整车动态模拟测试系统软件的设计与实现

杨志军，杨世文，南金瑞，祝丽（.中北大学机械与动力工程学院，山西 太原 0005；.北京理工大学机械与车辆学院，北京 0008；.北京睿日车心科技有限公司，北京 0008）

整车动态模拟测试系统软件的设计与实现

杨志军1，杨世文1，南金瑞2，祝丽3
（1.中北大学机械与动力工程学院，山西 太原 030051；2.北京理工大学机械与车辆学院，北京 100081；3.北京睿日车心科技有限公司，北京 100081）

摘 要：在整车动态模拟测试系统中，测试软件是必不可少的一部分。针对整车动态模拟测试系统的环境及要求，采用LabVIEW为开发工具，采用模块化的设计思想，设计了一款动态模拟测试软件，讨论了软件的设计方案、总体结构、各模块的设计。主要功能包括参数的设置、数据的采集、数据的通信、数据的分析与处理、数据的显示，数据的保存回放及打印。在测试系统中得到实际应用，控制测试系统并保存数据，提高了测试系统的自动化程度，验证了测试软件精确性及可靠性。

关键词：测试系统；测试软件；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

电驱动系统的性能是电动汽车性能的重要因素之一，是电动汽车的核心部分。对电驱动系统性能的测试逐渐受到国内各汽车生产商的重视[1]。为了减轻传统测试的劳动强度以及提高测试的自动化程度和精度，为测试系统设计开发一款测试软件成为必要。随着计算机技术的迅猛发展，虚拟仪器技术在数据采集、自动测试和仪器控制领域得到广泛应用。LabVIEW是图形化开发环境语言，又称G语言，结合了图形化编程方式的高性能与灵活性，以及专为测试测量与自动化控制应用设计的高性能模块及其配置功能，为数据采集、测量分析与数据显示提供必要的开发工具[2-3]。本文基于CAN总线实现上位机与下位机的通讯，基于虚拟仪器LabVIEW设计开发测试软件。

1、总体方案设计

软件基于美国NI公司的虚拟仪器LabVIEW平台设计开发，整车动态模拟测试系统的各个子系统通过CAN总线实现相互之间的通信，CAN总线接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，测试系统中各个子系统通过数据采集卡获取子系统的各个数据，根据通信协议将模拟信号转化为数字信号，通过CAN网络发送给测试软件集中分析与处理。测试软件经过数据的分析，将数据显示在状态界面，试验人员获取系统的状态信息并与期望的目标状态相对比，校正自己的试验行为，使测试系统运行状态稳定在目标状态下，从而形成实验人员在环的闭环控制，如图1：

根据整车动态模拟测试系统对数据传递速度及精确性的测试需求，又由于被测驱动系统与测试台的硬件不同，CAN通信的波特率不一定相同，所以要用双CAN分别与两个系统进行通信。CAN卡采用瑞典Kvaser公司的Kvaser Memorator Professional HS/HS双通道高速CAN卡，可以高速收发信息，使信息传递更快更精确。通道1作为模拟驾驶控制信号以及接收被测驱动系统状态信息的通道；通道2用来控制负载加载量以及接收负载状态信息的信息通道。软件需要设计如下几个模块：模拟驾驶模块、数据采集模块、系统状态显示模块、负载控制模块、数据保存及打印模块。并能够用动态链接库通过USB接口与CAN卡通信。软件的总体结构如图2所示：

经过以上对软件结构的分析，根据测试系统的设计需求，软件操作流程如图3所示：

2、通信模块

LabVIEW是一款开放式的软件开发平台，提供了强大的外部程序接口功能，这些接口包括DLL、C语言、ActiveX、.NET、DDB、MATLAB等[4]。动态链接库是一个可以多方共享的程序模块，内部对共享的资源进行了封装。软件中使用了瑞典Kvaser公司提供的适用于Kvaser硬件的多个子VI，利用这些子VI建立连接模块，通过一定的逻辑关系连接起来，完成对硬件的驱动、测量参数的设定以及数据的采集。Kvaser公司针对自己的CAN卡设备利用VC++编制DLL模块，并封装成VI方便用户的调用，实现LabVIEW 与CAN卡设备的数据通信。图4为调用canlib32.dll的canOpenChannel函数的程序框图。

3、负载控制模块

负载的大小是根据接收到的驱动系统状态而确定，根据汽车行驶阻力方程计算得出需要的转矩，以报文的形式通过CAN总线传输给负载电机，使负载电机模拟出汽车行驶阻力。汽车行驶阻力公式为[5]：

式中，f为空气密度；i为坡度；CD为空气阻力系数；A为迎风面积；ua为车速；δ为汽车旋转质量换算系数；r为车轮半径；ηT为传动系统效率。

负载功率是由消耗型负载PTC以热量的形式消耗掉，每个PTC的功率为0.5KW，总共80个PTC。当控制负载电机的同时，加载相应数量的PTC，使负载电机发出的功率被PTC消耗，起到模拟汽车行驶阻力的作用。根据通信协议将需要加载PTC数量的报文传递给PTC控制器，PTC控制器接收到报文后解析并控制PTC的加载数量。图5为软件分析行驶阻力并将PTC控制信息发出的程序。

4、状态显示模块

测试系统中使用的CAN网络遵循SAE J1939协议，数据链路层遵循CAN2.0B规范，并使用扩展帧进行通信。扩展帧格式里，仲裁场包括29位识别符、SRR位、IDE位、RTR位。识别符由ID-28…ID-0。扩展帧格式如图6所示：

软件根据扩展帧格式识别报文中的数据，并根据通信协议将数据解析，然后将解析后的数据通过前面板的显示控件显示出来。LabVIEW中的控件可以自定义，根据自己的需要将控件设置成需要的效果，使界面更美观。图7为软件的一部分显示界面：

5、数据的保存

文件操作与管理是测试系统的重要组成部分，数据存储、参数输入、系统管理都离不开文件的建立、操作和维护[6]。通过软件将采集到的系统状态保存到数据文件里，方便以后导入分析。对于测试系统，采集的数据量很大，要求快速控制测试台的同时将接收到的数据保存下来。而且要求文件不能太大，存储同样的数据量，文件越小越好。LabVIEW为文件的操作与管理提供了高效的VI集，其中TDMS可以很好的实现以上功能，并且保存的数据是分层的，有组和通道两层结构，结构清晰，方便查看。图8为整车控制器VCU数据记录的程序。循环结构外部是打开TDMS文件的程序，循环结构内部为数据记录程序。VCU为组名称，加速踏板、实时车速等为通道名称。

执行数据保存程序后，数据将保存到后缀为tdms文件中。通过文件对话框函数将数据文件打开，从TDMS文件查看器中查看保存的数据。数据可以显示成图像，方便查看。而且可以将数据导出至excel格式，以供实验人员整理与分析。图9为TDMS文件查看器：

6、结论

针对整车动态模拟测试系统开发设计的测试软件，实现了测试系统的自动化控制，具有良好的人机交互性，可视化程度高；功能强大，可以模拟驾驶、控制驱动系统和负载系统、数据采集显示以及保存功能；控制精确，保存数据客观准确。具有良好的可扩展性和可维护性。经实际测试验证了软件的稳定性、精度高等特点，减轻了工作强度，节约了测试时间，提高了测试系统的自动化程度。

参考文献

[1] 宋强,王再宙,王志福等.基于虚拟仪器的电动汽车牵引电机性能测试系统[J].仪器仪表学报.2007.28(11):2019-2023．

[2] 叶子.基于LabVIEW的纯电动客车整车控制器测试系统研究与开发[D].吉林大学.2012,29-38.

[3] 李瑞,周冰,胡仁喜.LabVIEW2009[M].北京:机械工业出版社,2010.

[4] 王玉伟.基于LabVIEW的测试软件设计[D].中北大学.2009:30-40.

[5] 余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社,2008.

[6] 吴丽花.基于LabVIEW的永磁同步电机测试系统研究[D].华南理工大学,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

作者简介：杨志军，硕士研究生，就读于中北大学机械与动力工程学院车辆工程系，研究方向为车辆电子与信息技术。

中图分类号：TP311

文献标识码：A

文章编号：1671-7988(2015)10-101-03