面向方程式賽車(chē)的高性能電子設備

Author(s):
Abhi Mittal - University of Manchester

Industry:
Research, Automotive

Products:
Multisim, CompactRIO, LabVIEW

The Challenge:
實(shí)現一套面向曼徹斯特大學(xué)方程式學(xué)生單座位賽車(chē)的便攜式的、可擴展的數據采集系統，它可以測試多種車(chē)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(chē)輛、采集數據并利用該數據建立定制的報警信號。

我們正在創(chuàng )建一個(gè)系統，采集數據并顯示汽車(chē)是否按照IMechE安全規則行駛。該系統將使得設計人員洞悉車(chē)輛動(dòng)力學(xué)，以支持未來(lái)面向賽道故障檢測的實(shí)時(shí)設計決策，并以記錄數據的形式用于將來(lái)參考。該數據采集系統應當是便攜式且可擴展的，以便在工作間或動(dòng)力實(shí)驗室（動(dòng)力計）容納多種汽車(chē)或車(chē)輛的多個(gè)獨立部件。

利用Multisim，我們可以在購買(mǎi)任何組件或PCB前，仿真車(chē)輛的整個(gè)接線(xiàn)器和功率分配電路，從而節省時(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、堅固的、可重新編程的數據記錄器。利用LabVIEW和一個(gè)標準的WiFi路由器，我們實(shí)現了一個(gè)無(wú)線(xiàn)遙測系統，它處理約20個(gè)通道的模擬數據，以及其他18個(gè)通道的CAN總線(xiàn)數據。利用LabVIEW，我們可以以正確的格式察看數據并創(chuàng )建定制的報警信號。

機械工程師學(xué)會(huì )的方程式學(xué)生競賽要求工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生們利用小型的方程式風(fēng)格的賽車(chē)構思、設計、制造和競爭。這些賽車(chē)經(jīng)過(guò)一年時(shí)間的構造，然后被帶到銀石賽道與來(lái)自世界各地的其他競爭者評判和比較。在2008年有95支團隊主要在車(chē)輛類(lèi)別和低排放車(chē)輛類(lèi)別方面參與了競爭。

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

數據采集與遙測
汽車(chē)車(chē)架、懸掛、冷卻和駕駛培訓是一些重要的方面，其中，基于真實(shí)數據分析的設計驗證非常關(guān)鍵。通過(guò)CAD軟件包的簡(jiǎn)單仿真，很難發(fā)現薄弱之處或有待優(yōu)化之處。數據不僅用于車(chē)輛的設計階段，還用于懸掛和冷卻系統中的賽道調整。

CompactRIO為我們提供一個(gè)一體化的數據采集與實(shí)時(shí)監測系統，該系統在輸入類(lèi)型和數據察看方面具有無(wú)與倫比的靈活性。512 MB的板上存儲使得高精度數據捕獲成為可能。它提供了一個(gè)比絕大多數的其他解決方案（甚至專(zhuān)為運動(dòng)摩托車(chē)設計的解決方案）高得多的通道密度（輸入通道數與尺寸的比值）。由于一個(gè)簡(jiǎn)單的WiFi連接，我們甚至不必擁有一個(gè)用于遙測的射頻許可證書(shū)?？梢瞥?、選擇范圍廣泛的C-系列模塊使得CompactRIO成為可持續的選擇。我們可以在我們的需求增長(cháng)或我們發(fā)現新的測量領(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25%）的汽車(chē)供能非常重要。

我們與NI現場(chǎng)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-模塊機箱，配有NI 9237同步橋模塊、NI 9205模擬輸入模塊、NI 9411數字輸入模塊、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輸入支持我們監測來(lái)自與ECU相連的傳感器的數據，如RPM、汽油溫度和汽油壓力。這樣避免了重復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(zhù)我們可以方便地在汽車(chē)或動(dòng)力實(shí)驗室內使用CompactRIO，以獲取更為詳細的引擎相關(guān)的測量結果。它僅涉及通過(guò)網(wǎng)絡(luò )上傳合適的VI和傳感器的連接。