李宁 李刚 刘赛

摘 要：电动方程式赛车整车控制策略的开发围绕创新理念，进行自主研发。根据赛车的运行状况制定赛车状态无线传送显示策略，根据赛车双电机驱动结构设计合理驱动策略，保证了所设计赛车的性能。通过赛车参赛实践表明：应用本控制策略的赛车控制系统有利于新技术的应用，并为进一步的研发工作打下了良好基础。

关键词：电动方程式赛车;无线传送;控制系统;显示策略;驱动策略

中图分类号：U469.6+96  文献标识码：A  文章编号：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

电动方程式赛车整车控制系统是赛车的重要组成部分，为赛车实现良好的动力性、经济性、通过性以及操纵稳定性提供保障。因此，赛车的整车控制系统的开发直接决定着赛车的性能和比赛的成败。而根据赛车的运行状况制定赛车状态显示策略;根据赛车双电机驱动结构，设计合理的驱动策略又是保证赛车性能的关键所在。

1 控制原理的设计

电动方程式赛车整车控制单元（Vehicle Control Unit，VCU），是实现赛车整车控制决策的核心控制单元。本设计中赛车控制原理：VCU通过采集传感器所得到的驾驶员以及外界环境工况、电子控制单元（Electronic Control Unit，ECU）、开关、PC等信号之后，经过处理器进行判断、计算、处理得到执行信号传递给执行器件，做出相应的处理动作。如：控制动力电池系统、发送赛车运行状态控制命令，并控制车载附件电源系统的运行模式等，如图1所示。VCU承担了各部件的协调，数据交换，能量流管理等任务[1]，对整车系統具有故障诊断、保护和存储功能。

2 赛车状态无线传送显示策略

赛车仪表主要是用来给驾驶员传递运行状态的，而通用异步收发传输器无线串口模块（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART）则是给调试的队员传递赛车的运行状态的。本设计中采用无线传送方式具有通信设备相对简单、减少布线量、通信成本低廉、对硬件设备资源的占用率较低等优势[2-3]。当赛车正常行驶的过程中，驾驶员关心的是驱动系统电池的电量、电压、行驶车速等信息，所以仪表上显示的基本信息中应该包括以上信息。调试赛车的人员调试驱动力矩时，还应该获取电机的转矩等一系列的状态信息。当赛车进行充电时，仪表作为赛车的指示器件也应该显示一些充电相关的信息，如充电电流，预计充电时间等等。下面就对目前设计的赛车仪表显示以及无线传送内容做简单的说明。赛车仪表显示的信息如表1所示。

其中仪表变量地址为信息显示的地址，占用字节数则根据所显示的数据范围进行分配，如：电量的数据范围应该是0～100%，所以只占用一个字节就可以。车速的显示则采用迈速表的形式，最高车速不超过150km/h，所以迈速表量程选择为0～150km/h。由于仪表板上的故障指示灯有限，并不能指示出所有的故障，因而根据具体的需求可以在仪表屏上显示一些故障警告及时传达赛车的状态。无线串口模块传送的信息如表2所示。通过赛车装备无线传输装置将赛车的实时状态返回到电脑，从而实现算法的验证及优化。所传送的信息也可以根据实际需求进行增减。

3 赛车的驱动策略

因为赛车对速度的要求比较苛刻，而多弯的赛道会使高速运行的赛车极容易出现失稳的工况，通常对于这种情况，汽车的电子稳定性控制/程序（ESP）会起作用使汽车尽可能保持稳定。用两个后轮的主动力矩控制的方法去实现赛车的主动横摆力偶矩控制（AYC），能起到一定程度的稳定效果[4-5]。

二自由度车辆模型运动相应能够较好地反应车辆稳定行驶状态，而且具有实时性好的特点，所以选择线性二自由度车辆模型作为参考模型。根据赛车的基本参数建立线性二自由度模型，将其横摆角速度响应输出作为期望值进行控制，线性二自由度模型的横摆角速度值可表示为：

4 结论

本设计对电动方程式赛车整车控制策略进行自主研发。主要分为了两个部分：赛车状态无线传送显示策略和赛车驱动策略。两个部分是相辅相成的，驱动策略的顺利应用一定是依靠赛车能够正确及时地传回实时状态，然后根据状态进行调试;反过来只有当赛车能够稳定运行时，赛车仪表传递给驾驶员的赛车运行状态才更有价值。通过电动方程式赛车参赛实践表明：本控制策略能够推动赛车控制系统的新技术应用，为将来的进一步研发工作打下了良好基础。

参考文献

[1] 罗水平.纯电动汽车整车控制器开发的探讨[J].海峡科学.2010， （12）：64-67.

[2] 李宁，李刚，刘赛.电动式赛车仪表控制单元的设计.汽车实用技术.2020，（9）：32-34.

[3] 颜世威，冯冲，施展.基于FPGA的多串口传输电路设计及验证[J]. 电子测试，2019，（19）：16-18.

[4] 余志生.汽车理论（第6版）[M] .机械工业出版社.2018.

[5] 秦刚.四轮轮毂电动车操纵稳定性控制方法研究[D].电子科技大学.2015.