电动赛车控制系统设计方案

　　"CompactRIO可以让电动赛车像普通汽车一样运行。"

　　– Robert Repas, Racing Green Endurance

　　The Challenge:

　　　　

　　Author(s):

　　Robert Repas - Racing Green Endurance

　　人们一般认为，电动车行驶速度较低，且无法远距离行驶。环保持久赛车(Racing Green Endurance)团队想要推翻这个观点。因此他们创造了最新款的赛车Radical SRZero。他们希望在推动电动车技术发展的同时，这款赛车能成为世界上最具驾驶乐趣的可替代能源汽车。

　　Radical SRZero是在Radical Sportscars SR8底盘的基础上改进的大功率电动车。它的后轮上的轮毂马达可以为更多电池腾出空间，并且能够减少机械损耗。两个140-千瓦(200制动马力)马达可以为赛车提供总共400制动马力的功率。由电量为54-千瓦时的磷酸锂铁电池组为两个马达以及赛车的其余部分提供电力。

　　环保持久赛车(RGE)团队把这辆电动超级赛车称之为SRZero，它重2,400磅，最高速度为124英里/小时(200公里/小时)。它在7秒时间内可以从0英里/小时加速至62 英里/小时(100公里/小时)，并且电池充满电后可以行驶248英里(400公里)。

　　直轮驱动不需要传动系统、变速箱和机械差动装置。但是，机械差动装置仍需要用于赛车操作和减少轮胎磨损。设计团队通过在赛车转弯时，加快外轮马达的转速并且降低内轮马达的转速，创造出电气差动系统。控制系统必须处理整个赛车(例如油门踏板和刹车)上安装的传感器发出的模拟信号，并且适当控制逆变器、电池管理系统和高压系统，避免损坏部件。

　　根据制造单座方程式赛车参加设计竞赛的以往经验，团队选择美国国家仪器公司(NI)生产的CompactRIO作为控制系统。他们知道CompactRIO会绝对可靠地运行事先写入的FPGA的代码。这可以使其及时、安全地运行关键性任务并且通过实时控制器为赛车的操作系统提供文件输入/输出。

　　CompactRIO可以让电动赛车像普通汽车一样运行。例如，在司机转动点火钥匙时，赛车会正常启动并且准备行驶。司机不会感觉到启动-行驶过程(包括检查和检验是否所有系统和传感器都正常运行)的复杂。

　　CompactRIO在正常行驶情况下会分别控制每个组件。例如，FPGA上独立的软件程序段可以监控电池管理、逆变器控制、热管理、车辆稳定性和充电器管理。另外，可以记录赛车的一般状态，例如是否正在充电、行驶或者处于调试状态。在MathScript RT Module 运行高级的、依赖非线性状态的Ricatti方程式算法进行车辆稳定性控制的同时，NI LabVIEW Real-Time 会记录所有数据，以供进一步研究。

　　CompactRIO上的其他算法设法使操作可用性最大化。例如，转矩减少算法在探测到运行的部件接近极限值(例如马达过热或者电池组电压太低)时，会降低马达的转矩。

　　FPGA还被用于安全功能。在探测到任何异常情况时，它一般会使赛车停止运行，以避免事故发生并且保护机电系统。