速度高、排放好?；旌蟿恿ζ嚨年P(guān)鍵是混合動力系統(tǒng)，它的性能直接關(guān)系到混合動力汽車整車性能，混合動力系統(tǒng)原理示意圖如圖1。

　　混合動力系統(tǒng)分串聯(lián)式、并聯(lián)式、混聯(lián)式。串聯(lián)式混合動力電動汽車主要由發(fā)動機、發(fā)電機、驅(qū)動電機和蓄電池組等部件組成。發(fā)動機僅僅用于發(fā)電，發(fā)電機所發(fā)出的電能供給電動機，電動機驅(qū)動汽車行駛。發(fā)電機發(fā)出的部分電能向電池充電，來延長混合動力電動汽車的行駛里程。另外電池還可以單獨向電動機提供電能來驅(qū)動電動汽車，使混合動力電動汽車在零污染狀態(tài)下行駛，串聯(lián)式原理圖請看圖2。

　　并聯(lián)式混合動力電動汽車主要由發(fā)動機、發(fā)電/電動機和蓄電池組等部件組成。并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)可以單獨使用發(fā)動機或電動機做為動力源，也可以同時使用電動機和發(fā)動機作為動力源來驅(qū)動汽車，并聯(lián)式原理圖請看圖3。

　　混聯(lián)式混合動力電動汽車主要由發(fā)動機、發(fā)電機、電動機、行星齒輪機構(gòu)和蓄電池組等部件組成?；旌向?qū)動方式是將發(fā)動機、發(fā)電機和電動機通過一個行星齒輪裝置連接起來。動力從發(fā)動機輸出到與其相連的行星架，行星架將一部分轉(zhuǎn)矩傳送到發(fā)電機，另一部分傳送到電動機并輸出到驅(qū)動軸。此時車輛并不是串聯(lián)式或者并聯(lián)式，而是介于串聯(lián)和并聯(lián)之間，充分利用兩種驅(qū)動方式的優(yōu)點，混聯(lián)原理圖請看圖4。

　　2：混合動力汽車蓄電池控制單元系統(tǒng)設(shè)置要求。

　　1：觸摸屏畫面設(shè)計要求

　　本系統(tǒng)采用WEINVIEW MT8070iH型號觸摸屏，該型號為7”寬屏，400MHz CPU。128M 超大容量Flash，能夠快速響應(yīng)系統(tǒng)指令。

　　畫面語言要求在中文和英文之間可以切換，畫面要有動畫效果，例如電池的充放電過程要與實際同步并以動畫的效果表示出來。

　　觸摸屏采用7寸的寬屏，主畫面可以直觀的表示用戶燃料電池單元的工作情況，以及每組電池以及每節(jié)電池的工作情況以及相關(guān)參數(shù)。對于這個電池管理單元，總共有10組，每組有12節(jié)電池，要求對這120節(jié)電池的電壓、電流、溫度參數(shù)進行顯示，如果參數(shù)有超出范圍的必須發(fā)出報警提示。

　　2：設(shè)定報警電壓范圍：

　　當(dāng)監(jiān)測到電池組中任意某串的電壓超出3.00—3.65V時，電壓的子菜單和警示三角符號要閃爍，進入電壓的子菜單，超標(biāo)的電池組要閃爍，點開相應(yīng)的電池組第三頁菜單，超標(biāo)的串閃爍。

　　3：設(shè)定報警溫度范圍：

　　當(dāng)監(jiān)測到電池組中任意某組電池的溫度超出70度時，溫度的子菜單和警示三角符號要閃爍，進入溫度的子菜單，超標(biāo)的電池組要閃爍。

　　4：電池容量的計算：

　　計算方法：總電流x總電壓x時間=充放電電量 ；要求觸摸屏能夠?qū)⒊浞烹姷臄?shù)據(jù)準(zhǔn)確的顯示出來。

　　三：觸摸屏系統(tǒng)的畫面設(shè)計

　　1：觸摸屏主監(jiān)控畫面設(shè)計

　　觸摸屏的主監(jiān)控畫面中文以及英文畫面如下圖所示，在整個畫面上有電池的符號，標(biāo)有正負極可以顯示電池的當(dāng)前容量。畫面上的表盤第一個為電流表，可以顯示電池單元的充放電的情況；第二個表為電壓表主要顯示電池組逆變后的電壓。畫面上的溫度和電壓控件可以作為報警顯示而且可以作為進入下一級目錄的的功能鍵。

　　2：觸摸屏溫度監(jiān)控畫面設(shè)計

　　在主畫面點擊溫度按鈕可以進入電池模塊溫度監(jiān)控畫面，在這個畫面我們可以看到10組電池的溫度情況。對于每組電池里有12小節(jié)的電池，溫度傳感器是對每4節(jié)電池進行測溫，所以一組電池里有三個溫度傳感器，通過觸摸屏可以讀出這三個溫度。當(dāng)溫度出現(xiàn)異常超出電池的工作溫度以后，相應(yīng)的電池的圖標(biāo)會閃爍，這樣方便駕駛?cè)藛T的查看。電池溫度監(jiān)控畫面如下圖所示。

　　電池溫度監(jiān)控

　　3：觸摸屏溫度電壓畫面設(shè)計

　　在主畫面點擊電壓按鈕可以進入電池模塊電壓監(jiān)控畫面，在畫面中我們可以看到每組電池中每小節(jié)電池的電壓情況。在畫面的左邊快選欄可以任意切換其他電池組，并查看電池組的詳細電壓情況。

　　在電池單元，當(dāng)其中的一節(jié)電池電壓范圍超出3.00—3.65V時，相應(yīng)的電池圖標(biāo)會進行閃爍進行相關(guān)的報警；方便操作人員和駕駛?cè)藛T的查詢。

　　四：觸摸屏與控制器的通訊建立

　　1：通信協(xié)議的開發(fā)

　　對于客戶的控制器是用單片機開發(fā)的，所以MT8070iH與其通訊必須要有一個通訊協(xié)議才能和單片機進行通訊。單片機的通訊參數(shù)已經(jīng)在單片機端設(shè)定，關(guān)于觸摸屏的通訊參數(shù)請看下列圖示。

　　2：通訊調(diào)試與數(shù)據(jù)測試

　　通訊測試成功以后我們就要對數(shù)據(jù)的正確性進行相關(guān)的測試。測試首先要通過單片機的軟件讀取所有電池單元的參數(shù)；然后用觸摸屏和單片機進行通訊測試讀取的數(shù)據(jù)是否和單片機軟件讀取的參數(shù)保持一致。單片機的讀取數(shù)據(jù)的軟件畫面如下圖所示，在畫面上我們可以讀取到每節(jié)電池的參數(shù)。

　　3：報警系統(tǒng)的測試

　　對于報警的測試，我們在觸摸屏上可以經(jīng)設(shè)定報警，電池的電壓報警范圍、電池的溫度報警范圍、電池容量的報警范圍。這樣便于調(diào)試人員測試報警是否正常，因為在調(diào)試階段有些電池的參數(shù)電壓可能不到3V所以，所以報警范圍的自己設(shè)定，更有利于MT8070iH和控制器的通訊測試。

　　五：結(jié)束語

　　本系統(tǒng)采用WEINVIEW MT8070iH的觸摸屏和單片機組成的的控制系統(tǒng)應(yīng)用在混合動力汽車上，節(jié)油效果可以達到30%。能量轉(zhuǎn)換效果好，在車燃油系統(tǒng)動力不足時可以補充動能，在剎車時可以將剎車的動能轉(zhuǎn)換成電能通過電池保存起來。新能源汽車的應(yīng)用，目前處于起步階段，但該應(yīng)用不僅符合未來燃料驅(qū)動過度到電力驅(qū)動發(fā)展趨勢，也大大增加了汽車工業(yè)的環(huán)保程度，對人類的生存環(huán)境改善具有重要的意義。