CN103344273B - 一种纯电动车电机驱动器测控系统及其测控方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纯电动车电机驱动器测控系统及其测控方法，包括屏幕显示模块、数据发送模块、数据接收模块、按键消息响应模块、动态事件响应模块、发送缓冲队列模块、接收缓冲队列模块、图形数据缓冲队列模块以及曲线绘制与保存模块。本发明实现了完整的控制驱动功能，可对MФTIVE驱动器的功能和性能进行全面控制和测试。既节省了采购成本，又提高了自主化水平。通过对控制系统协议的修改，还可将其应用于其它类似的电机驱动系统，具有较强的可扩展性和重要的实用意义。

Description

一种纯电动车电机驱动器测控系统及其测控方法

技术领域

本发明涉及一种纯电动车电机驱动器的测控系统，尤其涉及一种对纯电动车电机驱动器进行完整功能的控制和性能测试的测控系统及其测控方法。

背景技术

如今在低碳、环保、节能减排的大趋势下，电动汽车成为了世界公认的汽车发展方向，这对国内汽车制造商来说既是一次挑战，也是一次机遇。目前我国在纯电动车研发上已具备了一定的基础条件，并已经在纯电动城市商用车方面有了较多的尝试与应用，但在中高速的纯电动乘用车方面的应用还尚少。主要是纯电动乘用车具有技术含量高、产业规模庞大、覆盖用户多、社会影响大、节能减排总量庞大等特点。如果能实现大规模产业化将是汽车工业和交通领域的革命，影响深远。但同时在技术方面也提出了较高要求。我国汽车工业起步晚、自主技术薄弱，技术挑战较为突出，研发周期的也相对较长。

TM4公司是加拿大Hydro‐Quebec国有电力公司旗下的全资子公司，1998年从Hydro‐Quebec分离出来开始独立运营，主要从事高性能电机、控制系统技术的开发及其在新能源汽车、风能发电和河床水力发电等领域的应用。目前在新能源汽车领域提供的主要产品包括永磁同步电机，电机逆变器等，主要应用于纯电动汽车和混合动力汽车的动力系统。TM4的MФTIVE系统由永磁无刷电机和高功率密度的IGBT逆变驱动器组成。这个有效的整体组合系统非常适合于电动和混合动力的应用领域，特别是轻型客车和商用车型。TM4也提供了用于控制MФTIVE系统的控制器NEURФ，但是其售价昂贵，这就提高了我国电动汽车生产厂家的制造成本，不利于电动汽车在我国的发展与应用。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明利用美国国家仪器公司提供的Labview产品强大的仪器控制和编程功能，结合TM4公司提供的MФTIVE驱动器通讯协议，设计了一种基于Labview的纯电动车电机驱动器测控系统，并通过CAN总线与MФTIVE相连，该发明实现了完整的控制驱动功能，可对MФTIVE驱动器的功能和性能进行全面控制和测试。既节省了采购成本，又提高了自主化水平。通过对控制系统协议的修改，还可将其应用于其它类似的电机驱动系统，具有较强的可扩展性和重要的实用意义。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种纯电动车电机驱动器测控系统，其特征在于：包括屏幕显示模块、数据发送模块、数据接收模块、按键消息响应模块、动态事件响应模块、发送缓冲队列模块、接收缓冲队列模块、图形数据缓冲队列模块、CAN总线驱动模块以及曲线绘制与保存模块；

所述按键消息响应模块用于对用户在界面上进行的操作作出响应，在用户修改了电机驱动器的状态数据时，按键消息响应模块将用户修改的电机驱动器的状态数据打包成一个或多个待发送CAN帧，并将其存入发送缓冲队列模块；

所述数据发送模块用于在发送缓冲队列模块存在待发送的CAN帧时，从发送缓冲队列模块中读取待发送的CAN帧，通过CAN总线驱动模块向电机驱动器发送指令；

所述数据接收模块用于调用CAN总线驱动模块，接收从电机驱动器发回的CAN帧，然后将发回的CAN帧存入接收缓冲队列模块，并产生一个接收动态事件；

所述动态事件响应模块用于在产生一个接收动态事件时，从接收缓冲队列模块中读取和解析已存入的CAN帧，获得电机驱动器发回的状态数据，并将电机驱动器发回的状态数据存入图形数据缓冲队列模块；

所述曲线绘制与保存模块用于读取图形数据缓冲队列模块保存的电机驱动器发回的状态数据并绘制成曲线。

所述屏幕显示模块用于在计算机屏幕上显示用户当前的参数设置、电机驱动器当前的运行状态以及曲线绘制与保存模块绘制的曲线。

所述屏幕显示模块、数据发送模块、数据接收模块、按键消息响应模块、动态事件响应模块、发送缓冲队列模块、接收缓冲队列模块、图形数据缓冲队列模块、CAN总线驱动模块以及曲线绘制与保存模块都是基于Labview编写的模块。

所述按键消息响应模块用于在需要对屏幕内容更新时则调用屏幕显示模块更新屏幕。

所述动态事件响应模块用于在产生一个接收动态事件时，从接收缓冲队列模块中读取已存入的CAN帧，并对其解析，获得电机驱动器发回的状态数据，调用屏幕显示模块更新屏幕状态的显示，并将电机驱动器发回的状态数据存入图形数据缓冲队列模块，在接收缓冲队列模块中存入的CAN帧包含电机驱动器的询问指令时，动态事件响应模块作出应答，将需要回答的内容打包成一个或多个待发送CAN帧，并存入发送缓冲队列模块。

一种纯电动车电机驱动器测控方法，包括如下步骤：

第一步：给控制对象电机驱动器供24V工作电，进入待机准备状态；

第二步：测控软件通过CAN总线与控制对象建立通讯连接；

第三步：电机驱动器接入240V交流电，进行充电储能；

第四步：通过测控软件界面发送工作指令，控制电机驱动器带动电机旋转；

第五步：观察并存储电机转速、转矩和电流；

第六步：绘制并记录实验参数曲线，并保存至文件。

本发明具有以下优点：

1、本发明包括基于Labview编写屏幕显示模块、数据发送模块、数据接收模块、按键消息响应模块、动态事件响应模块、发送缓冲队列模块、接收缓冲队列模块、图形数据缓冲队列模块、CAN总线驱动模块以及曲线绘制与保存模块，所述按键消息响应模块对用户在界面上进行的操作作出响应，在用户修改了电机驱动器的状态数据时，按键消息响应模块将用户修改的电机驱动器的状态数据打包成一个或多个待发送CAN帧，并将其存入发送缓冲队列模块，所述数据发送模块在发送缓冲队列模块存在待发送的CAN帧时从发送缓冲队列模块中读取待发送的CAN帧，通过CAN总线驱动模块向电机驱动器发送指令，所述数据接收模块调用CAN总线驱动模块，接收从电机驱动器发回的CAN帧，然后将发回的CAN帧存入接收缓冲队列模块，并产生一个接收动态事件，所述动态事件响应模块在产生一个接收动态事件时，从接收缓冲队列中读取和解析已存入的CAN帧，获得电机驱动器发回的状态数据，并将电机驱动器发回的状态数据存入图形数据缓冲队列模块，所述曲线绘制与保存模块读取图形数据缓冲队列模块保存的电机驱动器发回的状态数据并绘制成曲线。

软件基于Labview编写，Labview是美国国家仪器公司开发的图形化编程环境，相比于其他代码型的如C、C++、C#等编程语言，省去了繁琐的代码撰写、界面设置等工作，程序编写效率大大提高，极为适用于软件快速原型搭建工作，且具有强大的仪器控制能力，本发明的软件在Labview编程环境中运行即可实现对电机驱动器的控制从而驱动永磁同步电机的运转。基于Labview纯电动车电机驱动器测控系统进行电动车驱动器测控实验时，用户可通过程序界面设置电机转矩、电机驱动器状态等多种参数，并且在实验过程中可调。正常实验时，用户设置完成后，只需点击开始即可让电机旋转，程序界面显示当前运行状态、电机转速、电机驱动器输出转矩、电机驱动器输出功率等多项参数，并将电机转矩、转速及功率用曲线实时描绘出来，方便观察。用户可用文件保存从开始到实验结束所有的曲线数据信息，方便实验结束后对数据进行更详细的分析，整套系统极大地提高了测控实验效率，国内纯电动汽车制造商不必采购国外昂贵的控制器，降低了纯电动汽车的制造成本，推动电动汽车在我国的发展和应用。节省了成本，提高了自主开发的技术水平，并带来了灵活的软件可定制性和扩展性。

2、本发明屏幕显示模块在计算机屏幕上显示用户当前的参数设置、电机驱动器当前的运行状态以及曲线绘制与保存模块绘制的曲线，方便用户随时了解电机驱动器当前的运行状态，便于控制电机驱动器。

3、按键消息响应模块在需要对屏幕内容更新时则调用屏幕显示模块更新屏幕，按键消息响应模块能即使更新屏幕显示的信息，便于用户准确的掌握和了解电机驱动器当前的运行状态。

4、本发明本实用新型的软件架构设置合理，采用多线程方式编写，多个模块并行运行，互不干扰，软件执行效率高，可扩展性强，能最大限度保证指令的及时传送与执行。

附图说明

图1是本发明提供的硬件架构示意图；

图2是本发明软件架构示意图。

图中标记1、计算机，2、CAN总线，3、电机驱动器，4、永磁同步电机。

具体实施方式

实施例1

一种纯电动车电机驱动器测控系统，包括基于Labview编写的屏幕显示模块、数据发送模块、数据接收模块、按键消息响应模块、动态事件响应模块、发送缓冲队列模块、接收缓冲队列模块、图形数据缓冲队列模块、CAN总线驱动模块以及曲线绘制与保存模块，所述按键消息响应模块对用户在界面上进行的操作作出响应，在用户修改了电机驱动器的状态数据时，按键消息响应模块将用户修改的电机驱动器的状态数据打包成一个或多个待发送CAN帧，并将其存入发送缓冲队列模块，所述数据发送模块在发送缓冲队列模块存在待发送的CAN帧时从发送缓冲队列模块中读取待发送的CAN帧，通过CAN总线驱动模块向电机驱动器发送指令，所述数据接收模块调用CAN总线驱动模块，接收从电机驱动器发回的CAN帧，然后将发回的CAN帧存入接收缓冲队列模块，并产生一个接收动态事件，所述动态事件响应模块在产生一个接收动态事件时，从接收缓冲队列中读取和解析已存入的CAN帧，获得电机驱动器发回的状态数据，并将电机驱动器发回的状态数据存入图形数据缓冲队列模块，所述曲线绘制与保存模块读取图形数据缓冲队列模块保存的电机驱动器发回的状态数据并绘制成曲线。

所述屏幕显示模块在计算机屏幕上显示用户当前的参数设置、电机驱动器当前的运行状态以及曲线绘制与保存模块绘制的曲线，

所述按键消息响应模块在需要对屏幕内容更新时则调用屏幕显示模块更新屏幕。

所述动态事件响应模块在产生一个接收动态事件时，从接收缓冲队列模块中读取已存入的CAN帧，并对其解析，获得电机驱动器发回的状态数据，调用屏幕显示模块更新屏幕状态的显示，并将电机驱动器发回的状态数据存入图形数据缓冲队列模块，在接收缓冲队列模块中存入的CAN帧包含电机驱动器的询问指令时，动态事件响应模块作出应答，将需要回答的内容打包成一个或多个待发送CAN帧，并存入发送缓冲队列模块。

实施例2

用本发明来测试和控制电机驱动器

如图1所示，本实施例提供了硬件，硬件包括计算机1、CAN总线2、电机驱动器3以及永磁同步电机4。计算机1上运行软件部分，通过CAN总线2控制电机驱动器3带动永磁同步电机4旋转。

信号连接方式具体为：计算机1产生各种参数设置值，通过CAN总线2发送给电机驱动器3，电机驱动器3将当前的工作状态信号通过CAN总线2送给计算机1综合处理。

计算机1即为一台普通的个人电脑，运行windows7操作系统，以及LabVIEW2010运行时环境，计算机1是本系统软件部分运行的载体，通过USB转CAN模块连接到CAN总线2上。

CAN总线2将计算机1与电机驱动器3两个设备连接在一起，并使得他们能够互相传送信息。

如图2所示，本实用新型软件部分包括屏幕显示模块、数据发送模块、数据接收模块、按键消息响应模块、动态事件响应模块、发送缓冲队列模块、接收缓冲队列模块、图形数据缓冲队列模块以及曲线绘制与保存模块。

屏幕显示模块在计算机屏幕上显示用户当前的参数设置、电机驱动器当前的运行状态以及转矩、转速和功率曲线。

数据发送模块判断发送缓冲队列模块大小，如果发送缓冲队列模块存在待发送元素，则从发送缓冲队列模块中读取将要发送的CAN帧，然后调用CAN总线驱动，从计算机1向电机驱动器发送指令。

数据接收模块调用CAN总线驱动，接收从电机驱动器发回的CAN帧，然后将其存入接收缓冲队列模块，并产生一个接收动态事件。

按键消息响应模块对用户在界面上进行的操作作出响应，并判断需要进行的动作，如果需要对屏幕内容更新则调用屏幕显示模块更新屏幕。特别的，如果用户修改了电机驱动器3当前状态或者电机转矩，则需要向电机驱动器发送指令，此时按键消息响应模块4将需要发送的命令和数据按设定的通讯协议打包成一个或多个待发送CAN帧，并将其存入发送缓冲队列模块。

动态事件响应模块等待接收动态事件，一旦发生一个接收动态事件，则模块开始工作，从接收缓冲队列模块中读取已接收到的CAN帧，并根据设定的通讯协议对其解析，获得电机驱动器发回的状态数据，调用屏幕显示模块更新屏幕状态的显示，并将电机转矩、转速及功率数据存入图形数据缓冲队列模块。如果CAN帧包含电机驱动器的询问指令，则动态事件响应模块还需要对其作出应答，将需要回答的内容按设定的通讯协议打包成一个或多个待发送CAN帧，并将其存入发送缓冲队列模块。

所述发送缓冲队列模块缓存待发送的CAN帧，等待数据发送模块调用并处理。

所述接收缓冲队列模块缓存已接收的CAN帧，等待动态事件响应模块调用并处理；

所述图形数据缓冲队列模块缓存电机驱动器，传回的电机转矩、转速及功率数据，等待曲线绘制与保存模块调用并处理；

所述曲线绘制与保存模块读取图形数据缓冲队列模块保存的电机转矩、转速及功率数据，并绘制成曲线，在程序运行过程中，用户可以随时保存这些数据到文件，可以任意设置保存的时间起点和终点。

实施例3

如图1所示，本实用新型硬件硬件部分包括计算机1、CAN总线2、电机驱动器3以及永磁同步电机4。计算机1上运行本系统的程序软件，通过CAN总线2，控制电机驱动器3带动电机4旋转。

信号连接方式具体为：计算机1产生各种参数设置值，通过CAN总线2发送给电机驱动器3；电机驱动器3将当前的工作状态信号通过CAN总线2送给计算机1综合处理。

计算机1即为一台普通的个人电脑，运行windows7操作系统，以及LabVIEW2010运行时环境，计算机1是本系统软件部分运行的载体，通过USB转CAN模块连接到CAN总线2上。

CAN总线2将计算机1与电机驱动器3两个设备连接在一起，并使得他们能够互相传送信息。

电机驱动器3为TM4公司出产的MФTIVE，其主要部分为大功率IGBT组成的逆变器，额定输出功率为37kW，额定电压为220-400VDC，系统整体效率可达93%，支持CAN2.0接口，通过水冷方式散热。基于一套事先设定的通讯协议，可由任何支持CAN2.0接口的上位设备和该驱动器进行通讯，控制驱动器带动电机4旋转。

永磁同步电机4为MФTIVE驱动器配套的电机，额定转速为每分钟10000转，连续输出扭矩为65NM。

如图2所示，本实用新型软件系统架构包括屏幕显示模块、数据发送模块、数据接收模块、按键消息响应模块、动态事件响应模块、发送缓冲队列模块、接收缓冲队列模块、图形数据缓冲队列模块以及曲线绘制与保存模块。

屏幕显示模块在计算机屏幕上显示用户当前的参数设置、电机驱动器当前的运行状态以及转矩、转速和功率曲线；

数据发送模块判断发送缓冲队列模块大小，如果发送缓冲队列模块存在待发送元素，则从发送缓冲队列模块中读取将要发送的CAN帧，然后调用CAN总线驱动，从计算机向电机驱动器发送指令；

数据接收模块调用CAN总线驱动，接收从电机驱动器发回的CAN帧，然后将其存入接收缓冲队列模块，并产生一个接收动态事件；

按键消息响应模块对用户在界面上进行的操作作出响应，并判断需要进行的动作，如果需要对屏幕内容更新则调用屏幕显示模块更新屏幕。特别的，如果用户修改了电机驱动器当前状态或者电机转矩，则需要向电机驱动器发送指令，此时按键消息响应模块4将需要发送的命令和数据按设定的通讯协议打包成一个或多个待发送CAN帧，并将其存入发送缓冲队列模块；

动态事件响应模块等待接收动态事件，一旦发生一个接收动态事件，则模块开始工作，从接收缓冲队列模块中读取已接收到的CAN帧，并根据设定的通讯协议对其解析，获得电机驱动器发回的状态数据，调用屏幕显示模块更新屏幕状态的显示，并将电机转矩、转速及功率数据存入图形数据缓冲队列模块。如果CAN帧包含电机驱动器的询问指令，则动态事件响应模块还需要对其作出应答，将需要回答的内容按设定的通讯协议打包成一个或多个待发送CAN帧，并将其存入发送缓冲队列模块；

所述发送缓冲队列模块缓存待发送的CAN帧，等待数据发送模块调用并处理；

所述接收缓冲队列模块缓存已接收的CAN帧，等待动态事件响应模块调用并处理；

所述图形数据缓冲队列模块缓存电机驱动器传回的电机转矩、转速及功率数据，等待曲线绘制与保存模块调用并处理；

所述曲线绘制与保存模块读取图形数据缓冲队列模块保存的电机转矩、转速及功率数据，并绘制成曲线，在程序运行过程中，用户可以随时保存这些数据到文件，可以任意设置保存的时间起点和终点。

正常工作开始前，需要首先连接好各部分的硬件连线，包括电机驱动器与永磁同步电机之间的电源线和位置信号反馈线以及计算机与电机驱动器之间的CAN总线；另外，电机驱动器本身需要220V交流以及24V直流两路电源供电。

连线完成之后，首先导通24V直流电，电机驱动器开始工作，然后打开计算机，运行测控系统软件，设置CAN通道、波特率等参数，然后调用CAN总线硬件驱动，与电机驱动器建立通讯连接，若电机驱动器工作正常，则软件可以接收并显示驱动器发回的工作状态信息。需要指出的是：CAN通讯协议有心跳机制，即电机驱动器每隔固定时间连续不间断发送它的工作状态信息，软件系统收到之后必须予以回应，如果超时未收到回应信号，电机驱动器即会进入保护状态，不再接受任何指令，直到重启。

心跳协议建立后，整个测控系统的软硬件部分均已经工作正常，给电机驱动器接入220V交流电，通过整流桥给驱动器的储能电容充电，可从软件界面得知当前控制系统强电部分的整流电压，当整流电压达到311V时，则完成充电储能准备。

至此，所有的准备工作都已经完成，可以通过软件界面给永磁同步电机发送工作指令，令其旋转，同时在软件界面观察电流、转矩等参数，绘制和记录实验数据曲线，进行具体的测控实验。实验结束后，先发送指令控制电机转速到0，然后依次断开220V交流、24V直流，即可安全关闭整套系统。

测控方法，包括如下步骤：

第一步：给控制对象电机驱动器供24V工作电，进入待机准备状态；

第二步：测控软件通过CAN总线与控制对象建立通讯连接；

第三步：电机驱动器接入240V交流电，进行充电储能；

第四步：通过测控软件界面发送工作指令，控制电机驱动器带动电机旋转；

第五步：观察并存储电机转速、转矩和电流；

第六步：绘制并记录实验参数曲线，并保存至文件。

Claims (5)

1.一种纯电动车电机驱动器测控系统，其特征在于：包括屏幕显示模块、数据发送模块、数据接收模块、按键消息响应模块、动态事件响应模块、发送缓冲队列模块、接收缓冲队列模块、图形数据缓冲队列模块、CAN总线驱动模块以及曲线绘制与保存模块；

所述按键消息响应模块用于对用户在界面上进行的操作作出响应，在用户修改了电机驱动器的状态数据时，按键消息响应模块将用户修改的电机驱动器的状态数据打包成一个或多个待发送CAN帧，并将其存入发送缓冲队列模块；

所述数据发送模块用于在发送缓冲队列模块存在待发送的CAN帧时，从发送缓冲队列模块中读取待发送的CAN帧，通过CAN总线驱动模块向电机驱动器发送指令；

所述数据接收模块用于调用CAN总线驱动模块，接收从电机驱动器发回的CAN帧，然后将发回的CAN帧存入接收缓冲队列模块，并产生一个接收动态事件；

所述动态事件响应模块用于在产生一个接收动态事件时，从接收缓冲队列模块中读取和解析已存入的CAN帧，获得电机驱动器发回的状态数据，并将电机驱动器发回的状态数据存入图形数据缓冲队列模块；

所述曲线绘制与保存模块用于读取图形数据缓冲队列模块保存的电机驱动器发回的状态数据并绘制成曲线；

所述屏幕显示模块用于在计算机屏幕上显示用户当前的参数设置、电机驱动器当前的运行状态以及曲线绘制与保存模块绘制的曲线。

2.根据权利要求1所述的一种纯电动车电机驱动器测控系统，其特征在于：所述屏幕显示模块、数据发送模块、数据接收模块、按键消息响应模块、动态事件响应模块、发送缓冲队列模块、接收缓冲队列模块、图形数据缓冲队列模块、CAN总线驱动模块以及曲线绘制与保存模块都是基于Labview编写的模块。

3.根据权利要求1或2所述的一种纯电动车电机驱动器测控系统，其特征在于：所述按键消息响应模块用于在需要对屏幕内容更新时则调用屏幕显示模块更新屏幕。

4.根据权利要求1或2所述的一种纯电动车电机驱动器测控系统，其特征在于：所述动态事件响应模块用于在产生一个接收动态事件时，从接收缓冲队列模块中读取已存入的CAN帧，并对其解析，获得电机驱动器发回的状态数据，调用屏幕显示模块更新屏幕状态的显示，并将电机驱动器发回的状态数据存入图形数据缓冲队列模块，在接收缓冲队列模块中存入的CAN帧包含电机驱动器的询问指令时，动态事件响应模块作出应答，将需要回答的内容打包成一个或多个待发送CAN帧，并存入发送缓冲队列模块。

5.一种使用如权利要求1所述的一种纯电动车电机驱动器测控系统的测控方法，包括如下步骤：

第一步：给控制对象电机驱动器供24V工作电，进入待机准备状态；

第二步：测控软件通过CAN总线与控制对象建立通讯连接；

第三步：电机驱动器接入240V交流电，进行充电储能；

第四步：通过测控软件界面发送工作指令，控制电机驱动器带动电机旋转；

第五步：观察并存储电机转速、转矩和电流；

第六步：绘制并记录实验参数曲线，并保存至文件。