专利名称：燃料电池汽车车载经济性测试系统及工况经济性测试方法
技术领域：
本发明涉及应用在燃料电池汽车道路试验中对整车燃料经济性进行测试的计算机系统及工况经济性测试方法。
背景技术：
燃料电池汽车是一种清洁能源汽车，与传统的汽车有很大的不同。燃料电池汽车采用氢气为燃料，其动力系统一般采用蓄电池混合动力系统。燃料电池汽车经济性测试与传统汽车也有很大的不同，需要测量氢气消耗量，还需要测量车辆运行过程中蓄电池充电或放电能量，对测量结果进行修正。汽车在研发过程中需要通过道路试验进行动力性和经济性的测试，目前燃料电池汽车在世界范围内还处于研发阶段，目前还没有比较成熟的车载经济性测试系统和测试方法。
现有的汽车道路试验测试系统中，如发明专利“车载测试系统”(专利号CN200310113246.1，
公开日期2004.11.10)，用于汽车碰撞试验的数据测量，不能用于汽车经济试验的测试。该系统硬件部分基于单片机，功能有限，很难进行功能扩展。
另外文献“汽车性能试验测试与分析系统”(世界汽车，2000年第6期)中提到一种汽车性能试验测试系统，主要是针对传统汽车的性能测试，燃料电池汽车经济性测试有其特殊性，需要测量氢气消耗量并根据蓄电池的能量消耗对测量结果进行修正。该系统无法进行燃料电池汽车的经济性测试。
发明内容
本发明的目的是针对现有系统存在的问题，开发硬件可靠、功能全面的燃料电池汽车车载经济性测试系统，并且提出一种燃料电池汽车工况经济性测试方法，能够准确地测试燃料电池汽车在实际运行工况下的燃料经济性。
本发明的技术方案如下本发明所述的燃料电池汽车车载经济性测试系统，包括便携式工控机；插在所述便携式工控机PCI扩展槽内的双口隔离型CAN接口卡，所述双口隔离型CAN接口卡还与整车CAN总线连接，用于采集蓄电池电压电流数据；插在所述便携式工控机PCI扩展槽内的多功能数据采集卡；
具有车速、温度和压力传感器输入通道的信号调理单元，所述信号调理单元将传感器输入信号转换成标准电压和脉冲信号，通过连接电缆与所述多功能采集卡连接；分别通过信号电缆与所述信号调理单元连接的车速传感器、温度传感器和压力传感器；分屏器，所述分屏器接收所述便携式工控机输出的VGA信号，并输出两路VGA信号，一路VGA信号给所述便携式工控机的液晶屏，另外一路VGA信号给安装在司机前方的司机液晶屏。
其中，所述信号调理单元包括接线端子板，以及与所述接线端子板输入端相连接的跟踪滤波器、电压隔离模块、温度调理模块；所述车速传感器经过所述跟踪滤波器输出标准的脉冲信号至接线端子板；所述压力传感器经过所述电压隔离模块输出0～10V电压信号至接线端子板；所述温度传感器经过所述温度调理模块输出0～10V电压信号至接线端子板；所述接线端子板通过68针信号电缆与所述多功能数据采集卡连接。
本发明所述的燃料电池汽车车载工况经济性测试方法如下。
首先，在车载经济性测试系统中载入预先设定的工况及误差带曲线，并在司机液晶屏上显示出来，驾驶员根据司机液晶屏上显示的工况曲线驾驶汽车；然后，利用车载经济性测试系统执行以下步骤1)记录起始的氢气压力和温度；2)以不低于20Hz的速率记录蓄电池电压电流信号，并进行积分计算得到蓄电池的输入或输出能量；3)全部工况运行结束后，记录当前氢气压力、温度以及实际的行驶里程；4)根据工况运行前后氢气压力和温度数据计算出消耗的氢气质量，将蓄电池能量按氢气低热值等效折算成氢气质量，然后根据行实际行驶里程计算出以百公里氢气消耗量表示的工况经济性测试结果。
本发明开发的燃料电池汽车车载经济性测试系统及工况经济性测试方法，具有以下优点和效果1)能够通过CAN通讯接口直接采集CAN总线的数据获得蓄电池电压电流信号，能够通过采集氢气温度压力信号测量氢气消耗量，能够实现燃料电池汽车经济性测试的数据采集和处理。
2)采用便携式工业控制计算机，工业级通讯接口卡和数据采集卡，以及具有隔离滤波作用的信号调理单元，保证了硬件系统的可靠性和抗干扰性。软件采用虚拟仪器开发平台LabVIEW开发，实现了数据采集、实时显示、试验流程控制和数据处理功能。采用虚拟仪器开发平台使得软件具有更高的可靠性和友好的人机界面。
3)通过司机液晶屏幕显示预定义车速曲线和实际车速曲线，司机按照该曲线驾驶，系统能够实现工况经济性测试，能更准确的反映燃料电池汽车实际运行工况下的经济性情况。
图1为本发明所述燃料电池汽车车载经济性测试系统的一个实施例的结构框图。
图2为信号调理单元的结构框图。
图3为本发明所述车载工况经济性测试方法的流程图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例来进一步说明本发明。
图1显示了本发明所述的燃料电池汽车车载经济性测试系统的一个实施例，在图1中，所述测试系统包括便携式工控机，采用Apollo 150便携式工控机，配置为P42.0G/256M内存/60G硬盘，采用WINDOWS XP操作系统；插在所述便携式工控机PCI扩展槽内的双口隔离型CAN接口卡PCI-7841，所述双口隔离型CAN接口卡还与整车CAN总线连接，用于采集蓄电池电压电流数据；整车CAN总线一般包括以下节点整车控制器(VCU)、燃料电池(FC)、DCDC变换器(DCDC)、蓄电池(Bat)和电机(Motor)，各个节点通过CAN总线传递信息；插在所述便携式工控机PCI扩展槽内的多功能数据采集卡PCI-6023E，所述多功能数据采集卡PCI-6023E具有16路12位AD输入通道，2路24位计数输入通道；具有车速、温度和压力传感器输入通道的信号调理单元，所述信号调理单元将传感器输入信号转换成标准电压和脉冲信号，通过连接电缆与所述多功能采集卡PCI-6023E连接；分别通过信号电缆与所述信号调理单元连接的车速传感器、温度传感器和压力传感器，所述车速传感器可采用光电式车速传感器；分屏器，所述分屏器接收上述便携式工控机输出的VGA信号，并输出两路VGA信号，一路VGA信号给所述便携式工控机的液晶屏，另外一路VGA信号给安装在司机前方的司机液晶屏。
整个系统的工作流程是Apollo 150便携式工控机通过CAN接口卡PCI-7841采集CAN总线数据，得到蓄电池电压电流数据。通过多功能数据采集卡PCI-6023E采集车速信号，得到车速和行驶早程数据。通过多功能数据采集卡PCI-6023E采集氢气压力温度信号，得到氢气温度压力数据。在司机液晶屏上显示实时数据及曲线。通过便携式工控机的键盘输入接收操作员的操作命令。
图1中的信号调理单元的一种具体结构如图2所示。信号调理单元包括接线端子板，以及与所述接线端子板输入端相连接的跟踪滤波器、电压隔离模块、温度调理模块。所述车速传感器经过所述跟踪滤波器输出标准的脉冲信号至接线端子板；所述压力传感器经过所述电压隔离模块输出0～10V电压信号至接线端子板；所述温度传感器经过所述温度调理模块输出0～10V电压信号至接线端子板；所述接线端子板通过68针信号电缆与多功能数据采集卡PCI-6023E连接。信号调理单元内还设有开关电源，输入为220V交流，输出24V直流给车速传感器供电，输出12V直流给电压隔离模块和温度调理模块供电，输出12V直流给分屏器供电。
Apollo 150便携式工控机中存储的软件采用虚拟仪器开发平台LabVIEW开发，实现燃料电池汽车车载经济性测试功能。包括等速经济性测试和工况经济性试验的数据采集、实时显示、试验流程控制和数据处理功能。
工况经济性测试的流程图如图3所示，系统首先对CAN接口卡PCI-7841和多功能数据采集卡PCI-6023E行初始化，载入预先设定的工况曲线和误差带曲线。当操作员在便携式工控机上按下开始键后，开始一个工况经济性测试。系统通过PCI-7841采集CAN总线数据，通过PCI-6023E的计数器输入通道采集车速数据，通过PCI-6023E的AD输入通道采集压力和温度数据。系统记录工况开始时氢气压力和温度，以20Hz的速率已录蓄电池电压电流信号并进行积分计算。系统在便携式工控机液晶屏和驾驶员液晶屏上实时显示设定的工况及误差带曲线以及实际车速曲线，驾驶员根据司机液晶屏上显示的工况曲线驾驶。全部工况运行结束后，系统记录当前氢气压力、温度以及实际的行驶里程。根据工况运行前后氢气压力和温度数据计算出消耗的氢气质量，将蓄电池能量按氢气低热值等效折算成氢气质量，然后根据行实际行驶里程计算出以百公里氢气消耗量表示的工况经济性测试结果。测量结果通过USB接口存储在U盘上。
本发明提出的燃料电池汽车车载经济性测试系统及工况经济性测试方法经过实车运行表明，系统硬件可靠，功能全面，具有友好的人机界面，能够实现燃料电池汽车的等速经济性测试和工况经济性测试，达到了设计目标。
权利要求
1.燃料电池汽车车载经济性测试系统，其特征在于，所述测试系统包括便携式工控机；插在所述便携式工控机PCI扩展槽内的双口隔离型CAN接口卡，所述双口隔离型CAN接口卡还与整车CAN总线连接，用于采集蓄电池电压电流数据；插在所述便携式工控机PCI扩展槽内的多功能数据采集卡；具有车速、温度和压力传感器输入通道的信号调理单元，所述信号调理单元将传感器输入信号转换成标准电压和脉冲信号，通过连接电缆与所述多功能采集卡连接；分别通过信号电缆与所述信号调理单元连接的车速传感器、温度传感器和压力传感器；分屏器，所述分屏器接收所述便携式工控机输出的VGA信号，并输出两路VGA信号，一路VGA信号给所述便携式工控机的液晶屏，另外一路VGA信号给安装在司机前方的司机液晶屏。
2.根据权利要求1所述的燃料电池汽车车载经济性测试系统，其特征在于所述信号调理单元包括接线端子板，以及与所述接线端子板输入端相连接的跟踪滤波器、电压隔离模块、温度调理模块；所述车速传感器经过所述跟踪滤波器输出标准的脉冲信号至接线端子板；所述压力传感器经过所述电压隔离模块输出0～10V电压信号至接线端子板；所述温度传感器经过所述温度调理模块输出0～10V电压信号至接线端子板；所述接线端子板通过68针信号电缆与所述多功能数据采集卡连接。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池汽车车载经济性测试系统，其特征在于所述车速传感器为光电式车速传感器。
4.燃料电池汽车车载工况经济性测试方法，其特征在于，首先，在车载经济性测试系统中载入预先设定的工况及误差带曲线，并在司机液晶屏上显示出来，驾驶员根据司机液晶屏上显示的工况曲线驾驶汽车；然后，利用车载经济性测试系统执行以下步骤1)记录起始的氢气压力和温度；2)以不低于20Hz的速率记录蓄电池电压电流信号，并进行积分计算得到蓄电池的输入或输出能量；3)全部工况运行结束后，记录当前氢气压力、温度以及实际的行驶里程；4)根据工况运行前后氢气压力和温度数据计算出消耗的氢气质量，将蓄电池能量按氢气低热值等效折算成氢气质量，然后根据行实际行驶里程计算出以百公里氢气消耗量表示的工况经济性测试结果。
全文摘要
燃料电池汽车车载经济性测试系统及工况经济性测试方法，属于燃料电池汽车车载测试技术领域。针对现有系统存在的问题，本发明公开了一种硬件可靠、功能全面的燃料电池汽车车载经济性测试系统，该系统包括便携式工控机，插在所述便携式工控机PCI扩展槽内的双口隔离型CAN接口卡和多功能数据采集卡，信号调理单元，车速、温度、压力传感器，司机液晶屏，以及分屏器。本发明还公开了一种采用上述测试系统的工况经济性测试方法，该方法通过司机液晶屏显示预先设定的工况及误差带曲线，司机按照该曲线驾驶，所述系统能够实现工况经济性测试，更准确地反映燃料电池汽车实际运行工况下的经济性情况。
文档编号G06F17/40GK1808092SQ20051013548
公开日2006年7月26日 申请日期2005年12月31日 优先权日2005年12月31日
发明者金振华, 卢青春, 聂圣芳, 高大威, 阎东林, 魏红军 申请人:清华大学