整車動態模擬測試系統軟件的設計與實現

楊志軍，楊世文，南金瑞，祝麗（.中北大學機械與動力工程學院，山西 太原 0005；.北京理工大學機械與車輛學院，北京 0008；.北京睿日車心科技有限公司，北京 0008）

整車動態模擬測試系統軟件的設計與實現

楊志軍1，楊世文1，南金瑞2，祝麗3
（1.中北大學機械與動力工程學院，山西 太原 030051；2.北京理工大學機械與車輛學院，北京 100081；3.北京睿日車心科技有限公司，北京 100081）

摘 要：在整車動態模擬測試系統中，測試軟件是必不可少的一部分。針對整車動態模擬測試系統的環境及要求，采用LabVIEW為開發工具，采用模塊化的設計思想，設計了一款動態模擬測試軟件，討論了軟件的設計方案、總體結構、各模塊的設計。主要功能包括參數的設置、數據的采集、數據的通信、數據的分析與處理、數據的顯示，數據的保存回放及打印。在測試系統中得到實際應用，控制測試系統并保存數據，提高了測試系統的自動化程度，驗證了測試軟件精確性及可靠性。

關鍵詞：測試系統；測試軟件；LabVIEW

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.10.037

CLC NO.: TP311 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)10-101-03

引言

電驅動系統的性能是電動汽車性能的重要因素之一，是電動汽車的核心部分。對電驅動系統性能的測試逐漸受到國內各汽車生產商的重視[1]。為了減輕傳統測試的勞動強度以及提高測試的自動化程度和精度，為測試系統設計開發一款測試軟件成為必要。隨著計算機技術的迅猛發展，虛擬儀器技術在數據采集、自動測試和儀器控制領域得到廣泛應用。LabVIEW是圖形化開發環境語言，又稱G語言，結合了圖形化編程方式的高性能與靈活性，以及專為測試測量與自動化控制應用設計的高性能模塊及其配置功能，為數據采集、測量分析與數據顯示提供必要的開發工具[2-3]。本文基于CAN總線實現上位機與下位機的通訊，基于虛擬儀器LabVIEW設計開發測試軟件。

1、總體方案設計

軟件基于美國NI公司的虛擬儀器LabVIEW平臺設計開發，整車動態模擬測試系統的各個子系統通過CAN總線實現相互之間的通信，CAN總線接口中集成了CAN協議的物理層和數據鏈路層功能，測試系統中各個子系統通過數據采集卡獲取子系統的各個數據，根據通信協議將模擬信號轉化為數字信號，通過CAN網絡發送給測試軟件集中分析與處理。測試軟件經過數據的分析，將數據顯示在狀態界面，試驗人員獲取系統的狀態信息并與期望的目標狀態相對比，校正自己的試驗行為，使測試系統運行狀態穩定在目標狀態下，從而形成實驗人員在環的閉環控制，如圖1：

根據整車動態模擬測試系統對數據傳遞速度及精確性的測試需求，又由于被測驅動系統與測試臺的硬件不同，CAN通信的波特率不一定相同，所以要用雙CAN分別與兩個系統進行通信。CAN卡采用瑞典Kvaser公司的Kvaser Memorator Professional HS/HS雙通道高速CAN卡，可以高速收發信息，使信息傳遞更快更精確。通道1作為模擬駕駛控制信號以及接收被測驅動系統狀態信息的通道；通道2用來控制負載加載量以及接收負載狀態信息的信息通道。軟件需要設計如下幾個模塊：模擬駕駛模塊、數據采集模塊、系統狀態顯示模塊、負載控制模塊、數據保存及打印模塊。并能夠用動態鏈接庫通過USB接口與CAN卡通信。軟件的總體結構如圖2所示：

經過以上對軟件結構的分析，根據測試系統的設計需求，軟件操作流程如圖3所示：

2、通信模塊

LabVIEW是一款開放式的軟件開發平臺，提供了強大的外部程序接口功能，這些接口包括DLL、C語言、ActiveX、.NET、DDB、MATLAB等[4]。動態鏈接庫是一個可以多方共享的程序模塊，內部對共享的資源進行了封裝。軟件中使用了瑞典Kvaser公司提供的適用于Kvaser硬件的多個子VI，利用這些子VI建立連接模塊，通過一定的邏輯關系連接起來，完成對硬件的驅動、測量參數的設定以及數據的采集。Kvaser公司針對自己的CAN卡設備利用VC++編制DLL模塊，并封裝成VI方便用戶的調用，實現LabVIEW 與CAN卡設備的數據通信。圖4為調用canlib32.dll的canOpenChannel函數的程序框圖。

3、負載控制模塊

負載的大小是根據接收到的驅動系統狀態而確定，根據汽車行駛阻力方程計算得出需要的轉矩，以報文的形式通過CAN總線傳輸給負載電機，使負載電機模擬出汽車行駛阻力。汽車行駛阻力公式為[5]：

式中，f為空氣密度；i為坡度；CD為空氣阻力系數；A為迎風面積；ua為車速；δ為汽車旋轉質量換算系數；r為車輪半徑；ηT為傳動系統效率。

負載功率是由消耗型負載PTC以熱量的形式消耗掉，每個PTC的功率為0.5KW，總共80個PTC。當控制負載電機的同時，加載相應數量的PTC，使負載電機發出的功率被PTC消耗，起到模擬汽車行駛阻力的作用。根據通信協議將需要加載PTC數量的報文傳遞給PTC控制器，PTC控制器接收到報文后解析并控制PTC的加載數量。圖5為軟件分析行駛阻力并將PTC控制信息發出的程序。

4、狀態顯示模塊

測試系統中使用的CAN網絡遵循SAE J1939協議，數據鏈路層遵循CAN2.0B規范，并使用擴展幀進行通信。擴展幀格式里，仲裁場包括29位識別符、SRR位、IDE位、RTR位。識別符由ID-28…ID-0。擴展幀格式如圖6所示：

軟件根據擴展幀格式識別報文中的數據，并根據通信協議將數據解析，然后將解析后的數據通過前面板的顯示控件顯示出來。LabVIEW中的控件可以自定義，根據自己的需要將控件設置成需要的效果，使界面更美觀。圖7為軟件的一部分顯示界面：

5、數據的保存

文件操作與管理是測試系統的重要組成部分，數據存儲、參數輸入、系統管理都離不開文件的建立、操作和維護[6]。通過軟件將采集到的系統狀態保存到數據文件里，方便以后導入分析。對于測試系統，采集的數據量很大，要求快速控制測試臺的同時將接收到的數據保存下來。而且要求文件不能太大，存儲同樣的數據量，文件越小越好。LabVIEW為文件的操作與管理提供了高效的VI集，其中TDMS可以很好的實現以上功能，并且保存的數據是分層的，有組和通道兩層結構，結構清晰，方便查看。圖8為整車控制器VCU數據記錄的程序。循環結構外部是打開TDMS文件的程序，循環結構內部為數據記錄程序。VCU為組名稱，加速踏板、實時車速等為通道名稱。

執行數據保存程序后，數據將保存到后綴為tdms文件中。通過文件對話框函數將數據文件打開，從TDMS文件查看器中查看保存的數據。數據可以顯示成圖像，方便查看。而且可以將數據導出至excel格式，以供實驗人員整理與分析。圖9為TDMS文件查看器：

6、結論

針對整車動態模擬測試系統開發設計的測試軟件，實現了測試系統的自動化控制，具有良好的人機交互性，可視化程度高；功能強大，可以模擬駕駛、控制驅動系統和負載系統、數據采集顯示以及保存功能；控制精確，保存數據客觀準確。具有良好的可擴展性和可維護性。經實際測試驗證了軟件的穩定性、精度高等特點，減輕了工作強度，節約了測試時間，提高了測試系統的自動化程度。

參考文獻

[1] 宋強,王再宙,王志福等.基于虛擬儀器的電動汽車牽引電機性能測試系統[J].儀器儀表學報.2007.28(11):2019-2023．

[2] 葉子.基于LabVIEW的純電動客車整車控制器測試系統研究與開發[D].吉林大學.2012,29-38.

[3] 李瑞,周冰,胡仁喜.LabVIEW2009[M].北京:機械工業出版社,2010.

[4] 王玉偉.基于LabVIEW的測試軟件設計[D].中北大學.2009:30-40.

[5] 余志生.汽車理論[M].北京:機械工業出版社,2008.

[6] 吳麗花.基于LabVIEW的永磁同步電機測試系統研究[D].華南理工大學,2013:34-37．

Design and Implementation of Test System Software for Dynamic Simulation of Electric Vehicle

Yang Zhijun1, Yang Shiwen1, Nan Jinrui2, Zhu Li3
( 1.School of Mechanical and Power Engineering, North University of China, Shaanxi Taiyuan 030051; 2.School of Mechanical Engineering, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081; 3. Beijing RC Technologies Co., Ltd., Beijing 100081)

Abstract:In the test system for dynamic simulation of electric vehicle, test software is essential component. According to environment and requirements of the test system for dynamic simulation of electric vehicle, a TestSoftware for Dynamic Simulation was designed, using LabVIEW development tool and the modular design concept. The overall design scheme, overall structure and each module of software were discussed. The main functions of software conclude parameters setting, collection of data, data communication, analysis and processing of data, data display, data saving, playback and printing. The software was used in test system, controlling test system and saving data. Automation in test process of test system was improved.Accuracy and reliability of test software were verified.

Keywords:test system; test software; LabVIEW

作者簡介：楊志軍，碩士研究生，就讀于中北大學機械與動力工程學院車輛工程系，研究方向為車輛電子與信息技術。

中圖分類號：TP311

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2015)10-101-03