電動(dòng)賽車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

CompactRIO可以讓電動(dòng)賽車像普通汽車一樣運(yùn)行。

　　– Robert Repas, Racing Green Endurance

　　The Challenge:

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　　Robert Repas - Racing Green Endurance

　　人們一般認(rèn)為，電動(dòng)車行駛速度較低，且無(wú)法遠(yuǎn)距離行駛。環(huán)保持久賽車(Racing Green Endurance)團(tuán)隊(duì)想要推翻這個(gè)觀點(diǎn)。因此他們創(chuàng)造了最新款的賽車Radical SRZero。他們希望在推動(dòng)電動(dòng)車技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，這款賽車能成為世界上最具駕駛樂(lè)趣的可替代能源汽車。

　　Radical SRZero是在Radical Sportscars SR8底盤的基礎(chǔ)上改進(jìn)的大功率電動(dòng)車。它的后輪上的輪轂馬達(dá)可以為更多電池騰出空間，并且能夠減少機(jī)械損耗。兩個(gè)140-千瓦(200制動(dòng)馬力)馬達(dá)可以為賽車提供總共400制動(dòng)馬力的功率。由電量為54-千瓦時(shí)的磷酸鋰鐵電池組為兩個(gè)馬達(dá)以及賽車的其余部分提供電力。

　　環(huán)保持久賽車(RGE)團(tuán)隊(duì)把這輛電動(dòng)超級(jí)賽車稱之為SRZero，它重2,400磅，最高速度為124英里/小時(shí)(200公里/小時(shí))。它在7秒時(shí)間內(nèi)可以從0英里/小時(shí)加速至62 英里/小時(shí)(100公里/小時(shí))，并且電池充滿電后可以行駛248英里(400公里)。

　　直輪驅(qū)動(dòng)不需要傳動(dòng)系統(tǒng)、變速箱和機(jī)械差動(dòng)裝置。但是，機(jī)械差動(dòng)裝置仍需要用于賽車操作和減少輪胎磨損。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)通過(guò)在賽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，加快外輪馬達(dá)的轉(zhuǎn)速并且降低內(nèi)輪馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，創(chuàng)造出電氣差動(dòng)系統(tǒng)。控制系統(tǒng)必須處理整個(gè)賽車(例如油門踏板和剎車)上安裝的傳感器發(fā)出的模擬信號(hào)，并且適當(dāng)控制逆變器、電池管理系統(tǒng)和高壓系統(tǒng)，避免損壞部件。

　　根據(jù)制造單座方程式賽車參加設(shè)計(jì)競(jìng)賽的以往經(jīng)驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)選擇美國(guó)國(guó)家儀器公司(NI)生產(chǎn)的CompactRIO作為控制系統(tǒng)。他們知道CompactRIO會(huì)絕對(duì)可靠地運(yùn)行事先寫入的FPGA的代碼。這可以使其及時(shí)、安全地運(yùn)行關(guān)鍵性任務(wù)并且通過(guò)實(shí)時(shí)控制器為賽車的操作系統(tǒng)提供文件輸入/輸出。

　　CompactRIO可以讓電動(dòng)賽車像普通汽車一樣運(yùn)行。例如，在司機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)火鑰匙時(shí)，賽車會(huì)正常啟動(dòng)并且準(zhǔn)備行駛。司機(jī)不會(huì)感覺(jué)到啟動(dòng)-行駛過(guò)程(包括檢查和檢驗(yàn)是否所有系統(tǒng)和傳感器都正常運(yùn)行)的復(fù)雜。

　　CompactRIO在正常行駛情況下會(huì)分別控制每個(gè)組件。例如，F(xiàn)PGA上獨(dú)立的軟件程序段可以監(jiān)控電池管理、逆變器控制、熱管理、車輛穩(wěn)定性和充電器管理。另外，可以記錄賽車的一般狀態(tài)，例如是否正在充電、行駛或者處于調(diào)試狀態(tài)。在MathScript RT Module 運(yùn)行高級(jí)的、依賴非線性狀態(tài)的Ricatti方程式算法進(jìn)行車輛穩(wěn)定性控制的同時(shí)，NI LabVIEW Real-Time 會(huì)記錄所有數(shù)據(jù)，以供進(jìn)一步研究。

　　CompactRIO上的其他算法設(shè)法使操作可用性最大化。例如，轉(zhuǎn)矩減少算法在探測(cè)到運(yùn)行的部件接近極限值(例如馬達(dá)過(guò)熱或者電池組電壓太低)時(shí)，會(huì)降低馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩。

　　FPGA還被用于安全功能。在探測(cè)到任何異常情況時(shí)，它一般會(huì)使賽車停止運(yùn)行，以避免事故發(fā)生并且保護(hù)機(jī)電系統(tǒng)。