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

电动汽车电机及其控制***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***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***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***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***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***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***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***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***必须及时做出优化调整，避免***出现严重故障，导致***停止运行。然而，电动汽车用电机及其控制***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***发生故障时也很难得到第一手准确的数据并借此分析***运行状况，改正***(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，***仍然可以运行，但***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***性能优化的进程。
为了准确了解***工作的过程，通常的做法是采用基于Dspace等***，构造***监控装置。这一***，使用Dspace提供的软、硬件平台，可以快速构建起数据采集***，从而可以实时监视电动汽车整车工作***的状况。但是，这样的***存在如下弊端：1)***软、硬件昂贵。2)***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***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***，实时监视安装在电动汽车内部的电机及其控制***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***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***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***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***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***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***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***)的分支；
(2)成本低，约为已有技术(Dspace***)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***运行过程中就可以分析数据，得出***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***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***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***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***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***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***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***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***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***在电气上隔离，也可以远离电气***，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***监控装置，其特征在于，所说的***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***的控制变量，***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***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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