某輕卡組合儀表的設計

蔡靈靈

（安徽江淮汽車集團股份有限公司輕卡研發部，安徽 合肥 230601）

某輕卡組合儀表的設計

蔡靈靈

（安徽江淮汽車集團股份有限公司輕卡研發部，安徽 合肥 230601）

文章介紹了CAN總線及SAE J1939協議，探討了利用CAN總線技術對某輕卡全CAN組合儀表的設計方法，并對全CAN組合儀表車速里程表、燃油表、發動機水溫表、氣壓表、發動機轉速表及報警燈的設計進行了詳細介紹。

CAN總線；SAE J1939協議；組合儀表

前言

控制器局域網絡（Controller Area Network，簡稱CAN）是一種支持分布式和實時控制的串行通信網絡，儀表利用CAN總線成為車身網絡的一部分，遵循SAE J1939協議可讀取整車相關信息，大大減少汽車線束的數量，由于其高性能、高可靠性、經濟性，CAN通訊已在商用車上得到廣泛應用，但目前輕卡組合儀表多為半 CAN儀表，在某輕卡組合儀表開發過程中，由于整車CAN通信及降重、降成本等的需要，開發出全CAN組合儀表。

1 CAN總線及SAE J1939協議簡介

CAN總線是現場總線的范疇，是德國Bosch公司在20世紀 80年代初為解決現代汽車中眾多的控制和測試儀器之間的數據交換而開發的一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡。CAN總線的通信實時性強，數據傳輸速率可高達1 Mb/s，通信介質可以是雙絞線、同軸電纜或者光導纖維，通過標準的插接件能夠方便的連接。CAN總線的數據通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性，是目前應用最廣泛的一種汽車總線。

SAE J1939協議是美國汽車工程師協會SAE(Society of Automotive Engineer)發布的以 CAN2.0B作為網絡核心協議的車輛網絡串行通信和控制協議。J1939是參照ISO的開放式數據互聯模型定義的7層基準參考模型而制定的。該協議明確規定汽車內部ECU的地址配置、命名、通訊方式以及報文發送優先級等，并且對汽車內部各個具體的ECU通訊作了詳細的說明。它使用多路復用技術，為汽車上的各種傳感器、執行器和控制器提供建立在 CAN總線基礎上的標準化的高速網絡連接，在車載電子裝置之間實現高速數據共享，有效地減少了電子線束的數量，提高了車輛電子控制系統的靈活性、可靠性、可維修性和標準化程度，更大程度地發揮了CAN總線優異的性能。

2 表盤的設計

2.1 儀表主要功能介紹

該儀表功能強大，表盤有以下五種指示儀表：車速里程表、燃油表、發動機水溫表、制動氣壓表、發動機轉速表，它們采用步進電機驅動，分別顯示汽車的汽車行駛的速度、油箱的燃油量、發動機水溫、制動氣壓和發動機轉速。儀表表盤上有31個LED報警燈。另外，該儀表具有點陣LCD液晶窗口，可顯示小計里程、總計里程、平均油耗、行駛時間、平均車速、尿素液位、報警文字等。

2.2 車速里程表的設計

該輕卡車速的輸入信號是根據 ABS控制器傳送的輪速傳感器的脈沖信號，儀表通過單位時間接收到的脈沖信號計算出實際車速，然后通過步進電機驅動端口使車速表步進電機旋轉，使車速表指針指示相應車速。

該輕卡的相關參數為：后橋主減速比為4.33，變速器里程表主被齒比15/4，輪胎型號為8.25R16 14PR輪胎，通過查詢相關國家標準知，該輪胎空載半徑為 0.43m，靜載半徑為0.4m。儀表速比計算公式：I=（1000×后橋速比×變速器主被齒比）/2πR。

其中：R為輪胎滾動半徑

表1

由上表計算得出儀表速比為 430，滿足整車車速顯示需求。

2.3 燃油表的設計

燃油表可以顯示油箱內的燃油量,駕駛員可根據燃油表的顯示值來判斷車輛的續航里程。燃油表有指針式和斷碼式兩種。指針式一般標出“E”、“1/4”、“1/2”、“3/4”、“F”等刻度；斷碼式采用LCD方式顯示，該輕卡燃油量的顯示采用指針式。油箱內燃油傳感器為浮子式結構，浮子可隨液面的位移而自動移動，同時浮子的移動可帶動內部裝有滑動電阻器的機構。當油箱內的液位出現變化時，浮子位置的高低會隨著變化，同時，滑動電阻器會輸出不同的電阻，儀表通過采樣電路采集燃油表傳感器的電阻值，然后將該電阻值輸入到微處理器的A/D接口得到采樣信號，經過A/D轉換后，儀表通過內置的軟件處理，計算出油箱內的油量，然后通過步進電機驅動端口使燃油表步進電機旋轉，使燃油表指針指示相應燃油量。

表2 燃油表指針與燃油傳感器電阻關系

2.4 發動機水溫表的設計

汽車水溫表用來顯示發動機冷卻水的工作溫度，同時向駕駛員顯示發動機水溫是否正常。與燃油表相同，水溫表也有指針式和斷碼式兩種顯示方式，該輕卡水溫表的顯示采用指針式。水溫傳感器將熱敏電阻的阻值信號經A/D轉換送至ECU，然后，儀表從CAN報文中讀取水溫信息，并通過步進電機驅動端口使水溫表步進電機轉動，指示出發動機水溫。

表3 發動機水溫與水溫表的對應刻度

2.5 制動氣壓表的設計

該輕卡采用雙回路氣壓制動，儀表配備雙表單針氣壓表，分別顯示主儲氣筒、副儲氣筒的氣壓值。氣壓表的顯示采用指針式，其顯示邏輯為：氣壓表傳感器將氣壓信號轉換為電壓信號，儀表根據檢測到的電壓值，通過步進電機驅動端口驅動氣壓表步進電機，使指針指示相應儲氣筒氣壓值。

表4 氣壓表指針與氣壓傳感器電壓之間的關系

2.6 發動機轉速表的設計

發動機轉速表用來提示駕駛員當前發動機轉速信息，該輕卡轉速表的顯示采用指針式，發動機轉速信號通過 CAN總線傳送至ECU，儀表通過讀取轉速報文信息，使步進電機驅動端口驅動轉速表步進電機，步進電機帶動指針指示發動機轉速。

表5 轉速與轉速表刻度

2.7 尿素表的設計

尿素表用來顯示尿素罐中的尿素液位，該輕卡的尿素液位顯示邏輯為尿素液位傳感器將尿素液位信息上傳至 ECU中，然后儀表讀取尿素液位對應的 CAN報文，經過軟件處理將尿素液位信息在液晶屏上顯示出來。

表6 尿素液位與儀表LCD刻度線對應關系

表7

2.8 儀表指示燈

儀表指示燈按照汽車操縱件信號裝置的標志劃分為三種顏色，分別為綠色：正常運行指示；黃色：警告指示；紅色：危險報警指示。指示燈信號來源有：硬線、CAN線。該輕卡儀表盤上有 31個指示燈，其中 21個指示燈的信號來源為CAN信號。具體如表7所示。

3 結論

本文在研究CAN總線和SAE J1939協議的基礎上，設計出輕卡全CAN組合儀表。相對于非CAN儀表，該全CAN儀表具有以下優點：減少了儀表與其他電子設備之間通信所用的線束，降低系統成本；可靠性及穩定性高；通過 CAN報文可直觀地看到車輛故障。

[1] 孫仁云,付百學.汽車電器與電子技術[M].北京:機械工業出版社,2015.

[2] 饒運濤,鄒繼軍.現場總線 CAN 原理與應用[M].北京:北京航空航天大學出版社,2003.

[3] 鐘龍平,陳建清,繆傳杰等.基于CAN總線的組合汽車儀表盤的設計[J].傳感器世界,2010.16（4）:32-36.

[4] SAE J1939:Recommended Practice for a Serial Control and Commu-nications Vehicle Network 2000:78-105.

中國汽研汽車風洞項目順利實施

位于重慶的中國汽車工程研究院股份有限公司汽車風洞項目將建成包含公共準備區的汽車空氣動力學-聲學風洞試驗室、汽車環境風洞試驗室、環境模擬試驗室以及一系列浸車室。最終形成服務于汽車全行業的第三方公共技術服務平臺。

該項目目前建筑部分已經完成85%，工藝設備設施已經全部進行了采購，并按計劃陸續發貨。完成了主要設備的彈性基礎安裝，啟動了鋼結構的安裝，并于2017年11月底全面進入設備安裝階段。

項目預計 2018年底完成調試驗收，中國汽研汽車風洞中心將憑借強大的試驗設施、優秀的團隊和全方位的服務理念為汽車行業提供汽車空氣動力學、氣動聲學、熱力學相關的風洞試驗、CFD仿真等汽車技術研發解決方案。

（編輯：陳婷 供稿：陳軍）

The Design Of A Light Truck’s Combination Instrument

Cai Lingling
( Anhui Jianghuai Automobile GroupCorp., Ltd R&D Department, Anhui Hefei 230601 )

This article introduced the CANBUS and SAE J1939 Protocol, exploring a way to design a light truck’s full CAN network combination instrument by using CANBUS technology. Besides, The article introduced a way to design the speedo-meter, fuel gauge, engine cooling thermometer, engine tachometer and gas-pressure meter in detail.

CANBUS; SAE J 1939 Protocol; Combination instrument

U462.1

A

1671-7988 (2017)21-08-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.21.004

CLC NO.: U462.1

A

1671-7988 (2017)21-08-03

蔡靈靈，學士，工程師，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司、主要研究方向：汽車電器。