用於新能源汽車測試評價的數據採集裝置和方法與流程
2023-05-02 09:07:56 2
本發明涉及電路及計算機控制領域，尤其涉及一種用於新能源汽車測試評價的數據採集裝置和方法。
背景技術：
近年來，新能源汽車成為我國產業改造升級過程中重點突破的技術之一，各大汽車生產企業都推出了新能源汽車發展規劃。但我國新能源汽車技術與國際領先水平尚有較大差距，不僅體現在整車設計方面，更體現在關鍵總成和核心零部件的性能方面。為了縮短國內外差距，如何對國際先進新能源車型進行準確的測試和評價成為亟待解決的一大問題。
目前，一般國內外的整車廠和研究機構採用的是傳統的數據採集方法對新能源汽車進行測試評價，上述數據採集方法由於採集通道的有限性，無法完成大量的新能源汽車電控系統的CAN信號及外接數據採集設備的信號的採集，因而難以對研究對象做出精準的測試和評價。如果採用多個常用的數據採集系統聯合測試以解決數據採集通道受限的問題，各數據採集系統之間信號又很難做到同步採集，為後期數據處理分析帶來很大的困難，因而最終影響測試評價結果的準確性和高效性。另外，常用的數據採集方法，由於無法改變所採集的實車信號，因而無法完成對車輛特定信號的測試評價要求。這就亟需本領域技術人員解決相應的技術問題。
技術實現要素：
本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題，特別創新地提出了一種用於新能源汽車測試評價的數據採集裝置和方法。
為了實現本發明的上述目的，本發明提供了一種用於新能源汽車測試評價的數據採集裝置，其特徵在於，包括：CAN信號採集硬體接口卡、數據轉換模塊、新能源動力CAN總線、傳統動力CAN總線、車身CAN總線、數據採集設備CAN總線；
CAN信號採集硬體接口卡第一CAN總線通信端連接新能源動力CAN總線數據交互端，CAN信號採集硬體接口卡第二CAN總線通信端連接傳統動力CAN總線數據交互端，CAN信號採集硬體接口卡第三CAN總線通信端連接車身CAN總線數據交互端，CAN信號採集硬體接口卡第四CAN總線通信端連接數據採集設備CAN總線數據發送端，數據採集設備CAN總線數據接收端連接數據轉換模塊數據發送端，數據轉換模塊數據接收端連接車載傳感器。
所述的用於新能源汽車測試評價的數據採集裝置，優選的，所述車載傳感器包括：功率分析儀、電流傳感器、電壓傳感器；
功率分析儀電流數據採集端連接驅動電機的電流傳感器數據發送端，功率分析儀電壓數據採集端連接驅動電機的電壓傳感器數據發送端，功率分析儀電流數據採集端還連接發電機的電流傳感器數據發送端，功率分析儀電壓數據採集端還連接發電機的電壓傳感器數據發送端，功率分析儀數據發送端連接數據轉換模塊數據接收端，數據轉換模塊數據發送端連接數據採集設備CAN總線，通過功率分析儀採集驅動電機和發電機的電壓、電流、功率和功率因數。
所述的用於新能源汽車測試評價的數據採集裝置，優選的，所述車載傳感器包括：壓力傳感器、位移傳感器、扭矩傳感器；
壓力傳感器數據發送端連接數據轉換模塊數據接收端，數據轉換模塊數據發送端連接數據採集設備CAN總線，位移傳感器數據發送端連接數據轉換模塊數據接收端，數據轉換模塊數據發送端連接數據採集設備CAN總線，扭矩傳感器數據發送端連接數據轉換模塊數據接收端，數據轉換模塊數據發送端連接數據採集設備CAN總線。
所述的用於新能源汽車測試評價的數據採集裝置，優選的，所述車載傳感器包括溫度傳感器和熱電偶模塊；
溫度傳感器數據發送端連接熱電偶模塊數據接收端，熱電偶模塊數據發送端連接數據採集設備CAN總線。
所述的用於新能源汽車測試評價的數據採集裝置，優選的，所述車載傳感器包括油耗分析儀；
油耗分析儀數據發送端連接數據轉換模塊數據接收端，數據轉換模塊數據發送端連接數據採集設備CAN總線。
所述的用於新能源汽車測試評價的數據採集裝置，優選的，所述車載傳感器包括：尾氣排放分析儀和頻率量模塊；
尾氣排放分析儀數據發送端連接頻率量模塊數據接收端，頻率量模塊數據發送端連接數據採集設備CAN總線。
所述的用於新能源汽車測試評價的數據採集裝置，優選的，所述傳統動力CAN總線包括：發動機控制器、制動控制器、電動空調控制器、ABS控制器和ESP控制器；
發動機控制器、制動控制器、電動空調控制器、ABS控制器和ESP控制器並聯之後連接穩壓電阻，然後連接CAN信號採集硬體接口卡第二CAN總線通信端。
所述的用於新能源汽車測試評價的數據採集裝置，優選的，所述車身CAN總線包括：安全氣囊、車載儀表、多媒體顯示器；
安全氣囊控制信號端連接CAN信號採集硬體接口卡第三CAN總線通信端，車載儀表信號端連接CAN信號採集硬體接口卡第三CAN總線通信端，多媒體顯示器控制信號端連接CAN信號採集硬體接口卡第三CAN總線通信端。
本發明還公開一種用於新能源汽車測試評價的數據採集方法，包括如下步驟：
S1，通過上位機與CAN信號採集硬體接口卡進行通訊，接收CAN信號採集硬體接口卡發送的全部接收信號，將所採集的信號通過上位機進行信號同步採集，並能根據測試需要改變整車採集的CAN信號進行數據交互，對所採集信號進行過濾，得到用於新能源汽車測試評價的原始分析數據；
S2，採集四路CAN通道的數據，通過串口與總線其它節點相連，其中三個CAN信號採集硬體接口卡用於與整車CAN總線連接，採集整車CAN總線報文，另外一個接口與數據轉換模塊連接，用於採集數據轉換模塊採集的信號轉換成的CAN總線報文；
S3，判斷是否採集到全部的CAN總線報文，如果全部採集完成CAN總線報文，啟動採集新能源動力、傳統動力、車身的數據，在採集該數據的過程中判斷是否需要對採集的數據信號進行變更，如果需要對採集的數據信號進行變更，進入網關子程序進行變更，然後執行S4，如果不需要對採集的數據信號進行變更，直接執行S4；
S4，對全部的採集數據進行過濾和處理，通過上位機顯示實時更新的數據曲線圖或者數據值，將採集的數據存入資料庫，然後根據預設情況判斷是否還進行數據採集工作，如果需要進行數據採集工作則從S2繼續執行採集數據操作；
S5，如果預設情況執行完畢，通知採集全部CAN總線得到的數據，通過上位機回放已經採集完成的數據曲線圖或者數據值，生成數據文件。
所述的用於新能源汽車測試評價的數據採集方法，優選的，所述S3包括：
S3-1，網關子程序中斷入口進行接收CAN子網報文，如果接收到CAN子網報文執行讀取報文內容指令，如果沒有接收到CAN子網報文返回到中斷入口繼續執行該步驟；
S3-2，將讀取的報文地址進行比較，判斷是否需要轉發報文地址，如果需要轉發報文地址則執行S3-3，如果不需要轉發報文地址則返回S3-1；
S3-3，判斷是否獲取報文路由，如果獲取報文路由則使報文保持不變，然後執行S3-5；如果為獲取報文路由則讀取該報文數據場數據，解析為信號物理值；
S3-4，判斷信號物理值是否需要變更，如果需要變更將需要變更的信號物理值寫入信號變量，如果不需要變更將不需要變更的信號物理值直接寫入信號變量執行S3-5；
S3-5，根據時鐘變量判斷是否發送報文，如果需要發送報文則調用output函數，將報文發送至另一子網，如果不需要發送報文則返回S3-1；
S3-6，恢復採集的數據信號過程，關閉網關子程序中斷過程；繼續執行採集數據信號過程。
綜上所述，由於採用了上述技術方案，本發明的有益效果是：
保證採集信號數量不受限制，能採集整車CAN總線所有信號及根據需要進行擴展的其他多種形式設備採集的信號，並能對實車採集信號進行變更以對車輛特定信號進行測試評價，所有採集信號同步、頻率一致、數據分析處理的可操作性強，從而確保新能源汽車的測試和評價高效、準確、合理，測試評價範圍廣泛。
本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
附圖說明
本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：
圖1是本發明總體示意圖；
圖2是本發明主機連接示意圖；
圖3是本發明方法流程圖；
圖4是本發明方法實施流程圖；
圖5是本發明方法實施流程圖。
具體實施方式
下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
在本發明的描述中，需要理解的是，術語「縱向」、「橫向」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
在本發明的描述中，除非另有規定和限定，需要說明的是，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語的具體含義。
如圖1、2所示，一種用於新能源汽車測試評價的數據採集方法，主要由CAN總線數據採集和處理軟體以及運行該軟體的上位機系統作為主機、CAN信號採集硬體接口卡、數據轉換模塊和傳感器等數據採集設備組成。所述的主機通過USB接口與CAN信號採集硬體接口卡進行通訊，接收CAN信號採集硬體接口卡發送的所有信號，將所採集的信號通過編程實現信號同步採集，並能根據測試需要人為改變實車採集的CAN信號進行數據處理，對所採集信號進行過濾，得到用於新能源汽車測試評價的原始分析數據。
其中CAN信號採集硬體接口卡擁有4高速CAN通道，通過串口與總線其它節點相連，其中三個接口用於與整車CAN網絡連接，採集整車CAN報文，另外一個接口與數據轉換模塊連接，用於採集數據轉換模塊將傳感器、功率分析儀、油耗分析儀等設備採集的信號轉換成的CAN報文。
其中功率分析儀與驅動電機、發電機的直流端和交流端電流/電壓傳感器等進行連接，將所採集的電壓、電流、功率、功率因數等信號接入模擬量採集模塊；電壓/電流/壓力/位移/扭矩等傳感器，根據需要按要求安裝在被測對象上，並將所採集信號接入模擬量採集模塊；溫度傳感器直接安裝在被測對象上，將所採集溫度信號接入熱電偶採集模塊；油耗分析儀用於對發動機總計油耗和瞬時油耗進行分析測量，總油耗信號接入頻率採集模塊，而瞬時油耗信號則接入模擬量採集模塊；
其中模擬量採集模塊、熱電偶採集模塊、頻率採集模塊等數據轉換模塊作為信號中轉裝置將功率分析儀、各類傳感器、油耗分析儀採集的信號轉換成CAN信號發送給主機。
本專利涉及一種用於新能源汽車測試評價的數據採集方法，由CAN總線數據採集和處理軟體以及運行該軟體的上位機系統作為主機、CAN信號採集硬體接口卡、數據轉換模塊和傳感器等數據採集設備組成。所述的主機可以通過CAN信號採集接口卡與整車CAN總線及其他數據轉換模塊之間進行通訊；所述的CAN信號採集硬體接口卡，通過串口與總線其它節點相連，實現4通道CAN總線通訊，並通過USB接口與主機通訊；所述的數據轉換模塊作為信號中轉裝置與傳感器等數據採集設備連接，並將這些設備所採集的信號轉換成CAN信號發送給主機，數據轉換模塊數量根據傳感器等設備所測量信號數量確定；所述的數據採集設備直接與被測對象連接，其採集信號傳輸給數據轉換模塊並由其轉換成CAN信號。
CAN總線數據採集和處理軟體包含對所採集信號進行運算、處理、過濾、保存等諸多操作的編程實現方法。該方法將測試評價所需的信號保存成可直接用於分析的數據格式，確保所有信號採集的同步性和採樣頻率的一致性，及數據分析的可操作性。
主機可以作為網關對不同CAN總線之間信號進行報文路由或信號路由，還能對CAN總線傳輸信號進行變更，以滿足對車輛特定信號的測試評價要求。
所述的CAN信號採集硬體接口卡擁有4路高速CAN採集通道，可採集所有CAN信號，包括車輛原有CAN信號以及數據轉換模塊轉換得到的CAN信號，在實際使用中可根據車輛總線特徵及其他採集設備的信號靈活組合，，且採集的CAN信號數量不受限制。
數據轉換模塊將所採集的傳感器信號轉換成CAN信號，對傳感器信號來源沒有限制，可以是電信號、機械信號或溫度信號等，實現了各類信號的融合。
結合新能源汽車整車總線拓撲結構，以及根據傳感器、功率分析儀、油耗儀等其他設備的採集特點，通過配置不同的數據轉換模塊，與主機組建成一路CAN總線，主機作為該路總線和整車其他路總線之間的網關，可對不同網段間進行信號路由或報文路由，還可根據測試需要人為改變實車採集的CAN信號進行數據處理，並作為終端採集設備對所有採集信號進行匯總和保存，確保原始數據的可追溯性。另外通過編程對所採集信號進行運算和處理、過濾，將測試評價所需的信號保存成可直接用於分析的數據格式，確保所有信號採集的同步性和採樣頻率的一致性，及數據分析的可操作性。
1.一種用於新能源汽車測試評價的數據採集方法，針對新能源汽車測試評價的特點，結合現有的總線採集、傳感採集及數據採集轉換技術現狀，提出了一種基於CAN總線的，保證信號同步性和頻率一致性且不受信號通道數量限制的多通道同步數據採集方法。其中數據轉換模塊優選為模數轉換電路或者信號轉換電路。
由於新能源汽車測試評價內容的複雜性和多樣性，使得原有的數據採集方法不能同時滿足上述要求，而本發明的有益之處在於利用現有的傳感及數據轉換技術的同時，結合CAN總線通訊的特徵，整合所有需要採集的總線信號和其他設備採集信號。通過多種方式同步獲取儘可能多的整車及零部件相關信號，以確保所採集數據能夠支撐新能源汽車的正確測試和評價。
2.本用於新能源汽車測試評價的數據採集方法，能夠根據測試需要對CAN總線傳輸信號進行變更，以滿足對車輛特定信號的測試評價要求。
原有測試方法僅能對數據進行採集，不能對數據進行實時更改，而本發明可通過編程實時更改數據，用於對特定信號進行測試評價。比如在分析電池SOC對整車控制策略的影響時，需要考察多組SOC情況下動力部件的工作狀態。由於SOC實際值隨時間變化，不可精確控制，會影響數據分析的效果。通過更改SOC信號的數據，將SOC的期望值發送給整車控制器，就可以精確分析該SOC條件下的整車控制策略，而SOC實際值僅需控制在一定範圍內即可。
3.本用於新能源汽車測試評價的數據採集方法，能夠通過上位機軟體有效地分析和處理所採集的信號，所輸出的數據文件可直接用於新能源汽車的測試和評價。
原有測試系統僅關注原始數據的採集，而本發明能夠在採集原始數據的基礎上通過編程分析總線及傳感器採集的信號，並能進行處理轉換成可直接用於對新能源汽車的全面的測試評價的文件。
以四驅混合動力汽車為例，在底盤測功機上，基於某一典型工況進行試驗，針對驅動電機控制器、BSG電機控制器、發動機控制器、電池管理系統、ABS控制器、AMT控制器等電控單元的總線信號及驅動半軸扭矩傳感器、加速/制動踏板位移傳感器、功率分析儀和油耗分析儀等信號進行採集分析。
在某一典型工況運行時，通過圖1所示安裝相應的傳感器、功率分析儀、油耗分析儀、數據轉換模塊和總線信號採集設備。利用功率分析儀採集BSG混合動力電機和驅動電機三相電壓、電流、功率和功率因數信號，利用油耗分析儀採集車輛總油耗和瞬時油耗信號，利用各類傳感器採集相關需要信號，根據需要設置了5個模擬量採集模塊、1個電熱偶採集模塊和1個頻率採集模塊，將這些模塊串接在一起。參閱圖2，將整車CAN網絡與主機及數據轉換模塊組建成圖2所示網絡拓撲結構，數據轉換模塊通過CAN收發器硬體連接線束與CAN硬體採集接口卡相連，四驅混合動力汽車整車新能源動力CAN、傳統動力CAN和車身CAN直接接入CAN硬體採集接口卡，所有採集的信號通過CAN硬體採集接口卡傳輸給主機。參閱圖3，主機運行程序對接收到的信號處理和分析，針對測試目的對所需採集信號建立資料庫文件，主機在接收到CAN報文後對報文進行過濾、分析和處理，將測試所需的所有信號根據需要調成統一的採集頻率，此處將採集頻率設置為10ms，最終得到所需信號的物理值，信號採集結束後，保存數據，生成excel、mat或blf等格式數據文件，根據數據文件，可以得出四驅混合動力汽車在工況下的整車及零部件的關鍵信號，為全面正確評價四驅混合動力汽車的奠定堅實的基礎。
如圖3所示，本發明公開一種用於新能源汽車測試評價的數據採集方法，包括如下步驟：
S1，通過上位機與CAN信號採集硬體接口卡進行通訊，接收CAN信號採集硬體接口卡發送的全部接收信號，將所採集的信號通過上位機進行信號同步採集，並能根據測試需要改變整車採集的CAN信號進行數據交互，對所採集信號進行過濾，得到用於新能源汽車測試評價的原始分析數據；
S2，採集四路CAN通道的數據，通過串口與總線其它節點相連，其中三個CAN信號採集硬體接口卡用於與整車CAN總線連接，採集整車CAN總線報文，另外一個接口與數據轉換模塊連接，用於採集數據轉換模塊採集的信號轉換成的CAN總線報文；
S3，判斷是否採集到全部的CAN總線報文，如果全部採集完成CAN總線報文，啟動採集新能源動力、傳統動力、車身的數據，在採集該數據的過程中判斷是否需要對採集的數據信號進行變更，如果需要對採集的數據信號進行變更，進入網關子程序進行變更，然後執行S4，如果不需要對採集的數據信號進行變更，直接執行S4；
S4，對全部的採集數據進行過濾和處理，通過上位機顯示實時更新的數據曲線圖或者數據值，將採集的數據存入資料庫，然後根據預設情況判斷是否還進行數據採集工作，如果需要進行數據採集工作則從S2繼續執行採集數據操作；
S5，如果預設情況執行完畢，通知採集全部CAN總線得到的數據，通過上位機回放已經採集完成的數據曲線圖或者數據值，生成數據文件。
如圖4所示，所述S3中網關子程序包括：
S3-1，網關子程序中斷入口進行接收CAN子網報文，如果接收到CAN子網報文執行讀取報文內容指令，如果沒有接收到CAN子網報文返回到中斷入口繼續執行該步驟；
S3-2，將讀取的報文地址進行比較，判斷是否需要轉發報文地址，如果需要轉發報文地址則執行S3-3，如果不需要轉發報文地址則返回S3-1；
S3-3，判斷是否獲取報文路由，如果獲取報文路由則使報文保持不變，然後執行S3-5；如果為獲取報文路由則讀取該報文數據場數據，解析為信號物理值；
S3-4，判斷信號物理值是否需要變更，如果需要變更將需要變更的信號物理值寫入信號變量，如果不需要變更將不需要變更的信號物理值直接寫入信號變量執行S3-5；
S3-5，根據時鐘變量判斷是否發送報文，如果需要發送報文則調用output函數，將報文發送至另一子網，如果不需要發送報文則返回S3-1；
S3-6，恢復採集的數據信號過程，關閉網關子程序中斷過程；繼續執行採集數據信號過程。
如圖5所示，在S1中如果通過CAN總線採集動力電池電壓信號時執行如下步驟：
A，通過電壓傳感器接收動力電池電壓信號，電壓傳感器讀取電壓數值，判斷電壓值是否在正常範圍，如果在正常範圍設定電壓信號物理值轉換成CAN信號的參數，執行B；如果不在正常範圍報警提示傳感器故障或者提示電壓線路故障，結束採集電池電壓信號步驟；
B，數據採集模塊將轉換的CAN信號封裝成CAN報文，發送報文計時時鐘是否結束，如果計時時鐘已經結束髮送報文至CAN4(即第四CAN總線)通道，進入S1。
在S1中如果通過CAN總線採集動力電池電流信號時執行如下步驟：
A』，通過電流傳感器接收動力電池電流信號，電流傳感器讀取電流數值，判斷電流值是否在正常範圍，如果在正常範圍設定電流信號物理值轉換成CAN信號的參數，執行B；如果不在正常範圍報警提示傳感器故障或者提示電流線路故障，結束採集電池電流信號步驟；
B』，數據採集模塊將轉換的CAN信號封裝成CAN報文，發送報文計時時鐘是否結束，如果計時時鐘已經結束髮送報文至CAN4(即第四CAN總線)通道，進入S1。
在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
儘管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解：在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的範圍由權利要求及其等同物限定。