基于網絡化汽車組合儀表的設計

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重要。組合儀表通常是由以下幾部件構成：油量表，水溫表，轉速表，車速表，里程表，照明系統和報警系統等。為了簡化電子控制單元之間進行復雜的信息傳遞和數據交換，汽車網絡化技術應運而生。迄今為止，已有多種網絡標準，如ISO的VAN、SAE的J1850和BOSH的CAN等。其中，CAN以起獨特的設計，優異的性能和極高的可靠性得到了最為廣泛的應用。

關鍵詞：CAN總線設計；汽車組合儀表；設計分析

1 基于網絡化汽車組合儀表的總體需求及設計

汽車儀表的功能就是獲取需要的數據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，現在新式儀表則達到有約15個量的顯示和約40個警告監測功能。導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采樣轉化：

·通過10狀態變化獲取。

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

2 汽車CAN總線組合儀表技術總體設計

2.1 現場總線設計

CAN總線在人類生產活動中使用非常廣泛，其代表著汽車總線技術發展的新方向。CAN總線系統是集現代化信息技術、通信技術于一體的一種分散化、網絡化和數字化以及雙向互動化的現代網絡通信系統。該系統主要是由多個監控裝置連接而成，遵守統一的通信協議，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。現場總線是連接各個子系統的重要構成部分，與各個系統協作完成現場總線作業。其具體結構設計如圖1所示：

2.2 系統主要功能

上述系統結構的主要功能是通過CAN總線技術實現對控制對象的控制。系統具有的基本功能是實現發動機轉速表、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警信號提出，在行車前、中、后，及時提示汽車的狀態，駕駛員能掌握汽車行駛的情況，避免突發狀況，確保安全行駛；CAN總線具有通訊功能，主要是利用通訊技術對汽車上所有的電子控制設備進行監控，還能采集行車的轉速、時速等、電池蓄電狀態；當汽車發生故障時，還能報警和警示功能。除此之外，現代汽車CAN總線技術還有彩屏顯示、模擬量、脈沖量等。

3 CAN系統開發與試驗

基于上述總體結構設計，CAN總線組合儀表系統硬件和軟件設計主要是由總線對各個控制系統進行操作，而對CAN的測試和驗證是非常關鍵的環節，下面以USB-CAN轉換器為例，設定通信協議，使用CAN總線調試。對系統進行在線驗證。

3.1 系統調試

在CAN總線使用USB轉換器，結構一端與CAN接口總線適配器，作為一個標準的CAN節點，然后將其連接到總線系統中，通過總線實現對現場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，車身系統的CAN總線連接了像中控鎖、電動門窗、后視鏡等。然后根據組合儀表步進電機驅動模塊生產設計，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，由公式得出如下結論：為了提高行車的安全，一般車身系統使用的低速CAN總線，其運行的速率為100KB/s，在實際行車中，需要根據車子不同的性能進行調試。系統通過信息傳遞直接實現控制，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，可以節約費用。

在CAN總線系統開發中，相同的控制單元其采用一個單位的傳輸速率，根據車主自身在行車中的需求，能通過調試CAN總線進行資源的合理優化配置，降低成本投入。不管是單線還是多線控制，數據傳遞是整個系統的核心部分，保證信息傳輸的速率和信息傳輸的質量和高效是關鍵，也是影響系統運行整體效益和可行性的主要因素。

3.2 開發可行性及優勢

CAN總線系統開發和應用以CAN總線控制為中心，整個結構系統相當于一個電話會議，每個不同的用戶都是一個控制單元，通過數據信號的傳遞，其他用戶通過網絡“接聽”，對用戶的需求進行利用，滿足用戶需求。CAN總線就是一個驅動總線，對其他的控制單元進行控制，在傳遞數據時，也起到一個翻譯的作用。通過CAN總線技術的改進和應用，整個車載網絡信息最終能實現共享。與傳統的CAN總線相比，數據傳輸速率更快，節省線束，降低車身的重量，并且優化了車身的布線方式，CAN總線控制技術相對于傳統單一的運行模式，實現了雙向互動的管理與控制，對于故障的診斷更加及時，系統整體的穩定性更高。

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

4結語

通過對汽車組合儀表的設計探究，能夠實現相對應的設計目標，使得汽車儀表在以后的設計中更為精確及緊湊，這將為汽車儀表的進一步發展和汽車舒適性的進一步提升奠定基礎。

參考文獻：

[1]馬龍翔.基于嵌入式的汽車CAN總線控制系統設計[D].天津理工大學，2013.

[2]杜飛.汽車CAN總線網絡控制系統設計及應用[D].石家莊鐵道大學，2013.

（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）