关于新一届节能组的一点想法

zy234567 · 发表于 2018-2-21 16:01:13

本帖最后由 zy234567 于 2018-2-21 16:06 编辑

我在本科阶段也算是混迹各种竞赛，有一点小经验了。在去年负责我们学校节能组赛车的总体设计（未参赛）。

对于在座的各位大佬来说，节能组比别的组别有更强的确定性和更加多的得奖机会。此文仅作为抛砖引玉。
对新参加节能组竞赛的小伙伴们来说，对节能组可能会有些茫然。我在此对节能组所面临的主要困难和需解决的问题做个简单介绍

目前来看，节能组是智能车竞赛中单车竞赛综合性最强的一个组别。从去年的比赛来看，各个学校的方案大都不够成熟。今年，竞赛规则进行了相应的调整，规则更加偏重于节能。

新一届节能组的规则给出的无线充电功率限制是5w，意味着车子能够获得的充电功率大约是2-4w。从这一点来看今年的“电价”会比去年贵上了近一个数量级。而充电时间也大约会占用比赛时间的一半以上。这显然意味着节能将是今年的重点。在去年比赛中动辄几十w的功率在今年的比赛中佷可能不会出现。预计今年比赛中大部分队伍的平均功耗会低于10w，功耗控制优秀的队伍能够做到5w以内甚至整机2w以内。
对于节能车来说，耗电大户当然是电机，车子的动力耗电占据了总能耗的绝大部分。从这个角度出发，在去年比赛中常见的带铁芯的永磁直流电机在今年可能会大幅减少。取而代之的是空心杯电机和无刷电机。在此对两类动力方案的优缺点进行简要评析

1.空心杯电机
  优点：驱动方便，效率高。而且选择也相当丰富。在淘宝上能够很方便的找到适合节能组功耗范围的电机。空心杯电机的空载电流常常能够小到让人比较吃惊的程度，而无铁芯的设计也使得其铁损能够尽可能的降低。而其驱动非常方便与普通组别无异，这也是空心杯电机的一大优势。
  缺点：转速高，减速器适配困难。这是限制空心杯电机使用的最大问题。在淘宝上虽然电机非常多，但是要找到合适的减速器并不容易。主要是因为具有适合智能车适用减速比的减速器运用的场合非常少。而定制和自制就对分别团队的经济能力和机加工能力提出了较高的要求。

2.无刷电机
  优点：力矩大，效率较高。淘宝上能够找到大量的无刷电机，覆盖丰富的转速范围，既有大力矩电机也有高转速电机，选择比较丰富。使用无刷电机的一大优势就是可以选择大力矩电机而取消减速器直驱车轮。
  缺点：驱动困难，选型有限。使用无刷电机最大的困难在于驱动。无刷驱动有两类方案，1是自己搭建三半桥和比较器电路，并占用一定的单片机运算资源（占用的运算量并不大）对电机进行控制，这样做难度较大，对于低年级同学来说存在困难和风险，优势是可以直接实现转速控制，可以对能耗进行优化。2是采用驱动方案例如JY02A、DRV11873等。除此之外，适合的选型其实也比较有限，市场上大部分无刷电机都是为航模设计，KV值和功率对节能车并不适合。

从车轮、车身和方向控制来说。大体上可以分为2轮、2+1轮、3轮和4轮方案。

2轮直立车由于直立车直立控制带来的损耗较大，选择队伍并不多。而就普通组来说，直立车费电也是一个众所周知的事情。
2+1轮结构采用两轮差速转向+1辅助轮设计有前三点和后三点两种布局，和今年的三轮组接近。一般来说采用此布局时要尽可能减小辅助轮压力，有助于提高过弯的极限速度。
3轮布局可以是前后三点、前后驱动、前后转向三种组合的8种布局。3轮布局在载人汽车节能竞赛中较为常见。在去年的比赛中可以看出此布局极限速度低于四轮方案。
4轮布局一般来说比较统一，采用前轮转向后轮驱动。但是就驱动来说可以分为单电机和双电机。单电机面临差速器问题，双电机则需要考虑双电机所带来的能耗增加。在去年的比赛中，四轮车表现出了比较好的综合性能，但是能耗表现相对一般。

车速
车速是大家普遍关心的问题。就目前我测试的结果来说，车速提高不会带来整车功率的显著增加。就单位距离功耗来说，可以说是跑的越快越省电了。限制车速的主要因素是车轮和车体布局，提高车速是一个相当复杂的综合性问题。

无线充电
由于无线充电细则和参考方案未出，强烈建议此阶段大家不要在此方面浪费时间，只需在车辆布局时留出相应空间即可。