基于Labview的纯电动汽车电力驱动测试系统平台研究

闫亚林，徐亚丹

（杭州职业技术学院青年汽车学院，浙江杭州 310000）

基于Labview的纯电动汽车电力驱动测试系统平台研究

闫亚林，徐亚丹

（杭州职业技术学院青年汽车学院，浙江杭州 310000）

基于Labview的纯电动汽车电力驱动测试系统，主要通过自行设计检测电路、数据采集卡及上位机界面，实现对纯电动汽车电力驱动测试系统的电机性能测试。模拟实际电动汽车的简单运行工况，并对运行状况进行监控，同时运用Labview编程软件实现上位机控制界面的编程，实时显示测试平台的所有状态和数据，起到工况模拟及监控的作用，实现纯电动汽车电力驱动测试系统平台设计。

Labview；纯电动汽车；电力驱动；测试系统平台

对纯电动汽车测试系统的研究主要分为实车类型开发研究、科研类型开发研究和教学仪器设备类型开发研究［1-2］。国内电动汽车试验台的研究主要集中于学校、科研所以及一些公司，如武汉理工大学承担并完成了“863”电动汽车室内试验平台设计，吉林大学成功设计混合动力汽车试验台，以及天煌研制新能源电动汽车试验教学设备，被全国职业技能大赛选为竞赛设备，同济大学也在研究电动汽车项目开发。在社会需求的背景下，对试验平台的设计和控制要求更加全面。

1 研究内容

基于Labview的纯电动汽车电力驱动测试平台结构包括控制器、上位机控制界面、数据采集卡、电驱系统、工况状态指示区、传感器控制、故障操作区和冷却系统等部分，具体结构框图如图1所示［3］。

图1 纯电动汽车电力驱动测试系统平台结构框图

本设计主要通过自行设计检测电路和数据采集卡，实现纯电动汽车电力驱动测试系统平台的硬件设计，通过Labview编程上位机界面实现软件编程。具体来说是通过数据采集卡将采集到的检测信号传给控制器，用来控制电力驱动系统的工作，同时结合上位机控制界面，实时显示测试平台的所有状态和数据，经过控制器处理完信号后，把信号传送给工况指示区显示，并驱动被测电机运转。同时根据外部给定各种信号，通过控制器处理，继而与电机的运行相结合，起到工况实时模拟的作用。电力驱动系统利用主模块进入系统中电机参数模块，对要测试的点进行参数设置，然后选定需要测量的试验项目，启动参数测量，数据采集卡采集电机相关参数传给上位机，试验处理模块对电机数据进行处理，最后显示相应结果。

2 硬件设计

2.1 电源电路设计

由于纯电动汽车电力驱动测试平台控制器主电压为72V，控制电压为12V，也就是说除了部分交流高压供电外，大多数采用24V电压供电，所以电源电路设计时，不仅要考虑控制器的电源供电，也要考虑数据采集系统各个板卡的供电，以及整个平台系统的其他电路供电。电源模块设计电路如图2所示。电源电路供电为24V，经过阻容滤波电路后，经过LM7815电源芯片将电压由24V转换为15V，再经过阻容滤波电路后，15V经过LM7805电源芯片转换为5V，最后经过AS1117电源芯片，将5V转换为3.3V。

图2 电源模块设计电路

2.2 数字量输入输出板卡设计

数字量输入电路主要完成接点状态到逻辑信号的变换，与数字信号处理器输入电平兼容才能被接受和处理。如果电路接点处于高压环境，为避免电磁干扰和隔离现场高压，在接点与数字信号处理器之间加入光电耦隔离芯片，实现可靠的电隔离。电路设计如图3所示。

图3 数字量输入电路

该数字量输入电路主要为了防止电压过高造成对单片机端口的伤害。基本工作原理：当外来数字量信号到达时，首先经过一个由二极管组成的防反向的电路，再经过电容滤波，使电压稳定，经过光电隔离芯片TLP521-1，再采用AS1117芯片将5V转为3.3V，再传给单片机I／O端口，进而实现保护单片机端口的功能。

2.3 通信模块设计

对于数据采集系统相当重要的模块设计是通信模块的设计。RS485通信具有设计简单、控制方便、成本低廉的优点，但也具有自适应不强、通信效率低、在实际运行过程中容易出问题的缺点：通信时收发不可靠、不稳定、误码率高，甚至有可能导致整个通信系统不能正常工作。综合各种考虑因素，我们采用MAX485芯片进行设计，电路设计如图4所示。

图4 通信模块设计电路

3 软件设计

基于Labview测试平台的软件设计主要为上位机的编程，而上位机编程一般有3种模型，即普通循环模型、管道流水线模型、生产者-消费者模型，以下为各种模型的特点。

1）普通循环模型通过将其子程序模块顺序连接，由最后一个子VI判断程序运行是否结束。该模型具有结构简单、容易设计和理解等特点，但只能单线程运行，执行速度相对缓慢。

2）管道流水线模型程序在采集新数据时，首先分析上一次循环迭代采集到的数据，并实现存储和显示上一次循环分析的数据。该模型一定程度上提高了程序效率；但当采集数据达到最快、处理速度较慢的时候，若可以实现把分析好的数据先储存，等采集速度减慢或处理速度变快时再对缓存数据进行应有的处理，程序的总体效率就可以进一步提高。

3）生产者-消费者模型采用队列的数据存储方式，队列的数据存储是开辟一个缓存区，依据先进先出的原则进行。对于整个实际测试系统，可以定义数据采集作为生产者，定义数据分析、存储、显示作为消费者，这样就能更好地设计高效率的系统，且对设备运行状况进行实时监控。

设计了一种基于Labview2012，并采用生产者-消费者模型的数据采集卡测试系统程序结构，应用于纯电动汽车电力驱动测试研究［4-5］。测试平台主体的软件结构框图如图5所示。

图5 软件结构框图

纯电动汽车电力驱动测试系统的数据采集卡软件应用层为重要构架。根据界面与测试流程可以看出数据采集卡软件应用层可以分为软件算法、用户登录和调用数据界面、串口通信、开关信号、状态指示、数据显示、实时监控、数据查询、生成报表等界面工作。以数据界面为例。

数据采集系统状态指示主要对要采集的模拟量信号和故障指示信号进行控制，主要包括20个模拟量信号和20个故障指示灯信号，模拟信号被实时采集，并以数值和仪表2种形式进行实时显示，同时当系统判断所采集的信号为故障信号，则相应的故障指示灯点亮。纯电动汽车电力驱动测试系统状态显示，主要对主电池电压、辅助电源电压、内部控制电压、充电电压、转矩、转速、脚踏板加速、加载控制、控制器温度、电机温度、A相电流、B相电流等20个模拟信号以及故障指示区的20个故障状态进行状态监控。如图6所示。对于纯电动汽车电力驱动测试系统平台开关信号、模拟信号、故障信号的编程，采用位判断子程序进行实现，即将一个字节的8位分开来进行判断实现位判断，模拟信号采集则采用数组处理，将不同种类的数据进行数组处理。状态指示后面板如图7所示。

图6 模拟信号及故障状态指示前面板

4 总结

基于Labview的纯电动汽车电力驱动测试系统的研究，对实际电动汽车各部分的细节研究具有一定的指导意义。通过虚拟仪器技术，可以快速、高效地开发出模块化、智能化、集成度高的纯电动汽车电力驱动测试系统，实现对电力驱动系统各种参数的测试，而且具有较好的控制精度。

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年杭州职业技术学院科研课题：基于Labview的纯电动汽车电力驱动测试系统平台研究（课题号：ky201722）；浙江省高等教育课堂教学改革研究项目：高职专业课课堂拓展形式研究--以《汽车性能评价与选购》课程为例（课题号：kg2015697）。

闫亚林（1987-），女，山东阳谷人，助理讲师，硕士，研究方向为汽车电子。