電動(dòng)方程式賽車(chē)無(wú)線傳送控制策略的設(shè)計(jì)

李寧 李剛 劉賽

摘 要：電動(dòng)方程式賽車(chē)整車(chē)控制策略的開(kāi)發(fā)圍繞創(chuàng)新理念，進(jìn)行自主研發(fā)。根據(jù)賽車(chē)的運(yùn)行狀況制定賽車(chē)狀態(tài)無(wú)線傳送顯示策略，根據(jù)賽車(chē)雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理驅(qū)動(dòng)策略，保證了所設(shè)計(jì)賽車(chē)的性能。通過(guò)賽車(chē)參賽實(shí)踐表明：應(yīng)用本控制策略的賽車(chē)控制系統(tǒng)有利于新技術(shù)的應(yīng)用，并為進(jìn)一步的研發(fā)工作打下了良好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)方程式賽車(chē);無(wú)線傳送;控制系統(tǒng);顯示策略;驅(qū)動(dòng)策略

中圖分類(lèi)號(hào)：U469.6+96? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）22-46-03

Abstract： The development of the whole vehicle control strategy of electric formula racing is based on the innovative concept and independent research and development. According to the running condition of the racing car， the strategy of wireless transmission and display of the racing car state is formulated， and the reasonable driving strategy is designed according to the driving structure of the double motor of the racing car， which ensure the performances of the racing car. The practice of racing shows that the application of this control strategy is beneficial to the application of new technology and lays a good foundation for further research and development.

Keywords： Electric formula racing; Wireless transmission; Control system; Display policy; Drive policy

CLC NO.： U469.6+96? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）22-46-03

前言

電動(dòng)方程式賽車(chē)整車(chē)控制系統(tǒng)是賽車(chē)的重要組成部分，為賽車(chē)實(shí)現(xiàn)良好的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、通過(guò)性以及操縱穩(wěn)定性提供保障。因此，賽車(chē)的整車(chē)控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)直接決定著賽車(chē)的性能和比賽的成敗。而根據(jù)賽車(chē)的運(yùn)行狀況制定賽車(chē)狀態(tài)顯示策略;根據(jù)賽車(chē)雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)合理的驅(qū)動(dòng)策略又是保證賽車(chē)性能的關(guān)鍵所在。

1 控制原理的設(shè)計(jì)

電動(dòng)方程式賽車(chē)整車(chē)控制單元（Vehicle Control Unit，VCU），是實(shí)現(xiàn)賽車(chē)整車(chē)控制決策的核心控制單元。本設(shè)計(jì)中賽車(chē)控制原理：VCU通過(guò)采集傳感器所得到的駕駛員以及外界環(huán)境工況、電子控制單元（Electronic Control Unit，ECU）、開(kāi)關(guān)、PC等信號(hào)之后，經(jīng)過(guò)處理器進(jìn)行判斷、計(jì)算、處理得到執(zhí)行信號(hào)傳遞給執(zhí)行器件，做出相應(yīng)的處理動(dòng)作。如：控制動(dòng)力電池系統(tǒng)、發(fā)送賽車(chē)運(yùn)行狀態(tài)控制命令，并控制車(chē)載附件電源系統(tǒng)的運(yùn)行模式等，如圖1所示。VCU承擔(dān)了各部件的協(xié)調(diào)，數(shù)據(jù)交換，能量流管理等任務(wù)[1]，對(duì)整車(chē)系統(tǒng)具有故障診斷、保護(hù)和存儲(chǔ)功能。

2 賽車(chē)狀態(tài)無(wú)線傳送顯示策略

賽車(chē)儀表主要是用來(lái)給駕駛員傳遞運(yùn)行狀態(tài)的，而通用異步收發(fā)傳輸器無(wú)線串口模塊（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART）則是給調(diào)試的隊(duì)員傳遞賽車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)的。本設(shè)計(jì)中采用無(wú)線傳送方式具有通信設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單、減少布線量、通信成本低廉、對(duì)硬件設(shè)備資源的占用率較低等優(yōu)勢(shì)[2-3]。當(dāng)賽車(chē)正常行駛的過(guò)程中，駕駛員關(guān)心的是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電池的電量、電壓、行駛車(chē)速等信息，所以儀表上顯示的基本信息中應(yīng)該包括以上信息。調(diào)試賽車(chē)的人員調(diào)試驅(qū)動(dòng)力矩時(shí)，還應(yīng)該獲取電機(jī)的轉(zhuǎn)矩等一系列的狀態(tài)信息。當(dāng)賽車(chē)進(jìn)行充電時(shí)，儀表作為賽車(chē)的指示器件也應(yīng)該顯示一些充電相關(guān)的信息，如充電電流，預(yù)計(jì)充電時(shí)間等等。下面就對(duì)目前設(shè)計(jì)的賽車(chē)儀表顯示以及無(wú)線傳送內(nèi)容做簡(jiǎn)單的說(shuō)明。賽車(chē)儀表顯示的信息如表1所示。

其中儀表變量地址為信息顯示的地址，占用字節(jié)數(shù)則根據(jù)所顯示的數(shù)據(jù)范圍進(jìn)行分配，如：電量的數(shù)據(jù)范圍應(yīng)該是0～100%，所以只占用一個(gè)字節(jié)就可以。車(chē)速的顯示則采用邁速表的形式，最高車(chē)速不超過(guò)150km/h，所以邁速表量程選擇為0～150km/h。由于儀表板上的故障指示燈有限，并不能指示出所有的故障，因而根據(jù)具體的需求可以在儀表屏上顯示一些故障警告及時(shí)傳達(dá)賽車(chē)的狀態(tài)。無(wú)線串口模塊傳送的信息如表2所示。通過(guò)賽車(chē)裝備無(wú)線傳輸裝置將賽車(chē)的實(shí)時(shí)狀態(tài)返回到電腦，從而實(shí)現(xiàn)算法的驗(yàn)證及優(yōu)化。所傳送的信息也可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行增減。

3 賽車(chē)的驅(qū)動(dòng)策略

因?yàn)橘愜?chē)對(duì)速度的要求比較苛刻，而多彎的賽道會(huì)使高速運(yùn)行的賽車(chē)極容易出現(xiàn)失穩(wěn)的工況，通常對(duì)于這種情況，汽車(chē)的電子穩(wěn)定性控制/程序（ESP）會(huì)起作用使汽車(chē)盡可能保持穩(wěn)定。用兩個(gè)后輪的主動(dòng)力矩控制的方法去實(shí)現(xiàn)賽車(chē)的主動(dòng)橫擺力偶矩控制（AYC），能起到一定程度的穩(wěn)定效果[4-5]。

二自由度車(chē)輛模型運(yùn)動(dòng)相應(yīng)能夠較好地反應(yīng)車(chē)輛穩(wěn)定行駛狀態(tài)，而且具有實(shí)時(shí)性好的特點(diǎn)，所以選擇線性二自由度車(chē)輛模型作為參考模型。根據(jù)賽車(chē)的基本參數(shù)建立線性二自由度模型，將其橫擺角速度響應(yīng)輸出作為期望值進(jìn)行控制，線性二自由度模型的橫擺角速度值可表示為：

4 結(jié)論

本設(shè)計(jì)對(duì)電動(dòng)方程式賽車(chē)整車(chē)控制策略進(jìn)行自主研發(fā)。主要分為了兩個(gè)部分：賽車(chē)狀態(tài)無(wú)線傳送顯示策略和賽車(chē)驅(qū)動(dòng)策略。兩個(gè)部分是相輔相成的，驅(qū)動(dòng)策略的順利應(yīng)用一定是依靠賽車(chē)能夠正確及時(shí)地傳回實(shí)時(shí)狀態(tài)，然后根據(jù)狀態(tài)進(jìn)行調(diào)試;反過(guò)來(lái)只有當(dāng)賽車(chē)能夠穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，賽車(chē)儀表傳遞給駕駛員的賽車(chē)運(yùn)行狀態(tài)才更有價(jià)值。通過(guò)電動(dòng)方程式賽車(chē)參賽實(shí)踐表明：本控制策略能夠推動(dòng)賽車(chē)控制系統(tǒng)的新技術(shù)應(yīng)用，為將來(lái)的進(jìn)一步研發(fā)工作打下了良好基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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