车载仪表新技术研究及应用

车载仪表新技术研究及应用
王波涛;汪伟;张克军
【摘要】阐述汽车仪表的作用和现状,提出数字式通用化新仪表技术及装置.分别就网络化、数字化、通用化功能技术进行研究,并对设计原理及实现细则进行说明,最
终实现功能齐全化、设置人性化、装配通用化.
【期刊名称】《汽车电器》
【年(卷),期】2013(000)009
【总页数】4页(P20-23)
【关键词】汽车仪表;网络化;数字化;通用化
【作者】王波涛;汪伟;张克军
【作者单位】湖汽研究院控制所,湖南邵阳422000;湖汽研究院控制所,湖南邵阳422000;湖汽研究院控制所,湖南邵阳422000
【正文语种】中文
【中图分类】U463.7
汽车仪表装置是汽车部件中不可或缺的一部分，是驾驶员和车辆进行信息交流的
重要接口和人机界面，更是整车的运行状态监测及故障报警的智能设备。

汽车仪表装置主要用于显示车辆运行状况、安全行驶、经济行驶以及异常报警。

传统仪表针对车辆不同配置（如发动机类型及排放不同、轮胎型号不同、变速器不同等）需有对应的仪表，通用性差，且存在信息显示方式单一、辅助驾驶功能欠缺等不
足之处。

随着电子技术的飞速发展、集成技术的日趋成熟以及人类需求的不断提高，整车控制设备也越来越多，并由原始的硬线连接、模拟量采集及传输向整车网络化方向发展。

为应对这一趋势变化，汽车仪表已从过去的传统单一机械式仪表向现在的网络化、数字化、通用化以及低成本方向发展［1］。

为满足客户对车辆配置及功能的不同需求，顺应仪表装置及技术的发展趋势，实现产品技术管控单一，售后维护保养方便，亟待一款通用性强、功能齐全、人性化设置的网络化、数字化、通用化仪表装置。

1 仪表网络化功能
针对传统汽车仪表中一个表对应一个传感器和一组线的情况，提出了基于CAN总线的车载数据采集器的解决方案，使整个仪表系统只对应一组总线，实现了车辆仪表系统的网络化，使其改善了布线方式，安装维护方便。

将嵌入式计算机用于汽车电子领域，并用软件的方法来实现汽车仪表，提升了仪表的精度和档次。

1.1 仪表采用CAN总线技术的优势
1）简化整车连接到仪表的线路，减少故障点。

采用CAN仪表后，可以有效地利用发动机信息，大大减少到仪表的硬线连接和额外的传感器。

仪表中必须显示的转速、水温、机油压力、尿素液位等都可以通过CAN从发动机ECU获取。

2）利用CAN报文完成指示灯的指示。

ECU通过CAN报文输出OBD灯、冷起动灯、油中有水灯的状态，仪表进行判断后显示。

其它设备，如ABS、ASR、ECT、 PPS、 CCS等的运行状态都可以以总线形式将数据共享给仪表，并在仪表处进行显示［2］。

3）故障信息通过汉字形式显示。

仪表通过解析故障CAN总线报文，并对比故障表，最后以汉显的方式显示故障，增强故障代码的可读性。

1.2 发动机CAN总线网络地址识别
随着整车总线的不断应用及升级，设备不断增加，为了对不同设备加以区分，将整车CAN网络中不同电控单元及功能模块节点的目标地址，按照SAE J1939协
议标准划分［3］，不同发动机定义大致相同但也存在部分差异。

表1、表2分
别为潍柴、康斯明发动机节点源地址。

1.3 发动机故障信息汉显
一直以来发动机故障信息，是通过读仪表故障码灯闪烁次数，并比对故障码表进行故障定位及故障形式确认，或者通过专业发动机诊断设备对发动机进行故障诊
断进而确定故障。

现仪表装置可通过采集并解析发动机故障CAN总线报文，并
通过程序设定对比发动机故障码表，最后以汉显的方式在仪表液晶屏上显示故障，这样解除了一直以来驾驶员和维修人员对故障难确定、难排查的困扰［4］。

表1 潍柴发动机CAN节点地址表节点地址（Hex）0x 00 0x 03 0x 0B 0x 0F 0x 10 0x 17 0x 1D 0x 21 0x 24 0x 27 0x 29 0x 3D 0x 52 0x EE 0x F9节点地址（Dec）031 1 15 16 23 29 33 36 39 41 61 82 238 249节点名称发动机控制单元传动系控制单元（变速器）电控制动系（ABS／ASR）发动机缓速器驱动系统缓速器仪表防盗系统车身控制单元PTO车辆智能中心排气缓速器尿素控制单元（DCU）NOx 传感器转速表故障诊断
表2 康明斯发动机CAN节点地址表节点地址（Hex）0x 00 0x 03 0x 07 0x 0B
0x 0F 0x 10 0x 17 0x 21 0x 27 0x 28 0x 29 0x 2B 0x 31 0x E8 0x EE 0x EF 0x
F9 0x FF节点地址（Dec）0371 1 15 16 23 33 39 40 41 43 49 232 238 239 249 255节点名称发动机控制单元变速器PTO制动控制系统ABS缓速器-发动机
部分缓速器-传动系部分组合仪表车身控制单元管理控制计算机驾驶室显示系统发
动机辅助缓速器在线诊断单元驾驶室主控制器前方道路图像处理器行驶记录仪混合动力控制器离线诊断工具全局地址
故障主界面提示，仪表上电后，进入“主界面”，若主界面左上角存在三角形
带感叹号的图标，表示发动机存在故障码或需进行维修保养，如图1所示。

图1 故障提示界面
通过对仪表上的“功能” 按钮进行操作，进入“诊断界面”。

若发动机存在故
障码，在诊断界面将会出现“燃油传感器短路、油压传感器断路” 等故障显示信息，需对相应故障部位进行排故。

当故障清除完后，仪表重新上电，诊断界面
将显示“当前无故障报文”。

2 仪表数字化功能
车辆仪表数字化的实现，通过采用嵌入式计算机技术，对车辆中各个系统及传感器进行数据采集、数据处理及状态显示。

具体可分为4类。

1）开关量：灯系（前照灯、前雾灯、示廓灯、近光灯、远光灯、后雾灯、制动灯、倒车灯等）开关，变速器高低档，变速器空档，手制动，排气制动，
轴间差速锁，轮间差速锁，车门关闭等。

2）模拟量：制动气压，蓄电池电压，燃油油量，发动机油压，发动机油温，
冷却水温度等。

3）脉冲量：里程速度，发动机转速等。

4）数值量：车辆电控单元（ECU、 ABS、 ASR、ECT、 PPS、 CCS等）运行
状态。

仪表通过将采集到的开关量信号、模拟量信号、脉冲量信号转换成CAN总线数据，并以报文形式存储及发送，进行数据的共享。

实现辅助车身模块功能，避
免车身模块再次对仪表已采集的信号进行重复采集，降低车身模块软硬件成本，
并为仪表网络化提供坚实的基础［5］。

数据通过总线以CAN报文形式进行传输，具有更好的抗干扰性。

其中仪表所采集到的开关量转换为CAN总线数据的对应表如表3所示。

仪表将采集到的各类信号利用后再转换成CAN信号，既是对当前整车数据的充分
利用，又是为实现整车CAN网络降低成本的一种解决方案。

3 仪表通用化功能
3.1 通用化功能原理
本文设计方法为：当仪表上电时搜索触发信号，根据触发信号进行参数选定，再将参数保存至存储器中。

其原理为在仪表存储器中事先将不同发动机型号及各参数数据进行链表连接，在安装仪表时，只要选择发动机型号就能实现接收、发送ID的标定及相关数据的发送、接收；针对车型及发动机型号的不同，可将传感器总线及硬线接口都预留在仪表中，从而实现一表通用的功能。

通用化功能原理框图如图2所示。

表3 仪表CAN总线开关量输出对应表序号ID 1234567891 1C1F3E17
18FF0317 0 11 12 13 14 15 16 17 18项目气压过低报警制动信号轮间差速轴间差速驻车报警倒车信号低档信号空档信号前雾灯信号后雾灯信号左转向信号右转向信号远光信号开门报警双闪报警近光灯信号喇叭信号工作灯18FF0017描述BYTE ／BIT Byte2／Bit5、6／01-有效、10-无效Byte3／Bit1／0-断开、1-闭合Byte3／Bit2／0-断开、1-闭合Byte3／Bit3／0-断开、1-闭合Byte3／Bit4／0-断开、1-闭合Byte1／Bit2／0-断开、1-闭合Byte1／Bit4／0-断开、1-闭合Byte3／Bit1／0-断开、1-闭合Byte1／Bit7／0-断开、1-闭合Byte1／Bit8／0-断开、1-闭合Byte2／Bit1／0-断开、1-闭合Byte2／Bit2／0-断开、1-闭合Byte2／Bit3／0-断开、1-闭合Byte2／Bit5／0-断开、1-闭合Byte2／Bit7／0-断开、1-闭合Byte2／Bit8／0-断开、1-闭合Byte3／Bit7／0-断开、1-闭合Byte4／Bit4／0-断开、1-闭合
图2 通用化功能原理框图
操作方法为：在仪表上设定仪表模式，选择发动机型号，然后通过仪表标定模块对不同型号发动机的ID号进行标定，并将接收到的发动机ID号所对应的数据进
行数据处理，将实际安装的发动机状态信息及车体其它信息（如机油压力、燃油油位、冷却水温、气压值等）在仪表上进行显示；对于部分传感器不能实现CAN总线数据的传输，可通过设置冗余接口［6，7］来解决。

即同时设置硬线
及总线接口，最终实现适用于不同型号发动机的仪表。

其中，仪表的部分总线数据ID如表4所示。

表4 仪表发送、接收常用报文表发动机型号转速ID（接收）车速ID（发送）里
程ID（发送）水温ID（接收）油压ID（接收）尿素液位ID（接收）限速指示ID （接收上海日野0CF00400 0CFE6C17 18FEC117 18FEEE00 18FEEF00
1CFF6F00 0CF00300潍柴0CF00400 0CFE6CEE 18FEC117 18FEEE00
18FEEF00 18FE5600 0CF00300康明斯0CF00400 0CFE6CEE 18FEC117
18FEEE00 18FEEF00 18FE5600 0CF00300
3.2 仪表通用化设置
由于整车配置的不同，发动机的类型也并不一致，因此车辆在出厂前将根据实车情况在仪表内对发动机类型和排放等级进行设定。

由于日野欧Ⅲ发动机车型较多，故将发动机类型和排放等级的默认值设定为“日野发动机” 和“欧Ⅲ”，以尽
量减少重新标定的工作量。

在仪表上电后，进入仪表主界面，如图3所示。

通过长按仪表上的“功能” 键
进入“设置界面”，界面设置项具体包括仪表类型选择、排放等级设置、车速报警设置、转速报警设置、背光亮度设置、报警时间设置、日期时间设置，如图
4所示。

图3 仪表主界面
图4 仪表设置界面
在“仪表类型选择” 项，可进行日野发动机、潍柴发动机、康明斯发动机等发
动机类型选择，具体可通过点按参数调整键+、 -键进行相应发动机的选择，选
择完毕后点按“确认” 键进行设置确认。

“排放等级设置” 项的操作同“仪表类型选择”一样，可进行欧Ⅲ、欧Ⅳ2个
排放标准的选择，欧Ⅳ发动机比欧Ⅲ发动机多了后处理系统这一块数据的显示内容。

3.3 仪表里程速比计算
汽车所行驶过的里程是用驱动轮的转数来计算的，汽车驱动轮的转动经后桥内主
减速器、传动轴、变速器的蜗轮蜗杆传至车速传感器，并通过车速传感器将信号传给车速里程表。

整车车速里程表速比计算，一般以车辆行驶1 km时车速传感
器输出的脉冲数
式中：k1——后桥主减速比；k2——变速器里程减速比；r——轮胎滚动半径；m——车速传感器磁极对数（目前市场上常用的有8个／转、16个／转2种）。

3.4 仪表里程脉冲设置
因《GB 7258—2012机动车运行安全技术条件》中规定，车速表指示车速v1 （单位： km／h）与实际车速v2之间应符合关系式：0≤v1-v2≤（v2／10）+4。

由于汽车品种繁多，相应的汽车轮胎、主减速器、变速器等的规格也各有差异。

因此，为了正确指示汽车所行驶的车速和驶过的里程数，在车速里程表中就要设
置相应的各种减速比机构，造成仪表的多样化，这样既不经济也不符合标准化要求。

为了使一种车速里程表能适用于多品种的汽车，即可通过仪表设置界面根据
实际车辆选配情况将计算出的里程表速比值进行重新标定，并设定一定偏差值，
使仪表指示速度不小于汽车的实际速度，从而达到一表多用的目的。

本文涉及的仪表，具体里程脉冲设置方法为：通过输入密码进入“里程脉冲设置” 界面，再通过按动+、 -按钮进行脉冲数值的设定，并按“确认” 按钮，完成脉
冲数的设定，其中默认初始值为8 000。

4 总结
本文所涉及的数字式通用仪表具有功能齐全、检测精度较高、响应速度快、显示信息量大等特点。

可将车辆发动机故障信息进行汉字显示，增强故障代码的可读性。

具有将采集到的开关量、模拟量、脉冲量信号转换为CAN总线数据，实现仪表的数字化，并充当辅助车身模块功能，降低了整车成本。

可将不同车辆配置信息录入仪表装置，通过更改仪表设置数据实现仪表的通用化功能。

因此该仪表采用CAN总线技术，具备通用性强、低成本的整车网络化、故障诊断中文提示和查询等新技术。

该仪表已在我司主流搅拌车运输车SYM1250T3、SYM1310T、 SYM1311T等车型上批量实施。

仪表实物如图5所示。

图5 仪表实物
参考文献：
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