混合動力汽車CAN總線觸摸屏儀表設計

楊甲輝

(同濟大學智能型新能源汽車協同創新中心，上海 201804)

0 引言

除了一些剛成立的主機廠重新開發混合動力汽車整車平臺外，大多數動力系統設計方案是在原有傳統燃油車動力系統平臺的基礎上改制而成。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絡(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計方案。當然，該方案也適用于整個全新儀表的重新定義與開發[1]。

1 儀表在HEV電子電氣架構中的作用

HEV是指在傳統動力汽車的基礎上再加裝一套其他動力控制系統的新型汽車[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、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中，除了要顯示傳統燃油車相關信息外，主要是需要補充顯示電動汽車動力系統相關信息。這些信息來源以CAN總線為主。CAN總線技術得到了廣泛的應用[4]，將對汽車電子技術發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關，連接動力系統CAN及原車CAN總線網絡。為了CAN總線負載均衡及總線節點布置位置優化，新增的觸摸屏儀表也放置在原車CAN總線網絡。各總線網絡通信速率都為500 kbit/s。動力系統網絡有動力控制單元、車載直流/直流(direct current direct current, DC/DC)變換器及電池管理系統等。發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絡中。車載充電機主要與動力電池管理系統通信，故放置在電池管理系統子網中。在新增混合動力系統中，除了這些控制器節點外，還需要有發動機及電動機2種動力耦合的裝置及高壓轉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總線協議

根據改制樣車功能需求，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、動力系統故障、電機轉速、電池、空檔狀態、能量模式及分動箱模式等。

表1 信號表

動力總成控制器發往觸摸屏儀表的部分通信協議如表2所示。

表2 通信協議

為了將所需信號通過CAN總線傳輸到觸摸屏儀表，需要將信號編寫成通信協議。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，信號所在通信協議中的位數位置要特別注意，后續設計顯示界面時解析協議的重點。另外，為提高顯示精度，就需要設計合適的偏移量和分辨率，取整數來設計。一般而言，儀表作為CAN總線網絡節點中的一部分，其還需要反饋自己的工作狀態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

儀表系統的硬件設計原則要求該系統既能實現設計的功能，又要求系統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、是否滿足車規級其他要求，比如防水等級及工作環境溫度等。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 觸摸屏儀表界面設計

觸摸屏儀表的界面設計是本文的重點內容，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組態開發軟件，為工程技術人員提供了一種采用搭積木的方式制作現場控制過程和控制界面的工具[5-7]，為儀表的實現提供了極大的便利。設計時，首先新建一個工程，選擇Opencan協議，其他根據需要填寫。然后，進行通信口配置，需要將波特率設置為500 kbit/s。通過OpenCAN Assistant設置，根據前面描述的協議解析CAN信號。根據項目需要，設計的整體主界面包括電機轉速、車速和選用指針顯示，其他各種狀態量和開關量用數字和文字顯示[8]。因此，主要設計了盤式顯示模式及數字、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總線協議轉換成*.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點。經測試，觸摸屏儀表能準確顯示相關文字和數據，盤式顯示模式指針不搖擺，顯示正確。

6 結束語

通過前文所述的方案和測試結果可知，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]。其具有以太網接口，將其接入互聯網，可以實現基于客戶機/服務器(client/server, C/S)模式的手機端及計算機端的遠程監控和實現基于瀏覽器/服務器(browser/server, B/S)模式的WEB端遠程監控等。