Rui Su Yingke Zynq 7015 çekirdek levha tahrikli formül elektrikli otomobil FS yarışmasını kazandı
ynq 7015 çekirdek kurulu Formula yarış
1

Formula Student, dünyanın en büyük mühendis yarışmasıdır. FPGA modüllerine dayalı yenilikçi bir elektrikli tahrik sistemi sayesinde, İsviçre Zürih'teki AMZ öğrenci takımı yarışmayı başarıyla kazandı. AMZ ekibinin yarış arabası, Enclustra Mercury ZX5 çekirdek kartına (Xilinx Zynq 7015 SoC'ye dayalı) dayalı 4 invertör ile donatılarak en hızlı tur süresini oluşturur.
NS
2

Formula Koleji Öğrenci Yarışmasında her yıl 600'den fazla öğrenci takımının katıldığı 18 yarış vardır. AMZ (Akademischer Motorsportverein Zürich) yarış takımı, Zürih İsviçre Federal Teknoloji Enstitüsü ve Luzern İsviçre Uygulamalı Bilimler Üniversitesi öğrencilerinden oluşmaktadır. FPGA çekirdek kart modüllerinin kullanılması gibi yeniliklerin tanıtılması Elektrikli tahrik motorunu kontrol etmek için, bir elektrikli otomobilin 0'dan 100 km/s hıza 1.513 saniyede ulaşması için bir dünya rekoru yarattı. Rekabetçiliği sağlamak için yarış arabasının çeşitli bileşenleri koordine edilmeli ve güvenilir bir yüksek performanslı sisteme entegre edilmelidir.AMZ bunu başarmak için bileşenlerin çoğunu kendi başına geliştirmiştir.

Özlem Yol

Eiger ile yarışmanın amacı (tüm arabalar İsviçre dağlarından sonra adlandırılır), en hızlı tur zamanına ulaşarak elde edilen yarışta mümkün olduğunca çok puan elde etmektir. Son birkaç sezonun tur hızı simülasyonu, enerji hesaplaması ve günlük veri analizi yoluyla AMZ, tamamen özelleştirilmiş bir dört tekerlekten çekiş sistemi, karbon fiber takviyeli polimer (CFRP) tek depolama yapısı, hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) ve rüzgar tarafından doğrulandı Havacılık montajı ve hidrolik süspansiyon.

FPGA çekirdek kartına dayalı invertör

AMZ tarihinde, ekip ilk kez güç sisteminin tüm bileşenlerini kendi başına geliştirdi. Son olarak, Enclustra'nın FPGA çekirdek kartına dayalı olarak invertör geliştirildi. İnverter, sabit mıknatıslı senkron motoru çalıştırmak için lityum pilin doğru akımını üç fazlı alternatif akıma dönüştürür.

Kendi geliştirdiği dört inverterin her biri bir motoru kontrol eder; kendi geliştirdiği bir doğrudan tork kontrol (DTC) modülatörü Enclustra Mercury ZX5 çekirdek kartında (Xilinx Zynq 7015 çip üzerinde sistem tabanlı) çalışır. VHDL, mevcut motor akımını tahmin etmeyi ve her 10 nanosaniyede bir yeni anahtar konumunu hesaplamayı mümkün kılar - bu, bir mikro denetleyici veya DSP tabanlı bir sistemle imkansızdır.
NS
3

Özelleştirilmiş 1200 volt SiC MOSFET modülü, yalnızca 10 miliohm'luk bir açık dirence sahiptir.Kendi geliştirdiği bir akıllı kapı sürücüsü kullanır ve su soğutması için iletim ve anahtarlama kayıplarını azaltan, anahtarlama hızını iyileştiren ve yükselmeyi azaltan 3D baskılı soğutma kanatçıklarını kullanır. 39 nanosaniyeye kadar zaman. Çekirdek karttaki iki ek 47 nanofarad DC bağlantı kapasitörü, güç döngüsü endüktansını azaltabilir. Ağırlığı azaltmak ve DC bara voltaj dalgalanmasını azaltmak için 6 mikrofarad Ceralink seramik kapasitörlü ve 240 mikrofaradlı film kapasitörlü bir hibrit DC devresi kullanılır. İki PCB, devre kartının alanını azaltmak için çekiş sisteminin bağlantısı için 1 mm bakır girişlerle tasarlanmıştır. Motoru kontrol etmek için trifaze akım, DC bağlantı gerilimi ve akımı, faz-faz gerilim ölçümü saniyede 1 milyon örneğe kadardır. Motorun mevcut konumunu belirlemek için bir çözücü kullanılır. Gigabit Ethernet ve CAN bağlantıları, araç ve test tezgahı arasında hızlı ve güvenli iletişim sağlar. En yüksek düzeyde kişiselleştirme için, inverter yazılımının tamamı şirket içinde geliştirilmiştir.

Enclustra (Ruisu Yingke) Mercury Mercury ZX5 SoC çekirdek kartı

İşlem birimi, Yonga Üzerinde Sistem'i (SoC) seçti. Çoğu durumda, çıplak SoC, lehimlenmesi zor olan ve sinyali çipe yönlendirmek için birden fazla PCB katmanı gerektiren BGA'da paketlenir. SoC ayrıca bellek, saat, arayüz ve karmaşık güç kaynağı gibi birçok çevre birimine ihtiyaç duyar. Enclustra (Ruisu Yingke) Mercury ZX5 SoC çekirdek kartı, küçük boyutlu bir PCB üzerinde yukarıdaki tüm işlevleri sağlar. Çekirdek kart, 1GB DDR3L SDRAM, 512MB Nand Flash, bir Ethernet PHY ve tüm voltajlar için bir güç kaynağı içerir. Çekirdek kart, güç dönüştürücülerine olan ihtiyacı en aza indirerek, arka paneldeki devrelere bile güç sağlayabilir.
NS
4

Bol bilgi işlem gücü

Çok düşük gecikme süresi ve yüksek yenileme hızı ihtiyacı nedeniyle, modülatör ve çevre birimleri ile tüm iletişim FPGA üzerinde uygulanmaktadır. Tüm önemli güvenlik fonksiyonları FPGA üzerinde uygulanmaktadır.Aşırı akım korumanın gecikme süresi en fazla 1 mikrosaniye ve aşırı gerilim korumanın gecikme süresi en fazla 2 mikrosaniyedir. FPGA ve işlemci üzerinde çok katmanlı yedekli güvenlik sistemi uygulanmaktadır.İşlemci ve FPGA birbirini izler ve tutarsızlıklar oluştuğunda invertörü kapatır.

Hız kontrolü ve çekiş kontrolü gibi bazı gelişmiş kontroller, ARM Cortex-A9 işlemcinin bir çekirdeğinde uygulanır; diğer çekirdek, araç kontrol ünitesi (VCU) veya kontrol bilgisayarı ile iletişim kurmaktan ve veri kaydından sorumludur. .

Yüksek bant genişliği arayüzü

Derlenen bellenim ve veri akışı SD karta kopyalanır ve inverter arka paneline eklenir. Başlangıçta, önyükleyici bellenimi belleğe kopyalar ve bit akışını FPGA yapısına yükler.

FPGA, tüm akım ölçümlerini saniyede 1 milyon (1MSps) örnekleme hızında işler ve voltaj ölçümlerini saniyede 500.000 (500 kSps) oranında işler. Bu bileşenlere SPI tabanlı bir protokol aracılığıyla erişilir. Motor konumu, 33 kSps paralel arabirime sahip bir çözücü tarafından ölçülür. Modülatör tarafından doğrudan kullanılmaya ek olarak, veriler entegre AXI PL-PS ara bağlantısı aracılığıyla işlemciye iletilir. Bu teknolojiyi kullanarak işlemci, konfigürasyon verilerini kolayca değiştirebilir ve bellek erişim talimatları aracılığıyla FPGA'nın değerini okuyabilir.

Ayrıca Mercury ZX5 çekirdek kartının DDR3 RAM'ine de FPGA yapısından doğrudan erişebilirsiniz. Bu sayede büyük miktarda log verisi işlemci kullanmadan RAM'e aktarılabilir. Ardından veriler, inverter kapatılmadan önce çevrimdışı analiz için SD karta kaydedilir.

Yarı iletken ve çıkış filtresinin sıcaklığı, SoC'nin yerleşik XADC'si ile ölçülür ve doğrudan işlemcide kullanılır. Arabada invertör, CAN arayüzü ve VCU aracılığıyla doğrudan işleme sistemine bağlanır. İnvertörü test tezgahında çalıştırmak ve bilgisayara bağlamak için bir Ethernet arabirimi kullanılır.

Basitleştirilmiş güç kaynağı

Mercury ZX5 çekirdek kartına tek bir 5~15V güç kaynağı ile güç verilir.Yerleşik DC/DC dönüştürücü tüm dahili voltajları sağlar ve kartta dönüştürülen voltaj da konektöre yönlendirilir. Bu 3.3V ve 1.8V, inverter arka panelindeki analog ve dijital devrelere güç sağlamak için kullanılır. Yukarıda belirtilen güç kaynağı sağlanmış olduğundan, kullanıcı Enclustra'ya dayalı çekirdek kartı geliştirdiğinde güç kaynağı için gereken çalışma en aza indirilir.
NS
5

Kapsamlı tasarım desteği

Enclustra, modüllerinin entegrasyonunu kolaylaştırmak için kullanıcı kılavuzları, şemalar, 3D modeller, PCB paketleme ve diferansiyel G/Ç uzunluk tabloları ve ayrıntılı belgelere ek olarak gerekli tüm donanım, yazılım ve destekleyici malzemeleri sağlar ve referans tasarımı yapar. başlamak kolaydır. Bu nedenle, pin kalibrasyon hatası riski en aza indirilir.

Enclustra Build Environment (EBE), ARM işlemcisi ile entegre olan Enclustra SoC çekirdek kartını derlemek için kullanılabilir ve bu çok düzgündür. Çekirdek kart ve alt kart, grafik arabirim aracılığıyla seçilir; bundan sonra, EBE uygun bit akışını, ilk aşama önyükleyiciyi (FSBL) ve gerekli kaynak kodunu indirir; son olarak U-Boot, Linux ve BusyBox'a dayalı kök dosyayı derler sistem.

Enclustra'nın ücretsiz modül yapılandırma aracıyla (Modül Yapılandırma Aracı, MCT), çekirdek kart ve arka panel herhangi bir ek donanım olmadan USB üzerinden yapılandırılabilir. Alt karttaki USB konektörü aracılığıyla, kullanıcılar çekirdek kartın FPGA çekirdek SPI Flash'ını programlayabilir, çekirdek kartın EEPROM'unu okuyabilir ve çevre birimlerini yapılandırabilir. İnverterin geliştirilmesi sırasında AMZ'nin karşılaştığı herhangi bir sorun, Enclustra'nın desteğiyle hızlı bir şekilde çözülebilir.

Yeni nesil yarışların evrimi

AMZ'nin yeni nesil yarış oyunu Mythen'in yeni invertörü bir kez daha Enclustra Mercury ZX5 ana kartına dayanıyor. Bu yeni tip invertör aracılığıyla, yarış otomobilinde iki Mercury ZX5 çekirdek kartı arasındaki fiber optik bağlantı gerçekleştirilir. Bunun için gigabit alıcı-vericiler kullanılır. Daha küçük Mars Mars ZX2 çekirdek kartı da AMZ tarafından değerlendirildi, ancak I/O numarası talebi karşılamıyor.

Mythen tahrik sisteminin konsepti, 4 inverterden (1 motoru/tekerleği kontrol eden 1 inverter) 2 invertere (her inverter 2 motoru kontrol eder) değiştirmiştir. Bu yeni konsept sayesinde, birçok yardımcı devre birleştirilebilir, karmaşıklık azaltılır ve ayrıca bir miktar değerli alandan tasarruf edilir. Ek olarak, birden fazla motor üzerinde hareket eden daha gelişmiş kontrol algoritmalarının uygulanması olasılığını açar.

Formula Öğrencisi Hakkında

Formula Üniversitesi Öğrenci Yarışması, 1981 yılında başlayan dünyanın en büyük mühendis yarışmasıdır. Yarışmanın amacı, geleceğin mühendislerini bir yıl içinde elektrikli veya petrolle çalışan yarış arabalarının geliştirilmesi, üretimi, montajı, test edilmesi ve rekabeti ile tanıştırmaktır. Kazanan mutlaka en hızlı araca sahip olan takım değil, yapı, performans, finansal planlama ve satış argümanları açısından en iyi kombinasyona sahip olan takımdır. 2010 yılında rekabet kurulu, potansiyel genç mühendisleri yetiştirmek, geleceğin teknolojilerine (elektrikli tahrik sistemleri gibi) hazırlanmak ve inovasyon sürecini teşvik etmek amacıyla elektrikli araçlar için ayrı bir rekabet birimi de açmıştır.

Enclustra Hakkında

Enclustra, FPGA alanında dünyanın önde gelen şirketlerinden biridir.2004 yılında İsviçre'de kurulmuş ve Xilinx'in resmi ortağı olmuştur.Aynı zamanda Intel FPGA altın çözüm sağlayıcısı ve FPGA çekirdek kartları/geliştirme sağlayan resmi Kafes çözüm sağlayıcısıdır. panolar, FPGA IP çekirdekleri ve tam yığınlar Şu anda dünya çapında 70'den fazla ülkede 1600'den fazla müşteriye hizmet veren tasarım hizmetleri. 2019 yılında resmi olarak Çin pazarına girdi ve tamamına sahip olduğu bir yan kuruluş olan Ruisu Yingke (Shenzhen) Technology Co., Ltd.'yi kurdu. Kuruluşunun başlangıcında, Çinli müşterilere daha iyi yerelleştirilmiş destek ve hizmetler sunmak için yerel bir mühendis ekibi kuruldu. .