電動汽車儀表關鍵技術運用分析與研究

舒文俊

摘 要：現代的液晶儀表開發技術還存在著許多問題，因此本文主要設計開發了一種以ARM為基礎的電動汽車儀表系統，系統主要是采用模塊化設計了三個模塊（信號采集、處理以及數據顯示）。采用分層式的軟件結構以及以優先級調度為基礎的方式對整個電動汽車儀表的運行秩序進行調整，能讓邏輯更加簡單，也讓系統的可靠性不斷提高。在設計硬件電路時，使用了多種抗干擾措施，幫助系統的電磁兼容性有效增強，根據相關的實驗表明，該系統能夠將電動汽車的參數準確顯示出來，符合相關的使用要求。

關鍵詞：電動汽車儀表;關鍵技術;運用與研究

目前在汽車業界中，分別制定了燃油車禁售的預案，推動了電動汽車行業的高速發展，隨著電動汽車到達了一個新的發展高度，不斷涌入的電子器件信息讓傳統燃油汽車儀表不能再滿足現代電動汽車的顯示需求。電動汽車儀表與傳統的燃油汽車儀表相比，不僅可以顯示出行駛的里程、時間、車速等，還可以顯示出制動系統、安全氣囊等的工作狀況信息和電池信息。整個系統的參數相對比較復雜，所以其顯示的要求遠遠超過了傳統燃油汽車儀表。因此對電動汽車儀表關鍵技術進行更加分析與研究，能夠不斷加強該技術的精準程度，加強電磁兼容的能力。

1 電動汽車儀表系統相關原理

以儀表設計原則為基礎，可以將電動汽車儀表分為數據采集、數據處理以及顯示三個模塊，電動汽車與傳統的燃油車相比，電動汽車最大的優點就是擁有動力的蓄電池組以及其他的控制部件，汽車儀表硬件的總體框圖如下所示：

與傳統的燃油汽車相比，電動汽車擁有特別的電池傳感器，其運行的溫度一般在-40℃-+150℃之間，由于在現代社會中涌入了大量的信息量，因此對CPU負荷能力的要求不斷增高，電動汽車儀表顯示的數據也更加復雜，所以界面顯示會增加充電界面狀態，而充電界面的充電信息包括電磁電量、充電剩余的時間以及充電模式等。

2 電動汽車儀表系統的設計

2.1 設計硬件電路

CPU功率轉換電路和DDR電路是電動汽車儀表的核心板，而電動汽車儀表的底板主要由信號采集電路等組成。經過相關的運算和處理之后，對用戶界面應用程序中的圖形文字進行屬性的綁定，通過LCD液晶屏進入電機，從而能夠將汽車運行的狀態實時顯示出來，讓數據處理的顯示過程更加完整。

硬件電路設計主要包括電源電壓轉換電路和信號采集電路。其中設計電源電壓轉換電路主要是因為在汽車儀表中，如果要想正常運行，就必須要有穩定的電源，電源不僅能夠為儀表提供一定的電壓，也能夠讓儀表工作的環境更加良好，將波動的幅度進行抑制，能夠讓汽車儀表準確性的作用體現出來，儀表電源輸入一般時車載電源的12V，由于在汽車上有點火系統、發電機等開關負載，電壓值會受到多種因素的影響出現波動情況，比如電壓跌落、脈沖群等，因此在轉換電源電路之前，需要加入一定的抗干擾電路。

從上圖可以看出，汽車電子儀表當中的車載電源為12V，為汽車提供電能包括汽車的蓄電池以及發電機，當汽車沒有發動時，車載電源主要是由蓄電池進行供電，而當汽車啟動時，是由發電機和蓄電池共同進行供給。IGN的點火操作容易產生浪涌、電壓跌落等一些干擾的波動，所以需要在增設相關的抗電磁干擾電路。

信號采集電路的設計主要是對汽車儀表的信息進行采集。整個過程需要不同的傳感器。采集的信息包括汽車開關信號和脈沖信號，信號采集電路的組成包括傳感器和調制電路，所用傳感器包括速度傳感器和脈沖信號，旋轉傳感器主要用于檢測和測量車輛的行駛速度和軸承的轉速。在模擬量信號中主要是通過AD對電路進行轉換，將其轉化成微處理器所需要的數字信號，而脈沖信號可以直接有MCU中的計數器進行處理工作。

設計EMC抗干擾：在電動汽車儀表中，電源部分是儀表的主要干擾源之一，在電源的接口使用防護進行濾波，用磁珠濾波電源輸出的部分可以使開關電源的噪聲對整個單板的電源造成影響的情況有效減少。使用DC對電路進行轉換，容易產生一定的輻射和傳導干擾，所以在轉換電源芯片的輸入輸出端時，通過并聯電容器和去耦電容器，再將并聯電容器置于車輛電源的輸入端。

2.2 設計系統軟件

設計系統的軟件主要是使用分層式的結構進行設計，分開程序中的驅動層和應用層，從而讓整個程序更加簡潔，而且使用模塊化的設計方法，能夠將系統的抗干擾功能有效增強。在電儀表中接入蓄電池BAT的長電之后，讓系統運行，保證外設初始化，最終進入主循環，其主要的程序邏輯框如下所示：

在主程序中，通過選擇所選的狀態變量對模塊進行初始化，使其通過循環進入各個模塊，可采用中斷法對步進電機進行控制。在當前使用的仲裁機制中，一般是將固定優先級作為主要內容，總線在接受各個節點發送的電平時，節點也會讀取總線的電平并進行一定的比較，如果兩者電平相同，則可以進入到下一程序當中，而兩者不同，則就會退出競爭程序，整個競爭程序剩余一個節點就算全部完成，最終固定的優先級則會獲取對總線的控制權。下圖標示了仲裁過程：

3 實驗驗證

在本文中處理芯片的型號為STM32F103C8T6，以該處理芯片為核心搭建出CAN的總線測試平臺，在實際使用過程中，主要采用CANkasver對報文數據進行采集并回放，從而讓實車環境實現模擬。通過實驗可以了解到，再將設計的電動汽車儀表系統進行兩天測試實驗之后，在運行狀態下，CAN總線儀表檢測系統能夠及時接收電動機傳出的報文信號，對其進行更深的驗證，可以了解到更加準確的車速、里程等信息，并且最終的實驗結果顯示，整個儀表顯示的車速的誤差沒有大于相關的標準規定，而且其車速的脈沖也與設計要求相符，具有較高的顯示精度，保證了電動汽車儀表系統的正確性。下表體現了實驗所用的指示數據：

4 結束語

科學技術正在不斷進步與發展，電動汽車儀表的關鍵技術水平也得到了較大的提升。充分利用總線沖突仲裁機制，能讓數據傳輸的實時性有效增強，而且通過改進系統的電路能夠將汽車儀表的抗干擾能力有效提高，整個PCB的布局更加簡潔，控制系統的維護和更新也更加簡便，具有較高的應用價值。

參考文獻：

[1]曾勇，麻友良，陳典.電動汽車儀表關鍵技術分析與研究[J].電測與儀表，2019，56（02）：139-144.

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