新能源汽车驱动能耗采集传输系统设计

姚柳 刘建鑫

摘要：汽车工业是交通运输的重要基础，为提高新能源汽车在行车过程中的能量利用效率，有必要对车辆的的能耗数据进行采集和分析，以实现运行状态的监控和优化。本文设计的主要目的是建立基于虚拟仪器的的新能源汽车能耗采集和分析系统，构建便捷、高效信息平台，提高科研人员和驾驶员控制与管理能力车辆能耗的能力，设计主要包括硬件设计和软件设计两个方面。

关键词：能耗数据采集;虚擬仪器;采集;传输

引言

新能源汽车驱动系统的节能环保设计有多方面的意义，可以有效提高能量在新能源汽车上的利用率，减少资源的消耗，有利于可持续发展，有助于保护生态环境，降低汽车的运输成本，提高物流行业的经济性。通过分析新能源汽车驱动能耗数据，有助于发现行车过程中的能源浪费等问题，通过调整新能源汽车的工况及控制方式，可提高能源利用率。本文设计是采用虚拟仪器的自动化采集与传输技术，应用于新能源汽车能耗数据采集与传输，通过LabVIEW软件编程，实现常用能耗数据的采集、传输、分析和处理。开发驱动能耗测量传输系统研究现有新能源汽车的驱动能耗数据，在新能源汽车节能环保设计过程中具有重要的指导意义。

1.设计基础

虚拟仪器是计算机硬件、软件和总线技术的集成，并向其他技术领域渗透，将测试技术、仪器技术密切结合的产物。在20世纪80年代由美国国家仪器公司（National Instruments）提出，核心概念是将计算机作为仪器统一硬件，利用计算机的运算、存储、调用、显示等功能，把传统仪器的功能软件化。LabVIEW软件是一种图形化编程平台，采用G语言（Graphics Language）进行图形化编程，软件设计程序具有直观性，无需文本代码，软件具有丰富数据采集和信号分析的处理函数，为用户提供选择模块，同时提供C语言等扩展接口。

LabVIEW程序开发平台的基本组成包括：虚拟仪器面板、驱动程序、开发环境等。在LabVIEW 软件平台上集成高性能的运算器和数据存储器，实现各类系统的数据分析和计算，新能源汽车驱动系统能耗试验平台主要是采集功率数据，其采集基本物理量为直流电流数据，试验平台设计对其进行分析和处理。平台具有高速、多通道信号测量功能，可有效对新能源汽车驱动系统电流信号进行采集和分析，并可通过多通道I/O端口与各类网络进行通信，实现在线式能耗采集传输。

新能源汽车驱动能耗数据采集主要是对行车过程中的能耗数据进行采集，以便科研人员能进行实时监控及数据分析，从而寻求优化设计，以降低能耗，提高设计车辆性能。该能耗试验平台主要对电流数据进行采集，从而使能耗监测变得更加简单。设计中为了实现新能源汽车驱动能耗监测数据采集系统的操作方便性以及更好的维护和升级，采集系统由采集卡、传感器配合LabVIEW系统进行。

数据的采集就是在计算机控制下，通过A/D转化器把新能源汽车行车过程中连续变化的模拟量转化为数字量。平台是将模拟信号按一定的时间间隔抽取其瞬时值，从而把一个连续时间函数信号变成每隔一定时间间隔才有函数值的离散信号样本采集，通过LabVIEW软件设计，使其对信号样本进行处理，最后通过计算机显示处理后的波形图并导出试验数据，以方便科研人员进行能耗分析。

2.硬件设计

2.1传感器

传感器是感受被测量对象并按照一定的规律转换成可用信号的器件，由敏感元件和转换元件组成。设计新能源汽车驱动能耗试验平台主要是对轮毂驱动的主电机进行功率测量，在新能源汽车驱动系统中，常采用交流永磁同步电机，参考市面车型可知新能源汽车驱动最大功率范围常≤200kW，电压400V左右，电源经过稳压电路参数相对稳定，可采取测量电流作为间接测量来获取功率能耗信息。考虑测量系统需要一定余量，以及充分考虑瞬时过载对系统的影响，参考相关传感器参数说明选择。经核定选择电流传感器为测量霍尔开口直流大电流FX-BY-D型传感器，其工作参数为：测量范围为DC：0-800A;输出信号为DC：5V;电源电压为+5V;精度为≤0.5%;反应时间为≤0.25s;工作温度为-20℃-80℃;线性度为0.1%。

2.2数据采集卡

新能源汽车的驱动能耗数据具有持续性，为实现新能源汽车能耗数据及时有效采集，须要配置高效稳定的数据采集卡和处理芯片。通信采用USB串口，外部高性能AD芯片，对模拟信号进行测量，可在单端模式和差分模式下测量。数据采集卡选用YAV-8AD-PRO-USB，其可以连续高速采集能耗数据，性能稳定。其参数为：通道数为8;供电方式为USB;采样频率为50Hz;量程为为5v与传感器输出一致;精度为≤0.5%

3.软件程序设计

基于LabVIEW软件开发新能源汽车驱动系统能耗数据采集与传输系统，主要分为3方面。首先创建数据采集系统面板，程序的面板是用户进行参数设置和获取输出结果的位置，采用按钮、旋钮、示意图等元素设计测试系统面板，其界面具有良好交互性，且简单美观。然后创建图形化程序，这是新能源汽车能耗采集系统的关键，将前面板窗口切换到程序框图，该框图会显示面板对应的程序，用数据连线连接程序的端口的图标。最后进行程序的试运行，当程序出现错误时，进入程序框图窗口，寻找报错位置，并进行修改。

4.性能测试

通过对试验平台硬件设计，软件设计，开发出新能源汽车能耗试验系统。将开发出的能耗试验采集传输系统，搭载新能源汽车进行试验。具体操作过程为：首先将传感器接入到驱动电机能耗输入端;然后将传感器和数据采集卡通过USB连接到计算机，接通采集系统电源;最后在交互页面开启监控系统，操作车辆进行加速、匀速、减速等操作，观察面板输出设备波形，数据以txt、excel等格式输出各个采集时间点瞬时信息。该系统测试结果表明监测传输系统精度高、反应灵敏、稳定性好，符合设计设定的目标。

5.结语

新能源汽车能耗数据的采集对于改善其能源利用率，提高节能环保设计水平具有重要意义。本文设计以虚拟仪器技术为基础，对能耗数据采集与传输系统进行硬件设计和软件设计。最后经过测试表明，设计的能耗试验采集传输平台具有精度高、操作简便、时效性高，系统运行稳定的特征，适合用于新能源汽车能耗数据研究。

参考文献：

[1]毋青松，钟兵，罗映，等.基于LabVIEW的智能汽车自动驾驶开发平台数据采集监测系统[J].山东交通学院学报，2020（1）：

[2]张立霞.LabVIEW在汽车领域的应用分析[J].电脑知识与技术，2020，v.16（10）

[3]孙建民，杨清梅.虚拟仪器技术及其在汽车工程测试中的应用[J].公路交通科技，2002.19（6）：

作者简介：姚柳，硕士研究生，工程师，主要从事机电系统设计方面研究。