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的純電動汽車電力驅(qū)動測試系統(tǒng)平臺研究（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)過對市面上不同電力驅(qū)動試驗平臺模型進(jìn)行對比，設(shè)計出符合用戶需求的純電動汽車電力驅(qū)動測試系統(tǒng)平臺模型。根據(jù)設(shè)計的測試系統(tǒng)模型自行設(shè)計硬件電路、通信模塊，以Labview2012編程軟件為平臺，實現(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、數(shù)據(jù)采集及存儲、信號處理與報表打印，起到工況模擬及實時監(jiān)控作用。

Labview；純電動汽車；電力驅(qū)動；測試系統(tǒng)平臺

1 整體模型設(shè)計

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

圖1 純電動汽車電力驅(qū)動系統(tǒng)的工作原理

經(jīng)過對市面上不同種類試驗平臺的優(yōu)劣勢對比分析，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)合不同種類試驗平臺模型所具備特點，設(shè)計出符合實際需求的試驗平臺模型。如圖2所示。

圖2 純電動汽車電力驅(qū)動測試系統(tǒng)平臺結(jié)構(gòu)框圖

2 通信模塊設(shè)計

為了保證數(shù)據(jù)信號的正常傳遞，首先確保數(shù)據(jù)采集信號端的信號穩(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的穩(wěn)定性。以數(shù)字量輸出電路設(shè)計為例，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，避免因信號不穩(wěn)定而影響系統(tǒng)正常運行。在電路信號輸出端加入對管，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)計電路如圖3所示。

通信模塊設(shè)計核心芯片采用MAX485作為通信芯片，它具有編程控制容易、價格相對便宜的優(yōu)勢，但也存在實際應(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，能夠按照需求實現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的通信。電路及實物如圖4、5所示。

圖3 數(shù)字量輸出設(shè)計電路

圖4 通信模塊設(shè)計電路

圖5 通信模塊設(shè)計電路PCB電路板實物

3 上位機(jī)設(shè)計

系統(tǒng)平臺上位機(jī)設(shè)計以Labview2012為平臺，對測試系統(tǒng)平臺采用3種經(jīng)典設(shè)計模型之一生產(chǎn)者-消費者模型，系統(tǒng)以數(shù)據(jù)采集為生產(chǎn)者，以數(shù)據(jù)存儲、分析、顯示為消費者，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)存儲與報表打印，不同上位機(jī)界面完成不同相應(yīng)作用，進(jìn)而實現(xiàn)對系統(tǒng)運行狀態(tài)實時監(jiān)控。

3.1 用戶登錄和參數(shù)設(shè)置界面設(shè)計

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，若使用時參數(shù)或指令錯誤，將對系統(tǒng)硬件設(shè)備產(chǎn)生損害。結(jié)合系統(tǒng)具體的需求設(shè)計該交互界面，可同時實現(xiàn)在線調(diào)試和離線調(diào)試兩種情況下對數(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

此界面設(shè)計的目的在于實現(xiàn)對所采集數(shù)據(jù)的實時狀態(tài)指示，方便用戶對系統(tǒng)需要采集的信號進(jìn)行直觀觀察，其中信號數(shù)據(jù)通過數(shù)值與儀表等不同的樣式對用戶展現(xiàn)，如果單片機(jī)核心控制器檢測出采集信號為故障現(xiàn)象信號，該故障的指示燈會被置為點亮。如圖8、9所示。

圖8 上位機(jī)模擬信號及故障狀態(tài)指示界面

圖9 上位機(jī)實時監(jiān)測界面

3.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)儲存與報表打印界面設(shè)計

上位機(jī)存儲界面通過對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分類儲存，從而實現(xiàn)對已有數(shù)據(jù)的實時調(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)查詢的過程中實現(xiàn)對已有數(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

對數(shù)據(jù)采集卡的硬件電路調(diào)試成功后，再對數(shù)據(jù)采集卡的通信模塊電路進(jìn)行調(diào)試，實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)整個測試系統(tǒng)設(shè)定好相應(yīng)端口之后，打開所對應(yīng)的串口，對接收區(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，對采集所獲得的16進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行有效存儲，并在接收區(qū)實現(xiàn)實時監(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間之間的變化，同時采集的數(shù)值以表格的形式存儲在存儲數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)隨時對已有的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、分析及應(yīng)用。如圖13所示。

圖13 系統(tǒng)實時采集實時監(jiān)控界面

當(dāng)運用系統(tǒng)數(shù)據(jù)查詢界面時，某一項目在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)對相應(yīng)數(shù)據(jù)采集完畢，將通過報表的形式展現(xiàn)給用戶。如圖15所示。

圖15 實時采集生成報告界面

5 總結(jié)

測試系統(tǒng)借助Labview2012為上位機(jī)編程平臺，自行設(shè)計數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件電路，結(jié)合實際搭建純電動汽車電力驅(qū)動測試系統(tǒng)平臺。運用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件電路完成對系統(tǒng)不同種類信號的采集，上位機(jī)實時監(jiān)控，并將采集的各類信號及傳感器的所有信號傳送給控制器，驅(qū)動系統(tǒng)負(fù)載工作。

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

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

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

［4］ 宋禹.大功率半導(dǎo)體激光器功率實時監(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目：基于Labview的純電動汽車電氣驅(qū)動測試系統(tǒng)平臺研究（Y201635864）

閆亞林（1987-），女，山東陽谷人，碩士，助教，研究方向為新能源汽車電子。