蔡靈靈

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司輕卡研發(fā)部，安徽 合肥 230601）

某輕卡組合儀表的設(shè)計(jì)

蔡靈靈

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司輕卡研發(fā)部，安徽 合肥 230601）

文章介紹了CAN總線及SAE J1939協(xié)議，探討了利用CAN總線技術(shù)對某輕卡全CAN組合儀表的設(shè)計(jì)方法，并對全CAN組合儀表車速里程表、燃油表、發(fā)動機(jī)水溫表、氣壓表、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速表及報(bào)警燈的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。

CAN總線；SAE J1939協(xié)議；組合儀表

前言

控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network，簡稱CAN）是一種支持分布式和實(shí)時控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，儀表利用CAN總線成為車身網(wǎng)絡(luò)的一部分，遵循SAE J1939協(xié)議可讀取整車相關(guān)信息，大大減少汽車線束的數(shù)量，由于其高性能、高可靠性、經(jīng)濟(jì)性，CAN通訊已在商用車上得到廣泛應(yīng)用，但目前輕卡組合儀表多為半 CAN儀表，在某輕卡組合儀表開發(fā)過程中，由于整車CAN通信及降重、降成本等的需要，開發(fā)出全CAN組合儀表。

1 CAN總線及SAE J1939協(xié)議簡介

CAN總線是現(xiàn)場總線的范疇，是德國Bosch公司在20世紀(jì) 80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制和測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。CAN總線的通信實(shí)時性強(qiáng)，數(shù)據(jù)傳輸速率可高達(dá)1 Mb/s，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或者光導(dǎo)纖維，通過標(biāo)準(zhǔn)的插接件能夠方便的連接。CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時性和靈活性，是目前應(yīng)用最廣泛的一種汽車總線。

SAE J1939協(xié)議是美國汽車工程師協(xié)會SAE(Society of Automotive Engineer)發(fā)布的以 CAN2.0B作為網(wǎng)絡(luò)核心協(xié)議的車輛網(wǎng)絡(luò)串行通信和控制協(xié)議。J1939是參照ISO的開放式數(shù)據(jù)互聯(lián)模型定義的7層基準(zhǔn)參考模型而制定的。該協(xié)議明確規(guī)定汽車內(nèi)部ECU的地址配置、命名、通訊方式以及報(bào)文發(fā)送優(yōu)先級等，并且對汽車內(nèi)部各個具體的ECU通訊作了詳細(xì)的說明。它使用多路復(fù)用技術(shù)，為汽車上的各種傳感器、執(zhí)行器和控制器提供建立在 CAN總線基礎(chǔ)上的標(biāo)準(zhǔn)化的高速網(wǎng)絡(luò)連接，在車載電子裝置之間實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)共享，有效地減少了電子線束的數(shù)量，提高了車輛電子控制系統(tǒng)的靈活性、可靠性、可維修性和標(biāo)準(zhǔn)化程度，更大程度地發(fā)揮了CAN總線優(yōu)異的性能。

2 表盤的設(shè)計(jì)

2.1 儀表主要功能介紹

該儀表功能強(qiáng)大，表盤有以下五種指示儀表：車速里程表、燃油表、發(fā)動機(jī)水溫表、制動氣壓表、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速表，它們采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，分別顯示汽車的汽車行駛的速度、油箱的燃油量、發(fā)動機(jī)水溫、制動氣壓和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速。儀表表盤上有31個LED報(bào)警燈。另外，該儀表具有點(diǎn)陣LCD液晶窗口，可顯示小計(jì)里程、總計(jì)里程、平均油耗、行駛時間、平均車速、尿素液位、報(bào)警文字等。

2.2 車速里程表的設(shè)計(jì)

該輕卡車速的輸入信號是根據(jù) ABS控制器傳送的輪速傳感器的脈沖信號，儀表通過單位時間接收到的脈沖信號計(jì)算出實(shí)際車速，然后通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動端口使車速表步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，使車速表指針指示相應(yīng)車速。

該輕卡的相關(guān)參數(shù)為：后橋主減速比為4.33，變速器里程表主被齒比15/4，輪胎型號為8.25R16 14PR輪胎，通過查詢相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)知，該輪胎空載半徑為 0.43m，靜載半徑為0.4m。儀表速比計(jì)算公式：I=（1000×后橋速比×變速器主被齒比）/2πR。

其中：R為輪胎滾動半徑

表1

由上表計(jì)算得出儀表速比為 430，滿足整車車速顯示需求。

2.3 燃油表的設(shè)計(jì)

燃油表可以顯示油箱內(nèi)的燃油量,駕駛員可根據(jù)燃油表的顯示值來判斷車輛的續(xù)航里程。燃油表有指針式和斷碼式兩種。指針式一般標(biāo)出“E”、“1/4”、“1/2”、“3/4”、“F”等刻度；斷碼式采用LCD方式顯示，該輕卡燃油量的顯示采用指針式。油箱內(nèi)燃油傳感器為浮子式結(jié)構(gòu)，浮子可隨液面的位移而自動移動，同時浮子的移動可帶動內(nèi)部裝有滑動電阻器的機(jī)構(gòu)。當(dāng)油箱內(nèi)的液位出現(xiàn)變化時，浮子位置的高低會隨著變化，同時，滑動電阻器會輸出不同的電阻，儀表通過采樣電路采集燃油表傳感器的電阻值，然后將該電阻值輸入到微處理器的A/D接口得到采樣信號，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，儀表通過內(nèi)置的軟件處理，計(jì)算出油箱內(nèi)的油量，然后通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動端口使燃油表步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，使燃油表指針指示相應(yīng)燃油量。

表2 燃油表指針與燃油傳感器電阻關(guān)系

2.4 發(fā)動機(jī)水溫表的設(shè)計(jì)

汽車水溫表用來顯示發(fā)動機(jī)冷卻水的工作溫度，同時向駕駛員顯示發(fā)動機(jī)水溫是否正常。與燃油表相同，水溫表也有指針式和斷碼式兩種顯示方式，該輕卡水溫表的顯示采用指針式。水溫傳感器將熱敏電阻的阻值信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換送至ECU，然后，儀表從CAN報(bào)文中讀取水溫信息，并通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動端口使水溫表步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，指示出發(fā)動機(jī)水溫。

表3 發(fā)動機(jī)水溫與水溫表的對應(yīng)刻度

2.5 制動氣壓表的設(shè)計(jì)

該輕卡采用雙回路氣壓制動，儀表配備雙表單針氣壓表，分別顯示主儲氣筒、副儲氣筒的氣壓值。氣壓表的顯示采用指針式，其顯示邏輯為：氣壓表傳感器將氣壓信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，儀表根據(jù)檢測到的電壓值，通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動端口驅(qū)動氣壓表步進(jìn)電機(jī)，使指針指示相應(yīng)儲氣筒氣壓值。

表4 氣壓表指針與氣壓傳感器電壓之間的關(guān)系

2.6 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速表的設(shè)計(jì)

發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速表用來提示駕駛員當(dāng)前發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信息，該輕卡轉(zhuǎn)速表的顯示采用指針式，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號通過 CAN總線傳送至ECU，儀表通過讀取轉(zhuǎn)速報(bào)文信息，使步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動端口驅(qū)動轉(zhuǎn)速表步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)帶動指針指示發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速。

表5 轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速表刻度

2.7 尿素表的設(shè)計(jì)

尿素表用來顯示尿素罐中的尿素液位，該輕卡的尿素液位顯示邏輯為尿素液位傳感器將尿素液位信息上傳至 ECU中，然后儀表讀取尿素液位對應(yīng)的 CAN報(bào)文，經(jīng)過軟件處理將尿素液位信息在液晶屏上顯示出來。

表6 尿素液位與儀表LCD刻度線對應(yīng)關(guān)系

表7

2.8 儀表指示燈

儀表指示燈按照汽車操縱件信號裝置的標(biāo)志劃分為三種顏色，分別為綠色：正常運(yùn)行指示；黃色：警告指示；紅色：危險(xiǎn)報(bào)警指示。指示燈信號來源有：硬線、CAN線。該輕卡儀表盤上有 31個指示燈，其中 21個指示燈的信號來源為CAN信號。具體如表7所示。

3 結(jié)論

本文在研究CAN總線和SAE J1939協(xié)議的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出輕卡全CAN組合儀表。相對于非CAN儀表，該全CAN儀表具有以下優(yōu)點(diǎn)：減少了儀表與其他電子設(shè)備之間通信所用的線束，降低系統(tǒng)成本；可靠性及穩(wěn)定性高；通過 CAN報(bào)文可直觀地看到車輛故障。

[1] 孫仁云,付百學(xué).汽車電器與電子技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2015.

[2] 饒運(yùn)濤,鄒繼軍.現(xiàn)場總線 CAN 原理與應(yīng)用[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2003.

[3] 鐘龍平,陳建清,繆傳杰等.基于CAN總線的組合汽車儀表盤的設(shè)計(jì)[J].傳感器世界,2010.16（4）:32-36.

[4] SAE J1939:Recommended Practice for a Serial Control and Commu-nications Vehicle Network 2000:78-105.

中國汽研汽車風(fēng)洞項(xiàng)目順利實(shí)施

位于重慶的中國汽車工程研究院股份有限公司汽車風(fēng)洞項(xiàng)目將建成包含公共準(zhǔn)備區(qū)的汽車空氣動力學(xué)-聲學(xué)風(fēng)洞試驗(yàn)室、汽車環(huán)境風(fēng)洞試驗(yàn)室、環(huán)境模擬試驗(yàn)室以及一系列浸車室。最終形成服務(wù)于汽車全行業(yè)的第三方公共技術(shù)服務(wù)平臺。

該項(xiàng)目目前建筑部分已經(jīng)完成85%，工藝設(shè)備設(shè)施已經(jīng)全部進(jìn)行了采購，并按計(jì)劃陸續(xù)發(fā)貨。完成了主要設(shè)備的彈性基礎(chǔ)安裝，啟動了鋼結(jié)構(gòu)的安裝，并于2017年11月底全面進(jìn)入設(shè)備安裝階段。

項(xiàng)目預(yù)計(jì) 2018年底完成調(diào)試驗(yàn)收，中國汽研汽車風(fēng)洞中心將憑借強(qiáng)大的試驗(yàn)設(shè)施、優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì)和全方位的服務(wù)理念為汽車行業(yè)提供汽車空氣動力學(xué)、氣動聲學(xué)、熱力學(xué)相關(guān)的風(fēng)洞試驗(yàn)、CFD仿真等汽車技術(shù)研發(fā)解決方案。

（編輯：陳婷 供稿：陳軍）

The Design Of A Light Truck’s Combination Instrument

Cai Lingling
( Anhui Jianghuai Automobile GroupCorp., Ltd R&D Department, Anhui Hefei 230601 )

This article introduced the CANBUS and SAE J1939 Protocol, exploring a way to design a light truck’s full CAN network combination instrument by using CANBUS technology. Besides, The article introduced a way to design the speedo-meter, fuel gauge, engine cooling thermometer, engine tachometer and gas-pressure meter in detail.

CANBUS; SAE J 1939 Protocol; Combination instrument

U462.1

A

1671-7988 (2017)21-08-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.21.004

CLC NO.: U462.1

A

1671-7988 (2017)21-08-03

蔡靈靈，學(xué)士，工程師，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司、主要研究方向：汽車電器。