KTH Formula Student是位于瑞典斯德哥爾摩皇家技術學院的一個項目。該項目是關于開發無人駕駛電動賽車的，NCAB瑞典贊助了該項目的PCB。

為什么NCAB會對這個項目感興趣？“NCAB一直在努力填補PCB技術領域的新專業知識和人才，因此需要將目光放得更寬更遠，為我們將來的人才庫儲備人才。我們希望吸引所有年輕人，既要對當代年輕人對技術的興趣進行鼓勵，同時也要向人們普及這個當今瑞典年輕人并不十分了解的行業的知識。我們認為，KTH方程式學生計劃是一個非常棒的項目，非常符合我們的目標?！?/span>

電動交通的未來

KTH Formula Student項目開始于2003年。該項目旨在提高學生的實踐能力，來設計出電動汽車的未來。NCAB采訪了部分參與該項目的學生，了解了他們的項目以及他們在項目中所負責的部分。

Robin Wikstrom， 項目經理："KTH Formula Student項目的目的在于學習如何應用我們在學校獲得的各種理論知識。這是一個非常有野心的項目，KTH各地的學生都參與了開發賽車的各個環節，這其中包括營銷、管理和設計。然后，我們的成果會受到行業專家的評估，通過動態和靜態事件來測試我們的工程技術以及汽車的性能。"

Kim Strinnholm和Jordi Altayo是汽車工程和嵌入式系統的碩士，分別在項目中擔任動力技術主管和電子技術主管。他們與項目組的其他人一起合作完成產品的開發，其中包括電力傳動系統、高壓電池、BMS（電池管理系統）以及與控制和安全系統相關的所有電子電路問題。

Q：除了電池之外，關于電動機和逆變器還有哪些有趣的信息嗎？

A：“我們正在為2021年的比賽而制造賽車，為此，我們將從AMK電機購買專門為Formula Student項目優化的電機和逆變器套件。它由4個同步永磁轂電機組成的動力傳動系統，最大輸出功率超過80kW，由4個單獨的電機控制器驅動，效率約為98%。為了更好地控制這種高輸出功率并在比賽中呈現成盡可能好地性能，我們正在開發自己的扭矩矢量和牽引力控制邏輯系統?！?/p>

Q：您設計的是哪種類型的PCB？如何設計的？使用的是什么工具？

A：“我們使用的大多數PCB都是較低復雜性的兩層板。通常，微控制器相關的PCB會有附加的分立組件來實現特定功能。另外，項目規定了我們只能在不使用諸如微控制器之類的可編程組件的情況下設計某些系統。

我們的設計思路是從明確電子系統需滿足的所有要求和功能以及不同系統間的交互入手，然后從原理圖開始到PCB設計，進行所有系統的設計。針對設計過程中的每一個步驟，都會有一個審查階段，在這個階段，經驗更豐富的成員或者項目合作專家會審查目前已完成的工作。設計過程的最后一步是對特定系統進行測試和驗證，通過之后再將其置入汽車內部進行最終驗證。

我們使用的PCB設計工具是KiCAD，這是一種開源的PCB設計工具，易于學習和掌握，并且具備我們所需的所有功能。”Carolina Hallenius，NCAB瑞典的初級產品專家，介紹NCAB所贊助的PCB：“KTH Formula Student項目將參加2021 Formula Student比賽。自上一次參賽以來，他們已經在產品開發過程中摸索了很久。從原型階段開始到最后階段，NCAB負責制造PCB，這些PCB主要是不同類型的雙層板以及一個8層板。

雙層板主要是控制汽車的電氣系統和BMS系統，規格為1oz，HASL，尺寸在100x100mm以下。8層板則需要厚銅，進行HASL時，銅的最大重要為6oz，尺寸約為100x200mm。該項目的PCB主要為以下三大類：高壓（60V以上） - 8L；低壓（60V以下） - 2L；電池管理系統（BMS） - 2L。

8層板被用于高壓部分，需要滿足電隔離或僅使用非可編程邏輯之類的要求。它的設計重點是安全，來確保所有的故障都不會危及到駕駛員或乘客。高壓區域分為兩個部分：牽引系統主動燈（TSAL）。簡而言之，如果汽車中存在高電壓的風險，那么該系統將通過閃爍明亮的燈光來警示。如果沒有高壓，燈光將會是綠色。預充電是BMS系統中的受控部分。預充電的主要目的是在啟動過程中通過電阻將DVC連接來進行緩慢充電，避免大量涌入造成的電容器或電池損壞。

2層板主要被用于低壓區域，包括用于車輛數據的測量采集和用于駕駛員監視汽車狀態以及調整車輛性能的儀表盤。該部分控制諸如扭矩矢量、牽引力控制和再生制動的作用。數據采集包含三個模塊：

DCU（駕駛員控制單元）：包括駕駛員轉向角、制動踏板和油門踏板的參數。VMU（車輛測量單元）：包括車輪速度、懸架行程、輪胎溫度和制動溫度的參數。AVMU（輔助車輛測量單元）：包括用于懸架安裝點的應變儀、用于航空裝置的應變儀和方向盤扭矩編碼器的參數。

電池管理系統（BMS）也使用的是2層板。該區域監視電池狀態，測量汽車中所有電池的伏特和溫度，確保汽車中的所有系統維持在制造商指定的正確電壓和溫度范圍。如果汽車的某個系統發生錯誤，則將通過過LED指示燈在儀表盤中警示駕駛員。它還包括各種附加功能，駕駛員可以通過方向盤上的屏幕菜單來手動控制?！?/p>

繼續回到與Kim Strinnholm和Jordi Altayo的話題：

Q：你們認為最大的挑戰是什么？

A：”協調一個由100多個人組成的團隊，讓大家都朝著共同的目標努力，并且確保團隊內部良好的溝通，這是很大的挑戰。

當涉及到技術問題時，高壓電池時汽車中最復雜的系統，因為它涉及到很多方面的理論，需要跨學科合作，必須要具有機械涉及、復合材料、動力總成模擬和電子設計方面的專業知識。所有的工作都必須朝著同樣的設計方向進行，這個設計需要滿足競賽規則并將我們的需求（例如重量和可持續性）集成在一起?！?/p>

Q：在您的設計中，什么是最重要的？哪個部分是不容許失效的？

A：”我們的設計以及在動力總成和電子領域的一些關鍵部分是可追溯的，并且進行了存檔，我們需要明確執行和記錄我們的設計選擇。這主要是由于兩個因素：一是作為賽車評估的一部分，我們需要在比賽中捍衛我們的設計，二是當新成員接手舊項目時，他們需要了解掌握部分文件。

就汽車中最重要的系統而言，當然是安全系統，確保車輛的安全運行以及600伏特的高壓系統。這包括從安全聯鎖到主控制單元中的安全狀態機的所有內容，主控制單元正在監視對于安全操作至關重要的所有內容，但首先是隔離轎廂中的一切。用于高壓電池的BMS系統是該總體安全系統的另一個重要部分?！?/p>

Q：從可持續發展的角度來看，您是如何提高汽車的效率的？您還參加過哪些比賽？

A：”我們團隊的核心價值之一就是可持續性，它貫穿了所有過程，從材料選擇到調整動力傳動系統，一切都以可持續性為評估點。這就是為什么，例如，將效率問題作為我們的主要目標之一，并且將重點放在再生制動問題上，使其在耐力賽中能夠做到最低消耗。這也是為什么諸如滾動阻力、阻力系數和重量之類的性能參數對我們很重要的原因。

在過去10年中，KTH Formula Student參加了電氣競賽。自去年以來，我們還在無人駕駛類中進行競爭，主要是借助額外執行器、傳感器和計算機將汽車從電動競賽轉變為無人駕駛。我們是少數這樣做的團隊之一，正常的流程是應該擁有兩輛不同的汽車。但是通過這樣做，我們可以更有效地利用我們地資源，并且可以采取更具可持續性的方法來參與多個類別的競賽。“

Carolina Hallenius最后評論道：”KTH Formula Student是一個充滿激情的團隊，很有野心，可以解決他們在開發可持續的電動和無人駕駛賽車方面面臨的挑戰。他們的目標是躋身Formula Student的前五名，我們也在盡一切努力幫助他們實現目標。因此，我們將提供在PCB方面的豐富經驗和知識的幫助。通過為團隊制作可靠、保證質量和可持續的PCB，我們與之建立了牢固的關系，來了解他們需要的PCB產品，并最終全權負責PCB的生產制造?！?/span>

fqj