戈小中， 童曉輝， 徐 希

(東風(fēng)悅享科技有限公司， 武漢 430000)

電動(dòng)汽車樣車的快速調(diào)試以及售后疑難故障處理是其生產(chǎn)企業(yè)面臨的難點(diǎn)問(wèn)題。目前多數(shù)電動(dòng)汽車生產(chǎn)企業(yè)采用的上位機(jī)[1-4]只能對(duì)單一的零部件狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控分析且功能單一[5-7]。為了解決該問(wèn)題，本文開(kāi)發(fā)一種整車級(jí)上位機(jī)系統(tǒng)，能夠?qū)φ囁蠧AN節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集顯示，并且能夠與多個(gè)核心零部件進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，跨零部件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

1 上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1) 上位機(jī)的語(yǔ)言選擇。LabVIEW是虛擬儀器的一種，是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與儀器結(jié)合的優(yōu)秀編程語(yǔ)言。LabVIEW又被稱為G語(yǔ)言，以圖形化語(yǔ)言簡(jiǎn)化傳統(tǒng)編程語(yǔ)言的編寫過(guò)程，實(shí)現(xiàn)編程過(guò)程圖形化和模塊化，程序不但更容易編寫，并且方便閱讀和修改。所以，本文選擇LabVIEW作為實(shí)現(xiàn)上位機(jī)軟件的編程語(yǔ)言。

2) 功能分析及整車要求。結(jié)合整車CAN節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)流，分析各CAN網(wǎng)絡(luò)回路負(fù)載率，構(gòu)建整車CAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖。本上位機(jī)在遵循SAE J1939通訊協(xié)議規(guī)范的基礎(chǔ)上，兼顧整車上位機(jī)功能開(kāi)發(fā)企業(yè)通用版的通訊協(xié)議規(guī)范，并基于企業(yè)通用的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖進(jìn)行開(kāi)發(fā)，采用網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)匯集輸出。各關(guān)鍵零部件(如整車控制器、電機(jī)控制器、BMS、組合儀表等)硬件具備CAN通訊數(shù)據(jù)接收、儲(chǔ)存以及發(fā)送功能。

3) 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)。該上位機(jī)的程序設(shè)計(jì)主要包括：①整車CAN節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)接收及數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)計(jì)，程序框圖如圖1所示；②核心零部件參數(shù)修改及數(shù)據(jù)發(fā)送模塊設(shè)計(jì)，程序框圖如圖2所示。

圖2 核心零部件參數(shù)修改及數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)計(jì)框圖

4) 上位機(jī)界面設(shè)計(jì)。上位機(jī)通過(guò)CAN卡設(shè)備與整車OBD診斷口連接通信，界面上有通信接口的選擇、通信CAN卡設(shè)備選擇、波特率選擇等；主界面包含電池系統(tǒng)參數(shù)顯示及修改按鈕等；點(diǎn)擊主界面上的按鈕，進(jìn)入不同的子界面。上位機(jī)主界面架構(gòu)如圖3所示。

圖3 上位機(jī)主界面架構(gòu)框圖

5) 上位機(jī)功能實(shí)現(xiàn)。采用該上位機(jī)系統(tǒng)，可以監(jiān)控整車所有CAN節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行核心零部件(如整車控制器、電機(jī)控制器、BMS、組合儀表等)相關(guān)數(shù)據(jù)更改、不同零部件參數(shù)關(guān)聯(lián)分析、整車VIN碼刷寫等。整車系統(tǒng)參數(shù)顯示及更改界面如圖4所示。

圖4 整車系統(tǒng)參數(shù)顯示及更改界面

2 快速樣車調(diào)試

電池、電機(jī)、電控聯(lián)調(diào)是電動(dòng)汽車調(diào)試的難點(diǎn)，也是調(diào)試過(guò)程快慢的決定因素。本文介紹的上位機(jī)系統(tǒng)基于全車CAN節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)，包含三電聯(lián)調(diào)及其他零部件調(diào)試需要監(jiān)控的內(nèi)容。

1) 電池監(jiān)控界面。對(duì)電池系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，包括電池組合方式、電池SOC、單體最高電壓、單體最高溫度、充電時(shí)充電插座溫度、整車絕緣電阻值等項(xiàng)目，并能動(dòng)態(tài)監(jiān)控電池電壓、電流。當(dāng)監(jiān)控的數(shù)據(jù)和控制策略與技術(shù)協(xié)議要求有差異時(shí)，及時(shí)反映給電池廠家對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行修改處理。

2) 電驅(qū)系統(tǒng)監(jiān)控界面。對(duì)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，包括電機(jī)溫度、電機(jī)控制器溫度、電機(jī)交流側(cè)電流、整車需求扭矩、電機(jī)實(shí)際扭矩、電機(jī)轉(zhuǎn)速、主動(dòng)放電等項(xiàng)目,并能動(dòng)態(tài)監(jiān)控電機(jī)實(shí)際扭矩和電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速。當(dāng)監(jiān)控的數(shù)據(jù)和控制策略與技術(shù)協(xié)議要求有差異時(shí)，及時(shí)反映給電驅(qū)動(dòng)廠家對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行修改處理。

3) 整車控制系統(tǒng)局部界面。對(duì)整車擋位、油門信號(hào)、制動(dòng)信號(hào)、手剎信號(hào)、DC/DC使能狀態(tài)、打氣泵使能狀態(tài)、動(dòng)轉(zhuǎn)泵使能狀態(tài)、水泵使能狀態(tài)等整車控制器需要采集的信號(hào)，以及需要控制的零部件進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)整車控制系統(tǒng)發(fā)出了器件工作使能信號(hào)，界面上會(huì)顯示亮綠燈；如果此時(shí)器件不工作，則表明該器件或相關(guān)線路有問(wèn)題，便于進(jìn)行快速檢查、處理。

4) 高壓附件監(jiān)控界面。對(duì)動(dòng)轉(zhuǎn)泵、打氣泵、電除霜、空調(diào)等高壓附件系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)及出現(xiàn)的故障進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)器件出現(xiàn)了故障，會(huì)在界面上顯示相應(yīng)的故障碼，并根據(jù)故障碼及時(shí)對(duì)器件進(jìn)行維修。

5) 不同零部件參數(shù)關(guān)聯(lián)分析界面?？梢詫?duì)不同零部件之間的參數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)性顯示分析，尤其是在三電聯(lián)調(diào)時(shí)，可以監(jiān)控相關(guān)參數(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)相關(guān)錯(cuò)誤。圖5顯示的是調(diào)試時(shí)電機(jī)的功率與電池的電壓電流實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)曲線。通過(guò)該圖可以看到，電池的電流與電機(jī)功率關(guān)聯(lián)對(duì)應(yīng):若高壓附件消耗功率為0，電機(jī)功率與電池電流接近正比例關(guān)系；若電機(jī)功率與電池電流不接近正比例關(guān)系，說(shuō)明電池電流采集或BMS發(fā)送電流值存在問(wèn)題。

6) 整車VIN碼刷寫監(jiān)控界面。包括要刷寫VIN碼的輸入窗口、一次發(fā)送幀數(shù)窗口、發(fā)送按鈕、整車VIN碼顯示區(qū)等。當(dāng)整車VIN刷寫成功就保存在整車控制器的EEPROM中，然后整車控制器把VIN碼按照通訊協(xié)議格式發(fā)送到整車CAN網(wǎng)絡(luò)，上位機(jī)通過(guò)解析將VIN碼顯示在VIN碼顯示區(qū)。若界面顯示的VIN與實(shí)際的VIN碼不同，則及時(shí)進(jìn)行修改糾正。

圖5 調(diào)試時(shí)電機(jī)的功率與電池的電壓電流實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線

3 不同零部件間數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析

本系統(tǒng)的特點(diǎn)是一些關(guān)鍵零部件間能進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析，從而解決因零部件之間相互影響導(dǎo)致的電氣故障(如數(shù)據(jù)傳導(dǎo)解析錯(cuò)誤、高壓系統(tǒng)紋波電壓疊加過(guò)壓故障、高壓系統(tǒng)紋波電流疊加過(guò)流故障等)。下面以一實(shí)例進(jìn)行分析。

故障現(xiàn)象：BMS解析和轉(zhuǎn)發(fā)絕緣阻值出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致整車報(bào)絕緣故障，車輛不能正常行駛。故障發(fā)生后，因?yàn)榻^緣故障是電池系統(tǒng)報(bào)出的，所以維修人員按流程首先采用電池廠家提供的上位機(jī)來(lái)監(jiān)測(cè)整車絕緣阻值，發(fā)現(xiàn)確實(shí)有降到0 Ω的情況，此時(shí)懷疑是整車高壓系統(tǒng)存在絕緣故障。采用手持式絕緣電阻表檢測(cè)整車高壓系統(tǒng)的絕緣阻值，發(fā)現(xiàn)在正常阻值范圍內(nèi)。于是又懷疑車載絕緣模塊存在問(wèn)題。更換車載絕緣模塊，發(fā)現(xiàn)故障還存在。通過(guò)上述一系列無(wú)效操作后，再采用本文開(kāi)發(fā)的整車級(jí)上位機(jī)系統(tǒng)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)是因?yàn)锽MS解析車載絕緣儀轉(zhuǎn)發(fā)的絕緣阻值報(bào)文出錯(cuò)導(dǎo)致。維修人員通過(guò)本文上位機(jī)系統(tǒng)，在“不同零部件關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)分析界面”將絕緣模塊采集的實(shí)際絕緣阻值與BMS轉(zhuǎn)發(fā)的絕緣阻值進(jìn)行對(duì)照，監(jiān)測(cè)顯示如圖6所示，很快就判斷是BMS程序存在bug導(dǎo)致該故障的產(chǎn)生。通過(guò)更新BMS程序，解決了該問(wèn)題。

圖6 絕緣模塊采集與BMS解析轉(zhuǎn)發(fā)絕緣阻值

4 結(jié)束語(yǔ)

本文開(kāi)發(fā)的“基于CAN通信的電動(dòng)汽車上位機(jī)系統(tǒng)”采用LabVIEW作為編程語(yǔ)言，簡(jiǎn)單易懂且人機(jī)界面形象生動(dòng)、美觀。該上位機(jī)可以實(shí)現(xiàn)全車CAN節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)控、關(guān)鍵零部件參數(shù)修改、跨零部件系統(tǒng)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析等，大大提高了整車調(diào)試及售后判斷問(wèn)題效率。