面向方程式赛车的高性能电子设备

Author(s):
Abhi Mittal - University of Manchester

Industry:
Research, Automotive

Products:
Multisim, CompactRIO, LabVIEW

The Challenge:
实现一套面向曼彻斯特大学方程式学生单座位赛车的便携式的、可扩展的数据采集系统，它可以测试多种车辆。

The Solution:
利用Multisim和LabVIEW软件，以及NI CompactRIO可编程自动化控制器（PAC），仿真车辆、采集数据并利用该数据建立定制的报警信号。

我们正在创建一个系统，采集数据并显示汽车是否按照IMechE安全规则行驶。该系统将使得设计人员洞悉车辆动力学，以支持未来面向赛道故障检测的实时设计决策，并以记录数据的形式用于将来参考。该数据采集系统应当是便携式且可扩展的，以便在工作间或动力实验室（动力计）容纳多种汽车或车辆的多个独立部件。

利用Multisim，我们可以在购买任何组件或PCB前，仿真车辆的整个接线器和功率分配电路，从而节省时间和不必要的成本。CompactRIO为我们提供了一个能够从多个传感器接收输入的、坚固的、可重新编程的数据记录器。利用LabVIEW和一个标准的WiFi路由器，我们实现了一个无线遥测系统，它处理约20个通道的模拟数据，以及其他18个通道的CAN总线数据。利用LabVIEW，我们可以以正确的格式察看数据并创建定制的报警信号。

机械工程师学会的方程式学生竞赛要求工程专业的学生们利用小型的方程式风格的赛车构思、设计、制造和竞争。这些赛车经过一年时间的构造，然后被带到银石赛道与来自世界各地的其他竞争者评判和比较。在2008年有95支团队主要在车辆类别和低排放车辆类别方面参与了竞争。

虚拟接线器
Multisim中的接线器仿真通过允许我们检查各种安全断流器的操作，确保该系统功能依照安全规则进行工作。我们可以仿真电流，以评估电池的性能并在UltiBoard内优化PCB以处理那些负载，尤其是用于启动电机电流的非常宽的线路。利用机械CAD工具，可以确保我们的电路将封装在外壳内。

数据采集与遥测
汽车车架、悬挂、冷却和驾驶培训是一些重要的方面，其中，基于真实数据分析的设计验证非常关键。通过CAD软件包的简单仿真，很难发现薄弱之处或有待优化之处。数据不仅用于车辆的设计阶段，还用于悬挂和冷却系统中的赛道调整。

CompactRIO为我们提供一个一体化的数据采集与实时监测系统，该系统在输入类型和数据察看方面具有无与伦比的灵活性。512 MB的板上存储使得高精度数据捕获成为可能。它提供了一个比绝大多数的其他解决方案（甚至专为运动摩托车设计的解决方案）高得多的通道密度（输入通道数与尺寸的比值）。由于一个简单的WiFi连接，我们甚至不必拥有一个用于遥测的射频许可证书。可移除的、选择范围广泛的C-系列模块使得CompactRIO成为可持续的选择。我们可以在我们的需求增长或我们发现新的测量领域时改变配置。它还支持较宽的工作电压，这对于引擎频繁重启（此时电压下降可能多达25%）的汽车供能非常重要。

我们与NI现场工程师们紧密合作，以裁减硬件使其适合我们的目的。我们的单元是一个8-模块机箱，配有NI 9237同步桥模块、NI 9205模拟输入模块、NI 9411数字输入模块、NI 9211热电偶模块、面向IEPE测量的NI 9233动态信号采集模块和NI 9853高速CAN输入模块。CAN输入支持我们监测来自与ECU相连的传感器的数据，如RPM、汽油温度和汽油压力。这样避免了重复装配传感器或制造传感器缓存电路。快速重新编程和单个单元的便携性的组合，意味着我们可以方便地在汽车或动力实验室内使用CompactRIO，以获取更为详细的引擎相关的测量结果。它仅涉及通过网络上传合适的VI和传感器的连接。