基于网络化汽车组合仪表的设计

基于网络化汽车组合仪表的设计
组合仪表是汽车的重要组成部件，对于汽车安全行驶至关重要。

组合仪表通常是由以下几部件构成：油量表，水温表，转速表，车速表，里程表，照明系统和报警系统等。

为了简化电子控制单元之间进行复杂的信息传递和数据交换，汽车网络化技术应运而生。

迄今为止，已有多种网络标准，如ISO的V AN、SAE 的J1850和BOSH的CAN等。

其中，CAN以起独特的设计，优异的性能和极高的可靠性得到了最为广泛的应用。

标签：CAN总线设计；汽车组合仪表；设计分析
1 基于网络化汽车组合仪表的总体需求及设计
汽车仪表的功能就是获取需要的数据并采用合适的方式显示出来。

以前的仪表一般限制在3～4个量的显示和4-6个警告功能，现在新式仪表则达到有约15个量的顯示和约40个警告监测功能。

导致仪表显示信息量快速增长的主要原因有以下几方面：
·汽车上的新功能部件不断增加，如ABS、安全气囊、倒车雷达等：
·对汽车行驶中的状态要求更加实时的了解，如胎压、水温、油耗等：
·对汽车各部件的工况要求更加细致的掌握，如灯光、车门、车锁、安全带等。

不同的信息有不同的获取方式和显示方式，目前新式仪表信息获取方式主要有三种：
·通过车身总线传输：
·通过A/D采样转化：
·通过10状态变化获取。

对于显示方式，主要有五种方式：通过驱动步进电机带动指针转动：通过点阵LCD屏显示图形或数字信息；通过段式LCD屏或数码管显示：通过LED灯的开关显示：通过蜂鸣器的不同鸣音指示当前状态。

2 汽车CAN总线组合仪表技术总体设计
2.1 现场总线设计
CAN总线在人类生产活动中使用非常广泛，其代表着汽车总线技术发展的
新方向。

CAN总线系统是集现代化信息技术、通信技术于一体的一种分散化、网络化和数字化以及双向互动化的现代网络通信系统。

该系统主要是由多个监控装置连接而成，遵守统一的通信协议，对信号进行采集、处理、传输、显示等，最终形成一种自动化控制系统。

现场总线是连接各个子系统的重要构成部分，与各个系统协作完成现场总线作业。

其具体结构设计如图1所示：
2.2 系统主要功能
上述系统结构的主要功能是通过CAN总线技术实现对控制对象的控制。

系统具有的基本功能是实现发动机转速表、车速表、水温表等仪表的准确指示；报警功能，以提示音或者红色预警信号提出，在行车前、中、后，及时提示汽车的状态，驾驶员能掌握汽车行驶的情况，避免突发状况，确保安全行驶；CAN总线具有通讯功能，主要是利用通讯技术对汽车上所有的电子控制设备进行监控，还能采集行车的转速、时速等、电池蓄电状态；当汽车发生故障时，还能报警和警示功能。

除此之外，现代汽车CAN总线技术还有彩屏显示、模拟量、脉冲量等。

3 CAN系统开发与试验
基于上述总体结构设计，CAN总线组合仪表系统硬件和软件设计主要是由总线对各个控制系统进行操作，而对CAN的测试和验证是非常关键的环节，下面以USB-CAN转换器为例，设定通信协议，使用CAN总线调试。

对系统进行在线验证。

3.1 系统调试
在CAN总线使用USB转换器，结构一端与CAN接口总线适配器，作为一个标准的CAN节点，然后将其连接到总线系统中，通过总线实现对现场CAN 的多方面控制。

当汽车抵达同一个目的地时，汽车可以选择高速公路，高速公路能节约耗油，更加适合汽车行驶，通过高速CAN总线传递信息，车身系统的CAN 总线连接了像中控锁、电动门窗、后视镜等。

然后根据组合仪表步进电机驱动模块生产设计，以波特率计算公式，Tq为时间单位，BT为比特位的时间，得出公式：
当fsys=24MHz时，由公式得出如下结论：为了提高行车的安全，一般车身系统使用的低速CAN总线，其运行的速率为100KB/s，在实际行车中，需要根据车子不同的性能进行调试。

系统通过信息传递直接实现控制，所以，对信息传递的要求高，需要CAN总线进行信息传递。

上述中两辆车子达到同一个目的地，选择高速能节约大量时间。

如果其中1辆车行驶速度慢，则需要选择普通国道，可以节约费用。

在CAN总线系统开发中，相同的控制单元其采用一个单位的传输速率，根据车主自身在行车中的需求，能通过调试CAN总线进行资源的合理优化配置，降低成本投入。

不管是单线还是多线控制，数据传递是整个系统的核心部分，保
证信息传输的速率和信息传输的质量和高效是关键，也是影响系统运行整体效益和可行性的主要因素。

3.2 开发可行性及优势
CAN总线系统开发和应用以CAN总线控制为中心，整个结构系统相当于一个电话会议，每个不同的用户都是一个控制单元，通过数据信号的传递，其他用户通过网络“接听”，对用户的需求进行利用，满足用户需求。

CAN总线就是一个驱动总线，对其他的控制单元进行控制，在传递数据时，也起到一个翻译的作用。

通过CAN总线技术的改进和应用，整个车载网络信息最终能实现共享。

与传统的CAN总线相比，数据传输速率更快，节省线束，降低车身的重量，并且优化了车身的布线方式，CAN总线控制技术相对于传统单一的运行模式，实现了双向互动的管理与控制，对于故障的诊断更加及时，系统整体的稳定性更高。

汽车组合仪表软件模块的开发与设计，在未来为了进一步完善系统，应该对系统软件设计语言进行选择，将高级程序语言编制到系统中，能对集成开发的环境进行详细分析和介绍。

针对系统软件模块化的设计以及功能需求的开发应该进一步对系统主程序的模块化进行开发与完善，并对各个系统主要的子系统和子模块深入开发和调试，通过实践的深入研究，不断提升整个系统的可靠性和稳定性。

4结语
通过对汽车组合仪表的设计探究，能够实现相对应的设计目标，使得汽车仪表在以后的设计中更为精确及紧凑，这将为汽车仪表的进一步发展和汽车舒适性的进一步提升奠定基础。

参考文献：
[1]马龙翔.基于嵌入式的汽车CAN总线控制系统设计[D].天津理工大学，2013.
[2]杜飞.汽车CAN总线网络控制系统设计及应用[D].石家庄铁道大学，2013.。