Formula Student versenyautó teljesítmény-átalakítójának tervezése

Napjainkban egyre nagyobb teret nyernek a tisztán elektromos, vagy hibrid hajtásláncú járművek. Néhány éve még elszórtan hallhattunk egy két prototípus felől, manapság pedig mindenkit ámulatba ejt a Tesla Modell S, mint úttörő elektromos autó, illetve a nagy gyártók is sorra jelentkeznek a különböző elektromos típusokkal. Mi sem mutatja jobban az elektromos autók létjogosultságát, minthogy 2010-ben rendezték az első olyan Formula Student verseny, ahol elektromos autók is rajthoz álltak még külön kategóriában, 2014-ben pedig már egy kategóriában indulva, elektromos autó nyerte a versenyt. Persze a királykategóriában is követik a világ eseményeit, a dolgozat beadása idején már elindult az első FIA (Fédération Internationale de l'Automobile) FormulaE szezon, azaz az első hivatalos elektromos autós verseny.

Nagy teljesítménysűrűségük miatt az elektromos meghajtású járművekben jelenleg többnyire PMSM (Permanent Magnet Synchronous Machine) motorokat használnak. Az ilyen típusú motorok karakterisztikája ráadásul még sokkal kedvezőbb is járműdinamikai szempontból, mint az eddig jól bevált belső égésű motorok. Mivel ezek a motorok háromfázisú táplálást igényelnek, azonban hordozható formában csak egyenfeszültséget tudunk tárolni, szükség van egy teljesítmény átalakító elektronikára, ezt nevezzük motorvezérlő elektronikának. Természetesen ez a probléma nem új keletű, több megoldás is rendelkezésre áll már az iparban. A kérdés azonban az, hogy ezek a motorvezérlők rendelkeznek-e kellően kicsi időállandóval, azaz építhető-e rájuk megfelelő menettulajdonságokat biztosító vezérlés, akár közúti, akár versenycélokra. Egészen más igényeket támaszt ugyanis a járművek e csoportja, mint mondjuk pl. a hajók, ahol már szintén bevált az elektromos hajtás. Itt azonban akár másodperc nagyságrendű időállandók is megengedhetők. Gondoljunk bele, hogy mi történne, ha az autónk menetstabilizáló elektronikája 1 Hz frekvenciával tudna beavatkozni, illetve, ha például levesszük a gázról a lábunk, még egy másodpercig nem változna a kerekeken ébredő nyomaték.

Jelen dolgozat egy a fenti követelményeknek megfelelő motorvezérlő elektronika hardveres és szoftveres megvalósítását tárgyalja. A tárgyalás során kitérek a hardver koncepcionális kérdéseire, kiemelve az alacsony tömeg és a robosztus konstrukció fontosságát, illetve a megvalósítás nehézségeire, illetve a szabályzó kör felépítésre, illetve a holtidő csökkentésének eszközeire.

szerzők

• 
  Kiss Dávid
  villamosmérnöki
  nappali
• 
  Veréb Szabolcs
  villamosmérnöki
  nappali

konzulens

• 
  Dr. Varjasi István
  docens, Automatizálási és Alkalmazott Informatikai Tanszék

helyezés