混合動力汽車儀表的優(yōu)化設計

劉埕呈 張永財

摘要：汽車儀表是人與汽車交流的通道，它的外形不僅關系到汽車的舒適性，也對汽車的空間布置帶來相應的影響；此外，汽車儀表工作性能的準確及可靠與否還對汽車的行駛安全帶來重要的影響。迄今為止，汽車儀表已經發(fā)展到了第4代——步進電機式全數字汽車儀表，且正朝著網絡化和智能化的方向發(fā)展，具有精度高、重復性好、分度均勻、響應速度快且無抖動、可靠性高及適用范圍廣等優(yōu)點?；诖?，本文主要對混合動力汽車儀表的優(yōu)化設計進行分析探討。

關鍵詞：混合動力汽車；儀表；優(yōu)化設計

1、前言

隨著我國經濟的迅速發(fā)展，如何提高能源效率、調整能源結構、尋求替代能源已經成為實行經濟社會可持續(xù)發(fā)展所必須解決的重要問題。純電動汽車和燃料電池汽車已經不能滿足產業(yè)化煩人要求，因此，新型汽車即混合動力汽車應運而生。傳統(tǒng)的汽車儀表具有信號線路眾多、體積龐大、抗干擾能力差和控制精度較差等缺點。本文通過采用CAN總線技術對混合動力汽車的儀表進行優(yōu)化設計，有效地改善傳統(tǒng)汽車儀表所帶來的各種缺點，以達到線路簡化、體積減小及工作可靠度提高等目的。

2、CAN總線技術和混合動力汽車的介紹

2.1 CAN總線技術

CAN總線技術起源于Bosch公司，主要用于汽車監(jiān)控、開關量控制及制造業(yè)等領域，具有線路簡化、可靠性高、可實現(xiàn)實時診斷、測試和報警功能等優(yōu)勢。因此，目前CAN總線技術在汽車上的應用已越來越廣泛。

2.2 混合動力汽車

隨著科技的發(fā)展，傳統(tǒng)能源——石油的枯竭及人們環(huán)保意識的增強，要求現(xiàn)在的汽車既環(huán)保又節(jié)能，以應對能源緊張和環(huán)境日益惡化帶來的問題，因此，新型節(jié)能環(huán)保汽車就應運而生。

2.3 汽車儀表

迄今為止，汽車儀表已經發(fā)展到了第4代——步進電機式全數字汽車儀表，且正朝著網絡化和智能化的方向發(fā)展，具有精度高、重復性好、分度均勻、響應速度快且無抖動、可靠性高及適用范圍廣等優(yōu)點。

3、混合動力汽車LCD儀表的優(yōu)化設計

3.1 儀表的總體功能分析

本儀表系統(tǒng)基于CAN總線通信，信號來源以CAN總線為主，具有對收到的數據信息進行分析、診斷、顯示、保存、回放等功能。同時，考慮到CAN總線汽車在國內的現(xiàn)實使用狀況，本系統(tǒng)做了冗余設計，具備直接處理用線束傳過來的需要顯示的汽車信號的能力。儀表主要顯示信息如表1和2所示。

3.2 硬件系統(tǒng)的優(yōu)化設計

（1）控制器硬件設計原則

LCD儀表系統(tǒng)的硬件電路設計遵循了以下原則：模塊化：為了設計、調試、維護的方便，電路的設計一般都要遵循模塊化的設計原則。因此需要對硬件電路的要求進行模塊的劃分然后再分別進行設計和調試。

①集成化：硬件電路中用到的元件越多，造成故障的可能性就增大很多，設計、調試和維護都變得困難。因此在設計中盡量采用集成化較高的元件。

②簡單化：設計中可以用簡單方式實現(xiàn)的功能就不采用復雜的方式。最優(yōu)化：在可能的基礎上，需要對各種設計方案進行篩選，找到相對最佳的方案。

③可靠性，耐久性：作為汽車用的系統(tǒng)，可靠性和耐久性一直是最重要的指標之一。為了達到系統(tǒng)的要求，需要從設計方案的篩選、元器件的選擇、EMC設計等多方面進行考慮。

（2）CAN通訊模塊

PIC18F458內置有CAN通訊控制器，支持CAN2.0A/B協(xié)議。CAN收發(fā)器采用Philips的PCA82C250芯片，其通訊速率可高達1Mbps。為了保護系統(tǒng)電路、提高抗干擾能力，在單片機與CAN收發(fā)器之間采用了高速光電隔離器件6N137，速率高達10Mbits/s。采用隔離電源進一步提高了模塊的抗干擾能力。本系統(tǒng)通訊速率可根據需要設定，本文設定值為250Kbits/s，采用擴展楨格式即29位標識符，每楨數據為8bits。系統(tǒng)接收來自各個控制器的數據楨，它們分別是HCU（整車控制器）數據楨，DMCM（電機控制器）數據楨，BPCM（動力蓄電池控制器）數據楨，EMS（發(fā)動機控制器）數據楨。本系統(tǒng)只接收數據，不發(fā)送數據，控制器以中斷方式接收。

3.3 軟件系統(tǒng)的優(yōu)化設計

（1）混合動力汽車LCD儀表系統(tǒng)軟件設計的需求分析

混合動力汽車LCD儀表系統(tǒng)軟件設計主要要達到以下幾個目的：①單片機系統(tǒng)要能可靠地工作；②液晶顯示器要能可靠地顯示；③CAN總線上的數據要能可靠地接收；④信息顯示必須實時、準確；⑤系統(tǒng)掉電時，一些重要數據要能可靠地保存。

（2）混合動力汽車LCD儀表系統(tǒng)軟件設計的設計原則

在設計好相關的硬件電路后，必須有相應軟件才能使電路板真正開始工作，基于系統(tǒng)的實時性考慮，系統(tǒng)軟件的設計主要遵從以下一些原則：①采用模塊化的設計方法，提高程序的可讀性；②盡量減少中斷程序的內容，提高系統(tǒng)顯示的實時性；③LCD顯示程序，能建字模則建字模，能少用函數則少用函數，以提高系統(tǒng)顯示的快速性。

4、系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

通過對混合動力汽車LCD儀表的優(yōu)化設計，對系統(tǒng)進行驗證。驗證結果顯示，系統(tǒng)可以實現(xiàn)儀表的顯示功能、狀態(tài)指示功能、故障報警功能及數據保存與回放功能。

4.1 系統(tǒng)儀表的顯示功能

驗證結果顯示，儀表可將汽車的速度、燃油量、溫度及電流電壓等物理量很形象地顯示出來。

4.2 系統(tǒng)儀表的狀態(tài)指示功能

儀表的狀態(tài)指示功能中儀表能夠很清晰明了地將汽車的當前狀態(tài)顯示出來，汽車燈光指示標志。

4.3 系統(tǒng)儀表的故障報警功能

經驗證，儀表可很好的將汽車的制動系統(tǒng)、安全系統(tǒng)及電噴燃油系統(tǒng)等方面的故障顯示出來并報警。

5、結語

本文從混合動力汽車LCD系統(tǒng)的功能需求著手，首先介紹了該混合動力汽車LCD儀表系統(tǒng)的儀表顯示功能然后提出混合動力汽車LCD儀表系統(tǒng)控制器的功能需求，根據相應的設計原則，設計了混合動力汽車LCD儀表系統(tǒng)控制器的硬件電路板和控制軟件。后來的調試和測試證明：該LCD儀表達到了設計的功能要求，且具有較好的可靠性。

參考文獻：

[1]白木，徐德章.汽車儀表的識別、使用與發(fā)展趨勢[J].中國儀器儀表，2013（9）：5-8.

[2]何彬.基于CAN總線的混合動力汽車LCD儀表系統(tǒng)[J].上海交通大學，2017（2）：218-220.

（作者單位：長城汽車股份有限公司

河北省汽車工程技術研究中心）