新能源汽车组合开关无线动作测试系统设计_李继武.pdf

，研究与设计微型电脑应用 年第 卷第期作者简介：李继武（），男，本科，教授，研究方向为新能源汽车故障诊断分析及控制软件研发；王付凯（），男，硕士，助教，研究方向为新能源汽车动力电池；郭玉静（），女，硕士，助教，研究方向为新能源汽车整车控制。文章编号：（）新能源汽车组合开关无线动作测试系统设计李继武，王付凯，郭玉静（南京城市职业学院，智能工程学院，江苏，南京 ）摘要：针对新能源汽车组合开关动作测试仪器较贵、使用不便、功能较少等问题，基于无线网络技术设计了一个动作测试系统。以 转换器为核心，搭建了新能源汽车组合开关 网络命令与 信号相互转换的硬件网络平台，利用 框架异步编程模型设计了一个软件系统，通过读取 信号获取新能源汽车灯光和雨刮的工作状态，并可以通过向车载网关控制器发送组合开关 网络命令控制灯光和雨刮动作。结果表明，组合开关动作测试响应及时，可靠性高，系统软硬件方案设计合理，成本低廉，客户端程序容易在手机端实现，终端平台可扩展性好，能够满足新能源汽车组合开关动作测试需求。关键词：新能源汽车；组合开关；动作测试中图分类号：文献标志码：，（，）：，：；引言新能源汽车组合开关使用 总线命令控制汽车的前大灯、前后雾灯、转向信号灯和雨刮开关等设备。一旦组合开关、灯光或雨刮出现故障，对其进行故障诊断分析时要经常使用汽车主机厂生产的专用诊断仪进行设备动作测试。但是这种专用的汽车故障诊断仪比较昂贵，许多职业院校新能源汽车专业缺乏这种专用设备，影响了许多新能源汽车故障诊断分析教学工作。本文基于国内某款纯电动汽车设计了一款软件，利用 总线接口卡经网关控制器接入 总线舒适网。通过发送 总线命令实现了灯光和雨刮等设备的动作测试功能，操作简单，使用方便，可部分替代汽车专用故障诊断仪完成相应设备的动作测试工作。硬件网络结构设计 确定 信号采集位置实验用车的组合开关有左右之分，左组合开关控制灯光设备，右组合开关控制雨刮洗涤设备。查询实验用车组合开关电路图可知，组合开关控制器的号引脚（信号）、号引脚（信号）分别同网关控制器 的、两个引脚相连，组合开关 总线命令由 和 两个引脚发送 至 网 关 控 制 器，因 此 本 实 验 确 定 从 网 关 控 制 器 和 两个引脚收发 信号。硬件网络结构新能源汽车的灯光和雨刮通过网关控制器接入车载 网络，组合开关通过网关控制器来控制灯光和雨刮设备。本实验设计思路是：笔记本电脑通过 与 转换器相连，而 转换器同网关控制器相连，这样 ，研究与设计微型电脑应用 年第 卷第期笔记本电脑发送的 控制命令，经过 转换器和网关控制器，就可以控制灯光和雨刮完成动作测试。实验硬件网络结构如图所示。图实验硬件网络结构 实验设备选型实验用车为 年生产的某型纯电动汽车一辆，车况良好，灯光和雨刮等备测设备功能正常；笔记本电脑配置：为酷睿 ，内存，固态硬盘，支持无线网卡，操作系统为 ；转换器为某公司生产的 型工业级 转换器，它集成了路 接口、路以太网接口和路 接口，数据接收速率为 帧秒，可以方便实现车载 总线网络和 网络的互联互通。软件架构设计 软件功能组成框图组合开关动作测试系统包含个模块：灯光控制模块和雨刮控制模块，每个控制模块又包含若干个功能，如图所示。（）灯光控制模块组成（）雨刮控制模块图组合开关动作系统组成灯光控制模块中，“自动”功能表示根据光照强度传感器所感受到的光照强度情况而自动点亮或熄灭；“位置灯”功能表示点亮前位置灯、后位置灯、后牌照灯及室内小灯；“近光灯”功能表示开启近光灯；“远光灯”功能表示开启远光灯；“左转向灯”功能表示开启左转向灯，仪表左转向指示灯同时开始闪烁；“右转向灯”功能表示开启右转向灯，仪表右转向指示灯同时开始闪烁；“后雾灯”功能表示开启后雾灯。雨刮控制模块中，“点刮模式”功能需要持续上抬控制杆保持刮水动作，松开即停止；“间歇模式”功能表示雨刮间歇刮水，通过时间调节旋钮可控制间歇时间为、和；“低速模式”功能表示雨刮低速连续刮水；“高速模式”功能表示雨刮高速连续刮水；“洗涤器”功能表示洗涤器喷水，同时雨刮开始工作。软件开发流程设计整个软件架构包含个模块：灯光控制模块和雨刮控制模块。灯光控制模块主要包含两个功能：一是实时显示当前灯光亮灭状态，其设计流程如图（）所示；二是控制各灯光亮灭动作，其设计流程如图（）所示。雨刮控制模块主要控制雨刮和洗涤器动作，其设计流程同图（）相同，不赘述。（）实时显示灯光状态流程（）控制灯光动作流程图灯光状态显示及动作控制流程图软件关键技术实现 准备工作 配置 转换器参数 转换器在使用前需要进行参数配置。（）准备工作首先，下载 软件；其次，因为转换器在出厂时 地址已固定设置为 ，所以需要修改主机 地址以确保和转换器 地址处于同一网段；最后，准备一根约米长的 接口的网线，将 转换器和主机连接起来。（）配置 参数 转换器接收车载 网络总线通信波特率设置为 ，以 模式工作，端口设置为 ，其他 总线参数保持出厂设置不变。（）配置 参数 转换器设置为 工作模式，即无线路由器模式，为 其 他 终 端 提 供 热 点 连 接 服 务，其 地 址 设 置 为“”，子网掩码设置为“”，连接密码设置为“”，端口号设置为“”，其他参数保持出厂设置不变。启动 转换器热点 转换器参数配置结束后，启动 热点步骤如下。（）启动实验车辆，进入状态，为 转换器 ，研究与设计微型电脑应用 年第 卷第期提供 直流电源，将转换器的 和 两个端子分别接入网关控制器的、号引脚。（）单击 任务栏右侧系统托盘区的“网络连接情况”图标，打开 窗口，在备选的 热点列表中，将出现名字为“”的热点连接，单击该连接，填入正确密码后即可连接到该 热点。连接 转换器热点连接 转换器热点，首先创建一个 对象，然 后 调 用 该 对 象 的 方 法 即 可。核 心 代码是：（）；（，）；如果不出现异常，对象可用于后续的 热点网络通信。显示灯光状态从 热点读取数据，需要用到网络数据流 对象，它可以从 对象获得，核心代码是：（）；通过 对象异步无阻塞读取网络流数据，需要使用一对方法 和 。其中，方法用于发起网络流数据读取任务，方法用于结束数据读取任务。调用 方法时，需要指明数据的存储位置和处理方法。核心代码是：（，）；上述代码中，是一个字节数组，用于存储读取的数据；表示 存储数据的起始位置；是自定义的一个常量，本实验为 ，表示要从 网络读取的字节数；是一个 委托方法，网络数据读取结束后由该方法进行数据处理；表示该参数为空。方法是一个重要的自定义方法，读取的数据在该方法中得到处理。具体来说，要做三件事。（）结束网络流数据读取任务结束网络流数据读取任务，需要调用 方法，核心代码是：（）（）（）；上述代码中，关键字可以确保代码块运行时不会被其他线程中断；是一个 变量，表示从网络流实际读取的字节数；表示一个异步调用的 对象，本实验未使用。（）从读取的网络数据中提取 总线灯光控制数据对于 转换器来说，每一个以太网数据帧由 个字节组成，其中第个字节值固定为 ，表示以太网帧中封装 了个 字 节 的 数据帧；第个 字 节 存 储 数据帧，这个 表明了这个数据帧的优先级；第 个字节存储 数据帧内容。以本实验灯光控制为例，因为组合开关 总线控制 为 ，所以每一个以太网帧的前个字节应为 ，以这个字节为开头标志，在 中寻找其后续的个字节，这个字节就是组合开关控制字节，其中头一个字节就是灯光控制字节。核心代码如下：（；）（）；上述代 码 中，就 是 要 提 取 的 灯 光 控 制 字 节数据。（）从灯光控制字节提取各种灯光状态获得灯光控制字节后，提取每一位的状态（或），可指导不同灯的状态（亮或灭），核心代码如下：（）（）；后雾灯 （）（）；前雾灯 （）（）；右转向灯 （）（）；左转向灯 （）（）；远光灯 （）（）；近光灯 （）（）；小灯 控制灯光亮灭从 转 换 器 接 收 的 以 太 网 数 据 帧 字节数组中，第个字节是灯光控制字节，控制协议如表所示。表左组合开关（灯光）控制协议位位位位位位位位后雾灯亮后雾灯灭前雾灯亮前雾灯灭右转向灯亮右转向灯灭左转向灯亮左转向灯灭远光灯亮远光灯灭近光灯亮近光灯灭位置灯亮位置灯灭未定义要点亮某个灯，只需要将 字节数组中第个字节的对应位设置为，然后将 字节数组写入网络数据流，即可通过 转换器传入汽车 网络，点亮某灯光。以点亮近光灯为例，核心代码如下：；近光灯位置 ，研究与设计微型电脑应用 年第 卷第期 （）（，）；上述 方法参数中，表示从 数组第位开始写入，表示要写入的字节数。如果要熄灭近光灯，将 调整为 即可。控制雨刮洗涤器动作从 转 换 器 接 收 的 以 太 网 数 据 帧 字节数组中，第个字节是雨刮洗涤器控制字节，控制协议如表所示。表右组合开关（雨刮洗涤器）控制协议位位位位位位位位十六进制（）雨刮洗涤器动作 ，洗涤器喷水要控制雨刮洗涤器完成某个动作，只需要将 字节数组中第个字节设置为对应十六进制数，然后将该 字 节 数 组 写入网 络 数 据 流，即 可 通 过 转换器传入汽车 网络，雨刮洗涤器将开始执行相应动作。以洗涤器喷水为例，核心代码如下：；（）（，）；上述代码运行后，洗涤器将执行喷水动作。程序运行测试 准备工作将 转换器通道 和 引脚与车辆网关控制器（）、引脚连接，将 转换器电源和地线引脚与车辆网关控制器（）、引脚连接。启动实验车辆，上电。测试灯光实验启动组合开关实验程序，单击“文件连接 ”菜单项，连接至 热点。通过单击“自动”“位置灯”“近光灯”“远光灯”“左转向灯”“右转向灯”和“后雾灯”等按钮，可以点亮相应灯光，短暂保持后自动熄灭。以单击“远光灯”按钮为例，程序运行界面如图所示。测试雨刮洗涤器实验启动组合开关实验程序，单击“文件连接 ”菜单项，连接至 热点。切换至“雨刮”选项卡，单击“点刮模式”“间歇”“间歇”“间歇”“间歇”“低速模式”和“高速模式”按钮，雨刮将按指定模式工作；单击“洗涤器”按钮，洗涤器将喷水。程序运行界面如图所示。总结（）本系统硬件网络搭建方便，设备成本低廉，网络信号传输速度快；由于 网络接口卡集成了电气隔离模块，隔离模块绝缘电压为直流 ，增强了系统在恶劣环境中的安全可靠性，即使出现瞬间过流或过压也不会造成设图灯光实验程序运行界面图雨刮洗涤器程序运行界面（下转第 页），研究与设计微型电脑应用 年第 卷第期 ，（）：陈静鹏，艾芊，肖斐基于集群响应的规模化电动汽车充电 优 化 调 度 电 力 系 统 自 动 化，（）：王鑫，周步祥，张百甫，等基于分层控制的电动汽车调频 策 略 研 究 电 测 与 仪 表，（）：，（）：王克南区域范围内电动汽车充电站控制策略的研究济南：山东大学，刘安茳，袁旭峰，李婧 城市配电网下的电动汽车有序充电策略研究电测与仪表，（）：，：杨少兵，吴命利，姜久春，等电动汽车充电站负荷建模方法电网技术，（）：孙强，许方园，唐佳，等基于需求响应的电动汽车集群充电负荷建模及容量边界控制策略电网技术，（）：罗通规模化电动汽车入网有序充电优化策略研究长沙：长沙理工大学，（）：王爱霞，王思华，王明基于粒子群算法的变电站接地网优化研究电瓷避雷器，（）：，（）：（收稿日期：）（上接第 页）备损坏；软件架构设计合理，关键技术先进，功能完善实用。（）系统实测表明，灯光、雨刮洗涤器设备动作测试灵敏可靠，响应及时，软件界面简洁实用，操作简单方便，故障诊断分析时用于动作测试可以取得良好效果。（）系统的硬件软件设计思路完全可以用于拓展开发新能源汽车其他设备动作测试功能或故障诊断分析功能，另外通过将 信号转换成（或）信号，也可以将设备动作测试软件从 端迁移到手机端，具体思路是：首先，通过 （或 ）转换器将 网络信号转换成（或）信号，然后发送给一台远程云服务器；其次，远程云服务器将接收到的（或）信号以 服务形式向外界提供 网络访问接口；最后开发一款手机程序访问 服务即可实现汽车有关设备动作测试功能，这也是本文的后续研究方向。参考文献李丽，韩建国，武照云汽车雨刮电路虚拟仿真实训系统开发实验室研究与探索，（）：殷晓辉 基于 总线汽车电子控制网络节点的仿真设 计 与 实 现 微 型 电 脑 应 用，（）：王文菁汽车电气智能控制系统设计与实现微型电脑应用，（）：刘蓓莉，刘大红基于 的网络通信编程技术电子科技，（）：徐闯，王亚刚基于 框架的实验仪器监控系统设计软件导刊，（）：刘赟，王永贵 模式并行计算架构设计及其实现方法 哈 尔 滨 工 程 大 学 学 报，（）：郭利进，王化祥，龚进峰基于 总线的车身网络系统及其控制策略研究 汽车工程，（）：邓召文，周围基于 总线的汽车数据采集系统开发 制造业自动化，（）：覃群，黄森仁 基于 总线汽车电气系统研究广西民 族 大 学 学 报（自 然 科 学 版），（）：罗峰，孙泽昌汽车 总线系统原理、设计与应用北京：电子工业出版社，王明文，吴炳进 基于 总线的智能雨刮控制系统研究 西华大学学报（自然科学版），（）：（收稿日期：）