電動方程式賽車無線傳送控制策略的設計

李寧 李剛 劉賽

摘 要：電動方程式賽車整車控制策略的開發圍繞創新理念，進行自主研發。根據賽車的運行狀況制定賽車狀態無線傳送顯示策略，根據賽車雙電機驅動結構設計合理驅動策略，保證了所設計賽車的性能。通過賽車參賽實踐表明：應用本控制策略的賽車控制系統有利于新技術的應用，并為進一步的研發工作打下了良好基礎。

關鍵詞：電動方程式賽車;無線傳送;控制系統;顯示策略;驅動策略

中圖分類號：U469.6+96? 文獻標識碼：A? 文章編號：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

電動方程式賽車整車控制系統是賽車的重要組成部分，為賽車實現良好的動力性、經濟性、通過性以及操縱穩定性提供保障。因此，賽車的整車控制系統的開發直接決定著賽車的性能和比賽的成敗。而根據賽車的運行狀況制定賽車狀態顯示策略;根據賽車雙電機驅動結構，設計合理的驅動策略又是保證賽車性能的關鍵所在。

1 控制原理的設計

電動方程式賽車整車控制單元（Vehicle Control Unit，VCU），是實現賽車整車控制決策的核心控制單元。本設計中賽車控制原理：VCU通過采集傳感器所得到的駕駛員以及外界環境工況、電子控制單元（Electronic Control Unit，ECU）、開關、PC等信號之后，經過處理器進行判斷、計算、處理得到執行信號傳遞給執行器件，做出相應的處理動作。如：控制動力電池系統、發送賽車運行狀態控制命令，并控制車載附件電源系統的運行模式等，如圖1所示。VCU承擔了各部件的協調，數據交換，能量流管理等任務[1]，對整車系統具有故障診斷、保護和存儲功能。

2 賽車狀態無線傳送顯示策略

賽車儀表主要是用來給駕駛員傳遞運行狀態的，而通用異步收發傳輸器無線串口模塊（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART）則是給調試的隊員傳遞賽車的運行狀態的。本設計中采用無線傳送方式具有通信設備相對簡單、減少布線量、通信成本低廉、對硬件設備資源的占用率較低等優勢[2-3]。當賽車正常行駛的過程中，駕駛員關心的是驅動系統電池的電量、電壓、行駛車速等信息，所以儀表上顯示的基本信息中應該包括以上信息。調試賽車的人員調試驅動力矩時，還應該獲取電機的轉矩等一系列的狀態信息。當賽車進行充電時，儀表作為賽車的指示器件也應該顯示一些充電相關的信息，如充電電流，預計充電時間等等。下面就對目前設計的賽車儀表顯示以及無線傳送內容做簡單的說明。賽車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，占用字節數則根據所顯示的數據范圍進行分配，如：電量的數據范圍應該是0～100%，所以只占用一個字節就可以。車速的顯示則采用邁速表的形式，最高車速不超過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，因而根據具體的需求可以在儀表屏上顯示一些故障警告及時傳達賽車的狀態。無線串口模塊傳送的信息如表2所示。通過賽車裝備無線傳輸裝置將賽車的實時狀態返回到電腦，從而實現算法的驗證及優化。所傳送的信息也可以根據實際需求進行增減。

3 賽車的驅動策略

因為賽車對速度的要求比較苛刻，而多彎的賽道會使高速運行的賽車極容易出現失穩的工況，通常對于這種情況，汽車的電子穩定性控制/程序（ESP）會起作用使汽車盡可能保持穩定。用兩個后輪的主動力矩控制的方法去實現賽車的主動橫擺力偶矩控制（AYC），能起到一定程度的穩定效果[4-5]。

二自由度車輛模型運動相應能夠較好地反應車輛穩定行駛狀態，而且具有實時性好的特點，所以選擇線性二自由度車輛模型作為參考模型。根據賽車的基本參數建立線性二自由度模型，將其橫擺角速度響應輸出作為期望值進行控制，線性二自由度模型的橫擺角速度值可表示為：

4 結論

本設計對電動方程式賽車整車控制策略進行自主研發。主要分為了兩個部分：賽車狀態無線傳送顯示策略和賽車驅動策略。兩個部分是相輔相成的，驅動策略的順利應用一定是依靠賽車能夠正確及時地傳回實時狀態，然后根據狀態進行調試;反過來只有當賽車能夠穩定運行時，賽車儀表傳遞給駕駛員的賽車運行狀態才更有價值。通過電動方程式賽車參賽實踐表明：本控制策略能夠推動賽車控制系統的新技術應用，為將來的進一步研發工作打下了良好基礎。

參考文獻

[1] 羅水平.純電動汽車整車控制器開發的探討[J].海峽科學.2010， （12）：64-67.

[2] 李寧，李剛，劉賽.電動式賽車儀表控制單元的設計.汽車實用技術.2020，（9）：32-34.

[3] 顏世威，馮沖，施展.基于FPGA的多串口傳輸電路設計及驗證[J]. 電子測試，2019，（19）：16-18.

[4] 余志生.汽車理論（第6版）[M] .機械工業出版社.2018.

[5] 秦剛.四輪輪轂電動車操縱穩定性控制方法研究[D].電子科技大學.2015.