CN112078561A - 一种用于fsec赛车的行车控制方法 - Google Patents

Abstract

一种用于FSEC赛车的行车控制方法，包括：S1、电动方程式赛车上电：闭合低压主控开关，闭合高压主控开关后按下高压上电开关，电池继电器闭合，开始向电机控制器输送高压电；S2、电动方程式赛车进入待驶状态：在安全回路连通的情况下，按下待驶开关按钮并踩下制动踏板，电机使能，赛车进入待驶状态；S3、电动方程式赛车的模式选择：电动方程式赛车在行驶过程中可以有两种行驶模式，一种为赛场模式，另一种为练车模式，车手可以通过长按驾驶舱的模式转换开关来切换驾驶模式；S4、电动方程式赛车正常行车过程：采集加速踏板传感器、油压传感器的模拟信号和CAN总线信号，启动传感器自检环节和CAN总线断线检测环节；S5、电动方程式赛车下电。

Description

一种用于FSEC赛车的行车控制方法

技术领域

本发明涉及一种赛车的行车控制方法。

背景技术

在中国大学生电动方程式汽车大赛中，为了使得参赛的电动方程式赛车拥有更好的可靠性、安全性和行驶性能，一套完善且安全的控制方法是必不可少的。通常整车电控系统主要结构如下：电机电机控制器、动力电池、液晶仪表、整车控制器、加速制动踏板总成。主要控制流程如下：整车控制器采集加速踏板和制动踏板的模拟信号,通过相关算法计算出目标转矩并以CAN信号的方式将信号传输给电机控制器,以此实现对电机的控制；动力电池主要负责电机的能量供；给液晶仪表负责显示电机、电池以及整车的相关状态信息。

根据赛事规则，参赛电车需要先通过相关安全性检查才能继续参加后续动态赛事。而目前国内的高校电动赛车队多以符合规则要求为目的,并未做更多的安全性考量和相关的电控系统设计。采用的控制方法虽然结构简单并且可行，但是控制模式单一，无法针对特定的驾驶要求对整车进行控制，可靠性较差。此外，采用的编程语言多为文本编程语言，学习周期较长，开发难度较大。

发明内容

本发明要克服现有技术的上述缺点，提供一种大学生电动方程式赛车的行车控制方法,使得整车电控系统更加安全可靠，降低开发者的开发难度，节约时间成本。本发明另外增加了赛车的行驶模式切换，能够满足不同的驾驶要求。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种用于FSEC赛车的行车控制方法，步骤如下：

S1、电动方程式赛车上电：闭合低压主控开关，闭合高压主控开关后按下高压上电开关，电池继电器闭合，开始向电机控制器输送高压电。

S2、电动方程式赛车进入待驶状态：在安全回路连通的情况下，按下待驶开关按钮并踩下制动踏板，电机使能，赛车进入待驶状态。

S3、电动方程式赛车的模式选择：电动方程式赛车在行驶过程中可以有两种行驶模式，一种为赛场模式，另一种为练车模式，车手可以通过长按驾驶舱的模式转换开关来切换驾驶模式。

练车模式：在非比赛期间，出于对练车场地设施以及安全的考虑，因此限制了电机的扭矩输出，使其为峰值扭矩的一半。此外，在满足比赛的一些特定规则的情况下，将会导致在赛车的调试过程中很难正常地得到想要的调试结果，因此可以在调试阶段屏蔽那些由于规则限制而存在的程序段。

赛场模式：电机的扭矩无限制，且符合比赛的各项规则。

S4、电动方程式赛车正常行车过程：采集加速踏板传感器、油压传感器的模拟信号和CAN总线信号，启动传感器自检环节和CAN总线断线检测环节，若发现故障，则令输出扭矩恒为零，且断开使能继电器。若未发现故障，则进一步判断安全回路是否断开，若安全回路断开，则令输出扭矩恒为零并断开使能继电器。若安全回路连通，则根据设定的行驶模式，转入对应模式的扭矩计算控制程序块中。扭矩计算根据阿克曼转向计算模型，推导出在不同转向条件下，内外后轮所需要的扭矩计算方程，计算出赛车所需要的合理扭矩，并传输给左右电机控制器控制电机产生所需扭矩。

所述扭矩计算环节步骤如下：

S4.1、首先根据输入的方向盘转角的正负来判断方向盘的转向。若方向盘转角为正，则方向盘为左转，转入左转扭矩计算程序块中，反之亦同。

S4.2、将实际测量得到的赛车静态参数和实时测量得到的赛车动态参数带入扭矩计算方程，计算出赛车左后轮和右后轮在此时所需要的扭矩。

S4.3、由于受电机的峰值扭矩限制，计算得到的扭矩不能超过140N·m。若为左转，判断右轮的计算扭矩是否超过140N·m，若未超过，则不作变化。若超过，则将140N·m作为新的右轮计算扭矩，并将左轮计算扭矩减去右轮计算扭矩再加上峰值扭矩，所得的值作为新的左轮计算扭矩。若为右转，计算方法类似。

S4.4、最后，判断刹车踏板是否踩下。若刹车踏板踩下，则将左轮和右轮计算扭矩均置零，若刹车踏板未踩下，则不作改变。

所述传感器自检环节：将传感器输入控制器的模拟量进行均值处理，把该值与调试获得的传感器输出最大值和最小值进行比较，若该值大于最大值或小于最小值则认为出现故障；为了保障加速踏板的可靠性，加速踏板装有两个相同的线位移传感器，若两传感器的输出值对应的行程的差超过10％，则认为出现故障。

所述CAN线断线检测环节：CAN总线是整车最为重要的通讯线，若在赛车行驶过程中总线断开，可能会导致严重的后果，因此对其进行断线检测是尤为重要的。首先，在程序的数据处理模块中创建一个累加器，每接收到一帧CAN报文就将累加器加一，此操作一直进行。将累加器的值与延迟10ms后累加器的值相减后平方，若该值为零，则CAN总线断线，断开使能继电器，输出扭矩为零。若不为零，则CAN总线未断线。

S5、电动方程式赛车下电：电动方程式赛车车速为零,按下下电开关后，电池继电器断开，将低压和高压主控开关复位，下电完成。

为了提高赛车性能，降低开发难度，节约开发时间成本，本发明在满足基本比赛规则要求的同时，采取了较为完善的安全措施，增加了赛车的控制模式，并且采用图形化的编程语言Labview进行编程，使得能够在节约时间的前提下，开发出一套较为完善的控制系统。

本发明的优点和积极效果是：

本发明的传感器自检环节和CAN总线断线检测环节为整车的安全性和可靠性提供了很好的保障。

本发明相比其他控制方法，提供了不同的驾驶模式，可以满足在赛场上和赛场下的不同驾驶需求。

本发明采用的编程方式为Labview，相比其他编程语言，Labview的编程方式更多简单易学，因此降低了开发难度，节约了开发的时间成本。

附图说明

图1是本发明方法的流程示意图。

图2是本发明的扭矩计算算法的阿克曼转向计算模型。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明进行具体阐释，但本发明并不局限于实施例之表述。

实施例1

一种基于LABVIEW的用于FSEC赛车的行车控制方法，根据如图1所示，按以下步骤进行：

S1、电动方程式赛车上电：闭合低压主控开关，整车控制器得电并启动，初始化程序运行，整车控制器输出信号来断开使能继电器，此时电机未使能，该步骤是为了确保在未上高压时下电机一定处于未使能状态。闭合高压主控开关后按下高压上电开关，电池继电器闭合，开始向电机控制器输送高压电。

S2、电动方程式赛车进入待驶状态：在安全回路连通的情况下，按下待驶开关按钮并踩下制动踏板，整车控制器输出信号令使能继电器闭合，电机使能，赛车进入待驶状态。

S3、电动方程式赛车的模式选择：电动方程式赛车在行驶过程中可以有两种行驶模式，一种为赛场模式，另一种为练车模式，车手可以通过长按驾驶舱的模式转换开关来切换驾驶模式。

练车模式：在非比赛期间，出于对练车场地设施以及安全的考虑，因此限制了电机的扭矩输出，使其为峰值扭矩的一半。此外，在满足比赛的一些特定规则的情况下，将会导致在赛车的调试过程中很难正常地得到想要的调试结果，因此可以在调试阶段屏蔽那些由于规则限制而存在的程序。

赛场模式：电机的扭矩无限制，且符合比赛的各项规则。

S4、电动方程式赛车正常行车过程：采集加速踏板传感器、油压传感器的模拟信号和CAN总线信号，启动传感器自检环节和CAN总线断线检测环节，若发现故障，则令输出扭矩恒为零，且断开使能继电器。若未发现故障，则进一步判断安全回路是否断开，若安全回路断开，则令输出扭矩恒为零并断开使能继电器。若安全回路连通，则根据设定的行驶模式，转入对应模式的扭矩计算控制程序块中。扭矩计算根据图2的阿克曼转向计算模型，推导出在不同转向条件下，内外后轮所需要的扭矩计算方程，将赛车的实时动态参数和实际静态参数带入方程，计算出赛车左右后轮所需要的合理扭矩，并传输给左右电机控制器控制电机产生所需扭矩。其中实时动态参数为当前情况下赛车的制动踏板状态、加速踏板行程百分比、赛车的整车速度、赛车的整车加速度和方向盘转过的角度，实际静态参数为赛车的总质量、质心高度、左右轮距、前后轮距、质心至前轮轮心的长度、质心至后轮轮心的长度等。

所述扭矩计算环节步骤如下：

S4.1、首先根据输入的方向盘转角的正负来判断方向盘的转向。若方向盘转角为正，则方向盘为左转，转入左转扭矩计算程序块中，反之亦同。

S4.2、将实际测量得到的赛车静态参数和实时测量得到的赛车动态参数带入扭矩计算方程，计算出赛车左后轮和右后轮在此时所需要的扭矩。

S4.3、由于受电机的峰值扭矩限制，计算得到的扭矩不能超过140N·m。若为左转，判断右轮的计算扭矩是否超过140N·m，若未超过，则不作变化。若超过，则将140N·m作为新的右轮计算扭矩，并将左轮计算扭矩减去右轮计算扭矩再加上峰值扭矩，所得的值作为新的左轮计算扭矩。若为右转，计算方法类似。

S4.4、最后，判断刹车踏板是否踩下。若刹车踏板踩下，则将左轮和右轮计算扭矩均置零，若刹车踏板未踩下，则不作改变。

所述传感器自检环节：将传感器输入控制器的模拟量进行均值处理，把该值与调试获得的传感器输出最大值和最小值进行比较，该最大值和最小值受安装传感器的机械结构所影响，因此需要将传感器安装后进行实时采样测量。若该值大于最大值或小于最小值则认为出现故障；为了保障加速踏板的可靠性，加速踏板装有两个相同的线位移传感器，若两传感器的输出值对应的行程的差超过10％，则认为出现故障。

所述CAN线断线检测环节：CAN总线是整车最为重要的通讯线，若在赛车行驶过程中总线断开，可能会导致严重的后果，因此对其进行断线检测是尤为重要的。首先，在程序的数据处理模块中创建一个累加器，每接收到一帧CAN报文就将累加器加一，此操作一直进行。将累加器的值与延迟10ms后累加器的值相减后平方，若该值为零，则CAN总线断线，断开使能继电器，输出扭矩为零。若不为零，则CAN总线未断线。

S5、电动方程式赛车下电：当电动方程式赛车车速为零时,按下下电开关后，电池继电器断开，将低压和高压主控开关复位，下电完成。

Claims (1)

1.一种用于FSEC赛车的行车控制方法，步骤如下：

S1、电动方程式赛车上电：闭合低压主控开关，闭合高压主控开关后按下高压上电开关，电池继电器闭合，开始向电机控制器输送高压电；

S2、电动方程式赛车进入待驶状态：在安全回路连通的情况下，按下待驶开关按钮并踩下制动踏板，电机使能，赛车进入待驶状态；

S3、电动方程式赛车的模式选择：电动方程式赛车在行驶过程中可以有两种行驶模式，一种为赛场模式，另一种为练车模式，车手可以通过长按驾驶舱的模式转换开关来切换驾驶模式；

练车模式：在非比赛期间，出于对练车场地设施以及安全的考虑，因此限制了电机的扭矩输出，使其为峰值扭矩的一半；此外，在满足比赛的一些特定规则的情况下，将会导致在赛车的调试过程中很难正常地得到想要的调试结果，因此可以在调试阶段屏蔽那些由于规则限制而存在的程序段；

赛场模式：电机的扭矩无限制，且符合比赛的各项规则；

S4、电动方程式赛车正常行车过程：采集加速踏板传感器、油压传感器的模拟信号和CAN总线信号，启动传感器自检环节和CAN总线断线检测环节，若发现故障，则令输出扭矩恒为零，且断开使能继电器；若未发现故障，则进一步判断安全回路是否断开，若安全回路断开，则令输出扭矩恒为零并断开使能继电器；若安全回路连通，则根据设定的行驶模式，转入对应模式的扭矩计算控制程序块中；扭矩计算根据实施例1中图2的阿克曼转向计算模型，推导出在不同转向条件下，内外后轮所需要的扭矩计算方程，计算出赛车所需要的合理扭矩，并传输给左右电机控制器控制电机产生所需扭矩；

所述扭矩计算环节步骤如下：

S4.1、首先根据输入的方向盘转角的正负来判断方向盘的转向；若方向盘转角为正，则方向盘为左转，转入左转扭矩计算程序块中，反之亦同；

S4.2、将实际测量得到的赛车静态参数和实时测量得到的赛车动态参数带入扭矩计算方程，计算出赛车左后轮和右后轮在此时所需要的扭矩；

S4.3、由于受电机的峰值扭矩限制，计算得到的扭矩不能超过140N·m；若为左转，判断右轮的计算扭矩是否超过140N·m，若未超过，则不作变化；若超过，则将140N·m作为新的右轮计算扭矩，并将左轮计算扭矩减去右轮计算扭矩再加上峰值扭矩，所得的值作为新的左轮计算扭矩；若为右转，计算方法类似；

S4.4、最后，判断刹车踏板是否踩下；若刹车踏板踩下，则将左轮和右轮计算扭矩均置零，若刹车踏板未踩下，则不作改变；

所述传感器自检环节：将传感器输入控制器的模拟量进行均值处理，把该值与调试获得的传感器输出最大值和最小值进行比较，若该值大于最大值或小于最小值则认为出现故障；为了保障加速踏板的可靠性，加速踏板装有两个相同的线位移传感器，若两传感器的输出值对应的行程的差超过10％，则认为出现故障；

所述CAN线断线检测环节：CAN总线是整车最为重要的通讯线，若在赛车行驶过程中总线断开，可能会导致严重的后果，因此对其进行断线检测是尤为重要的；首先，在程序的数据处理模块中创建一个累加器，每接收到一帧CAN报文就将累加器加一，此操作一直进行；将累加器的值与延迟10ms后累加器的值相减后平方，若该值为零，则CAN总线断线，断开使能继电器，输出扭矩为零；若不为零，则CAN总线未断线；

S5、电动方程式赛车下电：电动方程式赛车车速为零,按下下电开关后，电池继电器断开，将低压和高压主控开关复位，下电完成。

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