启飞汽车

摘要

    针对油电混合动力汽车仪表显示的功能需求, 对混合动力汽车仪表设计方案的现状进行了调查, 设计了一种基于CAN总线触摸屏的混合动力汽车仪表。阐述了仪表在混合动力汽车整车电子电气架构中的作用、控制器局域网络、CAN总线拓扑、显示信号需求、CAN总线协议解析及注意事项、带有CAN总线触摸屏硬件的选型、基于组态软件的数字显示界面及盘式指针界面设计方法。通过运行CANape软件模拟动力总成控制器节点, 进行仪表通信测试。结果表明, 仪表显示界面具有性价比高、快速、高效等优点, 数字、指针指示正确, 能满足混合动力汽车新增仪表功能要求。该汽车仪表为纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车、智能汽车新增仪表及全新仪表、智能驾驶辅助系统及远程监控系统的人机界面设计奠定基础。
    除了一些刚成立的主机厂重新开发混合动力汽车整车平台外, 大多数动力系统设计方案是在原有传统燃油车动力系统平台的基础上改制而成。混合动力汽车 (hybird electrical vehicle, HEV) 车用仪表可以基于原有仪表, 再加装一个显示屏, 以补充显示油电混合动力汽车所需的重要信息。这种仪表方案比直接开发一款新的混合动力汽车专用仪表的性价比更高。目前, 汽车平台核心总线都是基于控制器局域网络 (controller area network, CAN) 总线。混合动力汽车也不例外。
基于这个思路及项目的特殊性, 本文详细介绍了一种基于CAN总线触摸屏的新增混合动力汽车仪表设计方案。当然, 该方案也适用于整个全新仪表的重新定义与开发。

一、仪表在HEV电子电气架构中的作用

    HEV是指在传统动力汽车的基础上再加装一套其他动力控制系统的新型汽车。仪表是人和汽车的交互界面, 为驾驶员提供所需的汽车运行参数、故障、里程等信息, 是每一辆汽车必不可少的部件。在混合动力汽车电子电气架构中, 除了要显示传统燃油车相关信息外, 主要是需要补充显示电动汽车动力系统相关信息。这些信息来源以CAN总线为主。CAN总线技术得到了广泛的应用, 将对汽车电子技术发展起到积极推进作用。
    图1是某混合动力汽车CAN总线拓扑图。动力总成控制器作为网关, 连接动力系统CAN及原车CAN总线网络。为了CAN总线负载均衡及总线节点布置位置优化, 新增的触摸屏仪表也放置在原车CAN总线网络。各总线网络通信速率都为500 kbit/s。动力系统网络有动力控制单元、车载直流/直流 (direct current direct current, DC/DC) 变换器及电池管理系统等。发动机控制器主要与动力控制单元通信, 放在动力控制单元子网络中。车载充电机主要与动力电池管理系统通信, 故放置在电池管理系统子网中。在新增混合动力系统中, 除了这些控制器节点外, 还需要有发动机及电动机2种动力耦合的装置及高压转接分配的高压接线盒等。
 

 
图1 某混合动力汽车CAN总线拓扑图

二、CAN总线协议

    根据改制样车功能需求, 触摸屏仪表需要补充显示的部分信号如表1所示。这些信号主要有车辆是否就绪、动力系统故障、电机转速、电池、空档状态、能量模式及分动箱模式等。
 

表1 信号表

 
    动力总成控制器发往触摸屏仪表的部分通信协议如表2所示。
 

表2 通信协议
 

    为了将所需信号通过CAN总线传输到触摸屏仪表, 需要将信号编写成通信协议。表2中:CAN总线通信ID为182H, 周期为20 ms, 编码格式为Intel格式。需要说明的是, 信号所在通信协议中的位数位置要特别注意, 后续设计显示界面时解析协议的重点。另外, 为提高显示精度, 就需要设计合适的偏移量和分辨率, 取整数来设计。一般而言, 仪表作为CAN总线网络节点中的一部分, 其还需要反馈自己的工作状态及故障诊断信息到动力总成控制器, 方法和原理相同, 不再详述。

三、触摸屏仪表硬件选型

    仪表系统的硬件设计原则要求该系统既能实现设计的功能, 又要求系统工作可靠且具有持久性。而触摸屏仪表的硬件具有通用性, 市面上有很多, 选型时主要考虑是否带有CAN总线通信接口、是否满足电压等级、是否满足车规级其他要求, 比如防水等级及工作环境温度等。如果仪表在改制样车中使用, 条件可以放宽。硬件选型如表3所示。
 

表3 硬件选型Tab.3 Hardware selection

四、触摸屏仪表界面设计

    触摸屏仪表的界面设计是本文的重点内容, 主要完成仪表的界面显示及CAN通信的解析。所选触摸屏厂家自带名为HMIEditor P组态开发软件, 为工程技术人员提供了一种采用搭积木的方式制作现场控制过程和控制界面的工具, 为仪表的实现提供了极大的便利。设计时, 首先新建一个工程, 选择Opencan协议, 其他根据需要填写。然后, 进行通信口配置, 需要将波特率设置为500 kbit/s。通过Open CAN Assistant设置, 根据前面描述的协议解析CAN信号。根据项目需要, 设计的整体主界面包括电机转速、车速和选用指针显示, 其他各种状态量和开关量用数字和文字显示。因此, 主要设计了盘式显示模式及数字、文字显示模式。

五、触摸屏仪表测试

    通过VECTOR公司的CANape自带CANdb++工具将CAN总线协议转换成*.dbc文件, 在计算机上运行CANape上位机软件模拟动力总成控制器节点。经测试, 触摸屏仪表能准确显示相关文字和数据, 盘式显示模式指针不摇摆, 显示正确。

六、结束语

    通过前文所述的方案和测试结果可知, 基于CAN总线的触摸屏仪表, 可以满足混合动力汽车新增仪表功能要求。如果把各种信息都通过CAN总线汇集到该触摸屏仪表, 整体仪表重新开发定制也可以满足纯电动汽车、油电混合动力汽车、电电混合燃料电池汽车及智能驾驶汽车等新能源汽车仪表及其他子系统的智能驾驶辅助功能需求。改制样车界面显示形象, 性价比尤为突出。其具有以太网接口, 将其接入互联网, 可以实现基于客户机/服务器 (client/server, C/S) 模式的手机端及计算机端的远程监控和实现基于浏览器/服务器 (browser/server, B/S) 模式的WEB端远程监控等。
 
作者：杨甲辉  来源：自动化仪表
 

福利：做任何事情，都有方法。比如汽车行业如何最短时间内获取高薪，其实，是一件很容易的事情，结合汽车行业十多年工作经历，我做了一次系统全面总结无偿分享大家，文章共计十篇。帮助更多的网友在汽车行业快速发展。同时，我业余时间整理一套免费经典的CATIA视频教程， 汽车设计领域必备软件工具，大家有需要的，可以给我留言，请加qq:1011852705，微信qifei1799。提“启飞”就可以获取下载链接:汽车行业快速突破月薪过万绝密分享和catia视频精品一套。明确方向，精准学习，为以后在汽车行业职场做好铺垫。