挪威科技大学Revolve团队基于瑞苏盈科MPSoC核心板

发布者:EE小广播最新更新时间:2022-01-19 来源: EEWORLD关键字:瑞苏盈科  MPSoC  核心板 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

挪威科技大学Revolve团队基于瑞苏盈科MPSoC核心板打造电动方程式赛车


文章作者:Eskil Aaning Mogstad,负责挪威科技大学Revolve团队的逆变器开发,已授权Enclustra瑞苏盈科使用及发布本文。

 

image.png

图1:LUNA


大学生方程式汽车大赛(Formula Student)是全球最大的大学生工程师竞赛,有来自全球大约1000所大学的团队参加。来自挪威科技大学的Revolve团队成立于2010年,已经打造了9辆方程式赛车,其中包括5辆四驱电动车。

 

image.png

图2:LUNA在车库中


Revolve动力系统


目前Revolve团队采用的动力系统配备了一个锂电池蓄能器,可以在600V直流下提供高达80kW的推进功率,4个内部永磁同步电机(每个轮子配备一个)由4个自主研发的逆变器驱动。


逆变器负责将蓄电池上的直流电流转换成变幅、变频的三相交流电供永磁同步电机使用。电力电子开关可将直流转换成交流,在本项目中SiC MOSFET晶体管额定电压为1200V、电流处理能力超过100A。电机本身使用磁场定向控制,它是一种矢量控制方法,使用电流、电压和位置反馈来计算占空比从而控制逆变器。


采用核心板


在2020赛季,Revolve团队决定放弃基于SoC打造车辆控制单元,转而采用Enclustra瑞苏盈科ZX5 7015/30核心板(System on module, SoM)。这大大降低了底板的复杂度,从8层板降低到4层板,并且去掉了SoC所需的大部分外围电路。我们选择瑞苏盈科ZX5核心板主要是它极具竞争力的小体积、易使用、易实现项目目标,此前早在2016年的一个项目中Revolve团队就曾使用瑞苏盈科ZX5核心板。此外,我们的一些合作公司有使用瑞苏盈科核心板的经验,一些来自这些公司的电子部门的校友收集并提供了使用瑞苏盈科核心板的经验,这对我们非常有益。

 

image.png

图3:瑞苏盈科ZX5-15/30核心板


开始逆变器和电机控制器的重新设计


2020年的大学生方程式汽车大赛因疫情被取消,同时Revolve团队也发现:受疫情影响很难完成2020年的汽车设计,好的一面是:我们突然发现有额外6个月的时间用于新车型的设计,我们很快着手研究不同的理念——其中一个是完全重新设计逆变器和电机。我们主要关注的是改进系统封装和增加可维护性,减少系统的重量并不是重新设计的主要关注点,但我们很快意识到这方面也有很大的潜力。其主要思路是用核心板替换分立式晶体管,大大提高系统的处理能力,从而创建一个平台,未来我们可以在这个平台上专注于改进控制算法。

 

image.png

图4:逆变器组件渲染图


由于ZX5 VCU(Vehicle Control Unit,车辆控制单元)项目在2020年的成功,基于核心板打造电机控制器底板就自然而然成为一个很好的解决方案。我们决定先找一个核心板制造商再找核心板,基于我们过去的经验,很快我们选择了瑞苏盈科的核心板。由于我们重新设计电机控制器的其中一个目标是打造一个可以让我们专注于开发电机控制算法的平台,所以我们想要一款具备强大SoC、同时体积非常小的核心板。最终我们选用了瑞苏盈科XU5-4EV核心板——基于Zynq UltraScale+ MPSoC,相比基于Zynq 7000的ZX5在性能上有巨大提升,预计在未来几年里拥有足够的计算能力。

 

image.png

图5:瑞苏盈科XU5-2CG/2EG/3EG/4EV/5EV核心板


采用核心板的好处


相比基于SoC做整板设计,采用核心板的一个巨大的好处是缩短研发时间,因为最复杂的部分已经被集成到核心板中。例如,采用核心板便无需引出BGA封装的784引脚和复杂的接口(如DDR高速存储)——这需要相当多的时间去打造一个多层PCB。


XU5-4EV核心板的另一个优点是其包含电源。核心板只需要5~12V单电源供电,核心板可以产生所有自身所需电平——包括1.8V、2.5V和3.3V,这些电平也可以为底板上的电路供电,无需额外的电源转换器,大大简化了底板设计。

 

image.png

图6:瑞苏盈科XU5核心板结构框图


计算能力


我们选择瑞苏盈科XU5-4EV核心板的主要原因之一是处理能力的巨大提升。在我们之前的电机控制器中,大约有4个基于Cortex M7的MCU运行在300MHz,每个MCU控制一个电机,几乎没有剩余的计算时间,这让我们无法增加开关频率、提高性能或转向更复杂的控制系统。升级到XU5-4EV给了我们更多的处理能力——包括4个1.3 GHz的Cortex A53核、2个500 MHz的Cortex R5核、外加一个FPGA——这将满足我们未来几年的计算需求。


软件架构


在我们的设计中,我们选择在两个R5核上运行电机控制算法。几个IP核是用VHDL开发的,以运行在XU5-4EV中包含的FPGA上:包括一个PWM外设、不同ADC核和一个看门狗模块(在出现过流等错误时禁用电源级)。

A53核暂时没有被用于我们的设计,我们正在计划未来在A53上运行嵌入式Linux、开发数据记录/配置应用程序和系统调优应用程序,创建一个性能强大且可配置的系统来给系统瘦身和提高性能。


开发历程


新型变频器和电机控制器的开发非常迅速:这个系统的概念始于2020年3月;在春末和夏季,我们设计了该系统的原理图和布局;秋季我们全面、彻底地测试了硬件、FPGA、软件和新的动力电子系统——这一切使得我们能够在2020年12月中旬使用全新的发动机。

 

image.png

图7:逆变器控制卡,基于瑞苏盈科XU5-4EV核心板,负责控制4个内置永磁同步电机


2021年春季我们开始了电力电子设备的电流处理测试,检查了在模拟加速、AutoX和耐力测试中电力电子设备的发热和散热情况。测试成功后,我们将重心转移到使电机控制算法在弱磁区域工作。在2021年3月10日,我们终于在新的控制卡和电力电子设备的帮助下,使我们的马达转速达到了20kRPM,取得了巨大的突破!此后我们开始致力于使固件能够同时控制4个逆变器/电机而不是1个。遗憾的是该项目在4月份被搁置,因为我们认为在2021年LUNA车型的测试季之前不可能完成该系统,所以我们优先将重点放在电子部门的其他工作上。

 

image.png

图8:结构框图


我们正在继续逆变器和电机控制器的开发,希望我们能够在2022赛季之前完成下一代汽车的系统。 

image.png

图9:安装 

image.png

图10:试车


关于大学生方程式汽车大赛(Formula Student)


大学生方程式汽车大赛是世界上最大的工程师竞赛,始于1981年。竞赛的目的是在一年的时间内向未来的工程师介绍电动或油动赛车的开发、生产、组装、测试和竞赛。获胜者不一定是拥有最快赛车的车队,而是在结构、性能、财务规划和销售论点方面拥有最佳组合的车队。2010年,为了培养潜在的年轻工程师,为未来的技术(如电动传动系统)做好准备,并推进创新过程,赛委会还为电动汽车开设了一个单独的竞赛单元。


关键字:瑞苏盈科  MPSoC  核心板 引用地址:挪威科技大学Revolve团队基于瑞苏盈科MPSoC核心板

上一篇:莱迪思拓展Automate解决方案集合和Propel设计工具的功能
下一篇:eFPGA将无处不在,从消费到通信,从安全到AI

推荐阅读最新更新时间:2024-11-10 06:29

发布ZU17/19EG高端核心板
2021年6月11日,苏黎世/深圳 瑞苏盈科(Enclustra)仙女座 Andromeda™ XZU90-17EG/19EG: 提供高达686个用户IO的高端核心板 Xilinx® Zynq® UltraScale+™ MPSoC 核心板 瑞苏盈科(Enclustra)的仙女座XZU90是仙女座(Andromeda)系列的第一款核心板,针对高端应用进行了模块化和优化设计,支持高达6个Samtec ADM6-60高速连接器,提供高达686个用户IO。 仙女座XZU90片上系统(SoC)核心板通过结合Xilinx Zynq UltraScale+™ MPSoC系列芯片和高速DDR4 ECC SDRAM、eMMC
[嵌入式]
<font color='red'>瑞</font><font color='red'>苏</font><font color='red'>盈</font><font color='red'>科</font>发布ZU17/19EG高端<font color='red'>核心板</font>
英蓓特最新推出基于TI和NXP处理器的SMARC®标准核心板方案
在物联网万亿级市场规模的催化下,智能化、移动性、低功耗早已成为半导体市场主流趋势,嵌入式计算机模块化领域亦不外乎。由SGET(Standardization Group for Embedded Technology)协会领导通过的SMARC(Smart Mobility ARChitecture,智能移动架构)标准正是为超小尺寸、低功耗、低成本、高性能的多功能计算机模块而生。典型设计功耗在 6W 以下的SMARC® 标准计算机模块,可以满足越来越多智能设备对低功耗和小尺寸的严苛要求。 作为一个开放、全球性的标准,SMARC®能够充分利用x86架构和ARM架构的优势,非常适合低功耗、低成本和高性能的下一代嵌入式应用。同时,SMAR
[嵌入式]
英蓓特最新推出基于TI和NXP处理器的SMARC®标准<font color='red'>核心板</font>方案
Xilinx Zynq UltraScale+ MPSoC无人机控制器
官方术语是无人驾驶飞行器(UAV),这显然有点拗口,所以我们更喜欢说无人机。在过去的几十年里,无人机技术有了巨大的进步。我们为一个客户开发了一个无人机的飞行和视频控制器。 客户挑战 客户需要一种混合 FPGA/CPU 硬件,该硬件的性能要满足要求,同时重量要小、尽量少占用空间、能效要高,对此,被动散热解决方案将十分有效。此外,硬件需要适合在恶劣的条件(振动和低高温)下平稳运行。 解决方案 前一代成功的无人机控制器基于Xilinx Zynq-7000打造,此次升级我们的工程团队采用了Xilinx Zynq Ultrascale+ MPSoC,其CPU实现了位置控制以及飞行轨迹跟踪。传感器和动作器通过FPGA逻
[工业控制]
<font color='red'>瑞</font><font color='red'>苏</font><font color='red'>盈</font><font color='red'>科</font>Xilinx Zynq UltraScale+ <font color='red'>MPSoC</font>无人机控制器
Xilinx扩展ZynqUltraScale+ MPSoC系列推出新型双核器件
2016年6月20日,全可编程技术和器件的全球领先企业赛灵思公司 (Xilinx, Inc. (NASDAQ:XLNX))宣布其Zynq UltraScale+ MPSoC系列新增新型双核器件。全新双核 CG 系列产品提高了ZynqMPSoC产品组合的可扩展性,包含双应用和实时处理器组合。目前ZynqUltraScale+系列以较低成本切入点增加了双核器件和处理可扩展性,该系列提供四核 ARM Cortex -A53、双核 Cortex-R5以及一个图形处理单元和一个视频编解码器单元。设计人员可在可扩展处理组合的三种器件类型中进行选择,以满足多种不同市场的处理要求,包括马达控制、传感器融合、医学内窥镜和手持无线电等。 赛灵思公司
[嵌入式]
米尔电子2023年度大事记丨2023砥砺奋进,2024扬帆远航
有人说,2023年是经济下行的一年 有人说,2023年是充满挑战的一年 也有人说,2023年是充满希望的一年 于米尔来说 2023年是砥砺奋进的一年 这一年 我们用汗水书写辉煌 我们用奋斗书写芳华 跟随小编来盘点2023年米尔大事记 展望全新的2024  新品发布,助力开发 2023年米尔电子激昂前进,开发了很多新的平台方案,共计推出了核心板开发板10款,成为覆盖全面,品质优良的嵌入式CPU模组供应商。  外资平台,集齐四大半导体原厂的主流MPU,成为外资工业处理器核心板最全供应商: 米尔是目前国内唯一一家能全面提供主流外资半导体厂商入门级及中高端MPU的芯片厂家,可以给客户提供一站式的选型
[嵌入式]
米尔电子2023年度大事记丨2023砥砺奋进,2024扬帆远航
高性能嵌入式核心板新标杆!MYC-JX8MX核心板问市
随着嵌入式及物联网技术的飞速发展,高性能计算的嵌入式板卡已经成为智能产品的基础硬件平台。为响应行业应用和满足客户需求,米尔电子推出基于NXP公司i.MX8M系列芯片的开发平台MYD-JX8MX系列开发板,以满足这类高性能产品的板卡要求。 MYC-JX8MX核心板及开发板专为高性能人机交互,智能设备定义及设计,采用金手指核心板加接口底板结构,支持双屏显示(4K+1080P)、2路MIPI-CSI视频输入、USB 3.0、Micro SD卡、4G模块、 WIFI / BT、以太网、SSD支持等外设接口,适用于智能售货、智能交通、智慧等杆等高性行业设备行业。 一个强劲的芯:i.MX8M满足高性能音视频及复杂计算任务处理
[嵌入式]
高性能嵌入式<font color='red'>核心板</font>新标杆!MYC-JX8MX<font color='red'>核心板</font>问市
ARM核心板之—电平转换电路
  电子工程师在电路设计过程中,经常会碰到处理器MCU的I/O电平与模块的I/O电平不相同的问题,为了保证两者的正常通信,需要进行电平转换。以下,我们将针对电平转换电路做出详细的分析。   对于多数MCU,其引脚基本上是CMOS结构,因此输入电压范围是:高电平不低于0.7VCC,低电平不高于0.3VCC。   但在介绍电平转换电路之前,我们需要先来了解以下几点:   ⒈ 解决电平转换问题,最根本的就是要解决电平的兼容问题,而电平兼容原则有两条:①VOH VIH②VOL VIL   图1 阈值电压   ⒉ 对于多电源系统,某些器件不允许输入电平超过电源电压,针对有类似要求的器件,电路上应适当做些保护。   ⒊ 电平转
[单片机]
ARM<font color='red'>核心板</font>之—电平转换电路
米尔FPGA核心板上市!国产紫光同创Logos-2核心板和Xilinx Artix-7核心板
新品上市!米尔国产fpga核心板紫光同创Logos-2系列和Xilinx Artix-7核心板 随着嵌入式的快速发展,在工控、通信、5G通信领域,FPGA以其超灵活的可编程能力,被越来越多的工程师选择。近日, 米尔电子发布2款FPGA的核心板和开发板,型号分别为:基于紫光同创Logos-2系列PG2L100H的MYC-J2L100H核心板及开发板、基于Xilinx Artix-7系列的MYC-J7A100T核心板及开发板 。 国产FPGA开发平台紫光同创Logos-2 紫光同创Logos2系列国产FPGA芯片,第一款高性价比FPGA产品PG2L100H及其全套自主软件和IP方案,该系列芯片采用28nm CMOS工艺
[嵌入式]
米尔FPGA<font color='red'>核心板</font>上市!国产紫光同创Logos-2<font color='red'>核心板</font>和Xilinx Artix-7<font color='red'>核心板</font>
小广播
最新嵌入式文章
何立民专栏 单片机及嵌入式宝典

北京航空航天大学教授,20余年来致力于单片机与嵌入式系统推广工作。

换一换 更多 相关热搜器件
随便看看

 
EEWorld订阅号

 
EEWorld服务号

 
汽车开发圈

电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved