混合動力汽車CAN總線觸摸屏儀表設(shè)計

楊甲輝

(同濟大學(xué)智能型新能源汽車協(xié)同創(chuàng)新中心，上海 201804)

0 引言

除了一些剛成立的主機廠重新開發(fā)混合動力汽車整車平臺外，大多數(shù)動力系統(tǒng)設(shè)計方案是在原有傳統(tǒng)燃油車動力系統(tǒng)平臺的基礎(chǔ)上改制而成。混合動力汽車(hybird electrical vehicle，HEV)車用儀表可以基于原有儀表，再加裝一個顯示屏，以補充顯示油電混合動力汽車所需的重要信息。這種儀表方案比直接開發(fā)一款新的混合動力汽車專用儀表的性價比更高。目前，汽車平臺核心總線都是基于控制器局域網(wǎng)絡(luò)(controller area network,CAN)總線。混合動力汽車也不例外。

基于這個思路及項目的特殊性，本文詳細介紹了一種基于CAN總線觸摸屏的新增混合動力汽車儀表設(shè)計方案。當(dāng)然，該方案也適用于整個全新儀表的重新定義與開發(fā)[1]。

1 儀表在HEV電子電氣架構(gòu)中的作用

HEV是指在傳統(tǒng)動力汽車的基礎(chǔ)上再加裝一套其他動力控制系統(tǒng)的新型汽車[2]。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(shù)、故障、里程等信息，是每一輛汽車必不可少的部件[3]。在混合動力汽車電子電氣架構(gòu)中，除了要顯示傳統(tǒng)燃油車相關(guān)信息外，主要是需要補充顯示電動汽車動力系統(tǒng)相關(guān)信息。這些信息來源以CAN總線為主。CAN總線技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用[4]，將對汽車電子技術(shù)發(fā)展起到積極推進作用。

圖1是某混合動力汽車CAN總線拓撲圖。動力總成控制器作為網(wǎng)關(guān)，連接動力系統(tǒng)CAN及原車CAN總線網(wǎng)絡(luò)。為了CAN總線負載均衡及總線節(jié)點布置位置優(yōu)化，新增的觸摸屏儀表也放置在原車CAN總線網(wǎng)絡(luò)。各總線網(wǎng)絡(luò)通信速率都為500 kbit/s。動力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)有動力控制單元、車載直流/直流(direct current direct current, DC/DC)變換器及電池管理系統(tǒng)等。發(fā)動機控制器主要與動力控制單元通信，放在動力控制單元子網(wǎng)絡(luò)中。車載充電機主要與動力電池管理系統(tǒng)通信，故放置在電池管理系統(tǒng)子網(wǎng)中。在新增混合動力系統(tǒng)中，除了這些控制器節(jié)點外，還需要有發(fā)動機及電動機2種動力耦合的裝置及高壓轉(zhuǎn)接分配的高壓接線盒等。

圖1 某混合動力汽車CAN總線拓撲圖

2 CAN總線協(xié)議

根據(jù)改制樣車功能需求，觸摸屏儀表需要補充顯示的部分信號如表1所示。這些信號主要有車輛是否就緒、動力系統(tǒng)故障、電機轉(zhuǎn)速、電池、空檔狀態(tài)、能量模式及分動箱模式等。

表1 信號表

動力總成控制器發(fā)往觸摸屏儀表的部分通信協(xié)議如表2所示。

表2 通信協(xié)議

為了將所需信號通過CAN總線傳輸?shù)接|摸屏儀表，需要將信號編寫成通信協(xié)議。表2中：CAN總線通信ID為182H，周期為20 ms，編碼格式為Intel格式。需要說明的是，信號所在通信協(xié)議中的位數(shù)位置要特別注意，后續(xù)設(shè)計顯示界面時解析協(xié)議的重點。另外，為提高顯示精度，就需要設(shè)計合適的偏移量和分辨率，取整數(shù)來設(shè)計。一般而言，儀表作為CAN總線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中的一部分，其還需要反饋自己的工作狀態(tài)及故障診斷信息到動力總成控制器，方法和原理相同，不再詳述。

3 觸摸屏儀表硬件選型

儀表系統(tǒng)的硬件設(shè)計原則要求該系統(tǒng)既能實現(xiàn)設(shè)計的功能，又要求系統(tǒng)工作可靠且具有持久性[5-6]。而觸摸屏儀表的硬件具有通用性，市面上有很多，選型時主要考慮是否帶有CAN總線通信接口、是否滿足電壓等級、是否滿足車規(guī)級其他要求，比如防水等級及工作環(huán)境溫度等。如果儀表在改制樣車中使用，條件可以放寬。硬件選型如表3所示。

表3 硬件選型

4 觸摸屏儀表界面設(shè)計

觸摸屏儀表的界面設(shè)計是本文的重點內(nèi)容，主要完成儀表的界面顯示及CAN通信的解析。所選觸摸屏廠家自帶名為HMIEditorP組態(tài)開發(fā)軟件，為工程技術(shù)人員提供了一種采用搭積木的方式制作現(xiàn)場控制過程和控制界面的工具[5-7]，為儀表的實現(xiàn)提供了極大的便利。設(shè)計時，首先新建一個工程，選擇Opencan協(xié)議，其他根據(jù)需要填寫。然后，進行通信口配置，需要將波特率設(shè)置為500 kbit/s。通過OpenCAN Assistant設(shè)置，根據(jù)前面描述的協(xié)議解析CAN信號。根據(jù)項目需要，設(shè)計的整體主界面包括電機轉(zhuǎn)速、車速和選用指針顯示，其他各種狀態(tài)量和開關(guān)量用數(shù)字和文字顯示[8]。因此，主要設(shè)計了盤式顯示模式及數(shù)字、文字顯示模式。

5 觸摸屏儀表測試

通過VECTOR公司的CANape自帶CANdb++工具[9]將CAN總線協(xié)議轉(zhuǎn)換成*.dbc文件，在計算機上運行CANape上位機軟件模擬動力總成控制器節(jié)點。經(jīng)測試，觸摸屏儀表能準確顯示相關(guān)文字和數(shù)據(jù)，盤式顯示模式指針不搖擺，顯示正確。

6 結(jié)束語

通過前文所述的方案和測試結(jié)果可知，基于CAN總線的觸摸屏儀表，可以滿足混合動力汽車新增儀表功能要求。如果把各種信息都通過CAN總線匯集到該觸摸屏儀表，整體儀表重新開發(fā)定制也可以滿足純電動汽車、油電混合動力汽車、電電混合燃料電池汽車[10]及智能駕駛汽車等新能源汽車儀表及其他子系統(tǒng)的智能駕駛輔助功能需求。改制樣車界面顯示形象，性價比尤為突出[11]。其具有以太網(wǎng)接口，將其接入互聯(lián)網(wǎng)，可以實現(xiàn)基于客戶機/服務(wù)器(client/server, C/S)模式的手機端及計算機端的遠程監(jiān)控和實現(xiàn)基于瀏覽器/服務(wù)器(browser/server, B/S)模式的WEB端遠程監(jiān)控等。