时间：2024-08-08 来源：网络搜集 关于我们 0
DIAN Racing同济电车队 DRe23赛车
作为全球领先的FPGA解决方案提供商，Enclustra的核心板模块除了帮助众多高科技公司打造出成功的产品之外，也备受科研机构、各大高校的青睐。此前，欧洲三支世界一流的大学生赛车团队选择了Enclustra的核心板，他们均在世界顶级赛事中获得了佳绩。同济大学是教育部直属的全国重点大学、国家“双一流”建设高校、国家“985工程”和“211工程”建设高校，来自同济大学的Dian Racing车队同样选择了Enclustra的核心板并于近期举办的FSEC 2023赛事上获得多项大奖。
DIAN Racing简介
DIAN Racing车队，中文名称为同济电车队，成立于2013年，是同济大学大学生电动方程式赛车车队，车队每年自主设计并制造一辆大学生电动方程式赛车，并参加中国以及国际上的大学生电动方程式系列赛事。车队的宗旨是打造世界一流的赛车团队，参加FSAE系列赛事，打造新能源汽车产业交流平台。DIAN Racing将关注于高规格赛车设计制造和高效的项目管理，积极参与世界大学生方程式汽车大赛，与同济大学及80余家企业赞助商为新能源理念的推广贡献一份力量。
在上个月结束的2023年中国大学生电动方程式大赛，DIAN Racing同济电车队取得的奖项有：
设计报告第一名
效率测试第一名
优秀商业方案奖
三电技术分享第三名
MATLAB/Simulink应用奖三等奖
赛车动力系统介绍
DIAN Racing赛车动力系统简要框图
DIAN Racing赛车动力系统的功能框图如上所示，其中：
电池箱：电源供应，最高电压接近600V的锂离子电池
电机：最高转速为20,000 RPM，峰值功率为35kW的永磁同步电机，安装在车轮边上，搭配行星齿轮减速器，四轮独立驱动
电机逆变器：电机驱动单元，根据整车控制器的命令驱动电机输出相应的转矩
整车控制器（VCU）：进行车辆管理，接收车辆各种传感器信号进行动态控制，为每个车轮计算最合适的输出转矩，最大化四轮独立驱动的车辆动态性能
为了实现更高的赛车设计自由度和轻量化水平，提升赛车的性能，DIAN Racing一直以来致力于电驱动系统的自主研发。在DIAN Racing目前正在进行中的电机逆变器项目中，DIAN Racing使用了分立式的SiC MOSFET元件设计逆变器的功率级和栅极驱动板，并使用一个主频为200MHz的单片机实现电机控制的算法。该项目的结构和功能框图如下所示。
基于单片机的单个电机逆变器结构及功能框图
在目前的方案中，由于一共有4个电机，为此需要4块独立的电机控制板，每个控制板负责一个电机，这增加了调试和维护的工作量。同时，由于单片机运算性能的限制，车队无法对控制频率进行较大的提升。为此，车队希望能拥有一个研究电机控制算法软件的强大硬件平台，能够独自实现多个电机的驱动控制，精简系统结构，并有充足的在未来进行拓展的能力，最好还能实现方便的在线调试、查看和记录大量数据。于是DIAN Racing把目光从单片机转向了集成ARM核的FPGA SoC处理器，希望运用此类处理器强大的性能、灵活的应用场景帮助车队制造更好的赛车。
水星Mercury XU5核心板
在研究分析国际顶尖车队案例和进行资料搜集之后，DIAN Racing找到了来自瑞苏盈科的FPGA SoC核心板和开发套件。DIAN Racing可以很方便地将这些体型小巧的核心板产品集成到车队的系统之中，进行快速的原型开发，而不用担心复杂的FPGA SoC外围电路设计。基于瑞苏盈科为DIAN Racing提供的核心板开发套件，一个未来几年里主要使用的可持续开发平台逐渐在DIAN Racing脑海里浮现。
基于Mercury XU5核心板的电机逆变器渲染图
如上图所示，DIAN Racing设计了一块4合一电机控制器板，整合了原先4个单独控制板中相同功能的电路，并在控制板中使用瑞苏盈科的Mercury XU5-5EV SoM作为核心处理平台，同时实现4个电机的驱动控制。
瑞苏盈科Mercury XU5核心板+ST1底板开发套件
（点击图片了解更多详情）
这款核心板上搭载的处理器PS端含有4个ARM A53内核作为应用处理器，可以运行Petalinux操作系统。有2个600MHz的ARM R5实时内核，以及大容量的PL端。DIAN Racing可以利用它多合一的特性，为软件每个部分选择合适的处理单元。考虑到相关知识和使用经验的积累程度，DIAN Racing可以在初期选择较为简单熟悉的软件方案，并在之后进行不断地提升。
比如在初期阶段，DIAN Racing将在PL端实现GPIO，PWM模块，电机旋转变压器的接口，电流传感器接口和快速的故障保护。其中利用PL端，DIAN Racing可以很方便地集成多路sinc数字滤波器，使用Σ-Δ型ADC实现高质量的模-数信号转换。将电机矢量控制算法交由PS端的R5实时内核实现，每个R5实时内核负责两个电机控制。在A53内核中运行Petalinux操作系统，用于搜集电机控制算法程序中的各种中间信号，通过千兆以太网发送给PC上位机，方便在调试的过程中进行实时监测，同时也对电机控制器的运行情况做数据记录。
在积累一定的知识和经验之后，DIAN Racing将把电机控制的电流环也迁移到PL端，借由PL端的并行计算能力有望将开关频率从目前单片机独立控制板方案的16kHz提升到30kHz甚至更高。使用一个R5实时内核做电机控制的状态机、故障检测、控制命令接收和状态反馈，并通过CAN总线与整车控制器VCU通讯。甚至还可以在剩下的另一个R5实时内核实现整车控制器，进一步简化赛车控制器架构。同时也利用PS端A53内核运行的Linux操作系统对整车进行数据处理、记录，并通过以太网接口进行无线通讯转发，提高试车分析效率。最终期望实现的软件框图如下所示：
基于Mercury XU5核心板的电机逆变器软件框图
目前同济电车队正在进行新赛季赛车的设计工作，将会对这一套基于瑞苏盈科XU5核心板的系统进行更细致的开发和测试验证。感谢DIAN Racing对瑞苏盈科的信赖和选择，希望这套系统能为DIAN Racing带来性能更强的赛车，成为队员们增长知识的平台，为DIAN Racing努力打造一流车队助力。
我们祝贺DIAN Racing取得如此骄人的成绩，祝愿DIAN Racing能基于瑞苏盈科的产品打造出更成功的赛车！同时也祝愿DIAN Racing未来在世界舞台上绽放出更闪耀的光彩！
瑞苏盈科
瑞苏盈科(Enclustra)是FPGA领域全球一流的公司之一，2004年成立于瑞士苏黎世，目前有来自29个国家的员工服务位于全球70+国家的1700+企业客户，其成功案例覆盖医疗、通信、机器视觉、图像处理、航空航天、工业控制、测试与测量、运动控制等领域，助力客户加速上市时间、降低项目成本和风险，具备更强的行业竞争力。
来源｜Enclustra 瑞苏盈科
责编｜同济汽车融媒体中心 李悦婷
审定｜史静远 刘昭
