閆亞林，徐亞丹

（杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院青年汽車(chē)學(xué)院，浙江杭州 310000）

基于Labview的純電動(dòng)汽車(chē)電力驅(qū)動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)平臺(tái)研究

閆亞林，徐亞丹

（杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院青年汽車(chē)學(xué)院，浙江杭州 310000）

基于Labview的純電動(dòng)汽車(chē)電力驅(qū)動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，主要通過(guò)自行設(shè)計(jì)檢測(cè)電路、數(shù)據(jù)采集卡及上位機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)電力驅(qū)動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的電機(jī)性能測(cè)試。模擬實(shí)際電動(dòng)汽車(chē)的簡(jiǎn)單運(yùn)行工況，并對(duì)運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)運(yùn)用Labview編程軟件實(shí)現(xiàn)上位機(jī)控制界面的編程，實(shí)時(shí)顯示測(cè)試平臺(tái)的所有狀態(tài)和數(shù)據(jù)，起到工況模擬及監(jiān)控的作用，實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)汽車(chē)電力驅(qū)動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)。

Labview；純電動(dòng)汽車(chē)；電力驅(qū)動(dòng)；測(cè)試系統(tǒng)平臺(tái)

對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)測(cè)試系統(tǒng)的研究主要分為實(shí)車(chē)類(lèi)型開(kāi)發(fā)研究、科研類(lèi)型開(kāi)發(fā)研究和教學(xué)儀器設(shè)備類(lèi)型開(kāi)發(fā)研究［1-2］。國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)試驗(yàn)臺(tái)的研究主要集中于學(xué)校、科研所以及一些公司，如武漢理工大學(xué)承擔(dān)并完成了“863”電動(dòng)汽車(chē)室內(nèi)試驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)，吉林大學(xué)成功設(shè)計(jì)混合動(dòng)力汽車(chē)試驗(yàn)臺(tái)，以及天煌研制新能源電動(dòng)汽車(chē)試驗(yàn)教學(xué)設(shè)備，被全國(guó)職業(yè)技能大賽選為競(jìng)賽設(shè)備，同濟(jì)大學(xué)也在研究電動(dòng)汽車(chē)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)。在社會(huì)需求的背景下，對(duì)試驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)和控制要求更加全面。

1 研究?jī)?nèi)容

基于Labview的純電動(dòng)汽車(chē)電力驅(qū)動(dòng)測(cè)試平臺(tái)結(jié)構(gòu)包括控制器、上位機(jī)控制界面、數(shù)據(jù)采集卡、電驅(qū)系統(tǒng)、工況狀態(tài)指示區(qū)、傳感器控制、故障操作區(qū)和冷卻系統(tǒng)等部分，具體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示［3］。

圖1 純電動(dòng)汽車(chē)電力驅(qū)動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)框圖

本設(shè)計(jì)主要通過(guò)自行設(shè)計(jì)檢測(cè)電路和數(shù)據(jù)采集卡，實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)汽車(chē)電力驅(qū)動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)平臺(tái)的硬件設(shè)計(jì)，通過(guò)Labview編程上位機(jī)界面實(shí)現(xiàn)軟件編程。具體來(lái)說(shuō)是通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡將采集到的檢測(cè)信號(hào)傳給控制器，用來(lái)控制電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作，同時(shí)結(jié)合上位機(jī)控制界面，實(shí)時(shí)顯示測(cè)試平臺(tái)的所有狀態(tài)和數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)控制器處理完信號(hào)后，把信號(hào)傳送給工況指示區(qū)顯示，并驅(qū)動(dòng)被測(cè)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)根據(jù)外部給定各種信號(hào)，通過(guò)控制器處理，繼而與電機(jī)的運(yùn)行相結(jié)合，起到工況實(shí)時(shí)模擬的作用。電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)利用主模塊進(jìn)入系統(tǒng)中電機(jī)參數(shù)模塊，對(duì)要測(cè)試的點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，然后選定需要測(cè)量的試驗(yàn)項(xiàng)目，啟動(dòng)參數(shù)測(cè)量，數(shù)據(jù)采集卡采集電機(jī)相關(guān)參數(shù)傳給上位機(jī)，試驗(yàn)處理模塊對(duì)電機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后顯示相應(yīng)結(jié)果。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 電源電路設(shè)計(jì)

由于純電動(dòng)汽車(chē)電力驅(qū)動(dòng)測(cè)試平臺(tái)控制器主電壓為72V，控制電壓為12V，也就是說(shuō)除了部分交流高壓供電外，大多數(shù)采用24V電壓供電，所以電源電路設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要考慮控制器的電源供電，也要考慮數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各個(gè)板卡的供電，以及整個(gè)平臺(tái)系統(tǒng)的其他電路供電。電源模塊設(shè)計(jì)電路如圖2所示。電源電路供電為24V，經(jīng)過(guò)阻容濾波電路后，經(jīng)過(guò)LM7815電源芯片將電壓由24V轉(zhuǎn)換為15V，再經(jīng)過(guò)阻容濾波電路后，15V經(jīng)過(guò)LM7805電源芯片轉(zhuǎn)換為5V，最后經(jīng)過(guò)AS1117電源芯片，將5V轉(zhuǎn)換為3.3V。

圖2 電源模塊設(shè)計(jì)電路

2.2 數(shù)字量輸入輸出板卡設(shè)計(jì)

數(shù)字量輸入電路主要完成接點(diǎn)狀態(tài)到邏輯信號(hào)的變換，與數(shù)字信號(hào)處理器輸入電平兼容才能被接受和處理。如果電路接點(diǎn)處于高壓環(huán)境，為避免電磁干擾和隔離現(xiàn)場(chǎng)高壓，在接點(diǎn)與數(shù)字信號(hào)處理器之間加入光電耦隔離芯片，實(shí)現(xiàn)可靠的電隔離。電路設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 數(shù)字量輸入電路

該數(shù)字量輸入電路主要為了防止電壓過(guò)高造成對(duì)單片機(jī)端口的傷害?；竟ぷ髟恚寒?dāng)外來(lái)數(shù)字量信號(hào)到達(dá)時(shí)，首先經(jīng)過(guò)一個(gè)由二極管組成的防反向的電路，再經(jīng)過(guò)電容濾波，使電壓穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)光電隔離芯片TLP521-1，再采用AS1117芯片將5V轉(zhuǎn)為3.3V，再傳給單片機(jī)I／O端口，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)保護(hù)單片機(jī)端口的功能。

2.3 通信模塊設(shè)計(jì)

對(duì)于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相當(dāng)重要的模塊設(shè)計(jì)是通信模塊的設(shè)計(jì)。RS485通信具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、控制方便、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，但也具有自適應(yīng)不強(qiáng)、通信效率低、在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中容易出問(wèn)題的缺點(diǎn)：通信時(shí)收發(fā)不可靠、不穩(wěn)定、誤碼率高，甚至有可能導(dǎo)致整個(gè)通信系統(tǒng)不能正常工作。綜合各種考慮因素，我們采用MAX485芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)，電路設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 通信模塊設(shè)計(jì)電路

3 軟件設(shè)計(jì)

基于Labview測(cè)試平臺(tái)的軟件設(shè)計(jì)主要為上位機(jī)的編程，而上位機(jī)編程一般有3種模型，即普通循環(huán)模型、管道流水線(xiàn)模型、生產(chǎn)者-消費(fèi)者模型，以下為各種模型的特點(diǎn)。

1）普通循環(huán)模型通過(guò)將其子程序模塊順序連接，由最后一個(gè)子VI判斷程序運(yùn)行是否結(jié)束。該模型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易設(shè)計(jì)和理解等特點(diǎn)，但只能單線(xiàn)程運(yùn)行，執(zhí)行速度相對(duì)緩慢。

2）管道流水線(xiàn)模型程序在采集新數(shù)據(jù)時(shí)，首先分析上一次循環(huán)迭代采集到的數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)和顯示上一次循環(huán)分析的數(shù)據(jù)。該模型一定程度上提高了程序效率；但當(dāng)采集數(shù)據(jù)達(dá)到最快、處理速度較慢的時(shí)候，若可以實(shí)現(xiàn)把分析好的數(shù)據(jù)先儲(chǔ)存，等采集速度減慢或處理速度變快時(shí)再對(duì)緩存數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)有的處理，程序的總體效率就可以進(jìn)一步提高。

3）生產(chǎn)者-消費(fèi)者模型采用隊(duì)列的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，隊(duì)列的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是開(kāi)辟一個(gè)緩存區(qū)，依據(jù)先進(jìn)先出的原則進(jìn)行。對(duì)于整個(gè)實(shí)際測(cè)試系統(tǒng)，可以定義數(shù)據(jù)采集作為生產(chǎn)者，定義數(shù)據(jù)分析、存儲(chǔ)、顯示作為消費(fèi)者，這樣就能更好地設(shè)計(jì)高效率的系統(tǒng)，且對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

設(shè)計(jì)了一種基于Labview2012，并采用生產(chǎn)者-消費(fèi)者模型的數(shù)據(jù)采集卡測(cè)試系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于純電動(dòng)汽車(chē)電力驅(qū)動(dòng)測(cè)試研究［4-5］。測(cè)試平臺(tái)主體的軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。

圖5 軟件結(jié)構(gòu)框圖

純電動(dòng)汽車(chē)電力驅(qū)動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集卡軟件應(yīng)用層為重要構(gòu)架。根據(jù)界面與測(cè)試流程可以看出數(shù)據(jù)采集卡軟件應(yīng)用層可以分為軟件算法、用戶(hù)登錄和調(diào)用數(shù)據(jù)界面、串口通信、開(kāi)關(guān)信號(hào)、狀態(tài)指示、數(shù)據(jù)顯示、實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)查詢(xún)、生成報(bào)表等界面工作。以數(shù)據(jù)界面為例。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)狀態(tài)指示主要對(duì)要采集的模擬量信號(hào)和故障指示信號(hào)進(jìn)行控制，主要包括20個(gè)模擬量信號(hào)和20個(gè)故障指示燈信號(hào)，模擬信號(hào)被實(shí)時(shí)采集，并以數(shù)值和儀表2種形式進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)當(dāng)系統(tǒng)判斷所采集的信號(hào)為故障信號(hào)，則相應(yīng)的故障指示燈點(diǎn)亮。純電動(dòng)汽車(chē)電力驅(qū)動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)狀態(tài)顯示，主要對(duì)主電池電壓、輔助電源電壓、內(nèi)部控制電壓、充電電壓、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、腳踏板加速、加載控制、控制器溫度、電機(jī)溫度、A相電流、B相電流等20個(gè)模擬信號(hào)以及故障指示區(qū)的20個(gè)故障狀態(tài)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控。如圖6所示。對(duì)于純電動(dòng)汽車(chē)電力驅(qū)動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)平臺(tái)開(kāi)關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)、故障信號(hào)的編程，采用位判斷子程序進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，即將一個(gè)字節(jié)的8位分開(kāi)來(lái)進(jìn)行判斷實(shí)現(xiàn)位判斷，模擬信號(hào)采集則采用數(shù)組處理，將不同種類(lèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)組處理。狀態(tài)指示后面板如圖7所示。

圖6 模擬信號(hào)及故障狀態(tài)指示前面板

4 總結(jié)

基于Labview的純電動(dòng)汽車(chē)電力驅(qū)動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的研究，對(duì)實(shí)際電動(dòng)汽車(chē)各部分的細(xì)節(jié)研究具有一定的指導(dǎo)意義。通過(guò)虛擬儀器技術(shù)，可以快速、高效地開(kāi)發(fā)出模塊化、智能化、集成度高的純電動(dòng)汽車(chē)電力驅(qū)動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各種參數(shù)的測(cè)試，而且具有較好的控制精度。

Research on Electrical-driven Testing System Platform for Pure-electricVehicle based on Labview

YAN Ya-lin，XU Ya-dan
（Young Automobile Institute，HangzhouVocational&Technical College，Hangzhou 310000，China）

The Labview based testing system realizes pure-electricVehicle motor performance testing through selfdesigned test circuit，data collection and host computer interface.It simulates simple real working situation of electricalVehicles and monitors the performance.At the same time，Labview is used in programming the host computer interface，to achieve the real-time data display and performance monitor for the simulation.

Labview；pure-electricalVehicle；electrical-driven；testing system platform

U469.72

A

1003－8639（2016）11－0013－03

2016-09-08；

2016-09-19

2017年杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研課題：基于Labview的純電動(dòng)汽車(chē)電力驅(qū)動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)平臺(tái)研究（課題號(hào)：ky201722）；浙江省高等教育課堂教學(xué)改革研究項(xiàng)目：高職專(zhuān)業(yè)課課堂拓展形式研究--以《汽車(chē)性能評(píng)價(jià)與選購(gòu)》課程為例（課題號(hào)：kg2015697）。

閆亞林（1987-），女，山東陽(yáng)谷人，助理講師，碩士，研究方向?yàn)槠?chē)電子。