项目进展报告文档格式.docx

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安良（信息科学与工程学院）

信息科学与工程学院

摘要：

中国大学生纯电动方程式汽车大赛是在大学生方程式汽车大赛基础上发展而来，旨在为日益成熟的纯电动汽车注入新鲜血液，带领大学生更多关注新能源汽车板块。

作为纯电动汽车的驱动控制核心，要求性能稳定、高速和高性能运算，本项目基于LabVIEW平台并通过使用NICompactRIO主控、UNITEK伺服电机驱动器和EMRAX电机，利用CAN总线通信协议，选用国内领先的双电机驱动方案来搭建FSE赛车驱动控制系统，做到灵活高效的控制效果，并且参加到FSE赛事中，展现东大eRacing的实力。

关键词：

双电机独立驱动、安全回路、控制策略、CompactRIO、CAN总线

选题背景：

FSE（FormulaStudentElectric）大学生电动方程式汽车大赛是中国大学生方程式汽车大赛的一个分支，大赛假定参赛车队为一家汽车设计公司，自主设计、制造、测试并展示一辆以市场为目标的单座电动赛车，且赛车必须在加速、制动、操控性能以及电池续里程等方面具有优异表现，并能顺利完成大赛项目。

因此，开发一套安全可靠，动力澎湃的驱动电机控制系统至关重要。

我们项目组的成员对赛车都有极大的兴趣，而且都加入了东南大学纯电动方程式车队。

在项目过程中，我们可以学习labview编程，自主设计整车电路，学习CAN总线协议，学习matlabsimulink仿真方法等知识，这些软件硬件的了解与应用为我们积累了工程经验；

而在实车电路的搭建和调试过程中更能锻炼组员的动手能力、发现问题、解决问题的能力以及团队协作能力。

成员组成与指导老师：

我们项目组的成员由信息、电气、吴健雄学院等多位同学组成，在项目进行期间，我们精诚合作，解决了遇到的很多困难。

我们的分工如下：

龙逸尘（信息科学与工程学院）：

统筹整个项目；

完成了主要的控制策略，并在simulink上进行仿真；

搭建了高压驱动系统电路和电压控制系统的电路；

张凯（信息科学与工程学院）：

完成了主控程序框架的搭建与数据采集系统的开发；

李明昊（吴健雄学院）：

建立了系统的CATIA模型，优化电路线束布置，搭建了高压驱动系统与低压控制系统电路；

黄启铭（电气科学与工程学院）：

完成了主控程序框架的搭建，参与了电路线束布置工作。

安良老师在项目进展的过程中帮助我们解决了一些具体问题，例如电磁干扰，CAN总线通信协议等问题，给予我们很大帮助。

项目创新点：

1、国内先进的后轮双电机独立驱动形式

后轮双电机的独立驱动模式在国内的FSE赛车中属首例，采用的EMRAX电机具有功率密度高，输出转矩大，额定转速高的特点，能为赛车提供强劲的动力。

而独立驱动形式将赋予驱动系统更大的灵活性，结合自主开发的驱动防滑和转矩分配的控制策略，能充分挖掘电机动力性能，灵活控制，提高赛车运行的稳定性。

2、LabVIEW图形化编程快速开发

3、结合ARM+FPGA，集合高运算能力和高速并行数据处理。

4、CAN总线通信协议与CANoe拓扑优化应用。

采用CAN总线能有效规避整车的电磁干扰，并能实现整车高速通信。

基于CANoe的拓扑优化简化整车电路，为整车低压回路布线提供指导。

5、自主开发的数据采集系统。

6、优秀的控制策略

自主开发的转矩分配与驱动防滑的控制策略，充分发挥独立驱动的灵活性，提高赛车驾驶的稳定性，保证运行动力。

7、电路安全性

自主设计低压控制系统并连接电路，采用雷默航空插头连接线路，并做好了完备的防水措施，具有极高的安全性与可维护性。

进展情况：

1.方案构思

1.1研读规则

由于没有经验，充分了解相关赛事以及其规则要求的前提下进行自主摸索学习，了解每一部分需求，并参考汽车业界设计规范，结合汽车控制理论进行控制模型的搭建，从而设计完整、合理可靠的驱动系统。

根据分析，我们根据功能划分，整个系统由以下部分组成：

MasterController

MotorController

Motor

Sensors

CANBus

SafetyCircuit

图1赛车控制系统框架

1.2外校交流

2014年12月，项目组访问同济大学交流经验，内容涉及电气系统框架设计、电气线束设计、电气元件配置、主控方案分析、仪表设计、传感器选型、PCB封装、CAN通信经验分享等。

在两天的参观过程中，我们与同济队员交流了驱动方式以及一些驱动策略的执行方案，最终制定了二轮驱动的设计方案。

2.学习CompactRIO架构软件开发

学习LabVIEW编程下的对于CompactRIO编程开发，了解其原理，学习ARM+FPGA架构的优化利用和编程，学习了Real-Time编程以及对LabVIEWFPGA的开发设计，并且对于CompactRIO的扫描模式以及FPGA模式以及基于命令的通信机制进行了学习，为合理的控制架构奠定知识基础。

图2赛车主控单元CompactRIO

3.UNITEK驱动器和EMRAX电机选型：

根据赛车设计性能参数需求，对于动力系统要求强劲的动力，特此选择比功率大、转矩大、体积小，重量轻的电机，并对相应的稳定可靠的驱动器进行选择。

学习了其驱动手册和其配置的驱动软件，装载在实车上配合机械部分驱动整车。

控制器配合自主开发的控制算法保证整车稳定运行。

图3电机控制器UNITEKD3

图4电机EMRAX207

4.CAN总线通信协议设计

学习BoschCAN通信2.0协议，学习相关CAN通信的帧格式、理论计算以及拓扑结构设计，据此制定了赛车两路CAN通信的拓扑结构，CAN通信调试和分析记录选择相应硬件接口卡NI9853（双通道高速模块，1Mbit/s）和总线记录仪GLLogger1000。

CAN通信线路设计仿真，利用业内顶尖软件CANoe，对线路设计进行优化。

图5CAN总线设计

5.高压驱动电路、低压控制电路及安全回路设计

根据大赛规则完成设计驱动系统动力部分，设计安全可靠、合理规划的电路方案，并针对安全回路中的可靠性装置（例如绝缘检测仪、制动可靠性装置等）进行了设计开发，按照设计图连接并测试了整车电路的性能。

图6整车电路设计

图7安全回路设计

6.搭建了数据采集调试平台：

利用LabVIEW进行了FSE赛车开发调试平台，建立了完整的FSE赛车数据采集系统，包括下位机RIO终端、上位机远程工作站以及DataDashboard虚拟仪表，对传感器信号进行分析处理、记录留档，利用TCP/IP协议以及基于PSP协议的网络共享变量进行通信，并且初步完成部分传感器的信号调理。

数据采集分析系统基于MVC（ModelViewController）的设计模式，采用LabVIEW队列消息处理器（QMH）架构搭建了整体框架，能够分模块、分任务的接收终端RIO发回的数据，并进行解析、显示和TDMS数据记录，达到了功能设计要求。

并搭建了远程监控系统，通过无线模块发送信息到远程主机，能实时监控赛车状态。

图8数据采集系统框架

图9远程监控系统界面

7.实车装配

我们与以上的设计过程同步进行了驱动系统各组件的建模，采用市面上广泛应用的建模软件CATIA在PC上完成虚拟装配。

设计结束后我们开始了实车装配。

实车装配过程与整车的机械部分装配协同进行。

驱动系统装配部分分为高压部分：

高压电池组装，电机、控制器装配，高压线路连接；

散热系统；

低压部分：

主控箱体，安全回路布线以及整车控制回路布线。

图10驱动系统模型图

图11低压主控箱

图12高压电池装配

8.控制策略的建立与simulink仿真

结合汽车控制理论等进行了两轮独立驱动控制策略的分析、并在simulink中实现了控制策略的仿真和编程，并进行了整车验证。

接下来将继续通过实际实验，检测控制策略的问题，提高可靠性，打造高效、可靠、动力澎湃的驱动系统。

图13扭矩分配控制策略

图14扭矩分配代码实现

图15仿真结果

9.参加比赛

目前整车已装配完成，并参加了11月初与上海举行的中国大学生纯电动方程式汽车大赛，赛车顺利无故障地完成耐久赛，并在比赛中取得了不错的成绩，尤其是首次参加比赛就进入了设计决赛，实属不易。

图16赛车出征上海

图17赛车参加比赛

10.赛后总结与改进

在比赛后，我们研究小组总结了比赛中出现的失误与不足，并一一列出了解决方案。

11月中旬到一月末，在学校停车场多次进行实车试验，取得测试数据，并根据数据完善整车控制模型。

图18测试数据

11.论文的编写

比赛结束后，我们四人分工合作，每人负责论文的部分工作，在大家的齐心协力下，论文雏形已经完成。

图19论文

项目预算与经费使用：

本项目预算为20000元，预计800元用于办公开支，1000元用于印刷，8000元用于对系统的测试与零件的加工，2000元用于支付交通费与差旅费，800元用于购买图书资料，2000元用于购买小型设备，2000元用于购买材料与工具。

目前项目经费支出3541.92元，用于购买各种工具材料及材料的加工。