CN1979459A - 电动汽车电机及其控制系统运行过程监控装置 - Google Patents

电动汽车电机及其控制系统运行过程监控装置 Download PDF

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Abstract

一种电动汽车电机及其控制系统运行过程监控装置，包括依次成双向电路联结的主控板，RS232－RS485－USB转换器和移动电脑，主控板与位于整车内的电机、电机控制器和整车控制器以CAN通讯网络相联结，其采集与打包系统协议监控数据，而RS232－RS485－USB转换器则输送数据包至移动电脑，该移动电脑接收数据包并解包成与主控板中原来的相同数据，予以保存并分成数据文件和可视化数据，供研发人员现场分析纠错或待后进一步研究分析。本发明还具有成本低，体积小，易于操作的优点。

Description

电动汽车电机及其控制系统运行过程监控装置
技术领域
本发明涉及一种电动汽车电机及其驱动系统性能的调试设备，具体地说，是对安装于电动汽车内部的电机及其控系统运行过程进行监控、调试的设备。
背景技术
如图1所示电动汽车电气驱动控制系统主要由整车控制器(又称多能源控制器)1，CAN通讯网络2，电动机/集成启动发电机(电机)3的控制器(逆变器)4构成。电动汽车运行过程中，整车控制1根据驾驶者指令和汽车当前运行状态对电机3，通过CAN通讯网络2，发出控制指令。电机控制器4在接收到运行指令后，结合当前自身运行状态，响应整车控制器1指令，并将自身所执行的动作参数通过CAN通讯网络2反馈给整车控制器1。电机及其控制系统的运行模态有多种，并随着车况及整车控制器1命令的不同，及时切换当前工作模态，特别是在一些极限状况下，如电机或控制器温度接近最高/最低设定值，动力电池电压接近最高/最低允许值，电机控制系统必须及时做出优化调整，避免系统出现严重故障，导致系统停止运行。然而，电动汽车用电机及其控制系统在完成台架试验后，需要安装在汽车内部，同其它部件一起协同工作。此时开发人员需要进行整车性能的调试和测试。这一过程一般要在转毂上或在试车场内进行。由于电机及其控制器已经安装在车内部，此时很难使用示波器等调试设备监控其运行情况，当系统发生故障时也很难得到第一手准确的数据并借此分析系统运行状况，改正系统(软、硬件)错误，改进设计等后续工作难以进行，往往要凭借研发人员的经验来猜测故障发生的原因，通过反复试错来解决问题，这样，十分耗时耗力，效率很低。而且软硬件设计上的某些缺陷，不会导致故障，系统仍然可以运行，但系统性能不是最优。这类问题如果没有第一手数据很难发觉，从而阻碍了系统性能优化的进程。
为了准确了解系统工作的过程，通常的做法是采用基于Dspace等系统，构造系统监控装置。这一系统，使用Dspace提供的软、硬件平台，可以快速构建起数据采集系统，从而可以实时监视电动汽车整车工作系统的状况。但是，这样的系统存在如下弊端：1)系统软、硬件昂贵。2)系统体积大，而且需要外接电源(220/110V交流电)，使用很不方便；3)特别由于整车厂和电机及其控制器生产单位属于不同厂家，出于保护各自IP的考虑，都不会向对方开放各自的控制数据信息，如此对车载各零部件的监控系统很难整合。
发明内容
综上所述，如何提供造价低，体积小，使用方便，可以快速构建起数据采集系统，实时监视安装在电动汽车内部的电机及其控制系统运行过程，乃是本发明所要解决的技术问题，因此，本发明的目的在于提供一种低成本、体积小并易于操作的电动汽车电机及其控制系统运行过程监控装置。
本发明的技术方案如下：
根据本发明的一种电动汽车电机及其控制系统运行过程监控装置，包括一主控板，其与被监控的电机、电机控制器和整车控制器以CAN通讯网络相联结，该主控板采集系统协议监控数据，并打成数据包，周期性地发送；一移动电脑，其接收主控板发送的数据包，并解包成与主控板上相同的监控数据存入内存中，再分解成保存文件数据和可视化数据；-RS232-RS485-USB转换器，其联结主控板和移动电脑，用来输送主控板发送的数据包。
进一步，所述的本发明监控装置，其为一可拆接组合结构，该主控板位于电机控制器侧，并设有RS232接口，而该移动电脑上设有USB接口，经由RS232-RS485-USB转换器的插接联结，而构成一个监控整体装置，主控板处于电动汽车内部；而移动电脑则可由调试人员携带，随车一道参与调试监控；所说的系统协议监控数据是把整车控制器发送给电机及电机控制器的命令；电机运行过程中的速度，力矩，母线电压，电机温度，逆变器温度，电机控制软件中的同步系下的电压，电流及系统故障信号等分别以二进制字节(byte)的排列序号来界定，并以其所在字节内的二进制位(bit)的状态(0，1)来定义，例如13byte表示整车控制器发出的状态命令(state_order)其中：bit2表示允许ISG运行，bit2状态＝1，表示允许运行，bit2的状态为0时，表示处于安全状态；而bit2-bit1表示ISG工作状态00-空转；01-预留；10发电；11-启动发动机，本发明中列成表1来表示有关的系统协议监控数据。
所说的移动电脑是便携式电脑或笔记本电脑，其上设有依次以数据流联结的数据接收模块，数据解释模块(解包)、数据保存模块，以及并列设置的数据文件保存模块和数据可视化模块。
综上所述，本发明具有如下的优点：
(1)体积小，约为已有技术(Dspace系统)的分支；
(2)成本低，约为已有技术(Dspace系统)的分支；
(3)使用方便，可以随着整车试用在现场进行实时监控；
(4)研发人员可以在系统运行过程中就可以分析数据，得出系统控制是否存在隐患或着是否有可以优化的内容。而且因为数据已经保存下来，可以在需要的时候调出供进一步分析使用。电动汽车运行工况不同，电机及其控制器运行过程也会不同。通过提取不同工况下的数据，进行综合分析，可以做出全局优化的控制策略。另外，由于软件是自主开发，都基于常用的软件开发平台，如微软公司VC++，各个零部件单位及整车单位的数据采集监控系统可以分别制作，然后通过该平台整合到一起而不需要相互透露各自的技术机密。
附图说明
图1是安装在汽车内部的电机及电机控制系统的结构方块图。
图2是本发明的结构方块图。
图3本发明中的设置在移动电脑中的功能模块示意图。
图4是本发明中的实现数据接收模块的数据接收线程流程图。
图5是本发明中的实现数据解释模块的数据解释线程流程图。
图6是本发明中的实现数据保存模块的数据绘图线程流程图。
具体实施方式
下面根据图2～图6给出本发明一个较好实施例，并予以详细描述，使能更易于了解本发明的结构特征在功能特色，而不是用来限定本发明的范围。
请参阅图2，如图所示，本发明的电动汽车电机及其控制系统运行过程监控装置包括依次成电路联结的主控板5、RS232-RS485-USB转换器6和移动电脑7，其中：主控板5与电机控制器4、电机3和整车控制器1以CAN通讯网络2联结；该RS232-RS485-USB转换器6的功能是远程联结主控板5与移动电脑7，电机控制器4中的主控板5上设置RS232至RS485转换电路，一般的中央处理芯片(CPU)均配有RS232接口，但是RS232传输距离较短且易受电磁干扰，姑在此将其转换为传输距离长，抗干扰能力强RS485。该电路输入为RS232电路输出，输出联结到RS485/USB转换器，通过该转换器最终连接到移动电脑(笔记本电脑)7的USB接口。本发明的监控装置中需要监视的数据主要包括，整车控制器1发送送给电机3及其控制器4的命令；电机3运行过程中的速度，力矩，母线电压，电机温度，逆变器温度，同步系下的电压，电流及系统的故障信号等，并制定协议(约定)，使约定的监视数据在主板和移动电脑7之间传送，见表1：
表1：监控数据协议
485 Monitoring-data receives
Refreshing rate：10ms
 Data 1Byte2Byte  bit8  bit7  bit6  bit5  bit4  bit3  bit2  bit1
 ID  dd00
 SV  Sum verify
  Id_ref   3Byte4Byte5Byte6Byte7Byte8Byte9Byte   +-127＝300Amp
  Id_fbk   +-127＝300Amp
  lq_ref   +-＝300Amp
  Iq_fbk   +-127＝300Amp
  Vd   +-127＝+-400V
  Vq   +-127＝+-400V
  Torque   128＝200Nm
  flag_error(low) 10Byte   Bit1：IPM故障Bit2：OLBit3：OVBit4：LVBit5：OSBit6：OH_IPMBit7：OH_MOTORBit8：DC/DC故障
flag_error(high)IO 11Byte   Bit1：BAT欠压
Bit6：14V_enable L-＞H＝disable-＞enableBit7：High voltage disconnect L-＞H＝disactive-＞activeBit8：80％charge H-＞L＝disactive-＞active
  speed_fbk(low)   12Byte   5024＝12000rpm
  speed_fbk(high)   13Byte   5024＝12000rpm
  RUN FLAG   14Byte   Bit1：1-run，0-stop t disable IGBT.Bit2：e2prom bum 1-bum 0-n/a
  Resolver_Offset   15Byte   0-4096，low byte
  Resolver_Offset   16Byte   0-4096，high byte
  Sys_Info   17   Low byte of word0
 Sys_Info 18  High byte of word0
 Sys-Info 19  Low byte of word1
 Sys_Info 20  High byte of word1
 Refreshing rate：10ms
Data 01Byte2Byte3Byte4Byte5Byte6Byte7Byte8Byte9Byte10Byte11Byte12Byte bit8 bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1
 ID  DD
 IDSVResolver(low)Resolver(high)  1
 Sum verify
4096＝360Deg
 lsg_tmp  (范围-50-200度，精度1，偏移量-50)
 inv_temp  (范围-50-200度，精度1，偏移量-50)
 Udc  精度2V
 Vd_ffwd  +-127＝+-400V
 Vq_ffwd  +-127＝+-400V
 HCU_Spd(low)  0～16063.75rpm(0～64255 比例因子＝0.25，偏移量＝0，精度：0.25rpm)
HCU_Spd(High)
 HCU_Pwr  0～10kw(0～250 比例因子＝40，偏移量＝0，精度：40w)
State_Order 13Byte  允许ISG运行bit2 1-允许0-处于安全状态ISG工作状态bit2-bit100-空转01-预留10-发电11-启动发动机
 THAT_MOD_P  14Byte  +-127，offset：128
 THAT_MOD_N  15Byte  +-127，offset：128
本实施例中，利用目前市场上容易获得的485-USB转换器，将控制器的控制主板5内的数据实时传送到便携式电脑7内。在电脑7内运行的软件实时采集来自控制器的控制主板5的数据，存储到硬盘供将来调出分析使用的同时，实时的数据进行可视化处理，显示，绘制曲线到电脑屏幕上。
本实施例中，与硬件相结合的软件分做两部分：
a、一部分运行在电机控制器4的控制板5上，它根据约定周期性的记录分析、调试所关心的数据(参见表1所示)，并将其按照协议打包，随后，将这些打包后的数据经过RS485通讯口周期性地被发送。
b、另一部分软件是一种Windows风格的文本一视图结构，运行在移动电脑7上。这部分软件运行后，首先读取从RS485经过USB接口传送来的数据。该数据被数据解释子程序解包，从而得到和电机控制器4上的控制板5上相同的数据。这些数据被保存在计算机(移动电脑7)的内存里。一方面供数据可视化处理子程序调用，将数据按照其采集的先后次序动态地绘制出来，同时也可以根据使用者的指示，将感兴趣的数据保存到其指定的文件中。这些文件也可以被数据可视化子程序读取，从而也可以被绘制出来供分析。
请参见图3，在移动电脑7上设置依次以数据流联结的功能模块：与USB接口连接的数据接收模块71，数据解释模块72，数据保存模块73以及并列设置的数据文件保存模块731和数据可视化模块732。
请参见图4，其示出了实现数据接收模块7的功能的线程710的流程，如图所示：
步骤711启动线程720，步骤712，是否开始采集数据？若未开始采集数据，便返回执行步骤712；若已开始采集数据，则执行步骤713，读USB接收寄存器，执行步骤714，判断是否数据已准备好？若未准备好，便返回执行步骤712；若已准备好，则步骤715，把数据存储器区，之后，跳回继续执行步骤713，读USB接收寄存器。
请参见图5，其示出了实现数据解释模块72的解包功能之线程720的操作步骤：
步骤721，启动线程720，步骤722，读取接收数据区数据，步骤723，判断是否已有数据？若没有数据，返回步骤722；若已有数据，则执行步骤724，检查数据帧格式，步骤725，判断是否帧格式正确？若不正确，执行步骤7251，报通讯故障，之后，返回步骤722，若帧格式正确，则执行步骤726，根据表1协议解释数据，步骤727，判断是否需要保存到文件数据区？若需要保存，便执行步骤7271，将数据存储到文件区；若不需要保存，则执行步骤728，判断是否要绘图？若需要绘图，便执行步骤7281，把数据存储器到绘图数据区，之后返回步骤722；若不需要绘图，则跳回执行步骤722，继续读取数据区数据。
请参见图6，其给出了实现数据可视化模块732的数据绘图线程7320的执行步骤；步骤7321，启动线程7320，步骤7322，读取绘图数据区数据，步骤7323，判断是否已有数据？若无数据，便返回步骤7322；若已有数据，则执行步骤7324，检查数据帧格式，步骤7325，将数据依次描绘屏幕上，步骤7326，判断幅值是否要调整？若不要调整，便返回执行步骤7322；若需要调整，则执行步骤7327，根据用户输入比例调整数据点间隔，步骤7328，刷新图形显示，之后，返回执行步骤7322，读绘图数据区数据。

Claims (4)

1.一种电动汽车电机及其控制系统运行过程监控装置，其特征在于，包括依次成双向电路联结的主控板(5)、RS232-RS485-USB转换器(6)和移动电脑(7)，其中：
主控板(5)与被监控的电机控制器(4)、电机(3)和整车控制器(1)以CAN通讯网络(2)相联结，该主控板(5)采集系统实时运行的数据，并按照协议打成数据包，经RS232-RS485-USB转换器(6)周期性地发送给移动电脑(7)；
移动电脑(7)接收经USB接口送来的数据包，再将数据包解释成和控制板(5)上相同的数据并保持存在内存储器中，提供可视化处理和存入指定的文件中。
2、根据权利要求1所述的电动汽车电机及其控制系统运行过程监控装置，其特征在于，该监控装置为可拆接组合结构，该主控板(5)位于接收调试和测试的位于电动汽车内的电机和电机控制系统侧，该主控板(5)设有RS232接口，而该移动电脑(7)上设有USB接口，经由RS232-RS485-USB转换器(6)连接该主控板(5)可与强电系统在电气上隔离，也可以远离电气系统，距离可以在10米以上。
3、根据权利要求1所述的电动汽车电机及其控制系统监控装置，其特征在于，所说的系统协议监控数据是把整车控制器(1)发送给电机(3)的控制器(4)的命令；电机(3)运行过程中的速度、力矩、母线电压、电流，电机温度，逆变器温度，电机控制系统的控制变量，系统故障信号分别以二进制字节排列序号来界定，并以其所在字节中的二进制位的状态来定义列成表1所示。
4、根据权利要求1所述的电动汽车电机及其控制系统运行过程监控装置，其特征在于，所说的移动电脑(7)是便携式电脑或笔记本电脑，其上设置依次以数据流联结的数据接收模块(71)、数据解释模块(72)、数据保存模块(73)。以及并列设置的数据文件保存模块(731)和数据可视化模块(732)。
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