面向方程式賽車的高性能電子設備

Author(s):
Abhi Mittal - University of Manchester

Industry:
Research, Automotive

Products:
Multisim, CompactRIO, LabVIEW

The Challenge:
實現(xiàn)一套面向曼徹斯特大學方程式學生單座位賽車的便攜式的、可擴展的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它可以測試多種車輛。

The Solution:
利用Multisim和LabVIEW軟件，以及NI CompactRIO可編程自動化控制器（PAC），仿真車輛、采集數(shù)據(jù)并利用該數(shù)據(jù)建立定制的報警信號。

我們正在創(chuàng)建一個系統(tǒng)，采集數(shù)據(jù)并顯示汽車是否按照IMechE安全規(guī)則行駛。該系統(tǒng)將使得設計人員洞悉車輛動力學，以支持未來面向賽道故障檢測的實時設計決策，并以記錄數(shù)據(jù)的形式用于將來參考。該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應當是便攜式且可擴展的，以便在工作間或動力實驗室（動力計）容納多種汽車或車輛的多個獨立部件。

利用Multisim，我們可以在購買任何組件或PCB前，仿真車輛的整個接線器和功率分配電路，從而節(jié)省時間和不必要的成本。CompactRIO為我們提供了一個能夠從多個傳感器接收輸入的、堅固的、可重新編程的數(shù)據(jù)記錄器。利用LabVIEW和一個標準的WiFi路由器，我們實現(xiàn)了一個無線遙測系統(tǒng)，它處理約20個通道的模擬數(shù)據(jù)，以及其他18個通道的CAN總線數(shù)據(jù)。利用LabVIEW，我們可以以正確的格式察看數(shù)據(jù)并創(chuàng)建定制的報警信號。

機械工程師學會的方程式學生競賽要求工程專業(yè)的學生們利用小型的方程式風格的賽車構思、設計、制造和競爭。這些賽車經(jīng)過一年時間的構造，然后被帶到銀石賽道與來自世界各地的其他競爭者評判和比較。在2008年有95支團隊主要在車輛類別和低排放車輛類別方面參與了競爭。

虛擬接線器
Multisim中的接線器仿真通過允許我們檢查各種安全斷流器的操作，確保該系統(tǒng)功能依照安全規(guī)則進行工作。我們可以仿真電流，以評估電池的性能并在UltiBoard內優(yōu)化PCB以處理那些負載，尤其是用于啟動電機電流的非常寬的線路。利用機械CAD工具，可以確保我們的電路將封裝在外殼內。

數(shù)據(jù)采集與遙測
汽車車架、懸掛、冷卻和駕駛培訓是一些重要的方面，其中，基于真實數(shù)據(jù)分析的設計驗證非常關鍵。通過CAD軟件包的簡單仿真，很難發(fā)現(xiàn)薄弱之處或有待優(yōu)化之處。數(shù)據(jù)不僅用于車輛的設計階段，還用于懸掛和冷卻系統(tǒng)中的賽道調整。

CompactRIO為我們提供一個一體化的數(shù)據(jù)采集與實時監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)在輸入類型和數(shù)據(jù)察看方面具有無與倫比的靈活性。512 MB的板上存儲使得高精度數(shù)據(jù)捕獲成為可能。它提供了一個比絕大多數(shù)的其他解決方案（甚至專為運動摩托車設計的解決方案）高得多的通道密度（輸入通道數(shù)與尺寸的比值）。由于一個簡單的WiFi連接，我們甚至不必擁有一個用于遙測的射頻許可證書?？梢瞥?、選擇范圍廣泛的C-系列模塊使得CompactRIO成為可持續(xù)的選擇。我們可以在我們的需求增長或我們發(fā)現(xiàn)新的測量領域時改變配置。它還支持較寬的工作電壓，這對于引擎頻繁重啟（此時電壓下降可能多達25%）的汽車供能非常重要。

我們與NI現(xiàn)場工程師們緊密合作，以裁減硬件使其適合我們的目的。我們的單元是一個8-模塊機箱，配有NI 9237同步橋模塊、NI 9205模擬輸入模塊、NI 9411數(shù)字輸入模塊、NI 9211熱電偶模塊、面向IEPE測量的NI 9233動態(tài)信號采集模塊和NI 9853高速CAN輸入模塊。CAN輸入支持我們監(jiān)測來自與ECU相連的傳感器的數(shù)據(jù)，如RPM、汽油溫度和汽油壓力。這樣避免了重復裝配傳感器或制造傳感器緩存電路?？焖僦匦戮幊毯蛦蝹€單元的便攜性的組合，意味著我們可以方便地在汽車或動力實驗室內使用CompactRIO，以獲取更為詳細的引擎相關的測量結果。它僅涉及通過網(wǎng)絡上傳合適的VI和傳感器的連接。