電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試平臺(tái)的研發(fā)

屈嬙 盧秀和

摘 ?要：隨著當(dāng)前電動(dòng)汽車的發(fā)展，對(duì)于驅(qū)動(dòng)技術(shù)也提出了更高的要求，如何搭建完善的系統(tǒng)平臺(tái)對(duì)電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試顯得尤為重要。基于此，文章設(shè)計(jì)了電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試平臺(tái)，主要基于整體方案，對(duì)主控系統(tǒng)中的硬軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，以及對(duì)測(cè)試平臺(tái)中上位機(jī)界面進(jìn)行設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)基本上完成了平臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)，使得網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試平臺(tái)在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能測(cè)試的通用性方面有所提高。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;驅(qū)動(dòng)系統(tǒng);測(cè)試平臺(tái)

中圖分類號(hào)：U616 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）13-0103-03

Abstract： With the development of electric vehicle， the driving technology is also put forward higher requirements. how to build a perfect system platform to test the electric vehicle driving system is particularly important. Based on this， this paper designs a networked test platform for the performance of electric vehicle drive system. mainly based on the overall scheme， the hardware and software of the main control system are designed， and the interface of the upper computer in the test platform is designed. This design has basically completed the development of the platform monitoring system， so that the network test platform in the drive system performance testing versatility has been improved.

Keywords： electric vehicle; driving system; test platform

2017年10月18日，習(xí)總書記在十九大報(bào)告中指出，堅(jiān)持人與自然的和諧共生： 必須堅(jiān)持將節(jié)約資源和環(huán)境保護(hù)當(dāng)成是基本國(guó)策來實(shí)施，并且樹立起綠水青山就是金山銀山的思維，為響應(yīng)號(hào)召基本國(guó)策，開發(fā)出以電力和動(dòng)力電池（包括燃料電池）替代石油和內(nèi)燃機(jī)，將人類帶入清潔能源時(shí)代的新能源汽車。當(dāng)前世界上各個(gè)國(guó)家開始對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行開發(fā)研究，以期解決當(dāng)前日益嚴(yán)重的能源問題。我國(guó)對(duì)于電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展也非常重視，通過產(chǎn)業(yè)調(diào)整以及資金支持，來促進(jìn)電動(dòng)汽車的發(fā)展普及。

隨著電動(dòng)汽車的發(fā)展，對(duì)電車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)也提出了挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)平臺(tái)已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)前電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試要求，因此對(duì)電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行研發(fā)也就顯得尤為重要。對(duì)我國(guó)來講，電動(dòng)汽車的相關(guān)技術(shù)還不夠成熟，如何搭建一個(gè)系統(tǒng)完善的驅(qū)動(dòng)測(cè)試平臺(tái)意義重大。

1 整體方案

從當(dāng)前的研究現(xiàn)狀來看，對(duì)于電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)主要有兩種選擇方式，一種是能量消耗模式，另外一種是對(duì)拖型測(cè)試平臺(tái)。基于對(duì)兩種平臺(tái)的結(jié)構(gòu)和效率進(jìn)行對(duì)比分析來考慮，最終本文選擇運(yùn)用對(duì)拖型測(cè)試平臺(tái)來進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文研究的電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)為了保障電機(jī)的四項(xiàng)限運(yùn)行的需求，在進(jìn)行硬件選擇的時(shí)候，以四象限控制器為主，并且為了保障轉(zhuǎn)速的各個(gè)檔位加載，選取了閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制，在本文所設(shè)計(jì)的測(cè)試平臺(tái)中，可以迅速的獲取電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的一系列問題，這主要是基于電機(jī)對(duì)于機(jī)械硬件的相關(guān)連接作用所進(jìn)行的，改測(cè)試平臺(tái)能夠滿足多數(shù)情況下對(duì)于電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能的測(cè)試。依據(jù)相關(guān)功能，本文主要確定了以下設(shè)計(jì)方案，如圖1所示。

該平臺(tái)主要組成情況如下所示：

測(cè)試平臺(tái)包括機(jī)械系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)，在電氣系統(tǒng)中，主要涵蓋的有強(qiáng)電以及弱電的控制部分。機(jī)械系統(tǒng)主要包括電機(jī)、傳感器、傳動(dòng)裝置等。上位機(jī)界面主要是基于實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)來進(jìn)行設(shè)定的，這一部分目的是實(shí)現(xiàn)主機(jī)總線和測(cè)試電機(jī)控制器以及負(fù)載電機(jī)控制器進(jìn)行通信，對(duì)控制指令進(jìn)行發(fā)送，并且對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、保存以及分析。

主要的控制方式有以下兩種：第一種是上位機(jī)直接進(jìn)行軟件控制，進(jìn)行人機(jī)控制設(shè)計(jì)，來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制這一方案;另外一種是手動(dòng)進(jìn)行控制，主要是通過開關(guān)按鈕來進(jìn)行操控。

2 主控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 主控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

在進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們的核心放在了主控系統(tǒng)，這個(gè)部分主要管理的是信號(hào)方面的問題，確保信號(hào)接收正常，以此來完成后面的測(cè)試，并且將結(jié)果傳送到上位機(jī)中，發(fā)送相關(guān)指令到測(cè)試對(duì)象上，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的操作過程。一般情況下我們?yōu)榱诉_(dá)到測(cè)試平臺(tái)一體化的目的，讓測(cè)試平臺(tái)具備更高的操控性，本文選擇總線通信來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)置。主控系統(tǒng)通過和上位機(jī)以及兩個(gè)電機(jī)控制器進(jìn)行組合，形成一個(gè)通信網(wǎng)，考慮到功率方面的因素，專門運(yùn)用另外的方式使得上位機(jī)中的通信正常，在對(duì)控制器進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候，主要是用到了功率分析儀器，這一種方式不包含在整個(gè)系統(tǒng)過程中，主要系統(tǒng)圖如圖2所示。

對(duì)主控系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的分析：處理器方面主要用的是微處理器MCU，主要功能在于對(duì)外圍電路數(shù)據(jù)的采集。依照通訊樞紐的相關(guān)要求，對(duì)電機(jī)控制器以及上位機(jī)方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)，主要是通過CAN的總線，來實(shí)現(xiàn)對(duì)于通信過程中的命令下達(dá)，在這個(gè)系統(tǒng)里面是由24V來進(jìn)行供電的，所有的外圍電路所需要的電壓 （5V，12V，15V）都通過24V電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換所得。

2.2 主控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

對(duì)于主控系統(tǒng)來講，軟件屬于控制器的指揮中心。主要是實(shí)現(xiàn)自我監(jiān)督以及自我診斷的作用，另外一方面還可以根據(jù)用戶需求，對(duì)電機(jī)平臺(tái)的運(yùn)行情況進(jìn)行測(cè)試，軟件主要是基于系統(tǒng)硬件之上，所需完成的是對(duì)于各個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)，形成良好的人機(jī)交互狀態(tài)。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分主要是基于模塊化思維，以期能夠滿足系統(tǒng)各個(gè)模塊方面的控制需求，如圖3所示。

系統(tǒng)通電，開始初始化，然后進(jìn)行While循環(huán)，看門狗復(fù)位，進(jìn)行相關(guān)故障檢測(cè)，通過CAN信息分析，進(jìn)行計(jì)數(shù)器操作、數(shù)據(jù)處理以及故障診斷，將信息發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中心，最終完成CAN中斷程序。

3 測(cè)試平臺(tái)上位機(jī)界面設(shè)計(jì)

3.1 軟件需求分析

進(jìn)行軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要根據(jù)不同的模塊進(jìn)行詳細(xì)的功能規(guī)劃，比如控制模塊、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)管理等模塊。控制分為手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。手動(dòng)控制主要通過接口控制向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和負(fù)載模塊手動(dòng)發(fā)出給定的扭矩和轉(zhuǎn)速命令。自動(dòng)控制（Automatic control）是指按下一個(gè)按鈕后，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)某一設(shè)定的工作條件自動(dòng)運(yùn)行。在控制的同時(shí)，可以選擇數(shù)據(jù)采集來采集系統(tǒng)的母線電壓、電流、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，并實(shí)時(shí)顯示在界面上。最后，可以保存數(shù)據(jù)，并在必要時(shí)回放測(cè)試數(shù)據(jù)。根據(jù)給定的扭矩和轉(zhuǎn)速以及上位機(jī)界面顯示的相應(yīng)數(shù)據(jù)，對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)的效率、控制效果和可靠性進(jìn)行了相關(guān)分析。我們主要選擇了LabVIEW軟件來進(jìn)行上位機(jī)程序測(cè)試，主要內(nèi)容包含系統(tǒng)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)據(jù)回收，在數(shù)據(jù)采集部分又包含了數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)保存兩個(gè)方面，在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的過程中，主要是將圖表進(jìn)行輸出。程序構(gòu)成框圖如4所示：

從圖4中可以分析得出，主要系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能包括以下幾個(gè)方面：

（1）設(shè)備通電檢測(cè)、CAN通信檢測(cè)等;（2）發(fā)送驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的操作指令;（3）顯示驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、故障保護(hù)和報(bào)警;（4）發(fā)送電機(jī)系統(tǒng)操作指令;（5）電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)顯示、故障保護(hù)和報(bào)警;（6）對(duì)項(xiàng)目中出現(xiàn)的參數(shù)情況呈現(xiàn)，主要包含有效率的計(jì)算、在動(dòng)態(tài)測(cè)試?yán)锩娴霓D(zhuǎn)速統(tǒng)計(jì)和爬坡能力等等。

3.2 LabVIEW程序設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中所涵蓋的主要元素以及功能情況如表1所示：

Cluster_Psend的24位元素都為無(wú)符號(hào)8位整型字節(jié)（0至255），主要元素有數(shù)據(jù)位、地址位、數(shù)據(jù)保留位和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度位。

對(duì)上面的運(yùn)行模塊進(jìn)行分析，主要程序框圖如5所示。（1）（3）（4）（5）在while進(jìn)行循環(huán)的過程包含了有啟動(dòng)、退出以及超時(shí)程序，當(dāng)程序運(yùn)用了以后，點(diǎn)擊“開始”就可以完成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中事件結(jié)構(gòu)配置，在While循環(huán)里面進(jìn)行程序發(fā)送，時(shí)間間隔方面是1ms。如果10ms內(nèi)沒有事件，輸入事件結(jié)構(gòu)的超時(shí)程序，進(jìn)行數(shù)據(jù)接收、處理和存儲(chǔ)，并在前面板上顯示相應(yīng)的結(jié)果。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著能源電動(dòng)車的需求量越來越大，對(duì)于電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究尤為重要。本次測(cè)試平臺(tái)的設(shè)計(jì)開發(fā)主要是為了對(duì)電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能進(jìn)行測(cè)試，以此來為后期的驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行改進(jìn)。這樣一來就需要我們對(duì)測(cè)試平臺(tái)的相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了解，選擇出一套比較完善可靠的方式。本文對(duì)電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，主要確定了設(shè)計(jì)的總方案，并且將各個(gè)平臺(tái)進(jìn)行了模塊化分析，并且利用LabVIEW編譯上位機(jī)操作界面，完成了對(duì)于驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及負(fù)載模塊的控制，基本上完成了平臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)，從本文的設(shè)計(jì)來看，網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試平臺(tái)在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能測(cè)試的通用性方面有所提高。

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