閆亞林

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

基于Labview的純電動(dòng)汽車電力驅(qū)動(dòng)測試系統(tǒng)平臺(tái)研究（軟件部分）

閆亞林

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

經(jīng)過對(duì)市面上不同電力驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)平臺(tái)模型進(jìn)行對(duì)比，設(shè)計(jì)出符合用戶需求的純電動(dòng)汽車電力驅(qū)動(dòng)測試系統(tǒng)平臺(tái)模型。根據(jù)設(shè)計(jì)的測試系統(tǒng)模型自行設(shè)計(jì)硬件電路、通信模塊，以Labview2012編程軟件為平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)控制編程。上位機(jī)界面主要包括用戶登錄、參數(shù)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)、信號(hào)處理與報(bào)表打印，起到工況模擬及實(shí)時(shí)監(jiān)控作用。

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

1 整體模型設(shè)計(jì)

純電動(dòng)汽車的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是純電動(dòng)汽車整車控制的核心部分［1］。電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作原理是以駕駛?cè)瞬僮鳛檩斎胄盘?hào)，經(jīng)電力驅(qū)動(dòng)控制器變換后，輸出轉(zhuǎn)矩給逆變器，從而驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)以駕駛?cè)祟A(yù)期的狀態(tài)行駛［2-3］。如圖1所示。

圖1 純電動(dòng)汽車電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作原理

經(jīng)過對(duì)市面上不同種類試驗(yàn)平臺(tái)的優(yōu)劣勢對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)最大區(qū)別之處在于選擇采用測功機(jī)作為系統(tǒng)負(fù)載還是電機(jī)作為系統(tǒng)負(fù)載。結(jié)合測試系統(tǒng)控制要求，選擇永磁同步電機(jī)為本控制系統(tǒng)的負(fù)載，結(jié)合不同種類試驗(yàn)平臺(tái)模型所具備特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出符合實(shí)際需求的試驗(yàn)平臺(tái)模型。如圖2所示。

圖2 純電動(dòng)汽車電力驅(qū)動(dòng)測試系統(tǒng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)框圖

2 通信模塊設(shè)計(jì)

為了保證數(shù)據(jù)信號(hào)的正常傳遞，首先確保數(shù)據(jù)采集信號(hào)端的信號(hào)穩(wěn)定，即保證數(shù)字量輸出電路以及模擬量輸出電路輸出信號(hào)的穩(wěn)定性。以數(shù)字量輸出電路設(shè)計(jì)為例，為了確保系統(tǒng)的輸出電壓穩(wěn)定，當(dāng)數(shù)據(jù)信號(hào)從單片機(jī)輸出端出來之后，加入采用TLP521芯片的隔離單元，以確保輸出電壓的穩(wěn)定，避免因信號(hào)不穩(wěn)定而影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。在電路信號(hào)輸出端加入對(duì)管，起到防止出現(xiàn)由于外部給定電壓的方向的不一致而引起電路毀壞。數(shù)字量輸出設(shè)計(jì)電路如圖3所示。

通信模塊設(shè)計(jì)核心芯片采用MAX485作為通信芯片，它具有編程控制容易、價(jià)格相對(duì)便宜的優(yōu)勢，但也存在實(shí)際應(yīng)用過程中易出現(xiàn)故障現(xiàn)象的不足之處。MAX485采用單一電源+5 V工作，額定電流為300 μA，采用半雙工通信方式，它完成將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS485電平的功能［4］。根據(jù)對(duì)系統(tǒng)控制要求的分析，通信模塊核心控制芯片采用MAX485，能夠按照需求實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的通信。電路及實(shí)物如圖4、5所示。

圖3 數(shù)字量輸出設(shè)計(jì)電路

圖4 通信模塊設(shè)計(jì)電路

圖5 通信模塊設(shè)計(jì)電路PCB電路板實(shí)物

3 上位機(jī)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)平臺(tái)上位機(jī)設(shè)計(jì)以Labview2012為平臺(tái)，對(duì)測試系統(tǒng)平臺(tái)采用3種經(jīng)典設(shè)計(jì)模型之一生產(chǎn)者-消費(fèi)者模型，系統(tǒng)以數(shù)據(jù)采集為生產(chǎn)者，以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析、顯示為消費(fèi)者，上位機(jī)界面主要包括用戶登錄、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集與顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與報(bào)表打印，不同上位機(jī)界面完成不同相應(yīng)作用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3.1 用戶登錄和參數(shù)設(shè)置界面設(shè)計(jì)

用戶登錄即人機(jī)交互界面，該界面需要使用者按照規(guī)范操作，若使用時(shí)參數(shù)或指令錯(cuò)誤，將對(duì)系統(tǒng)硬件設(shè)備產(chǎn)生損害。結(jié)合系統(tǒng)具體的需求設(shè)計(jì)該交互界面，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試和離線調(diào)試兩種情況下對(duì)數(shù)據(jù)采集卡所采集數(shù)據(jù)的查詢與展現(xiàn)。如圖6、7所示。

圖6 上位機(jī)登錄界面

圖7 上位機(jī)開關(guān)信號(hào)及狀態(tài)指示界面

3.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與顯示界面設(shè)計(jì)

此界面設(shè)計(jì)的目的在于實(shí)現(xiàn)對(duì)所采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)狀態(tài)指示，方便用戶對(duì)系統(tǒng)需要采集的信號(hào)進(jìn)行直觀觀察，其中信號(hào)數(shù)據(jù)通過數(shù)值與儀表等不同的樣式對(duì)用戶展現(xiàn)，如果單片機(jī)核心控制器檢測出采集信號(hào)為故障現(xiàn)象信號(hào)，該故障的指示燈會(huì)被置為點(diǎn)亮。如圖8、9所示。

圖8 上位機(jī)模擬信號(hào)及故障狀態(tài)指示界面

圖9 上位機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測界面

3.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與報(bào)表打印界面設(shè)計(jì)

上位機(jī)存儲(chǔ)界面通過對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分類儲(chǔ)存，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)已有數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)調(diào)用，并且該界面可顯示所得數(shù)據(jù)及相應(yīng)曲線。此外，系統(tǒng)能夠在數(shù)據(jù)查詢的過程中實(shí)現(xiàn)對(duì)已有數(shù)據(jù)的擦除處理，以完成上位機(jī)界面的初始化操作，為再次進(jìn)行數(shù)據(jù)采集做準(zhǔn)備。為了滿足使用者的需求，該系統(tǒng)的報(bào)表生成部分可選擇html網(wǎng)頁、word文檔、excel表格，共3種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)展示。如圖10、11所示。

4 調(diào)試結(jié)果分析

4.1 系統(tǒng)通信模塊調(diào)試

對(duì)數(shù)據(jù)采集卡的硬件電路調(diào)試成功后，再對(duì)數(shù)據(jù)采集卡的通信模塊電路進(jìn)行調(diào)試，實(shí)際輸入輸出測試波形。如圖12所示。

圖10 上位機(jī)數(shù)據(jù)查詢界面

圖11 上位機(jī)生成報(bào)表界面

圖12 數(shù)據(jù)采集卡的通信模塊測試波形

4.2 上位機(jī)與數(shù)據(jù)采集卡通信界面調(diào)試

當(dāng)整個(gè)測試系統(tǒng)設(shè)定好相應(yīng)端口之后，打開所對(duì)應(yīng)的串口，對(duì)接收區(qū)已有的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行清空工序，之后開始循環(huán)采集數(shù)據(jù)，進(jìn)入系統(tǒng)正式測試的工序，對(duì)采集所獲得的16進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行有效存儲(chǔ)，并在接收區(qū)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過界面的曲線可以觀察出T、n、U、I、t等不同物理量與采集時(shí)間之間的變化，同時(shí)采集的數(shù)值以表格的形式存儲(chǔ)在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)對(duì)已有的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、分析及應(yīng)用。如圖13所示。

圖13 系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集實(shí)時(shí)監(jiān)控界面

當(dāng)運(yùn)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)查詢界面時(shí)，某一項(xiàng)目在Y軸意義上選擇20種數(shù)據(jù)類型中相應(yīng)的1種，在單軸坐標(biāo)軸上顯示出采集數(shù)據(jù)所形成的曲線，可以方便用戶更好地分析系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)和實(shí)際預(yù)期結(jié)果能否保持一致。如圖14所示為采集的轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)。當(dāng)系統(tǒng)對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)采集完畢，將通過報(bào)表的形式展現(xiàn)給用戶。如圖15所示。

圖15 實(shí)時(shí)采集生成報(bào)告界面

5 總結(jié)

測試系統(tǒng)借助Labview2012為上位機(jī)編程平臺(tái)，自行設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件電路，結(jié)合實(shí)際搭建純電動(dòng)汽車電力驅(qū)動(dòng)測試系統(tǒng)平臺(tái)。運(yùn)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件電路完成對(duì)系統(tǒng)不同種類信號(hào)的采集，上位機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控，并將采集的各類信號(hào)及傳感器的所有信號(hào)傳送給控制器，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)負(fù)載工作。

［1］ 郭康澤.純電動(dòng)轎車動(dòng)力性優(yōu)化設(shè)計(jì)及研究［D］.合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2012.

［2］ 何海.混合動(dòng)力汽車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真［D］.武漢：華中科技大學(xué)，2005.

［3］ 李若賢.基于LabVIEW的電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)測試平臺(tái)的控制［D］.北京：北方工業(yè)大學(xué)，2010.

［4］ 宋禹.大功率半導(dǎo)體激光器功率實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制系統(tǒng)的研究［D］.北京：北京工業(yè)大學(xué)，2010.

（編輯 陶定邦）

Research on Electrical-driven Testing System Platform for Pure-electric Vehicle based on Labview（Software）

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

Based on comparison and analysis of different test platform models in market， the electric vehicle driving test system platform model is designed to satisfy customer requirements. The hardware circuit and communication module are designed based on previous model， also the PC interface control using Labview2012 programming software is realized in this paper. The PC interface is composed of user login， parameter design， data acquisition and storage， signal processing and report printing models， which can be used to simulate and monitor the working condition.

Labview； pure-electric vehicle； electrical-driven； testing system platform

U469.72

A

1003-8639（2017）05-0010-04

2017-02-07；

2017-04-06

2016年浙江省教育廳一般科研項(xiàng)目：基于Labview的純電動(dòng)汽車電氣驅(qū)動(dòng)測試系統(tǒng)平臺(tái)研究（Y201635864）

閆亞林（1987-），女，山東陽谷人，碩士，助教，研究方向?yàn)樾履茉雌囯娮印?/p>