基于Labview的純電動汽車電力驅動測試系統平臺研究

閆亞林，徐亞丹

（杭州職業技術學院青年汽車學院，浙江杭州 310000）

基于Labview的純電動汽車電力驅動測試系統平臺研究

閆亞林，徐亞丹

（杭州職業技術學院青年汽車學院，浙江杭州 310000）

基于Labview的純電動汽車電力驅動測試系統，主要通過自行設計檢測電路、數據采集卡及上位機界面，實現對純電動汽車電力驅動測試系統的電機性能測試。模擬實際電動汽車的簡單運行工況，并對運行狀況進行監控，同時運用Labview編程軟件實現上位機控制界面的編程，實時顯示測試平臺的所有狀態和數據，起到工況模擬及監控的作用，實現純電動汽車電力驅動測試系統平臺設計。

Labview；純電動汽車；電力驅動；測試系統平臺

對純電動汽車測試系統的研究主要分為實車類型開發研究、科研類型開發研究和教學儀器設備類型開發研究［1-2］。國內電動汽車試驗臺的研究主要集中于學校、科研所以及一些公司，如武漢理工大學承擔并完成了“863”電動汽車室內試驗平臺設計，吉林大學成功設計混合動力汽車試驗臺，以及天煌研制新能源電動汽車試驗教學設備，被全國職業技能大賽選為競賽設備，同濟大學也在研究電動汽車項目開發。在社會需求的背景下，對試驗平臺的設計和控制要求更加全面。

1 研究內容

基于Labview的純電動汽車電力驅動測試平臺結構包括控制器、上位機控制界面、數據采集卡、電驅系統、工況狀態指示區、傳感器控制、故障操作區和冷卻系統等部分，具體結構框圖如圖1所示［3］。

圖1 純電動汽車電力驅動測試系統平臺結構框圖

本設計主要通過自行設計檢測電路和數據采集卡，實現純電動汽車電力驅動測試系統平臺的硬件設計，通過Labview編程上位機界面實現軟件編程。具體來說是通過數據采集卡將采集到的檢測信號傳給控制器，用來控制電力驅動系統的工作，同時結合上位機控制界面，實時顯示測試平臺的所有狀態和數據，經過控制器處理完信號后，把信號傳送給工況指示區顯示，并驅動被測電機運轉。同時根據外部給定各種信號，通過控制器處理，繼而與電機的運行相結合，起到工況實時模擬的作用。電力驅動系統利用主模塊進入系統中電機參數模塊，對要測試的點進行參數設置，然后選定需要測量的試驗項目，啟動參數測量，數據采集卡采集電機相關參數傳給上位機，試驗處理模塊對電機數據進行處理，最后顯示相應結果。

2 硬件設計

2.1 電源電路設計

由于純電動汽車電力驅動測試平臺控制器主電壓為72V，控制電壓為12V，也就是說除了部分交流高壓供電外，大多數采用24V電壓供電，所以電源電路設計時，不僅要考慮控制器的電源供電，也要考慮數據采集系統各個板卡的供電，以及整個平臺系統的其他電路供電。電源模塊設計電路如圖2所示。電源電路供電為24V，經過阻容濾波電路后，經過LM7815電源芯片將電壓由24V轉換為15V，再經過阻容濾波電路后，15V經過LM7805電源芯片轉換為5V，最后經過AS1117電源芯片，將5V轉換為3.3V。

圖2 電源模塊設計電路

2.2 數字量輸入輸出板卡設計

數字量輸入電路主要完成接點狀態到邏輯信號的變換，與數字信號處理器輸入電平兼容才能被接受和處理。如果電路接點處于高壓環境，為避免電磁干擾和隔離現場高壓，在接點與數字信號處理器之間加入光電耦隔離芯片，實現可靠的電隔離。電路設計如圖3所示。

圖3 數字量輸入電路

該數字量輸入電路主要為了防止電壓過高造成對單片機端口的傷害。基本工作原理：當外來數字量信號到達時，首先經過一個由二極管組成的防反向的電路，再經過電容濾波，使電壓穩定，經過光電隔離芯片TLP521-1，再采用AS1117芯片將5V轉為3.3V，再傳給單片機I／O端口，進而實現保護單片機端口的功能。

2.3 通信模塊設計

對于數據采集系統相當重要的模塊設計是通信模塊的設計。RS485通信具有設計簡單、控制方便、成本低廉的優點，但也具有自適應不強、通信效率低、在實際運行過程中容易出問題的缺點：通信時收發不可靠、不穩定、誤碼率高，甚至有可能導致整個通信系統不能正常工作。綜合各種考慮因素，我們采用MAX485芯片進行設計，電路設計如圖4所示。

圖4 通信模塊設計電路

3 軟件設計

基于Labview測試平臺的軟件設計主要為上位機的編程，而上位機編程一般有3種模型，即普通循環模型、管道流水線模型、生產者-消費者模型，以下為各種模型的特點。

1）普通循環模型通過將其子程序模塊順序連接，由最后一個子VI判斷程序運行是否結束。該模型具有結構簡單、容易設計和理解等特點，但只能單線程運行，執行速度相對緩慢。

2）管道流水線模型程序在采集新數據時，首先分析上一次循環迭代采集到的數據，并實現存儲和顯示上一次循環分析的數據。該模型一定程度上提高了程序效率；但當采集數據達到最快、處理速度較慢的時候，若可以實現把分析好的數據先儲存，等采集速度減慢或處理速度變快時再對緩存數據進行應有的處理，程序的總體效率就可以進一步提高。

3）生產者-消費者模型采用隊列的數據存儲方式，隊列的數據存儲是開辟一個緩存區，依據先進先出的原則進行。對于整個實際測試系統，可以定義數據采集作為生產者，定義數據分析、存儲、顯示作為消費者，這樣就能更好地設計高效率的系統，且對設備運行狀況進行實時監控。

設計了一種基于Labview2012，并采用生產者-消費者模型的數據采集卡測試系統程序結構，應用于純電動汽車電力驅動測試研究［4-5］。測試平臺主體的軟件結構框圖如圖5所示。

圖5 軟件結構框圖

純電動汽車電力驅動測試系統的數據采集卡軟件應用層為重要構架。根據界面與測試流程可以看出數據采集卡軟件應用層可以分為軟件算法、用戶登錄和調用數據界面、串口通信、開關信號、狀態指示、數據顯示、實時監控、數據查詢、生成報表等界面工作。以數據界面為例。

數據采集系統狀態指示主要對要采集的模擬量信號和故障指示信號進行控制，主要包括20個模擬量信號和20個故障指示燈信號，模擬信號被實時采集，并以數值和儀表2種形式進行實時顯示，同時當系統判斷所采集的信號為故障信號，則相應的故障指示燈點亮。純電動汽車電力驅動測試系統狀態顯示，主要對主電池電壓、輔助電源電壓、內部控制電壓、充電電壓、轉矩、轉速、腳踏板加速、加載控制、控制器溫度、電機溫度、A相電流、B相電流等20個模擬信號以及故障指示區的20個故障狀態進行狀態監控。如圖6所示。對于純電動汽車電力驅動測試系統平臺開關信號、模擬信號、故障信號的編程，采用位判斷子程序進行實現，即將一個字節的8位分開來進行判斷實現位判斷，模擬信號采集則采用數組處理，將不同種類的數據進行數組處理。狀態指示后面板如圖7所示。

圖6 模擬信號及故障狀態指示前面板

4 總結

基于Labview的純電動汽車電力驅動測試系統的研究，對實際電動汽車各部分的細節研究具有一定的指導意義。通過虛擬儀器技術，可以快速、高效地開發出模塊化、智能化、集成度高的純電動汽車電力驅動測試系統，實現對電力驅動系統各種參數的測試，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年杭州職業技術學院科研課題：基于Labview的純電動汽車電力驅動測試系統平臺研究（課題號：ky201722）；浙江省高等教育課堂教學改革研究項目：高職專業課課堂拓展形式研究--以《汽車性能評價與選購》課程為例（課題號：kg2015697）。

閆亞林（1987-），女，山東陽谷人，助理講師，碩士，研究方向為汽車電子。