新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)能耗采集傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

姚柳 劉建鑫

摘要：汽車(chē)工業(yè)是交通運(yùn)輸?shù)闹匾A(chǔ)，為提高新能源汽車(chē)在行車(chē)過(guò)程中的能量利用效率，有必要對(duì)車(chē)輛的的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控和優(yōu)化。本文設(shè)計(jì)的主要目的是建立基于虛擬儀器的的新能源汽車(chē)能耗采集和分析系統(tǒng)，構(gòu)建便捷、高效信息平臺(tái)，提高科研人員和駕駛員控制與管理能力車(chē)輛能耗的能力，設(shè)計(jì)主要包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。

關(guān)鍵詞：能耗數(shù)據(jù)采集;虛擬儀器;采集;傳輸

引言

新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)有多方面的意義，可以有效提高能量在新能源汽車(chē)上的利用率，減少資源的消耗，有利于可持續(xù)發(fā)展，有助于保護(hù)生態(tài)環(huán)境，降低汽車(chē)的運(yùn)輸成本，提高物流行業(yè)的經(jīng)濟(jì)性。通過(guò)分析新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)能耗數(shù)據(jù)，有助于發(fā)現(xiàn)行車(chē)過(guò)程中的能源浪費(fèi)等問(wèn)題，通過(guò)調(diào)整新能源汽車(chē)的工況及控制方式，可提高能源利用率。本文設(shè)計(jì)是采用虛擬儀器的自動(dòng)化采集與傳輸技術(shù)，應(yīng)用于新能源汽車(chē)能耗數(shù)據(jù)采集與傳輸，通過(guò)LabVIEW軟件編程，實(shí)現(xiàn)常用能耗數(shù)據(jù)的采集、傳輸、分析和處理。開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)能耗測(cè)量傳輸系統(tǒng)研究現(xiàn)有新能源汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)能耗數(shù)據(jù)，在新能源汽車(chē)節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)過(guò)程中具有重要的指導(dǎo)意義。

1.設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

虛擬儀器是計(jì)算機(jī)硬件、軟件和總線技術(shù)的集成，并向其他技術(shù)領(lǐng)域滲透，將測(cè)試技術(shù)、儀器技術(shù)密切結(jié)合的產(chǎn)物。在20世紀(jì)80年代由美國(guó)國(guó)家儀器公司（National Instruments）提出，核心概念是將計(jì)算機(jī)作為儀器統(tǒng)一硬件，利用計(jì)算機(jī)的運(yùn)算、存儲(chǔ)、調(diào)用、顯示等功能，把傳統(tǒng)儀器的功能軟件化。LabVIEW軟件是一種圖形化編程平臺(tái)，采用G語(yǔ)言（Graphics Language）進(jìn)行圖形化編程，軟件設(shè)計(jì)程序具有直觀性，無(wú)需文本代碼，軟件具有豐富數(shù)據(jù)采集和信號(hào)分析的處理函數(shù)，為用戶提供選擇模塊，同時(shí)提供C語(yǔ)言等擴(kuò)展接口。

LabVIEW程序開(kāi)發(fā)平臺(tái)的基本組成包括：虛擬儀器面板、驅(qū)動(dòng)程序、開(kāi)發(fā)環(huán)境等。在LabVIEW 軟件平臺(tái)上集成高性能的運(yùn)算器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，實(shí)現(xiàn)各類系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析和計(jì)算，新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能耗試驗(yàn)平臺(tái)主要是采集功率數(shù)據(jù)，其采集基本物理量為直流電流數(shù)據(jù)，試驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)對(duì)其進(jìn)行分析和處理。平臺(tái)具有高速、多通道信號(hào)測(cè)量功能，可有效對(duì)新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電流信號(hào)進(jìn)行采集和分析，并可通過(guò)多通道I/O端口與各類網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)在線式能耗采集傳輸。

新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)能耗數(shù)據(jù)采集主要是對(duì)行車(chē)過(guò)程中的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，以便科研人員能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控及數(shù)據(jù)分析，從而尋求優(yōu)化設(shè)計(jì)，以降低能耗，提高設(shè)計(jì)車(chē)輛性能。該能耗試驗(yàn)平臺(tái)主要對(duì)電流數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，從而使能耗監(jiān)測(cè)變得更加簡(jiǎn)單。設(shè)計(jì)中為了實(shí)現(xiàn)新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)能耗監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的操作方便性以及更好的維護(hù)和升級(jí)，采集系統(tǒng)由采集卡、傳感器配合LabVIEW系統(tǒng)進(jìn)行。

數(shù)據(jù)的采集就是在計(jì)算機(jī)控制下，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)化器把新能源汽車(chē)行車(chē)過(guò)程中連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。平臺(tái)是將模擬信號(hào)按一定的時(shí)間間隔抽取其瞬時(shí)值，從而把一個(gè)連續(xù)時(shí)間函數(shù)信號(hào)變成每隔一定時(shí)間間隔才有函數(shù)值的離散信號(hào)樣本采集，通過(guò)LabVIEW軟件設(shè)計(jì)，使其對(duì)信號(hào)樣本進(jìn)行處理，最后通過(guò)計(jì)算機(jī)顯示處理后的波形圖并導(dǎo)出試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以方便科研人員進(jìn)行能耗分析。

2.硬件設(shè)計(jì)

2.1傳感器

傳感器是感受被測(cè)量對(duì)象并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件，由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。設(shè)計(jì)新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)能耗試驗(yàn)平臺(tái)主要是對(duì)輪轂驅(qū)動(dòng)的主電機(jī)進(jìn)行功率測(cè)量，在新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，常采用交流永磁同步電機(jī)，參考市面車(chē)型可知新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)最大功率范圍?！?00kW，電壓400V左右，電源經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓電路參數(shù)相對(duì)穩(wěn)定，可采取測(cè)量電流作為間接測(cè)量來(lái)獲取功率能耗信息?？紤]測(cè)量系統(tǒng)需要一定余量，以及充分考慮瞬時(shí)過(guò)載對(duì)系統(tǒng)的影響，參考相關(guān)傳感器參數(shù)說(shuō)明選擇。經(jīng)核定選擇電流傳感器為測(cè)量霍爾開(kāi)口直流大電流FX-BY-D型傳感器，其工作參數(shù)為：測(cè)量范圍為DC：0-800A;輸出信號(hào)為DC：5V;電源電壓為+5V;精度為≤0.5%;反應(yīng)時(shí)間為≤0.25s;工作溫度為-20℃-80℃;線性度為0.1%。

2.2數(shù)據(jù)采集卡

新能源汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)能耗數(shù)據(jù)具有持續(xù)性，為實(shí)現(xiàn)新能源汽車(chē)能耗數(shù)據(jù)及時(shí)有效采集，須要配置高效穩(wěn)定的數(shù)據(jù)采集卡和處理芯片。通信采用USB串口，外部高性能AD芯片，對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，可在單端模式和差分模式下測(cè)量。數(shù)據(jù)采集卡選用YAV-8AD-PRO-USB，其可以連續(xù)高速采集能耗數(shù)據(jù)，性能穩(wěn)定。其參數(shù)為：通道數(shù)為8;供電方式為USB;采樣頻率為50Hz;量程為為5v與傳感器輸出一致;精度為≤0.5%

3.軟件程序設(shè)計(jì)

基于LabVIEW軟件開(kāi)發(fā)新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能耗數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)，主要分為3方面。首先創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)面板，程序的面板是用戶進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和獲取輸出結(jié)果的位置，采用按鈕、旋鈕、示意圖等元素設(shè)計(jì)測(cè)試系統(tǒng)面板，其界面具有良好交互性，且簡(jiǎn)單美觀。然后創(chuàng)建圖形化程序，這是新能源汽車(chē)能耗采集系統(tǒng)的關(guān)鍵，將前面板窗口切換到程序框圖，該框圖會(huì)顯示面板對(duì)應(yīng)的程序，用數(shù)據(jù)連線連接程序的端口的圖標(biāo)。最后進(jìn)行程序的試運(yùn)行，當(dāng)程序出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，進(jìn)入程序框圖窗口，尋找報(bào)錯(cuò)位置，并進(jìn)行修改。

4.性能測(cè)試

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)平臺(tái)硬件設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)出新能源汽車(chē)能耗試驗(yàn)系統(tǒng)。將開(kāi)發(fā)出的能耗試驗(yàn)采集傳輸系統(tǒng)，搭載新能源汽車(chē)進(jìn)行試驗(yàn)。具體操作過(guò)程為：首先將傳感器接入到驅(qū)動(dòng)電機(jī)能耗輸入端;然后將傳感器和數(shù)據(jù)采集卡通過(guò)USB連接到計(jì)算機(jī)，接通采集系統(tǒng)電源;最后在交互頁(yè)面開(kāi)啟監(jiān)控系統(tǒng)，操作車(chē)輛進(jìn)行加速、勻速、減速等操作，觀察面板輸出設(shè)備波形，數(shù)據(jù)以txt、excel等格式輸出各個(gè)采集時(shí)間點(diǎn)瞬時(shí)信息。該系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果表明監(jiān)測(cè)傳輸系統(tǒng)精度高、反應(yīng)靈敏、穩(wěn)定性好，符合設(shè)計(jì)設(shè)定的目標(biāo)。

5.結(jié)語(yǔ)

新能源汽車(chē)能耗數(shù)據(jù)的采集對(duì)于改善其能源利用率，提高節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)水平具有重要意義。本文設(shè)計(jì)以虛擬儀器技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)能耗數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。最后經(jīng)過(guò)測(cè)試表明，設(shè)計(jì)的能耗試驗(yàn)采集傳輸平臺(tái)具有精度高、操作簡(jiǎn)便、時(shí)效性高，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定的特征，適合用于新能源汽車(chē)能耗數(shù)據(jù)研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]毋青松，鐘兵，羅映，等.基于LabVIEW的智能汽車(chē)自動(dòng)駕駛開(kāi)發(fā)平臺(tái)數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].山東交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2020（1）：

[2]張立霞.LabVIEW在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用分析[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2020，v.16（10）

[3]孫建民，楊清梅.虛擬儀器技術(shù)及其在汽車(chē)工程測(cè)試中的應(yīng)用[J].公路交通科技，2002.19（6）：

作者簡(jiǎn)介：姚柳，碩士研究生，工程師，主要從事機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面研究。