一款汽车组合仪表设计方案

一款汽车组合仪表设计方案 陈贵宏 张邵进 马世典 冯晓刚 1 上海汽车技术中心 南京 电子电器部 江苏南京 210061 2 江苏大学汽车工程研究院 江苏镇江212013 摘要 组合仪表作为最重要的信息显示窗口 是高档汽车开发的一个难点 本文介绍了一款汽车组合仪表的开 发方案 主要从软 硬件设计 逻辑功能等几个方面进行系统的阐述 为汽车仪表的开发提供了很好的设计指导 关键词 MG7 10 组合仪表 仪表原理 仪表功能 软件设计 中图分类号 U463 7 文献标识码 A 文章编号 1003 8639 2011 09 0001 03 Design Proposal of An Instrument Cluster on nG7 10 CHEN Gui hong ZHANG Shao jin MA Shi dian FENG Xiao gang 1 Electronic and Electric Department Nanjing Technical Center of SAIC Motor Nanjing 210O61 China Abstract The instrument cluster is a difficulty in advanced vehicle development as the most important display window The author introduces development proposal of a model of vehicle instrument cluster mainly its software and hardware design and logical function thus providing a good guide for instrument cluster developers Key words MG7 10 instrument cluster instrument principle instrument function software design MG7是一款具有纯正英伦风格的整车产品 它 的豪华大气 尊贵典雅 使其上市之后成为中国市 场上非常受欢迎的一款中高档商务轿车 MG7 10 款汽车是基于MG7开发的2010 model year年型车 在新车型中主要以升级网络配置与优化电气架构为 主要开发目标 近年来 随着整车架构网络的不断扩展 电器 件功能日益复杂 组合仪表作为车辆信息的主要显 示载体 需要与整车进行大量的数据交互 因此 仪表正朝着高集成化 高可靠性的方向不断发展 本文介绍了MG7一l0款汽车组合仪表的设计思 路 主要从其机械结构 功能 软硬件设计和工程 试验等几方面进行阐述 1 系统构成 1 1 电路设计 MG7一l0款汽车组合仪表是采用Freescale仪表专 用微处理器作为主要的控制核心 自带6通道的步 进电机驱动模块 本设计只用4路 并且使用了专 用的LED报警驱动芯片 大屏幕LCD点阵汉字图形 显示等先进技术 采用CAN总线和硬线共同使用的 I 0模式 使得仪表在外部接口引线最小化 PCB布 局也更为紧凑 1 2机械结构设计 该款仪表的外形结构是基于原英国R0VER75的 仪表外形 仅在局部进行微调 其仪表的灯箱架和 后壳 玻璃面板和后壳之间均采用了成熟的无螺钉 搭扣总装联接 该结构可靠性高 维修和安装更加 方便 仪表分解爆炸图见图1 图l仪表分解爆炸图 1 3材料设计 根据企业标准 对仪表结构件的材料有着严格 的要求 需要阻燃性能好 耐高温 以及达到VOC 控制要求 所以指针及刻度盘材料选择了高强度的 PC 壳体材料选择了耐高温的增强型ABS 2仪表主要功能介绍 该仪表功能强大 常用的指示仪表有4种 即 修改稿收稿臼期 201l O6 24 作者简介 陈贵宏 1966一 男 高级工程师 主要从事汽车仪表设计和开发工作 张邵进 1982一 男 工程师 主 要从事整车电气架构方案开发 车载总线系统设计 测试等 马世典 t978一 男 硕士 工程师 主要从事汽车造型电子 零部件开发等 冯晓刚 1982一 男 工程师 主要从事整车电气系统测试 设计和诊断开发等 汽车电器 全体员工祝广大读者 作者 客户工作顺利 身体健康l 2011年第9期 车速里程表 发动机转速表 发动机水温表和燃油 表 它们均采用指针式指示 分别显示汽车行驶的 速度 发动机转速 发动机水温和汽车油箱的油 量 在仪表表盘上有多达15个LED的报警指示灯 如左 右转向指示灯 制动信号灯 远光指示灯 ABS SRS 巡航 低油压 蓄电池充放电 油量 低和水温高报警指示灯等 同时 该仪表还设有 上 下两个不同的LCD液晶窗口 下方是段码LCD 显示 主要显示里程信息 档位及模式 外部温 度 维修保养里程等信息 上方是点阵LCD显示窗 口 120 64 显示行车电脑的信息 各种带图标 文字的报警信息 外部灯泡故障信息指示等 该仪 表的详细功能示意见图2 图2仪表功能示意图 3硬件设计 该仪表硬件部分的设计主要包括以下几个方 面 主控电路系统设计 包括主芯片选型 I O 分配 输入输出电路设计 包括信号采集 电 机驱动 液晶 LED显示驱动 报警声音 CAN 总线硬件设计 背光调节电路 电源设计 显示界面布置 MG7 10款汽车组合仪表主芯片功能框图如图3 所示 它是以Freescale 16bit的组合仪表的专用单 片机 MC9S12XHZ512型 为核心平台 直接集成 图3 MG7 10款汽车组合仪表主芯片功能框图 了步进电机的驱动芯片 可实现6路步进电机的驱动 驱动6表头显示 并带有步进电机归零检测 32x4 的LCD驱动 并带有X处理器 可实现大规模点阵 式LCD驱动 2路CAN处理控制模块 8通道的PWM 波处理 可实现背景光的无级调节 以及RAM 随 机存储器 EEPR0M 电可擦可编程只读存储器 等 其中燃油箱的油量信号和 1 部温度传感器信号 通过模拟信号传送给仪表 仪表芯片进行A D转 换 并进行内部处理后进行正确的显示 其余的输 入信号通 CAN g号及数字信号传输给仪表 仪表 上还带有小计里程清零按钮和行车电脑选择开关 该数字组合仪表与机械仪表和十字交叉线圈仪表最 大的不同之处 就是采用了步进电机作为指针的驱 动 步进电机响应迅速 指示准确 配合相应的软 件可以实现非常丰富的显示效果 本款仪表选取瑞 士SWITECH公司生产的步进电机 该电机的特点是 扭力较大 工作稳定 指示平稳 噪声低 可靠性 高 但对生产加工要求很高 组合仪表的设计原理 框图如图4所示 l 蓄电池 l 微处理器 5v l TJA1040 I电源管理 I 一 l KL R l 一 中断 CAN 控制器 Il 发器I RT1 BCA u 1 KL 15 I 车速表 燃油液位传感器 U模拟 ADC 步进电 转速表 外部环境温度传感器H输入卜 模数转换 机驱动 燃油表 水温表 l充放电指示 毅罕输入 SPI出 GPIo 行接口 1 T口n 驾驶员安全带 T o接口 手制动 制动液位 l档嘉幅昔 制动片磨损 脉宽调制 LCD背光 PWM 肄 祷 脉宽调制 殿码LCD 点阵信息中心 H ParalldI ol Ic Hl益票 图4组合仪表的设计原理框图 4仪表软件部分设计 仪表软件的开发 要求按照倒V型软件开发的 流程 在流程开发的每一个环节都必须严格控制软 件代码的品质 降低开发的风险 缩短软件开发的 周期 保证软件开发的品质 组合仪表的软件开发 先期要根据整车功能要 求 画软件流程图 搭出整个软件的结构框架 与 架构工程师和系统工程师充分沟通 写好底层的各 种驱动程序 进行软件的初步调试 底层调试通过 以后 根据各个模块的功能要求 编写各个功能程 序 完成仪表的主要功能 这个阶段的功能验证只 能在试验台架进行 同时在这个过程中尽可能在整 2 汽车电器 2011年第9期 任丘市鸿臣蓄电池用水设备厂祝 汽车电器 广大读者吉祥如意 一一一一一 一 圈 一一一一 车上进行验证 该数字仪表作为典型的嵌入式系统 其软件设 计必须充分考虑仪表功能和硬件结构的结合 并且 以相关的硬件作为基础 通过MCU的端口输入和输 出相应的控制信号 最终表现为指针式仪表板 2 块LCD液晶屏和其他LED的报警或信号灯的动作 从而实现仪表的信息显示功能 对于车速表 其输入信号是 XABS 制器传输 过来的轮速传感器的脉冲信号 MCU通过在单位时 间内收到的脉冲信号数来计算车辆的实时速度后 通过主芯片上步进电机驱动端口来驱动车速表步进 电机旋转 步进电机带动指针指示到仪表刻度盘相 应位置 发动机水温表和发动机转速表的信号 是发动 机EMS的信号通过CAN总线由CAN收发器传输到 MCU的 MCU中的CAN控制器对信号进行处理后 来驱动水温表和转速表的步进电机旋转 步进电机 带动指针指示到刻度盘的相应位置 对于燃油表 利用MCU集成的A D采样端口 测量燃油传感器的电阻值 根据该电阻值计算出油 箱内油量的值 以步进电机的专用驱动端口来驱动 油量步进电机的旋转 步进电机带动指针指示到刻 度盘的相应位置 仪表LCD上显示的外部温度 也是通过采集外 部温度传感器值 利用MCU集成的A D h 样端口 转换后来测量外部温度 并在LCD上实时显示 变速器档位和模式信号 则是变速器控制器信 号通过CAN总线传输给仪表 进行实时显示的 LCD 上显示的总里程和小计里程都是根据ABS控制器传 输来的轮速脉冲信号计算所得 而时间显示内容为 MCU内部时钟模块经过相互的转换而得到 仪表板上其余的报警指示灯和信号灯 大多数 是由CAN网络传输 仪表MCU接收处理后 控制 LED的点亮或熄灭 还有一些是直接硬线连接到传 感器或开关件 直接驱动LED的点亮或熄灭 信息显示中心除了显示各种报警信息外 还显 示行车电脑信息 通过调节行车电脑开关 可显示 单次行驶里程 续航里程 平均油耗 平均车速 超速报警设置 中英文文字切换等功能 数字式组合仪表相对于传统的机械仪表有很大 的优势 由于采用了CAN总线结构 并且有MCU的 介入 可以将非常复杂的计算逻辑用嵌入式的软件 描绘出来 在仪表的显示中实现 以期达到最贴近 于驾驶者习惯的目的 最典型的是汽车燃油表的显 示逻辑 在汽车行驶的过程中 因为颠簸和车辆倾 斜的原因 油箱中的传感器浮子会上下摆动 其传 输出来的电阻值就会有很大的波动 如果仪表随着 该电阻变化使得油量指示不断变化 肯定不是油量 的真实值 也会引起客户的抱怨 所以 在燃油指 示的逻辑上采用了硬件阻尼和软件阻尼相结合的指 示策略 从而使得燃油表能够正确指示油箱内实际 的油量 在该款仪表设计的过程中 遇到的最大困难是 仪表外部温度显示 仪表接收外部温度传感器的电 阻值 由MCU进行A D转换 在仪表上进行显示 按理说 这是很容易实现的 但是由于MG7车外部 温度传感器安装在发动机舱内部 发动机排出的热 量和其它环境因素会对外部温度传感器产生影响 导致温度显示不准确 所以 要对该传感器的电阻 值进行补偿 根据汽车行驶速度 发动机转速 发 动机冷却液温度和点火钥匙位置这4种情况的综合 运算参数 重新制定外部温度软件控制补偿策略 5仪表的工程试验及结论 该款仪表主要经过了仪表全性能试验 环境试 验 电压试验 电磁兼容性试验 可靠性和耐久试 验 在完成以上试验的前提下 通过了整车道路试 验 各种ADV试验等验证 现在该款仪表已经批量 生产并装配整车 并在2010年5月28日正式推向了 市场 得到了用户的广泛认可 参考文献 1 李华 MCS一51系列单片机实用接口技术 M 北京 北 京航空航天大学出版社 1993 2 刘守义 单片机应用技术 M 西安 西安电子科技大学 出版社 2002 编辑李翩 载各 料 始 有关 系 布等 车型 时兼 的喜 持与 馈给 售后 整或 先使用后付款 用后说不好可不付款 详见彩侣广告 汽车电器 2o11年第9期港