面向方程式賽車的高性能電子設(shè)備

Author(s):
Abhi Mittal - University of Manchester

Industry:
Research, Automotive

Products:
Multisim, CompactRIO, LabVIEW

The Challenge:
實(shí)現(xiàn)一套面向曼徹斯特大學(xué)方程式學(xué)生單座位賽車的便攜式的、可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它可以測試多種車輛。

The Solution:
利用Multisim和LabVIEW軟件，以及NI CompactRIO可編程自動(dòng)化控制器（PAC），仿真車輛、采集數(shù)據(jù)并利用該數(shù)據(jù)建立定制的報(bào)警信號。

我們正在創(chuàng)建一個(gè)系統(tǒng)，采集數(shù)據(jù)并顯示汽車是否按照IMechE安全規(guī)則行駛。該系統(tǒng)將使得設(shè)計(jì)人員洞悉車輛動(dòng)力學(xué)，以支持未來面向賽道故障檢測的實(shí)時(shí)設(shè)計(jì)決策，并以記錄數(shù)據(jù)的形式用于將來參考。該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)是便攜式且可擴(kuò)展的，以便在工作間或動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室（動(dòng)力計(jì)）容納多種汽車或車輛的多個(gè)獨(dú)立部件。

利用Multisim，我們可以在購買任何組件或PCB前，仿真車輛的整個(gè)接線器和功率分配電路，從而節(jié)省時(shí)間和不必要的成本。CompactRIO為我們提供了一個(gè)能夠從多個(gè)傳感器接收輸入的、堅(jiān)固的、可重新編程的數(shù)據(jù)記錄器。利用LabVIEW和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的WiFi路由器，我們實(shí)現(xiàn)了一個(gè)無線遙測系統(tǒng)，它處理約20個(gè)通道的模擬數(shù)據(jù)，以及其他18個(gè)通道的CAN總線數(shù)據(jù)。利用LabVIEW，我們可以以正確的格式察看數(shù)據(jù)并創(chuàng)建定制的報(bào)警信號。

機(jī)械工程師學(xué)會的方程式學(xué)生競賽要求工程專業(yè)的學(xué)生們利用小型的方程式風(fēng)格的賽車構(gòu)思、設(shè)計(jì)、制造和競爭。這些賽車經(jīng)過一年時(shí)間的構(gòu)造，然后被帶到銀石賽道與來自世界各地的其他競爭者評判和比較。在2008年有95支團(tuán)隊(duì)主要在車輛類別和低排放車輛類別方面參與了競爭。

虛擬接線器
Multisim中的接線器仿真通過允許我們檢查各種安全斷流器的操作，確保該系統(tǒng)功能依照安全規(guī)則進(jìn)行工作。我們可以仿真電流，以評估電池的性能并在UltiBoard內(nèi)優(yōu)化PCB以處理那些負(fù)載，尤其是用于啟動(dòng)電機(jī)電流的非常寬的線路。利用機(jī)械CAD工具，可以確保我們的電路將封裝在外殼內(nèi)。

數(shù)據(jù)采集與遙測
汽車車架、懸掛、冷卻和駕駛培訓(xùn)是一些重要的方面，其中，基于真實(shí)數(shù)據(jù)分析的設(shè)計(jì)驗(yàn)證非常關(guān)鍵。通過CAD軟件包的簡單仿真，很難發(fā)現(xiàn)薄弱之處或有待優(yōu)化之處。數(shù)據(jù)不僅用于車輛的設(shè)計(jì)階段，還用于懸掛和冷卻系統(tǒng)中的賽道調(diào)整。

CompactRIO為我們提供一個(gè)一體化的數(shù)據(jù)采集與實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)在輸入類型和數(shù)據(jù)察看方面具有無與倫比的靈活性。512 MB的板上存儲使得高精度數(shù)據(jù)捕獲成為可能。它提供了一個(gè)比絕大多數(shù)的其他解決方案（甚至專為運(yùn)動(dòng)摩托車設(shè)計(jì)的解決方案）高得多的通道密度（輸入通道數(shù)與尺寸的比值）。由于一個(gè)簡單的WiFi連接，我們甚至不必?fù)碛幸粋€(gè)用于遙測的射頻許可證書?？梢瞥摹⑦x擇范圍廣泛的C-系列模塊使得CompactRIO成為可持續(xù)的選擇。我們可以在我們的需求增長或我們發(fā)現(xiàn)新的測量領(lǐng)域時(shí)改變配置。它還支持較寬的工作電壓，這對于引擎頻繁重啟（此時(shí)電壓下降可能多達(dá)25%）的汽車供能非常重要。

我們與NI現(xiàn)場工程師們緊密合作，以裁減硬件使其適合我們的目的。我們的單元是一個(gè)8-模塊機(jī)箱，配有NI 9237同步橋模塊、NI 9205模擬輸入模塊、NI 9411數(shù)字輸入模塊、NI 9211熱電偶模塊、面向IEPE測量的NI 9233動(dòng)態(tài)信號采集模塊和NI 9853高速CAN輸入模塊。CAN輸入支持我們監(jiān)測來自與ECU相連的傳感器的數(shù)據(jù)，如RPM、汽油溫度和汽油壓力。這樣避免了重復(fù)裝配傳感器或制造傳感器緩存電路?？焖僦匦戮幊毯蛦蝹€(gè)單元的便攜性的組合，意味著我們可以方便地在汽車或動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室內(nèi)使用CompactRIO，以獲取更為詳細(xì)的引擎相關(guān)的測量結(jié)果。它僅涉及通過網(wǎng)絡(luò)上傳合適的VI和傳感器的連接。