本周六(9月13日)，首届FIA电动方程式(FE)锦标赛揭幕站将在北京举行。本文是FE中国队唯一的中国机械师刘迪根据FE季前试车撰写的文章——《Formula E驱动系统技术分析》。献给喜欢技术的车迷。
系统综述
SRT-01E动力系统由整车控制器(ECU)、电机控制器(MCU)、电池管理系统(BMS)和动力电池(RESS)四大组件以及各种传感器构成，其拓扑关系如下所示：
图1 驱动系统组件图
其中，各部件之间通过CAN总线通讯。整车控制器根据CAN中读到的电机、电池状态以及传感器采集到的车辆状态与驾驶员操作，通过CAN总线控制电机控制器；电机控制器解析扭矩需求并驱动电机；电池管理系统实时监测每个电池单体的温度、电压，计算电池当前的电量(SOC)，协助电机控制器控制能量回收强度。
整车控制器(ECU)
整车控制器是这辆车的核心部件，它分析和记录所有传感器采集的数据，并通过查表或计算来得到所要发出的指令，由此控制电池继电器、电机、换档执行机构等执行元件。
SRT-01E所采用的为McLaren TAG-400i型通用ECU，在原有的八缸涡轮增压发动机控制程序的基础上保留了信号采集和数据存储的功能，将原有的发动机负载变量转换成对电机需求的扭矩，通过CAN总线发送给电机控制器，从而驱动车辆行驶。
然而，这个扭矩的计算比较复杂，是通过三个扭矩MAP的叠加得到的。这三个MAP均由电机转速作为纵坐标，横坐标分别是油门踏板开度、制动油管油压以及能量回收踏板(图4中12号踏板)位置。其中，对于油门信号的处理，首先经过一个非线性变换，将油门踏板线位移传感器采集到的非线性信号，换算成油门踏板角度信号，如图2所示。再以变换后的驾驶员扭矩需求为横坐标，电机转速为纵坐标，得到电机扭矩MAP。在这一MAP处于能量回收模式时，当电机转速大于1000RPM，切驾驶员扭矩需求为0时，ECU会要求电机控制器发出-10Nm的制动扭矩，用于能量回收。此外，对于同一电机转速，当驾驶员转矩需求大于5%时，电机驱动扭矩随着油门踏板开度由0至最大值逐渐线性递增，对于同一踏板开度，电机驱动扭矩达到最大功率后，随着转速的升高而减小，其趋势如图3所示。
图2 油门踏板信号处理示意图
图3 驱动扭矩MAP走势示意图
对于制动压力MAP和能量回收踏板MAP，其原理相同，对于同一电机转速，电机制动扭矩随着制动压力的增大而线性增大，也随着能量回收踏板开度的增大而增大。对于同一踏板开度，其制动扭矩不变。
图4 方向盘按钮示意图 1.无线电2.刹车调节3.能量回收调节4.电动机功率调节5.前进挡6.倒档7.空挡8.维修站限速9."fanboost"启动钮10.升档11.降档
此外，对于驱动扭矩MAP、制动压力MAP和能量回收踏板MAP，分别有6种、4种和4种配置可以选择，并且驾驶员可以随时通过图4中三个红色旋钮进行设置。其中，左边和中间的红色旋钮，用来设置制动压力MAP和能量回收踏板MAP，从0回收到100%回收大致均匀分为4档；而右边红色旋钮可以将驱动扭矩的最大值从110kw分六级调整至200kw(包括Push to Pass)。
除了对驾驶员控制信号进行提取和计算之外，整车控制器还可以采集每个轮速、制动盘温度、避震位移等传感器信息，并进行存储，但这些数据只作为赛车分析与调校的依据，根据规则要求不能利用这些数据对牵引力、底盘进行动态控制。
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