基于網(wǎng)絡(luò)化汽車組合儀表的設(shè)計

崔志新

摘要：組合儀表是汽車的重要組成部件，對于汽車安全行駛至關(guān)重要。組合儀表通常是由以下幾部件構(gòu)成：油量表，水溫表，轉(zhuǎn)速表，車速表，里程表，照明系統(tǒng)和報警系統(tǒng)等。為了簡化電子控制單元之間進行復(fù)雜的信息傳遞和數(shù)據(jù)交換，汽車網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)應(yīng)運而生。迄今為止，已有多種網(wǎng)絡(luò)標準，如ISO的VAN、SAE的J1850和BOSH的CAN等。其中，CAN以起獨特的設(shè)計，優(yōu)異的性能和極高的可靠性得到了最為廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：CAN總線設(shè)計；汽車組合儀表；設(shè)計分析

1 基于網(wǎng)絡(luò)化汽車組合儀表的總體需求及設(shè)計

汽車儀表的功能就是獲取需要的數(shù)據(jù)并采用合適的方式顯示出來。以前的儀表一般限制在3～4個量的顯示和4-6個警告功能，現(xiàn)在新式儀表則達到有約15個量的顯示和約40個警告監(jiān)測功能。導(dǎo)致儀表顯示信息量快速增長的主要原因有以下幾方面：

·汽車上的新功能部件不斷增加，如ABS、安全氣囊、倒車雷達等：

·對汽車行駛中的狀態(tài)要求更加實時的了解，如胎壓、水溫、油耗等：

·對汽車各部件的工況要求更加細致的掌握，如燈光、車門、車鎖、安全帶等。

不同的信息有不同的獲取方式和顯示方式，目前新式儀表信息獲取方式主要有三種：

·通過車身總線傳輸：

·通過A/D采樣轉(zhuǎn)化：

·通過10狀態(tài)變化獲取。

對于顯示方式，主要有五種方式：通過驅(qū)動步進電機帶動指針轉(zhuǎn)動：通過點陣LCD屏顯示圖形或數(shù)字信息；通過段式LCD屏或數(shù)碼管顯示：通過LED燈的開關(guān)顯示：通過蜂鳴器的不同鳴音指示當前狀態(tài)。

2 汽車CAN總線組合儀表技術(shù)總體設(shè)計

2.1 現(xiàn)場總線設(shè)計

CAN總線在人類生產(chǎn)活動中使用非常廣泛，其代表著汽車總線技術(shù)發(fā)展的新方向。CAN總線系統(tǒng)是集現(xiàn)代化信息技術(shù)、通信技術(shù)于一體的一種分散化、網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化以及雙向互動化的現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要是由多個監(jiān)控裝置連接而成，遵守統(tǒng)一的通信協(xié)議，對信號進行采集、處理、傳輸、顯示等，最終形成一種自動化控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線是連接各個子系統(tǒng)的重要構(gòu)成部分，與各個系統(tǒng)協(xié)作完成現(xiàn)場總線作業(yè)。其具體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示：

2.2 系統(tǒng)主要功能

上述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的主要功能是通過CAN總線技術(shù)實現(xiàn)對控制對象的控制。系統(tǒng)具有的基本功能是實現(xiàn)發(fā)動機轉(zhuǎn)速表、車速表、水溫表等儀表的準確指示；報警功能，以提示音或者紅色預(yù)警信號提出，在行車前、中、后，及時提示汽車的狀態(tài)，駕駛員能掌握汽車行駛的情況，避免突發(fā)狀況，確保安全行駛；CAN總線具有通訊功能，主要是利用通訊技術(shù)對汽車上所有的電子控制設(shè)備進行監(jiān)控，還能采集行車的轉(zhuǎn)速、時速等、電池蓄電狀態(tài)；當汽車發(fā)生故障時，還能報警和警示功能。除此之外，現(xiàn)代汽車CAN總線技術(shù)還有彩屏顯示、模擬量、脈沖量等。

3 CAN系統(tǒng)開發(fā)與試驗

基于上述總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，CAN總線組合儀表系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計主要是由總線對各個控制系統(tǒng)進行操作，而對CAN的測試和驗證是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，下面以USB-CAN轉(zhuǎn)換器為例，設(shè)定通信協(xié)議，使用CAN總線調(diào)試。對系統(tǒng)進行在線驗證。

3.1 系統(tǒng)調(diào)試

在CAN總線使用USB轉(zhuǎn)換器，結(jié)構(gòu)一端與CAN接口總線適配器，作為一個標準的CAN節(jié)點，然后將其連接到總線系統(tǒng)中，通過總線實現(xiàn)對現(xiàn)場CAN的多方面控制。當汽車抵達同一個目的地時，汽車可以選擇高速公路，高速公路能節(jié)約耗油，更加適合汽車行駛，通過高速CAN總線傳遞信息，車身系統(tǒng)的CAN總線連接了像中控鎖、電動門窗、后視鏡等。然后根據(jù)組合儀表步進電機驅(qū)動模塊生產(chǎn)設(shè)計，以波特率計算公式，Tq為時間單位，BT為比特位的時間，得出公式：

當fsys=24MHz時，由公式得出如下結(jié)論：為了提高行車的安全，一般車身系統(tǒng)使用的低速CAN總線，其運行的速率為100KB/s，在實際行車中，需要根據(jù)車子不同的性能進行調(diào)試。系統(tǒng)通過信息傳遞直接實現(xiàn)控制，所以，對信息傳遞的要求高，需要CAN總線進行信息傳遞。上述中兩輛車子達到同一個目的地，選擇高速能節(jié)約大量時間。如果其中1輛車行駛速度慢，則需要選擇普通國道，可以節(jié)約費用。

在CAN總線系統(tǒng)開發(fā)中，相同的控制單元其采用一個單位的傳輸速率，根據(jù)車主自身在行車中的需求，能通過調(diào)試CAN總線進行資源的合理優(yōu)化配置，降低成本投入。不管是單線還是多線控制，數(shù)據(jù)傳遞是整個系統(tǒng)的核心部分，保證信息傳輸?shù)乃俾屎托畔鬏數(shù)馁|(zhì)量和高效是關(guān)鍵，也是影響系統(tǒng)運行整體效益和可行性的主要因素。

3.2 開發(fā)可行性及優(yōu)勢

CAN總線系統(tǒng)開發(fā)和應(yīng)用以CAN總線控制為中心，整個結(jié)構(gòu)系統(tǒng)相當于一個電話會議，每個不同的用戶都是一個控制單元，通過數(shù)據(jù)信號的傳遞，其他用戶通過網(wǎng)絡(luò)“接聽”，對用戶的需求進行利用，滿足用戶需求。CAN總線就是一個驅(qū)動總線，對其他的控制單元進行控制，在傳遞數(shù)據(jù)時，也起到一個翻譯的作用。通過CAN總線技術(shù)的改進和應(yīng)用，整個車載網(wǎng)絡(luò)信息最終能實現(xiàn)共享。與傳統(tǒng)的CAN總線相比，數(shù)據(jù)傳輸速率更快，節(jié)省線束，降低車身的重量，并且優(yōu)化了車身的布線方式，CAN總線控制技術(shù)相對于傳統(tǒng)單一的運行模式，實現(xiàn)了雙向互動的管理與控制，對于故障的診斷更加及時，系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性更高。

汽車組合儀表軟件模塊的開發(fā)與設(shè)計，在未來為了進一步完善系統(tǒng)，應(yīng)該對系統(tǒng)軟件設(shè)計語言進行選擇，將高級程序語言編制到系統(tǒng)中，能對集成開發(fā)的環(huán)境進行詳細分析和介紹。針對系統(tǒng)軟件模塊化的設(shè)計以及功能需求的開發(fā)應(yīng)該進一步對系統(tǒng)主程序的模塊化進行開發(fā)與完善，并對各個系統(tǒng)主要的子系統(tǒng)和子模塊深入開發(fā)和調(diào)試，通過實踐的深入研究，不斷提升整個系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

4結(jié)語

通過對汽車組合儀表的設(shè)計探究，能夠?qū)崿F(xiàn)相對應(yīng)的設(shè)計目標，使得汽車儀表在以后的設(shè)計中更為精確及緊湊，這將為汽車儀表的進一步發(fā)展和汽車舒適性的進一步提升奠定基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]馬龍翔.基于嵌入式的汽車CAN總線控制系統(tǒng)設(shè)計[D].天津理工大學(xué)，2013.

[2]杜飛.汽車CAN總線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用[D].石家莊鐵道大學(xué)，2013.

（作者單位：長城汽車股份有限公司

河北省汽車工程技術(shù)研究中心）