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新能源汽车用车载测试系统开发

作　者: 陈凌峰
导　师: 卢青春
学　校: 清华大学
专　业: 动力工程及工程热物理
关键词: 新能源汽车汽车道路试验车载测试系统一体化虚拟仪器信号调理及测量单元
分类号: U467.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

汽车道路试验是进行汽车研究开发的重要手段,要了解汽车各方面的性能特性,必须利用测试系统对汽车的各种运行数据进行采集。随着近年来新能源汽车的逐步发展完善,应用其上的车载测试系统的使用环境也更加复杂,从而对测试系统的设计开发提出了更高的要求。由此,本论文工作基于虚拟仪器技术,设计开发了一套新能源汽车用车载测试系统。道路试验的相关规范及测试方法是汽车道路试验的基础。本论文对道路试验的相关规范及测试方法进行了分析,并对需要检测的蓄电池电压和电流、转速、车速、油耗等重要参数的传感器的原理进行了分析,选择了适当的传感器并对其连接方式进行了总结。结合道路试验的相关规范的要求和传感器的特性,总结出车载测试系统的设计需求,为测试系统的实际开发奠定了基础。本文采用一体化虚拟仪器结构设计了车载测试系统。测试系统包括了利用系统总线、通讯总线、通讯接口或通讯卡的三种数据采集方式,实现了对不同信号的采集。以嵌入式PC为核心设计了测试系统的硬件,实现了模块化结构。在XPE操作系统与LabVIEW虚拟仪器软件开发环境下设计了测试系统的软件。本测试系统采用了模块化设计思路,即根据不同的传感器信号,设计不同的调理及测量单元。基于多周期同步测频法,设计了频率调理测量单元;针对多种模拟量信号,利用仪器运算放大器配合滤波整形电路设计了信号调理单元;分别采用了电桥原理与恒流源原理,设计了铂电阻温度传感器信号的调理电路,其中恒流源电路解决电桥电路的非线性问题。本文所设计的测试系统,可以根据不同的测量需求,选择不同的调理及测量单元,实现了测试系统的模块化设计。最后,在高低温试验箱进行了测试系统的环境性能试验,在发动机台架及转鼓试验台上对本测试系统进行了测量及标定,并在传统汽车与新能源汽车上进行了实车试验,试验结果表明,车载测试系统工作稳定,系统性能指标满足测量要求,能够适用于传统汽车与新能源汽车的道路试验。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章引言  9-21
  1.1 课题背景及意义  9-12
    1.1.1 新能源节能环保型汽车的发展现状  9
    1.1.2 汽车道路试验意义及其法规  9-11
    1.1.3 课题的提出及意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-19
    1.2.1 测试仪器的发展  12-13
    1.2.2 总线技术的发展  13-17
    1.2.3 国内外产品调研  17-19
  1.3 课题任务  19-20
  1.4 论文结构安排  20-21
第2章车载测试系统需求分析及传感器选型  21-45
  2.1 道路试验测量参数及其要求  21-22
  2.2 道路试验方法分析  22-30
    2.2.1 经济性测试方法  22-28
      2.2.1.1 传统汽车的经济性测试方法  22-23
      2.2.1.2 电动汽车的经济性测试方法  23-24
      2.2.1.3 混合动力汽车的经济性测试方法  24-26
      2.2.1.4 燃料电池汽车的经济性测试方法  26-28
    2.2.2 动力性测试方法  28-30
  2.3 传感器工作选型及接口分析  30-41
    2.3.1 高电压大电流传感器  30-33
    2.3.2 转速传感器  33-34
    2.3.3 踏板力及拉绳位移传感器  34-36
    2.3.4 车速传感器  36-38
    2.3.5 油耗传感器  38-41
    2.3.6 其他传感器  41
  2.4 车载测试系统需求分析  41-43
    2.4.1 测量信号需求分析  41-42
    2.4.2 供电需求  42-43
    2.4.3 环境适应性需求  43
  2.5 小结  43-45
第3章车载测试系统总体设计  45-67
  3.1 基于一体化虚拟仪器的车载测试系统结构设计  45-48
    3.1.1 一体化虚拟仪器系统  45
    3.1.2 数据采集方案设计  45-48
    3.1.3 系统结构设计  48
  3.2 基于嵌入式PC的测试系统硬件设计  48-53
    3.2.1 嵌入式PC系统  48-50
    3.2.2 车载测试系统硬件设计要求  50-51
    3.2.3 车载测试系统硬件设计  51-53
  3.3 测试系统软件设计  53-60
    3.3.1 嵌入式操作系统  54-55
    3.3.2 虚拟仪器软件开发平台  55-56
    3.3.3 车载测试系统的软件设计  56-58
    3.3.4 数据采集及通讯软件模块的设计  58-60
  3.4 测试系统供电方案设计  60-61
  3.5 机箱设计  61-64
  3.6 车载测试系统总体设计方案  64-66
  3.7 小结  66-67
第4章信号调理及测量单元设计  67-89
  4.1 基于单片机的频率测量单元设计  67-76
    4.1.1 多周期同步测频法测量原理及精度分析  68-71
    4.1.2 频率测量单元的单片机实现  71-75
    4.1.3 频率测量单元性能测试  75-76
  4.2 通用模拟信号的信号调理模块设计  76-79
  4.3 温度传感器的信号调理模块设计  79-87
    4.3.1 基于电桥原理的铂电阻传感器信号调理电路设计  80-81
    4.3.2 基于恒流源的电阻信号调理电路设计  81-85
    4.3.3 温度传感器的软件线性补偿  85-87
  4.4 高电压大电流传感器的信号调理模块设计  87-88
  4.5 小结  88-89
第5章车载测试系统调试及试验  89-101
  5.1 系统性能测试  89-92
    5.1.1 系统测量精度及线性度测试  89-91
    5.1.2 系统稳定性测试  91
    5.1.3 系统温度稳定性测试  91-92
  5.2 发动机台架及转鼓试验  92-95
    5.2.1 蓄电池组电压测量  92-93
    5.2.2 发动机转速测量  93
    5.2.3 发动机油耗测量  93-94
    5.2.4 车速测量  94-95
  5.3 实车试验  95-100
    5.3.1 传统汽车实车试验  96-97
    5.3.2 新能源汽车实车试验  97-100
  5.4 小结  100-101
第6章结论  101-103
  6.1 结论  101
  6.2 展望  101-103
参考文献  103-105
致谢  105-106
附录 A 压缩系数表  106-107
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  107

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