用于新能源汽车测试评价的数据采集装置和方法与流程

本发明涉及电路及计算机控制领域，尤其涉及一种用于新能源汽车测试评价的数据采集装置和方法。

背景技术：

近年来，新能源汽车成为我国产业改造升级过程中重点突破的技术之一，各大汽车生产企业都推出了新能源汽车发展规划。但我国新能源汽车技术与国际领先水平尚有较大差距，不仅体现在整车设计方面，更体现在关键总成和核心零部件的性能方面。为了缩短国内外差距，如何对国际先进新能源车型进行准确的测试和评价成为亟待解决的一大问题。

目前，一般国内外的整车厂和研究机构采用的是传统的数据采集方法对新能源汽车进行测试评价，上述数据采集方法由于采集通道的有限性，无法完成大量的新能源汽车电控系统的CAN信号及外接数据采集设备的信号的采集，因而难以对研究对象做出精准的测试和评价。如果采用多个常用的数据采集系统联合测试以解决数据采集通道受限的问题，各数据采集系统之间信号又很难做到同步采集，为后期数据处理分析带来很大的困难，因而最终影响测试评价结果的准确性和高效性。另外，常用的数据采集方法，由于无法改变所采集的实车信号，因而无法完成对车辆特定信号的测试评价要求。这就亟需本领域技术人员解决相应的技术问题。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种用于新能源汽车测试评价的数据采集装置和方法。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种用于新能源汽车测试评价的数据采集装置，其特征在于，包括：CAN信号采集硬件接口卡、数据转换模块、新能源动力CAN总线、传统动力CAN总线、车身CAN总线、数据采集设备CAN总线；

CAN信号采集硬件接口卡第一CAN总线通信端连接新能源动力CAN总线数据交互端，CAN信号采集硬件接口卡第二CAN总线通信端连接传统动力CAN总线数据交互端，CAN信号采集硬件接口卡第三CAN总线通信端连接车身CAN总线数据交互端，CAN信号采集硬件接口卡第四CAN总线通信端连接数据采集设备CAN总线数据发送端，数据采集设备CAN总线数据接收端连接数据转换模块数据发送端，数据转换模块数据接收端连接车载传感器。

所述的用于新能源汽车测试评价的数据采集装置，优选的，所述车载传感器包括：功率分析仪、电流传感器、电压传感器；

功率分析仪电流数据采集端连接驱动电机的电流传感器数据发送端，功率分析仪电压数据采集端连接驱动电机的电压传感器数据发送端，功率分析仪电流数据采集端还连接发电机的电流传感器数据发送端，功率分析仪电压数据采集端还连接发电机的电压传感器数据发送端，功率分析仪数据发送端连接数据转换模块数据接收端，数据转换模块数据发送端连接数据采集设备CAN总线，通过功率分析仪采集驱动电机和发电机的电压、电流、功率和功率因数。

所述的用于新能源汽车测试评价的数据采集装置，优选的，所述车载传感器包括：压力传感器、位移传感器、扭矩传感器；

压力传感器数据发送端连接数据转换模块数据接收端，数据转换模块数据发送端连接数据采集设备CAN总线，位移传感器数据发送端连接数据转换模块数据接收端，数据转换模块数据发送端连接数据采集设备CAN总线，扭矩传感器数据发送端连接数据转换模块数据接收端，数据转换模块数据发送端连接数据采集设备CAN总线。

所述的用于新能源汽车测试评价的数据采集装置，优选的，所述车载传感器包括温度传感器和热电偶模块；

温度传感器数据发送端连接热电偶模块数据接收端，热电偶模块数据发送端连接数据采集设备CAN总线。

所述的用于新能源汽车测试评价的数据采集装置，优选的，所述车载传感器包括油耗分析仪；

油耗分析仪数据发送端连接数据转换模块数据接收端，数据转换模块数据发送端连接数据采集设备CAN总线。

所述的用于新能源汽车测试评价的数据采集装置，优选的，所述车载传感器包括：尾气排放分析仪和频率量模块；

尾气排放分析仪数据发送端连接频率量模块数据接收端，频率量模块数据发送端连接数据采集设备CAN总线。

所述的用于新能源汽车测试评价的数据采集装置，优选的，所述传统动力CAN总线包括：发动机控制器、制动控制器、电动空调控制器、ABS控制器和ESP控制器；

发动机控制器、制动控制器、电动空调控制器、ABS控制器和ESP控制器并联之后连接稳压电阻，然后连接CAN信号采集硬件接口卡第二CAN总线通信端。

所述的用于新能源汽车测试评价的数据采集装置，优选的，所述车身CAN总线包括：安全气囊、车载仪表、多媒体显示器；

安全气囊控制信号端连接CAN信号采集硬件接口卡第三CAN总线通信端，车载仪表信号端连接CAN信号采集硬件接口卡第三CAN总线通信端，多媒体显示器控制信号端连接CAN信号采集硬件接口卡第三CAN总线通信端。

本发明还公开一种用于新能源汽车测试评价的数据采集方法，包括如下步骤：

S1，通过上位机与CAN信号采集硬件接口卡进行通讯，接收CAN信号采集硬件接口卡发送的全部接收信号，将所采集的信号通过上位机进行信号同步采集，并能根据测试需要改变整车采集的CAN信号进行数据交互，对所采集信号进行过滤，得到用于新能源汽车测试评价的原始分析数据；

S2，采集四路CAN通道的数据，通过串口与总线其它节点相连，其中三个CAN信号采集硬件接口卡用于与整车CAN总线连接，采集整车CAN总线报文，另外一个接口与数据转换模块连接，用于采集数据转换模块采集的信号转换成的CAN总线报文；

S3，判断是否采集到全部的CAN总线报文，如果全部采集完成CAN总线报文，启动采集新能源动力、传统动力、车身的数据，在采集该数据的过程中判断是否需要对采集的数据信号进行变更，如果需要对采集的数据信号进行变更，进入网关子程序进行变更，然后执行S4，如果不需要对采集的数据信号进行变更，直接执行S4；

S4，对全部的采集数据进行过滤和处理，通过上位机显示实时更新的数据曲线图或者数据值，将采集的数据存入数据库，然后根据预设情况判断是否还进行数据采集工作，如果需要进行数据采集工作则从S2继续执行采集数据操作；

S5，如果预设情况执行完毕，通知采集全部CAN总线得到的数据，通过上位机回放已经采集完成的数据曲线图或者数据值，生成数据文件。

所述的用于新能源汽车测试评价的数据采集方法，优选的，所述S3包括：

S3-1，网关子程序中断入口进行接收CAN子网报文，如果接收到CAN子网报文执行读取报文内容指令，如果没有接收到CAN子网报文返回到中断入口继续执行该步骤；

S3-2，将读取的报文地址进行比较，判断是否需要转发报文地址，如果需要转发报文地址则执行S3-3，如果不需要转发报文地址则返回S3-1；

S3-3，判断是否获取报文路由，如果获取报文路由则使报文保持不变，然后执行S3-5；如果为获取报文路由则读取该报文数据场数据，解析为信号物理值；

S3-4，判断信号物理值是否需要变更，如果需要变更将需要变更的信号物理值写入信号变量，如果不需要变更将不需要变更的信号物理值直接写入信号变量执行S3-5；

S3-5，根据时钟变量判断是否发送报文，如果需要发送报文则调用output函数，将报文发送至另一子网，如果不需要发送报文则返回S3-1；

S3-6，恢复采集的数据信号过程，关闭网关子程序中断过程；继续执行采集数据信号过程。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

保证采集信号数量不受限制，能采集整车CAN总线所有信号及根据需要进行扩展的其他多种形式设备采集的信号，并能对实车采集信号进行变更以对车辆特定信号进行测试评价，所有采集信号同步、频率一致、数据分析处理的可操作性强，从而确保新能源汽车的测试和评价高效、准确、合理，测试评价范围广泛。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明总体示意图；

图2是本发明主机连接示意图；

图3是本发明方法流程图；

图4是本发明方法实施流程图；

图5是本发明方法实施流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1、2所示，一种用于新能源汽车测试评价的数据采集方法，主要由CAN总线数据采集和处理软件以及运行该软件的上位机系统作为主机、CAN信号采集硬件接口卡、数据转换模块和传感器等数据采集设备组成。所述的主机通过USB接口与CAN信号采集硬件接口卡进行通讯，接收CAN信号采集硬件接口卡发送的所有信号，将所采集的信号通过编程实现信号同步采集，并能根据测试需要人为改变实车采集的CAN信号进行数据处理，对所采集信号进行过滤，得到用于新能源汽车测试评价的原始分析数据。

其中CAN信号采集硬件接口卡拥有4高速CAN通道，通过串口与总线其它节点相连，其中三个接口用于与整车CAN网络连接，采集整车CAN报文，另外一个接口与数据转换模块连接，用于采集数据转换模块将传感器、功率分析仪、油耗分析仪等设备采集的信号转换成的CAN报文。

其中功率分析仪与驱动电机、发电机的直流端和交流端电流/电压传感器等进行连接，将所采集的电压、电流、功率、功率因数等信号接入模拟量采集模块；电压/电流/压力/位移/扭矩等传感器，根据需要按要求安装在被测对象上，并将所采集信号接入模拟量采集模块；温度传感器直接安装在被测对象上，将所采集温度信号接入热电偶采集模块；油耗分析仪用于对发动机总计油耗和瞬时油耗进行分析测量，总油耗信号接入频率采集模块，而瞬时油耗信号则接入模拟量采集模块；

其中模拟量采集模块、热电偶采集模块、频率采集模块等数据转换模块作为信号中转装置将功率分析仪、各类传感器、油耗分析仪采集的信号转换成CAN信号发送给主机。

本专利涉及一种用于新能源汽车测试评价的数据采集方法，由CAN总线数据采集和处理软件以及运行该软件的上位机系统作为主机、CAN信号采集硬件接口卡、数据转换模块和传感器等数据采集设备组成。所述的主机可以通过CAN信号采集接口卡与整车CAN总线及其他数据转换模块之间进行通讯；所述的CAN信号采集硬件接口卡，通过串口与总线其它节点相连，实现4通道CAN总线通讯，并通过USB接口与主机通讯；所述的数据转换模块作为信号中转装置与传感器等数据采集设备连接，并将这些设备所采集的信号转换成CAN信号发送给主机，数据转换模块数量根据传感器等设备所测量信号数量确定；所述的数据采集设备直接与被测对象连接，其采集信号传输给数据转换模块并由其转换成CAN信号。

CAN总线数据采集和处理软件包含对所采集信号进行运算、处理、过滤、保存等诸多操作的编程实现方法。该方法将测试评价所需的信号保存成可直接用于分析的数据格式，确保所有信号采集的同步性和采样频率的一致性，及数据分析的可操作性。

主机可以作为网关对不同CAN总线之间信号进行报文路由或信号路由，还能对CAN总线传输信号进行变更，以满足对车辆特定信号的测试评价要求。

所述的CAN信号采集硬件接口卡拥有4路高速CAN采集通道，可采集所有CAN信号，包括车辆原有CAN信号以及数据转换模块转换得到的CAN信号，在实际使用中可根据车辆总线特征及其他采集设备的信号灵活组合，，且采集的CAN信号数量不受限制。

数据转换模块将所采集的传感器信号转换成CAN信号，对传感器信号来源没有限制，可以是电信号、机械信号或温度信号等，实现了各类信号的融合。

结合新能源汽车整车总线拓扑结构，以及根据传感器、功率分析仪、油耗仪等其他设备的采集特点，通过配置不同的数据转换模块，与主机组建成一路CAN总线，主机作为该路总线和整车其他路总线之间的网关，可对不同网段间进行信号路由或报文路由，还可根据测试需要人为改变实车采集的CAN信号进行数据处理，并作为终端采集设备对所有采集信号进行汇总和保存，确保原始数据的可追溯性。另外通过编程对所采集信号进行运算和处理、过滤，将测试评价所需的信号保存成可直接用于分析的数据格式，确保所有信号采集的同步性和采样频率的一致性，及数据分析的可操作性。

1.一种用于新能源汽车测试评价的数据采集方法，针对新能源汽车测试评价的特点，结合现有的总线采集、传感采集及数据采集转换技术现状，提出了一种基于CAN总线的，保证信号同步性和频率一致性且不受信号通道数量限制的多通道同步数据采集方法。其中数据转换模块优选为模数转换电路或者信号转换电路。

由于新能源汽车测试评价内容的复杂性和多样性，使得原有的数据采集方法不能同时满足上述要求，而本发明的有益之处在于利用现有的传感及数据转换技术的同时，结合CAN总线通讯的特征，整合所有需要采集的总线信号和其他设备采集信号。通过多种方式同步获取尽可能多的整车及零部件相关信号，以确保所采集数据能够支撑新能源汽车的正确测试和评价。

2.本用于新能源汽车测试评价的数据采集方法，能够根据测试需要对CAN总线传输信号进行变更，以满足对车辆特定信号的测试评价要求。

原有测试方法仅能对数据进行采集，不能对数据进行实时更改，而本发明可通过编程实时更改数据，用于对特定信号进行测试评价。比如在分析电池SOC对整车控制策略的影响时，需要考察多组SOC情况下动力部件的工作状态。由于SOC实际值随时间变化，不可精确控制，会影响数据分析的效果。通过更改SOC信号的数据，将SOC的期望值发送给整车控制器，就可以精确分析该SOC条件下的整车控制策略，而SOC实际值仅需控制在一定范围内即可。

3.本用于新能源汽车测试评价的数据采集方法，能够通过上位机软件有效地分析和处理所采集的信号，所输出的数据文件可直接用于新能源汽车的测试和评价。

原有测试系统仅关注原始数据的采集，而本发明能够在采集原始数据的基础上通过编程分析总线及传感器采集的信号，并能进行处理转换成可直接用于对新能源汽车的全面的测试评价的文件。

以四驱混合动力汽车为例，在底盘测功机上，基于某一典型工况进行试验，针对驱动电机控制器、BSG电机控制器、发动机控制器、电池管理系统、ABS控制器、AMT控制器等电控单元的总线信号及驱动半轴扭矩传感器、加速/制动踏板位移传感器、功率分析仪和油耗分析仪等信号进行采集分析。

在某一典型工况运行时，通过图1所示安装相应的传感器、功率分析仪、油耗分析仪、数据转换模块和总线信号采集设备。利用功率分析仪采集BSG混合动力电机和驱动电机三相电压、电流、功率和功率因数信号，利用油耗分析仪采集车辆总油耗和瞬时油耗信号，利用各类传感器采集相关需要信号，根据需要设置了5个模拟量采集模块、1个电热偶采集模块和1个频率采集模块，将这些模块串接在一起。参阅图2，将整车CAN网络与主机及数据转换模块组建成图2所示网络拓扑结构，数据转换模块通过CAN收发器硬件连接线束与CAN硬件采集接口卡相连，四驱混合动力汽车整车新能源动力CAN、传统动力CAN和车身CAN直接接入CAN硬件采集接口卡，所有采集的信号通过CAN硬件采集接口卡传输给主机。参阅图3，主机运行程序对接收到的信号处理和分析，针对测试目的对所需采集信号建立数据库文件，主机在接收到CAN报文后对报文进行过滤、分析和处理，将测试所需的所有信号根据需要调成统一的采集频率，此处将采集频率设置为10ms，最终得到所需信号的物理值，信号采集结束后，保存数据，生成excel、mat或blf等格式数据文件，根据数据文件，可以得出四驱混合动力汽车在工况下的整车及零部件的关键信号，为全面正确评价四驱混合动力汽车的奠定坚实的基础。

如图3所示，本发明公开一种用于新能源汽车测试评价的数据采集方法，包括如下步骤：

S1，通过上位机与CAN信号采集硬件接口卡进行通讯，接收CAN信号采集硬件接口卡发送的全部接收信号，将所采集的信号通过上位机进行信号同步采集，并能根据测试需要改变整车采集的CAN信号进行数据交互，对所采集信号进行过滤，得到用于新能源汽车测试评价的原始分析数据；

S2，采集四路CAN通道的数据，通过串口与总线其它节点相连，其中三个CAN信号采集硬件接口卡用于与整车CAN总线连接，采集整车CAN总线报文，另外一个接口与数据转换模块连接，用于采集数据转换模块采集的信号转换成的CAN总线报文；

S3，判断是否采集到全部的CAN总线报文，如果全部采集完成CAN总线报文，启动采集新能源动力、传统动力、车身的数据，在采集该数据的过程中判断是否需要对采集的数据信号进行变更，如果需要对采集的数据信号进行变更，进入网关子程序进行变更，然后执行S4，如果不需要对采集的数据信号进行变更，直接执行S4；

S4，对全部的采集数据进行过滤和处理，通过上位机显示实时更新的数据曲线图或者数据值，将采集的数据存入数据库，然后根据预设情况判断是否还进行数据采集工作，如果需要进行数据采集工作则从S2继续执行采集数据操作；

S5，如果预设情况执行完毕，通知采集全部CAN总线得到的数据，通过上位机回放已经采集完成的数据曲线图或者数据值，生成数据文件。

如图4所示，所述S3中网关子程序包括：

S3-1，网关子程序中断入口进行接收CAN子网报文，如果接收到CAN子网报文执行读取报文内容指令，如果没有接收到CAN子网报文返回到中断入口继续执行该步骤；

S3-2，将读取的报文地址进行比较，判断是否需要转发报文地址，如果需要转发报文地址则执行S3-3，如果不需要转发报文地址则返回S3-1；

S3-3，判断是否获取报文路由，如果获取报文路由则使报文保持不变，然后执行S3-5；如果为获取报文路由则读取该报文数据场数据，解析为信号物理值；

S3-4，判断信号物理值是否需要变更，如果需要变更将需要变更的信号物理值写入信号变量，如果不需要变更将不需要变更的信号物理值直接写入信号变量执行S3-5；

S3-5，根据时钟变量判断是否发送报文，如果需要发送报文则调用output函数，将报文发送至另一子网，如果不需要发送报文则返回S3-1；

S3-6，恢复采集的数据信号过程，关闭网关子程序中断过程；继续执行采集数据信号过程。

如图5所示，在S1中如果通过CAN总线采集动力电池电压信号时执行如下步骤：

A，通过电压传感器接收动力电池电压信号，电压传感器读取电压数值，判断电压值是否在正常范围，如果在正常范围设定电压信号物理值转换成CAN信号的参数，执行B；如果不在正常范围报警提示传感器故障或者提示电压线路故障，结束采集电池电压信号步骤；

B，数据采集模块将转换的CAN信号封装成CAN报文，发送报文计时时钟是否结束，如果计时时钟已经结束发送报文至CAN4(即第四CAN总线)通道，进入S1。

在S1中如果通过CAN总线采集动力电池电流信号时执行如下步骤：

A’，通过电流传感器接收动力电池电流信号，电流传感器读取电流数值，判断电流值是否在正常范围，如果在正常范围设定电流信号物理值转换成CAN信号的参数，执行B；如果不在正常范围报警提示传感器故障或者提示电流线路故障，结束采集电池电流信号步骤；

B’，数据采集模块将转换的CAN信号封装成CAN报文，发送报文计时时钟是否结束，如果计时时钟已经结束发送报文至CAN4(即第四CAN总线)通道，进入S1。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。