汽车发动机与整车热管理测试软件开发
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摘 要
发动机与整车热管理概念的提出能够有效提升汽车的安全性、经济型和驾驶
的舒适性。目前对于整车热管理的研究手段主要有仿真分析以及实验分析。仿真
分析基于计算机，能够极大的减少实验时间，降低实验成本。而实验分析在项目
进行初期便可提供有效的边界条件以供仿真研究，在仿真分析完成后更可对试验
结果予以验证。整车热管理试验平台具有需采集的热相关参数数量多，以及不同
工况下需要采集模拟量参数种类多的特点。因此，开发一套综合性的采集系统尤
为必要，可以大大方便实验。
本文来源于受某公司委托的“整车热管理试验系统设计”项目，用以支持该
集团商用车技术中心对现有车型的改进和对新车型的开发工作；借助该软件建立
一套完整的整车热平衡评估体系，用以评价、分析车辆行驶过程中，不同工况下
的动态热量分布状况，进而获取热管理系统进一步开发的依据，同时为车辆冷却
系统，机械结构等的设计提供可靠依据，为提升车辆的燃油经济性以及舒适安全
性带来帮助。
论文主要以 LabVIEW 作为软件开发平台；利用 Access 数据库作为后台数据
库，实现对整车热管理相关参数的采集、图形化显示、数据储存等功能。论文首
先介绍了热管理测试系统相关的理论基础；而后针对设计需求，对硬件进行了选
型和集成；最后详细介绍了采集系统软件的设计和实现。论文详细介绍了上位机
与不同设备间的通信，包括上位机与自定义协议的采集卡之间的通信；上位机与
GPS模块之间的基于 NMEA-0183协议的通信；上位机与汽车 CAN BUS基于 CAN
2.0B 的通信以及上位机与三菱 FX-2N 型PLC 的通信以及控制等。同时，由于通
信设备多，针对不同设备，不同采样频率间的同步协调，对基于 I/O 服务器的通
信结构与基于生产者消费者循环的通信结构在实际使用中作分析对比。对 Access
数据库的建立，介绍了 LabVIEW 的DCT 工具包的应用。论文最后介绍了使用汽
车发动机与整车热管理系统的一次应用试验。
关键字：汽车热管理 测试系统 LabVIEW 数据库
ABSTRACT
Proposed engine and vehicle thermal management concepts can effectively
enhance vehicle safety, economy and driving comfort. The main research techniques
for vehicle thermal management are the simulation analysis and experimental analysis.
Simulation-based computer, can greatly reduce test time and reduce test costs.
Experimental analysis of early in the project can provide effective boundary conditions
for the simulation study, simulation analysis can be completed more validation of the
test results. Vehicle thermal management test platform has a lot of the number of
channel thermal parameters, the condition to be measured the amount of many kinds of
simulation characteristics parameters, and to develop a comprehensive collection
system can greatly facilitate the experiment, it is particularly necessary to appear.
This paper comes from vehicle thermal management test system design by a
company commissioned to support a group of commercial vehicle technology center to
improve existing models and the development of new models. Aim is to use the
software to establish a set of complete vehicle thermal balance assessment method, is
used to evaluate the analysis of vehicle dynamic distribution of heat in the process of
running under different conditions, thereby obtaining the thermal management system
on the basis of further development, as well as vehicle cooling system mechanical
structure is designed to provide a reliable basis. Help to improve the vehicle fuel
economy and enhance the comfort and safety.
This paper mainly uses LabVIEW as the software development platform. Using
Access as the backstage database to achieve vehicle thermal management-related
parameters of the acquisition, graphical display, data storage and other functions. This
paper first introduces the basic theories related to the thermal management test system,
and then in view of the design requirements of hardware selection and integration,
finally introduced in detail the realization way of acquisition system software,
specifically the communication between PC and different devices, including
communications between PC and custom protocols between acquisition cards.
Communication based on NMEA-0183 protocol between the host computer and
the GPS module, PC and car CAN BUS based on CAN communication and PC with
Mitsubishi FX 2N type PLC communication and control. Meanwhile, time, because a
lot of communication equipment, in view of the different equipment, the synchronous
coordination between different sampling frequency, On the communication structure
based on I/O server and communication structure of producer consumer cycle based in
practical use for comparative analysis. The establishment of Access database,
introduces the DCT of LabVIEW toolkit.
At the end of the paper briefly introduced the use of automobile engine and
vehicle thermal management system of an application test, and then give a summary of
the text, pointing out deficiencies and development.
Key Words: Vehicle Thermal Management, Test System, LabVIEW,
Database
目 录
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪 论 ...................................................... 1
1.1 课题研究背景及意义 ............................................ 1
1.2 汽车热管理技术的国内外发展情况 ................................ 2
1.2.1 国内发展情况 ............................................... 2
1.2.2 国外发展情况 ............................................... 3
1.3 本课题研究的内容及关键技术 .................................... 4
1.4 本章小结 ...................................................... 5
第二章 汽车发动机与整车热管理测试系统的 需求分析 ................... 6
2.1 系统概述 ...................................................... 6
2.2 主要输入信号及需要达到的技术指标 .............................. 6
2.3 数据采集系统需求分析 .......................................... 7
2.4 系统软件的需求分析与应实现的功能 .............................. 9
2.5 本章小结 ...................................................... 9
第三章 测试系统基本理论概述 ........................................ 11
3.1 采集系统概述 .................................................. 11
3.1.1 数据采集的过程 ............................................. 11
3.1.2 数据采集系统的构成 ........................................ 12
3.2 提高采集系统精度的方法 ....................................... 12
3.2.1 A/D 转换器及带通滤波器 ..................................... 13
3.2.2 软件滤波 .................................................. 13
3.3 采集系统的可靠性 ............................................. 14
3.3.1 硬件上采集系统可靠性的实现 ................................ 14
3.3.2 软件上采集系统可靠性的实现 ................................ 14
3.4 本章小结 ..................................................... 15
第四章 测试系统的设备选型及系统设计 ............................... 16
4.1 传感器选型与连接方式 ......................................... 16
4.1.1 温度传感器 ................................................ 16
4.1.2 湿度传感器 ................................................ 16
4.1.3 坡度传感器 ................................................ 17
4.1.4 电压/电流变送器 ............................................ 18
4.1.5 压力传感器 ................................................ 19
4.1.6 流量传感器 ................................................ 20
4.2 数据采集卡的选型 ............................................. 21
4.2.1 温度采集卡 ................................................ 21
4.2.2 模拟量数据采集卡 .......................................... 22
4.3 车速采集 ..................................................... 23
4.3.1 GPS 模块的选型 ............................................. 23
4.3.2 CAN-BUS 转RS-232/RS-485 .................................. 24
4.4 可编程逻辑控制器的选择 ....................................... 26
4.5 系统总线间的通信及 RS-485—USB HUB 的选型 ................... 26
4.6 测试系统的硬件结构设计 ....................................... 29
4.7 本章小结 ..................................................... 32
第五章 汽车发动机与整车热管理测试软件设计 ......................... 33
5.1 LabVIEW 平台简介 ............................................ 33
5.2 VISA 函数介绍以及通信流程图 .................................. 33
5.3 温度/模拟量模块的通信设计 .................................... 37
5.3.1 自定义通信协议 ............................................ 37
5.3.2 温度及模拟量采集 LabVIEW 程序设计 ......................... 37
5.4 GPS 模块的通信设计 ........................................... 40
5.4.1 GPS 通信协议 ............................................... 40
5.4.2 GPS 车速信号的 LabVIEW 程序设计 ........................... 41
5.5 CAN 总线数据的读取与分析 .................................... 43
5.5.1 CAN 总线数据解析 .......................................... 43
5.5.2 CAN 总线车速及发动机转速采集 LabVIEW 程序设计 ............. 44
5.6 PLC 程序设计与通信 ........................................... 46
5.6.1 通信命令设计 .............................................. 46
5.6.2 PLC 程序设计 ............................................... 47
5.6.3 频率量采集及开关量控制 LabVIEW 程序设计 ................... 49
5.7 数据采集模块通信结构比较与分析 ............................... 50
5.8 配置文件的保存与读取 ......................................... 53
5.9 数据的存储及数据库的管理 ..................................... 54
5.10 历史数据的回读 .............................................. 56
5.11 软件界面介绍 ................................................ 58
5.11.1 项目信息页面 ............................................. 58
5.11.2 设置页面 ................................................. 58
5.11.3 总表页面 ................................................. 59
5.11.4.任选页面 .................................................. 60
5.11.5 数据读取 ................................................. 61
5.12 本章小结 .................................................... 63
第六章 测试系统的应用与测试结果分析 ............................... 64
6.1 试验目的 ...................................................... 64
6.2 试验方案 ...................................................... 64
6.3 测试结果与分析 ................................................ 64
6.4 本章小结 ...................................................... 68
第七章 总结与展望 ................................................. 69
7.1 总结 ......................................................... 69
7.2 发展与展望 ................................................... 69
参考文献 ........................................................... 70
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 ..................... 74
致谢 ............................................................... 75
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