专利名称：一种基于LabVIEW的车用驱动电机试验台架数据采集系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及车用驱动电机系统可靠性相关技术领域，确切地说涉及一种基于LabVIEff的车用驱动电机试验台架数据采集系统。
背景技术：
进入21世纪以来，能源和环境对人类生活、社会发展的影响越来越大，发展电动汽车已成为世界各国政府发展汽车工业、提高国民经济整体竞争力的必然选择。车用驱动电机是电动汽车的核心部件，其性能决定了电动汽车的品质。但是目前用于评价电动汽车驱动电机性能的台架试验还存在采样率不高、同步性不好、功能不完善的问题，且对于将各 种动力蓄电池作为动力源的电动汽车来说，其工作时的电流、电压、温度和SOC等信号需要保持在安全的工作区域内，所以能够实时准确的反映其数值的测量工具显得尤为重要；因此，有必要开发一个能够准确评价车用驱动电机性能的数据采集系统。简言之，数据采集技术的提高对于准确评价车用驱动电机性能具有重要意义。传统的测量方法随着被测对象的增加和需分析存储的信息量增大显得繁琐或者力不从心，不适合对多动力源的复合电动汽车的测量。LabVIEW(实验室虚拟仪器集成环境)是由美国国家仪器公司(National Instruments,NI)创立的一个功能强大而又灵活的仪器和分析软件应用开发工具。LabVIEW是一个通用编程系统，它不但能够完成一般的数学运算与逻辑运算和输入输出功能，它还带有专门的用于数据采集和仪器控制的库函数和开发工具，尤其还带有专业的数学分析程序包，基本上可以满足复杂的工程计算和分析要求。2002年，浙江大学申请了申请号为02145406. X的发明专利“一体化振动信号整周期等相位高速同步数据采集系统”。该专利包括与传感器连接的调理电路，调理电路的另一端接模数转换电路，经先进先出存储器接ISA总线，输出端接键相信号处理电路，经倍频后接模/数转换电路，读写控制电路分别与模/数转换电路和先进先出的存储器连接。该发明将调理电路、键相信号处理电路、Α/D转换电路集成在一块电路板上，形成一个功能完整的模块，提高系统运行的稳定性和可靠性。2006年，同济大学申请了申请号为200610027035. X的发明专利“汽车自动变速器车载数据采集系统”，该专利将汽车自动变速器电控单元的输出信号通过转换接口电路，输入至数据采集卡的模拟输入口和数字输入口，工控机控制数据采集卡进行数据的采集和存储，采用即插即测式的线束信号引出方式，避免了对原装线束的破坏，采集系统具有实时性的特点。2008年，比亚迪股份有限公司申请了申请号为200820212359. 5的实用新型专利“一种高速数据采集系统“，该专利包括进行数据交互的模数转换单元、逻辑控制单元、高速接口单元和上位机，所述模数转换单元将采集到的模拟信号转换为数字信号，并将数字信号传输给逻辑控制单元处理，处理后传输到高速接口单元，经高速接口单元对数据格式进行规范后，最终被传送到上位机，最终完成了高速的数据采集。2009年，上海工程技术大学申请了申请号为200920210952. O实用新型专利“一种车用数据采集系统”，该专利包括车载数据处理装置、车载电源、驾驶员生理信息采集装置、车辆信息采集装置以及交通环境信息采集装置，所述的车载电源、驾驶员生理信息采集装置、车辆信息采集装置以及交通环境信息采集装置均与车载数据处理装置连接。该专利结合车辆车载采集数据、图像数据和驾驶员动态生理心电数据，可以交叉分析和开发驾驶员安全管理和筛选、驾驶员主动安全驾驶装置和道路安全设计和评估。
2011年，三峡大学申请了申请号为201120000288. 4的实用新型专利“一种试验数据采集系统”，该专利中的采集箱包含多个采集卡、转换器和稳压电源，采集箱外侧设有多个插座；稳压电源输出端口与插座的接线柱连接，传感器与插座连接，采集卡端口与插座连接；多个采集卡先并联然后与转换器串联连接，转换器通过串口线与计算机连接。该专利在实时采集试验数据的同时，增强采集系统的使用范围，同时降低成本。2010年，华南理工大学申请了申请号为201020563826.6的实用新型专利“基于LabVIEW的电动汽车数据采集系统”，该专利包括顺次连接的传感器、滤波电路、数据采集器和具有LabVIEW开发平台的计算机。该系统可以实现对蓄电池电流、电压、温度、剩余电量，超级电容电流、电压、剩余电量，电机转速、温度的信号进行自动采集、分析、显示和存储，可以用于评价复合能源电动汽车的性能以及优化复合能源管理系统的控制策略、作为复合能源电动汽车和纯电动汽车的仪表显示板等，是目前功能较齐全的电动汽车数据采集系统。2011年，株洲广汇科技工贸有限公司申请了申请号为201120042346. x的实用新型专利“一种车载数据采集系统”，该专利包括LPC2388芯片、GPS定位模块和GPRS通信模块，其中所述GPS定位模块和GPRS通信模块均与所述LPC2388芯片相连接。系统通过GPRS通信网络与监控中心进行通信，GPRS通信网络是以分组交换技术为基础，采用IP数据网络协议的高效数据网络，所以能够使得该系统与监控中心之间进行实时数据传输。尽管上述专利申请文件或专利文件或多或少地涉及到了基于虚拟技术的试验台架数据采集系统，但均是针对单一的机械元件或电子元件进行的数据采集系统；而并未涉及需采集大量数据的由机械部件和电子部件共同组成的车用驱动电机的试验台架的数据采集系统的开发；据申请人了解，对于由机械部件和电子部件组合而成的车用驱动电机的试验台架的数据采集系统，国内外研究较少，目前还没有比较完善的车用驱动电机的试验台架的数据采集系统。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种基于LabVIEW的车用驱动电机试验台架数据米集系统。本发明提出了一种基于LabVIEW的车用驱动电机台架试验数据采集系统。其中该系统可以实现对被测电机信息的数据库管理，试验前对系统进行在线标定，试验中对电机控制器输入端的直流母线电压/电流和输出端的三相交流电压/电流的同步采集，能够保证高速采集时存储试验数据不发生丢数现象并实时显示波形，试验后回调波形数据和进行频域分析以及生成测试报告。具体地说，本发明提供了一种基于LabVIEW的车用驱动电机试验台架数据采集系统，用于在车用驱动电机的试验台架中进行数据采集，其中车用驱动电机试验台架包括整流变压器、电源箱、被试电机和电机控制器、电力测功机和测功机控制器及转矩仪；其中电源箱通过整流变压器分别为电机控制器及电力测功机输入所需的工作电压，电力测功机与被试电机同轴连接，为被试电机提供可控的负载，根据设定工况控制测功机和被试电机的转速转矩；数据采集系统包括至少一个电压传感器、至少一个电流传感器、信号调理模块、PXI总线数据采集模块以及具有LabVIEW开发平台的计算机，其中所述电压传感器和/或电流传感器检测试验台架中电机控制器的电压和/或电流，信号调理模块采集所述电压传感器和/或电流传感器中的模拟信号以及转矩仪中的转矩模拟信号并将之转换为数据采集模块能够识别的数字信号，PXI总线数据采集模块将上传的数字信号传送给具有LabVIEW开发平台的计算机，其中具有LabVIEW开发平台的计算机处理上传的数字信号；其特征在于所述计算机中具有数据管理模块、标定模块、同步模块、波形回调模块、频域分析模块以及测试报告模块；其中数据管理模块用于对总线数据采集模块上传到计算机的数据进行添力口、删除、修改以及查询操作；标定模块与数据管理模块进行数据交互，以用于通过直线拟合的方式对操作后的数据进行标定以避免出现试验数据的丢数现象；同步模块与标定模块进行数据交互，以用于设定多个设备所公用的时钟信号，以使多个设备同步采集数据；波形回调模块与同步模块进行数据交互，以用于根据用户输入选择将所采集的数据中的一个或多个进行波形回调并外显给用户；频域分析模块与同步模块进行数据交互，以用于在时域和频域上对采集的数据进行时域和/或频域分析；测试报告模块与频域分析模块进行数据交互，以用于将测试的结果以固定的输出格式外显给用户；其中计算机的上述各模块由外部用户触发动作。其中所述电压传感器和/或电流传感器检测电机控制器输入端的直流母线电压/电流和电机控制器输出端的三相交流电压/电流。其中标定模块中的线性拟合的线性回归方程为y = kXx+b其中X-被测量值，y-拟合值，k-标定系数，b-标定常数；并且标定系数k =(额定工况标定值-零工况标定值)/ (额定工况测量值-零工况测量值)；标定常数b =零工况标定值-标定系数*零工况测量值；其中上述额定工况下的标定值和零工况下的标定值通过台架试验预先得出；其中波形回调模块还能够用于对回放的波形进行局部放大或平移操作。其中频域分析模块还能够用于对试验数据进行功率谱密度分析。与现有技术相比，本发明的有益效果表现在本发明中的车用驱动电机试验台架数据采集系统考虑到车用驱动电机的实际运行环境和工况，并且通过LabVIEW中提供的模块结构，系统地设计了数据的管理、存储和外显模块，有效减少试验时间，降低试验成本、缩短产品研发周期。
为了更清楚地说明本发明的实施例中的技术方案，下面将对以下具体实施方式
描述中所需要使用的附图作简单的介绍。图I为根据本发明的测试台架的系统图；图2为根据本发明中的数据采集系统中的模块功能框图；、
图3和4为根据本发明中的数据采集系统中的数据管理模块的原理图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的技术方案的附图，进行清楚、完整地描述，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。本发明中的车用驱动电机试验台架的系统图如附图I所示，其具体实施方式
如下
一种基于LabVIEW的车用驱动电机试验台架数据采集系统，用于在车用驱动电机的试验台架中进行数据采集，其中车用驱动电机试验台架包括整流变压器、电源箱、被试电机和电机控制器、电力测功机和测功机控制器及转矩仪；其中电源箱通过整流变压器分别为电机控制器及电力测功机输入所需的工作电压，电力测功机与被试电机同轴连接，为被试电机提供可控的负载，根据设定工况控制测功机和被试电机的转速转矩；数据采集系统包括至少一个电压传感器、至少一个电流传感器、信号调理模块、PXI总线数据采集模块以及具有LabVIEW开发平台的计算机，其中所述电压传感器和/或电流传感器检测试验台架中电机控制器的电压和/或电流，信号调理模块采集所述电压传感器和/或电流传感器中的模拟信号以及转矩仪中的转矩模拟信号并将之转换为数据采集模块能够识别的数字信号，PXI总线数据采集模块将上传的数字信号传送给具有LabVIEW开发平台的计算机，其中具有LabVIEW开发平台的计算机处理上传的数字信号。所述计算机中具有数据管理模块、标定模块、同步模块、波形回调模块、频域分析模块以及测试报告模块；其中上述各个功能模块的功能由附图2示出。在本发明的试验台架对车用驱动电机进行试验之前，首先对系统进行在线的标定以避免传感器以及功能模块中的初始值对试验精度的影响。标定完成后，试验台架开始进行台架试验且数据采集系统开始采集试验中的数据。具体来说，是对电机控制器输入端的直流母线电压/电流和输出端的三相交流电压/电流进行同步采集。然后将采集得到的数据通过总线数据采集模块上传到基于LabVIEW的计算机。其中计算机中具有对数据进行处理和外显的功能模块，以保证高速采集时存储试验数据不发生丢数现象并实时显示波形，并在试验后能够对波形数据进行回调和频域分析以及生成测试报告。其中具体地说，计算机中的数据管理模块用于对总线数据采集模块上传到计算机的数据进行添加、删除、修改以及查询操作；标定模块与数据管理模块进行数据交互，以用于通过直线拟合的方式对操作后的数据进行标定以避免出现试验数据的丢数现象；同步模块与标定模块进行数据交互，以用于设定多个设备所公用的时钟信号，以使多个设备同步采集数据；波形回调模块与同步模块进行数据交互，以用于根据用户输入选择将所采集的数据中的一个或多个进行波形回调并外显给用户；频域分析模块与同步模块进行数据交互，以用于在时域和频域上对采集的数据进行时域和/或频域分析；测试报告模块与频域分析模块进行数据交互，以用于将测试的结果以固定的输出格式外显给用户；其中计算机的上述各模块是通过外部用户的触发动作的。下面将详细地给出各个功能模块的工作原理。a.数据管理模块根据车用电机试验需要，选择Microsoft公司的Access数据库设计数据库，其E-R关系图如图3所示。在LabVIEW中使用LabSQL Release I. 1，通过在程序中调用该系列VI实现对数据库的操作。其实现流程如图4所示。数据管理模块用于对总线数据采集模块上传到计算机的数据进行添加、删除、修改以及查询操作；b.标定模块采用稳态优化标定方法，用有限个数的点通过最小二乘法进行线性拟合，从而获得该离散规律的近似连续函数表达式。采用直线拟合的线性回归方程为y = kXx+b(1-1)式中X-被测量值J-拟合值k_标定系数b_标定常数要根据测量的数据求出最佳的k和b，设在同一 X下测量点y与直线上k*x+b的偏差d为
=(1-2)d2 = y2-b_k*x2(1-3)...dn = yn-b_k*xn(1-4)令D = J^df -b-ki ]
1(1-5)对b和k分别求偏导数，令二阶偏导数大于零，一阶偏导数等于零求出偏差D最小时的标定系数k和标定常数b，在本文中取零工况和额定工况进行计算，则两个参数可以简化成下面的计算公式标定系数(k)=(额定工况标定值-零工况标定值)/ (额定工况测量值-零工况测量值)；标定常数(b)=零工况标定值-标定系数*零工况测量值；在本文中，标定模块与数据管理模块进行数据交互，以用于通过直线拟合的方式对操作后的数据进行标定以避免出现试验数据的丢数现象；需要特别指出的是，功能模块间的数据交互应当理解为逻辑上的数据交互，而并不限于物理连接。另外需要说明的是，各功能模块之间的通信方式可以采取多种，本发明的保护范围不应限于某种特定类型的数据交互方式。c.同步模块本文采用SSI实现同步采集，主设备和从设备共用一个时钟信号，采集时让从设备先处于运行状态，由于该设备通道的时钟来自于主设备，因此虽然处于运行状态但不会马上获得数据，当主设备出现有效的时钟时，该时钟信号共享给Slave通道，两者开始同步采集。同步模块与标定模块进行数据交互，以用于设定多个设备所公用的时钟信号，以使多个设备同步采集数据；d.波形回调模块本文的数据采集系统包括具有波形回调功能的波形回调模块，针对实际需要可以选择某一参量的波形回放，也可以选择多参量的波形回放，同时可以对回放的波形进行各种操作，如局部放大、平移等。波形回调模块与同步模块进行数据交互，以用于根据用户输入选择将所采集的数据中的一个或多个进行波形回调并外显给用户；
e.频域分析模块本文的数据采集系统包括具有频域分析功能的频域分析模块，频域分析模块与同步模块进行数据交互，以用于在时域和频域上对上传的数据进行时域和/或频域分析，针对实际需要频域分析模块还能够用于对试验数据进行功率谱密度分析。f.测试报告模块
本文的数据采集系统包括具有生成测试报告功能的测试报告模块，通过ActiveX把两个应用程序组合在一起，使得LabVIEW程序中可以调用的word程序，生成具有固定格式的测试报告。测试报告模块与频域分析模块进行数据交互，以用于将测试的结构以固定的输出格式外显给用户。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
权利要求
1.一种基于LabVIEW的车用驱动电机试验台架数据米集系统,用于在车用驱动电机的试验台架中进行数据采集，其中车用驱动电机试验台架包括整流变压器、电源箱、被试电机和电机控制器、电力测功机和测功机控制器及转矩仪；其中电源箱通过整流变压器分别为电机控制器及电力测功机输入所需的工作电压，电力测功机与被试电机同轴连接，为被试电机提供可控的负载，根据设定工况控制测功机和被试电机的转速转矩；数据采集系统包括至少一个电压传感器、至少一个电流传感器、信号调理模块、PXI总线数据采集模块以及具有LabVIEW开发平台的计算机，其中所述电压传感器和/或电流传感器检测试验台架中电机控制器的电压和/或电流，信号调理模块采集所述电压传感器和/或电流传感器中的模拟信号以及转矩仪中的转矩模拟信号并将之转换为数据采集模块能够识别的数字信号，PXI总线数据采集模块将上传的数字信号传送给具有LabVIEW开发平台的计算机，其中 具有LabVIEW开发平台的计算机处理上传的数字信号；其特征在于所述计算机中具有数据管理模块、标定模块、同步模块、波形回调模块、频域分析模块以及测试报告模块；其中数据管理模块用于对总线数据采集模块上传到计算机的数据进行添加、删除、修改以及查询操作；标定模块与数据管理模块进行数据交互，以用于通过直线拟合的方式对操作后的数据进行标定以避免出现试验数据的丢数现象；同步模块与标定模块进行数据交互，以用于设定多个设备所公用的时钟信号，以使多个设备同步采集数据；波形回调模块与同步模块进行数据交互，以用于根据用户输入选择将所采集的数据中的一个或多个进行波形回调并外显给用户；频域分析模块与同步模块进行数据交互，以用于在时域和频域上对采集的数据进行时域和/或频域分析；测试报告模块与频域分析模块进行数据交互，以用于将测试的结果以固定的输出格式外显给用户；其中计算机的上述各模块由外部用户触发动作。
2.如权利要求I所述的试验台架数据采集系统，其中所述电压传感器和/或电流传感器检测电机控制器输入端的直流母线电压/电流和电机控制器输出端的三相交流电压/电流。
3.如权利要求1-2所述的试验台架数据采集系统，其中标定模块中的线性拟合的线性回归方程为 y = kXx+b 其中X-被测量值，Y-拟合值，k-标定系数，b-标定常数； 并且标定系数k =(额定工况标定值-零工况标定值)/ (额定工况测量值-零工况测量值)； 标定常数b =零工况标定值-标定系数*零工况测量值；其中上述额定工况下的标定值和零工况下的标定值通过台架试验预先得出。
4.如权利要求1-3所述的试验台架数据采集系统，其中波形回调模块还能够用于对回放的波形进行局部放大或平移操作。
5.如权利要求1-4所述的试验台架数据采集系统，其中频域分析模块还能够用于对试验数据进行功率谱密度分析。
全文摘要
本发明涉及一种基于LabVIEW的车用驱动电机试验台架数据采集系统，用于在车用驱动电机的试验台架中进行数据采集，包括用于对车用驱动电机进行台架试验的试验台架以及与之相配合的数据采集系统，其中数据采集系统包括传感器、数据采集器和具有LabVIEW开发平台的计算机。该系统可以保证高速采集时存储试验数据不发生丢数现象并实时显示波形，试验后波形数据的回调和频域分析以及生成固定格式的测试报告。本发明可以用于评价复合能源电动汽车的性能以及优化复合能源管理系统的控制策略、作为复合能源电动汽车和纯电动汽车的仪表显示板等，是目前功能较齐全的电动汽车数据采集系统。
文档编号G01R31/34GK102645634SQ201210125218
公开日2012年8月22日 申请日期2012年4月25日 优先权日2012年4月25日
发明者吕晨光, 宋强 申请人:北京理工大学