電動(dòng)賽車(chē)控制系統設計方案

CompactRIO可以讓電動(dòng)賽車(chē)像普通汽車(chē)一樣運行。

　　– Robert Repas, Racing Green Endurance

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　　Robert Repas - Racing Green Endurance

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

　　Radical SRZero是在Radical Sportscars SR8底盤(pán)的基礎上改進(jìn)的大功率電動(dòng)車(chē)。它的后輪上的輪轂馬達可以為更多電池騰出空間，并且能夠減少機械損耗。兩個(gè)140-千瓦(200制動(dòng)馬力)馬達可以為賽車(chē)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)馬達以及賽車(chē)的其余部分提供電力。

　　環(huán)保持久賽車(chē)(RGE)團隊把這輛電動(dòng)超級賽車(chē)稱(chēng)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(mǎn)電后可以行駛248英里(400公里)。

　　直輪驅動(dòng)不需要傳動(dòng)系統、變速箱和機械差動(dòng)裝置。但是，機械差動(dòng)裝置仍需要用于賽車(chē)操作和減少輪胎磨損。設計團隊通過(guò)在賽車(chē)轉彎時(shí)，加快外輪馬達的轉速并且降低內輪馬達的轉速，創(chuàng )造出電氣差動(dòng)系統。控制系統必須處理整個(gè)賽車(chē)(例如油門(mén)踏板和剎車(chē))上安裝的傳感器發(fā)出的模擬信號，并且適當控制逆變器、電池管理系統和高壓系統，避免損壞部件。

　　根據制造單座方程式賽車(chē)參加設計競賽的以往經(jīng)驗，團隊選擇美國國家儀器公司(NI)生產(chǎn)的CompactRIO作為控制系統。他們知道CompactRIO會(huì )絕對可靠地運行事先寫(xiě)入的FPGA的代碼。這可以使其及時(shí)、安全地運行關(guān)鍵性任務(wù)并且通過(guò)實(shí)時(shí)控制器為賽車(chē)的操作系統提供文件輸入/輸出。

　　CompactRIO可以讓電動(dòng)賽車(chē)像普通汽車(chē)一樣運行。例如，在司機轉動(dòng)點(diǎn)火鑰匙時(shí)，賽車(chē)會(huì )正常啟動(dòng)并且準備行駛。司機不會(huì )感覺(jué)到啟動(dòng)-行駛過(guò)程(包括檢查和檢驗是否所有系統和傳感器都正常運行)的復雜。

　　CompactRIO在正常行駛情況下會(huì )分別控制每個(gè)組件。例如，FPGA上獨立的軟件程序段可以監控電池管理、逆變器控制、熱管理、車(chē)輛穩定性和充電器管理。另外，可以記錄賽車(chē)的一般狀態(tài)，例如是否正在充電、行駛或者處于調試狀態(tài)。在MathScript RT Module 運行高級的、依賴(lài)非線(xiàn)性狀態(tài)的Ricatti方程式算法進(jìn)行車(chē)輛穩定性控制的同時(shí)，NI LabVIEW Real-Time 會(huì )記錄所有數據，以供進(jìn)一步研究。

　　CompactRIO上的其他算法設法使操作可用性最大化。例如，轉矩減少算法在探測到運行的部件接近極限值(例如馬達過(guò)熱或者電池組電壓太低)時(shí)，會(huì )降低馬達的轉矩。

　　FPGA還被用于安全功能。在探測到任何異常情況時(shí)，它一般會(huì )使賽車(chē)停止運行，以避免事故發(fā)生并且保護機電系統。