專利名稱：燃料電池汽車車載經濟性測試系統及工況經濟性測試方法
技術領域：
本發明涉及應用在燃料電池汽車道路試驗中對整車燃料經濟性進行測試的計算機系統及工況經濟性測試方法。
背景技術：
燃料電池汽車是一種清潔能源汽車，與傳統的汽車有很大的不同。燃料電池汽車采用氫氣為燃料，其動力系統一般采用蓄電池混合動力系統。燃料電池汽車經濟性測試與傳統汽車也有很大的不同，需要測量氫氣消耗量，還需要測量車輛運行過程中蓄電池充電或放電能量，對測量結果進行修正。汽車在研發過程中需要通過道路試驗進行動力性和經濟性的測試，目前燃料電池汽車在世界范圍內還處于研發階段，目前還沒有比較成熟的車載經濟性測試系統和測試方法。
現有的汽車道路試驗測試系統中，如發明專利“車載測試系統”(專利號CN200310113246.1，
公開日期2004.11.10)，用于汽車碰撞試驗的數據測量，不能用于汽車經濟試驗的測試。該系統硬件部分基于單片機，功能有限，很難進行功能擴展。
另外文獻“汽車性能試驗測試與分析系統”(世界汽車，2000年第6期)中提到一種汽車性能試驗測試系統，主要是針對傳統汽車的性能測試，燃料電池汽車經濟性測試有其特殊性，需要測量氫氣消耗量并根據蓄電池的能量消耗對測量結果進行修正。該系統無法進行燃料電池汽車的經濟性測試。

發明內容
本發明的目的是針對現有系統存在的問題，開發硬件可靠、功能全面的燃料電池汽車車載經濟性測試系統，并且提出一種燃料電池汽車工況經濟性測試方法，能夠準確地測試燃料電池汽車在實際運行工況下的燃料經濟性。
本發明的技術方案如下本發明所述的燃料電池汽車車載經濟性測試系統，包括便攜式工控機；插在所述便攜式工控機PCI擴展槽內的雙口隔離型CAN接口卡，所述雙口隔離型CAN接口卡還與整車CAN總線連接，用于采集蓄電池電壓電流數據；插在所述便攜式工控機PCI擴展槽內的多功能數據采集卡；
具有車速、溫度和壓力傳感器輸入通道的信號調理單元，所述信號調理單元將傳感器輸入信號轉換成標準電壓和脈沖信號，通過連接電纜與所述多功能采集卡連接；分別通過信號電纜與所述信號調理單元連接的車速傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器；分屏器，所述分屏器接收所述便攜式工控機輸出的VGA信號，并輸出兩路VGA信號，一路VGA信號給所述便攜式工控機的液晶屏，另外一路VGA信號給安裝在司機前方的司機液晶屏。
其中，所述信號調理單元包括接線端子板，以及與所述接線端子板輸入端相連接的跟蹤濾波器、電壓隔離模塊、溫度調理模塊；所述車速傳感器經過所述跟蹤濾波器輸出標準的脈沖信號至接線端子板；所述壓力傳感器經過所述電壓隔離模塊輸出0～10V電壓信號至接線端子板；所述溫度傳感器經過所述溫度調理模塊輸出0～10V電壓信號至接線端子板；所述接線端子板通過68針信號電纜與所述多功能數據采集卡連接。
本發明所述的燃料電池汽車車載工況經濟性測試方法如下。
首先，在車載經濟性測試系統中載入預先設定的工況及誤差帶曲線，并在司機液晶屏上顯示出來，駕駛員根據司機液晶屏上顯示的工況曲線駕駛汽車；然后，利用車載經濟性測試系統執行以下步驟1)記錄起始的氫氣壓力和溫度；2)以不低于20Hz的速率記錄蓄電池電壓電流信號，并進行積分計算得到蓄電池的輸入或輸出能量；3)全部工況運行結束后，記錄當前氫氣壓力、溫度以及實際的行駛里程；4)根據工況運行前后氫氣壓力和溫度數據計算出消耗的氫氣質量，將蓄電池能量按氫氣低熱值等效折算成氫氣質量，然后根據行實際行駛里程計算出以百公里氫氣消耗量表示的工況經濟性測試結果。
本發明開發的燃料電池汽車車載經濟性測試系統及工況經濟性測試方法，具有以下優點和效果1)能夠通過CAN通訊接口直接采集CAN總線的數據獲得蓄電池電壓電流信號，能夠通過采集氫氣溫度壓力信號測量氫氣消耗量，能夠實現燃料電池汽車經濟性測試的數據采集和處理。
2)采用便攜式工業控制計算機，工業級通訊接口卡和數據采集卡，以及具有隔離濾波作用的信號調理單元，保證了硬件系統的可靠性和抗干擾性。軟件采用虛擬儀器開發平臺LabVIEW開發，實現了數據采集、實時顯示、試驗流程控制和數據處理功能。采用虛擬儀器開發平臺使得軟件具有更高的可靠性和友好的人機界面。
3)通過司機液晶屏幕顯示預定義車速曲線和實際車速曲線，司機按照該曲線駕駛，系統能夠實現工況經濟性測試，能更準確的反映燃料電池汽車實際運行工況下的經濟性情況。


圖1為本發明所述燃料電池汽車車載經濟性測試系統的一個實施例的結構框圖。
圖2為信號調理單元的結構框圖。
圖3為本發明所述車載工況經濟性測試方法的流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例來進一步說明本發明。
圖1顯示了本發明所述的燃料電池汽車車載經濟性測試系統的一個實施例，在圖1中，所述測試系統包括便攜式工控機，采用Apollo 150便攜式工控機，配置為P42.0G/256M內存/60G硬盤，采用WINDOWS XP操作系統；插在所述便攜式工控機PCI擴展槽內的雙口隔離型CAN接口卡PCI-7841，所述雙口隔離型CAN接口卡還與整車CAN總線連接，用于采集蓄電池電壓電流數據；整車CAN總線一般包括以下節點整車控制器(VCU)、燃料電池(FC)、DCDC變換器(DCDC)、蓄電池(Bat)和電機(Motor)，各個節點通過CAN總線傳遞信息；插在所述便攜式工控機PCI擴展槽內的多功能數據采集卡PCI-6023E，所述多功能數據采集卡PCI-6023E具有16路12位AD輸入通道，2路24位計數輸入通道；具有車速、溫度和壓力傳感器輸入通道的信號調理單元，所述信號調理單元將傳感器輸入信號轉換成標準電壓和脈沖信號，通過連接電纜與所述多功能采集卡PCI-6023E連接；分別通過信號電纜與所述信號調理單元連接的車速傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器，所述車速傳感器可采用光電式車速傳感器；分屏器，所述分屏器接收上述便攜式工控機輸出的VGA信號，并輸出兩路VGA信號，一路VGA信號給所述便攜式工控機的液晶屏，另外一路VGA信號給安裝在司機前方的司機液晶屏。
整個系統的工作流程是Apollo 150便攜式工控機通過CAN接口卡PCI-7841采集CAN總線數據，得到蓄電池電壓電流數據。通過多功能數據采集卡PCI-6023E采集車速信號，得到車速和行駛早程數據。通過多功能數據采集卡PCI-6023E采集氫氣壓力溫度信號，得到氫氣溫度壓力數據。在司機液晶屏上顯示實時數據及曲線。通過便攜式工控機的鍵盤輸入接收操作員的操作命令。
圖1中的信號調理單元的一種具體結構如圖2所示。信號調理單元包括接線端子板，以及與所述接線端子板輸入端相連接的跟蹤濾波器、電壓隔離模塊、溫度調理模塊。所述車速傳感器經過所述跟蹤濾波器輸出標準的脈沖信號至接線端子板；所述壓力傳感器經過所述電壓隔離模塊輸出0～10V電壓信號至接線端子板；所述溫度傳感器經過所述溫度調理模塊輸出0～10V電壓信號至接線端子板；所述接線端子板通過68針信號電纜與多功能數據采集卡PCI-6023E連接。信號調理單元內還設有開關電源，輸入為220V交流，輸出24V直流給車速傳感器供電，輸出12V直流給電壓隔離模塊和溫度調理模塊供電，輸出12V直流給分屏器供電。
Apollo 150便攜式工控機中存儲的軟件采用虛擬儀器開發平臺LabVIEW開發，實現燃料電池汽車車載經濟性測試功能。包括等速經濟性測試和工況經濟性試驗的數據采集、實時顯示、試驗流程控制和數據處理功能。
工況經濟性測試的流程圖如圖3所示，系統首先對CAN接口卡PCI-7841和多功能數據采集卡PCI-6023E行初始化，載入預先設定的工況曲線和誤差帶曲線。當操作員在便攜式工控機上按下開始鍵后，開始一個工況經濟性測試。系統通過PCI-7841采集CAN總線數據，通過PCI-6023E的計數器輸入通道采集車速數據，通過PCI-6023E的AD輸入通道采集壓力和溫度數據。系統記錄工況開始時氫氣壓力和溫度，以20Hz的速率已錄蓄電池電壓電流信號并進行積分計算。系統在便攜式工控機液晶屏和駕駛員液晶屏上實時顯示設定的工況及誤差帶曲線以及實際車速曲線，駕駛員根據司機液晶屏上顯示的工況曲線駕駛。全部工況運行結束后，系統記錄當前氫氣壓力、溫度以及實際的行駛里程。根據工況運行前后氫氣壓力和溫度數據計算出消耗的氫氣質量，將蓄電池能量按氫氣低熱值等效折算成氫氣質量，然后根據行實際行駛里程計算出以百公里氫氣消耗量表示的工況經濟性測試結果。測量結果通過USB接口存儲在U盤上。
本發明提出的燃料電池汽車車載經濟性測試系統及工況經濟性測試方法經過實車運行表明，系統硬件可靠，功能全面，具有友好的人機界面，能夠實現燃料電池汽車的等速經濟性測試和工況經濟性測試，達到了設計目標。
權利要求
1.燃料電池汽車車載經濟性測試系統，其特征在于，所述測試系統包括便攜式工控機；插在所述便攜式工控機PCI擴展槽內的雙口隔離型CAN接口卡，所述雙口隔離型CAN接口卡還與整車CAN總線連接，用于采集蓄電池電壓電流數據；插在所述便攜式工控機PCI擴展槽內的多功能數據采集卡；具有車速、溫度和壓力傳感器輸入通道的信號調理單元，所述信號調理單元將傳感器輸入信號轉換成標準電壓和脈沖信號，通過連接電纜與所述多功能采集卡連接；分別通過信號電纜與所述信號調理單元連接的車速傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器；分屏器，所述分屏器接收所述便攜式工控機輸出的VGA信號，并輸出兩路VGA信號，一路VGA信號給所述便攜式工控機的液晶屏，另外一路VGA信號給安裝在司機前方的司機液晶屏。
2.根據權利要求1所述的燃料電池汽車車載經濟性測試系統，其特征在于所述信號調理單元包括接線端子板，以及與所述接線端子板輸入端相連接的跟蹤濾波器、電壓隔離模塊、溫度調理模塊；所述車速傳感器經過所述跟蹤濾波器輸出標準的脈沖信號至接線端子板；所述壓力傳感器經過所述電壓隔離模塊輸出0～10V電壓信號至接線端子板；所述溫度傳感器經過所述溫度調理模塊輸出0～10V電壓信號至接線端子板；所述接線端子板通過68針信號電纜與所述多功能數據采集卡連接。
3.根據權利要求1或2所述的燃料電池汽車車載經濟性測試系統，其特征在于所述車速傳感器為光電式車速傳感器。
4.燃料電池汽車車載工況經濟性測試方法，其特征在于，首先，在車載經濟性測試系統中載入預先設定的工況及誤差帶曲線，并在司機液晶屏上顯示出來，駕駛員根據司機液晶屏上顯示的工況曲線駕駛汽車；然后，利用車載經濟性測試系統執行以下步驟1)記錄起始的氫氣壓力和溫度；2)以不低于20Hz的速率記錄蓄電池電壓電流信號，并進行積分計算得到蓄電池的輸入或輸出能量；3)全部工況運行結束后，記錄當前氫氣壓力、溫度以及實際的行駛里程；4)根據工況運行前后氫氣壓力和溫度數據計算出消耗的氫氣質量，將蓄電池能量按氫氣低熱值等效折算成氫氣質量，然后根據行實際行駛里程計算出以百公里氫氣消耗量表示的工況經濟性測試結果。
全文摘要
燃料電池汽車車載經濟性測試系統及工況經濟性測試方法，屬于燃料電池汽車車載測試技術領域。針對現有系統存在的問題，本發明公開了一種硬件可靠、功能全面的燃料電池汽車車載經濟性測試系統，該系統包括便攜式工控機，插在所述便攜式工控機PCI擴展槽內的雙口隔離型CAN接口卡和多功能數據采集卡，信號調理單元，車速、溫度、壓力傳感器，司機液晶屏，以及分屏器。本發明還公開了一種采用上述測試系統的工況經濟性測試方法，該方法通過司機液晶屏顯示預先設定的工況及誤差帶曲線，司機按照該曲線駕駛，所述系統能夠實現工況經濟性測試，更準確地反映燃料電池汽車實際運行工況下的經濟性情況。
文檔編號G06F17/40GK1808092SQ20051013548
公開日2006年7月26日 申請日期2005年12月31日 優先權日2005年12月31日
發明者金振華, 盧青春, 聶圣芳, 高大威, 閻東林, 魏紅軍 申請人:清華大學