新能源汽車輔助顯示系統設計

陳爍，張耀鋒，張軼

（陜西汽車集團有限責任公司，陜西 西安 710200）

前言

儀表是人和汽車的交互界面，為駕駛員提供所需的汽車運行參數、故障、里程等信息，是每一輛汽車必不可少的部件[1]。當前新能源車輛的市場份額在不斷增加，然而與之配套的專用儀表及故障診斷設備的發展卻較為滯后，多數車輛的顯示系統設計方案還是在傳統燃油車的平臺上改制而成。新能源汽車輔助顯示系統是在車輛原有儀表的基礎上再加裝一個觸摸顯示屏，用來補充顯示新能源車輛的運行信息。該系統不僅可以作為新能源車輛儀表來使用，還可作為便攜式故障診斷設備供服務人員對新能源車輛進行診斷和維修。作為汽車儀表，與傳統儀表相比，其精度和響應速度更具優勢，且擁有更為豐富全面的顯示內容，使得駕駛員可以實時獲取當前車輛的運行狀況；作為車載故障診斷設備，該系統體積小重量輕，便于攜帶，且操作簡單，功能完善，能夠極大的提升車輛的診斷維修效率。本文詳細介紹了這種基于CAN總線觸摸屏的新能源汽車輔助顯示系統設計方案。

1 系統硬件的選型

新能源汽車輔助顯示系統硬件選型的基本原則是：

（1）屏幕尺寸

較大的顯示面積能夠將車輛信息全面呈現，并且觸控方便，降低誤觸幾率，提高使用體驗。

（2）CAN 總線通信接口的數量

多個CAN 總線通信接口，可適配新能源車輛的多路信號傳輸系統，使新能源汽車輔助顯示系統具有泛用性。

（3）使用車載電源

供電電壓與整車電壓一致方便隨車安裝。

（4）耐久性

以新能源汽車輔助顯示系統正常運行時間不少于3 年為目標，按車輛全天24 小時運行，共計24×365×3 = 26280小時，因此要求顯示壽命高于26280 小時。

（5）可靠性

耐震動，耐高低溫，能適應大多數工作環境。

（6）支持外部存儲

能夠全程記錄車輛運行數據，方便隨時讀取。

（7）配有蜂鳴器

當車輛出現故障時，需要新能源汽車輔助顯示系統發出報警聲。

符合上述條件的觸摸屏產品很多，選擇時建議挑選材質阻燃，并且具有較高防護等級的產品。本次設計的硬件選型如下表所示：

表1 硬件選型

2 整車CAN 拓撲結構

對于新能源汽車，除了要顯示傳統儀表的信息外，還需要補充顯示電機、電池以及控制器的運行信息，這些信息都來自CAN 總線。圖1 是某純電動汽車的CAN 總線拓撲，整車控制器（VMS）分別連接CAN1 和CAN2 兩個網絡，為了獲取整車各個系統的運行信息，新增的觸摸屏也需要與兩個網絡同時連接。CAN1 網絡有電池管理系統（BMS）、遠程監控終端（TEL）和五合一控制器（含電機控制器（MCS），高壓轉24V 單元（DCDC），電動助力轉向系統（EPSS），電動助力制動系統（EPBS）)；CAN2 網絡有變速器控制單元（TCU）、剎車防抱死系統（ABS）、組合儀表（IC）。

圖1 某純電動汽車CAN 總線拓撲

3 顯示要求

新能源汽車輔助顯示系統需要實現整車控制器、電池管理系統、遠程監控終端、五合一控制器、變速器控制單元、剎車防抱死系統之間通信信息的顯示，當前故障的說明，以及歷史故障的查看。

4 CAN 通信協議

為了將信號通過CAN 總線傳輸到觸摸屏，需要將信號編寫成通信協議。根據適配車輛的功能需求，新能源汽車輔助顯示系統需要補充顯示的部分信號的通信協議如表2 所示。

表2 通信協議

表2 所示的報文的數據域字節布局格式采用Intel 排布方式。

5 人機交互界面設計

在界面設計階段，應該考慮用戶使用情況，設計思路應該能夠使駕駛員清楚、方便、快速、人性化地查看到汽車信息，盡可能地滿足用戶使用需求[2]。觸摸屏的界面設計是開發新能源汽車輔助顯示系統的重點工作，主要完成人機交互的界面顯示及CAN 通信的解析。使用硬件配套的組態軟件進行設計，創建工程的時候先要設置通訊串口和設備類型，然后根據適配車型的CAN 通信協議進行觸摸屏的內部寄存器配置，并記錄寄存器地址的使用情況，防止多個信號占用同一個寄存器造成沖突。最后根據顯示要求，在工程畫面的組件中添加寄存器地址，實現特定的功能。設計的界面包括開機畫面、主界面（圖2）、功能選擇界面（圖3）、故障記錄界面（圖4）等，組件有文字、數字、圖形和盤式等多種顯示方式。設計時堅持布局合理化的原則，力求簡潔、有序、易于操作。

圖2 主界面

圖3 功能選擇界面

圖4 故障記錄界面

6 系統測試

測試時使用了支持多通道的CAN 數據分析儀Kvaser USBcan Pro 5xHS，以及配套軟件BUSMASTER。主要測試內容是檢測各個組件能否正確顯示，及報警記錄表能否正常工作，覆蓋了系統的所有顯示項目，測試用例如圖5：

圖5

7 結束語

新能源汽車輔助顯示系統的界面簡潔明了，用戶在接觸系統后，可以對其顯示的功能一目了然，不需要培訓或閱讀說明書就可以快速上手使用，實時掌握車輛的運行信息，并及時處理一些簡單的故障。該系統還有豐富的拓展功能，如GPS 定位功能，超速提醒功能等等，可以根據客戶的需求進行個性化定制。更為重要的是，由于硬件成本低、操作簡單及使用方便，其在售后或用戶的維修診斷工作中也容易得到普及[3]。