某轻卡组合仪表的设计

蔡灵灵

（安徽江淮汽车集团股份有限公司轻卡研发部，安徽 合肥 230601）

某轻卡组合仪表的设计

蔡灵灵

（安徽江淮汽车集团股份有限公司轻卡研发部，安徽 合肥 230601）

文章介绍了CAN总线及SAE J1939协议，探讨了利用CAN总线技术对某轻卡全CAN组合仪表的设计方法，并对全CAN组合仪表车速里程表、燃油表、发动机水温表、气压表、发动机转速表及报警灯的设计进行了详细介绍。

CAN总线；SAE J1939协议；组合仪表

前言

控制器局域网络（Controller Area Network，简称CAN）是一种支持分布式和实时控制的串行通信网络，仪表利用CAN总线成为车身网络的一部分，遵循SAE J1939协议可读取整车相关信息，大大减少汽车线束的数量，由于其高性能、高可靠性、经济性，CAN通讯已在商用车上得到广泛应用，但目前轻卡组合仪表多为半 CAN仪表，在某轻卡组合仪表开发过程中，由于整车CAN通信及降重、降成本等的需要，开发出全CAN组合仪表。

1 CAN总线及SAE J1939协议简介

CAN总线是现场总线的范畴，是德国Bosch公司在20世纪 80年代初为解决现代汽车中众多的控制和测试仪器之间的数据交换而开发的一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。CAN总线的通信实时性强，数据传输速率可高达1 Mb/s，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或者光导纤维，通过标准的插接件能够方便的连接。CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性，是目前应用最广泛的一种汽车总线。

SAE J1939协议是美国汽车工程师协会SAE(Society of Automotive Engineer)发布的以 CAN2.0B作为网络核心协议的车辆网络串行通信和控制协议。J1939是参照ISO的开放式数据互联模型定义的7层基准参考模型而制定的。该协议明确规定汽车内部ECU的地址配置、命名、通讯方式以及报文发送优先级等，并且对汽车内部各个具体的ECU通讯作了详细的说明。它使用多路复用技术，为汽车上的各种传感器、执行器和控制器提供建立在 CAN总线基础上的标准化的高速网络连接，在车载电子装置之间实现高速数据共享，有效地减少了电子线束的数量，提高了车辆电子控制系统的灵活性、可靠性、可维修性和标准化程度，更大程度地发挥了CAN总线优异的性能。

2 表盘的设计

2.1 仪表主要功能介绍

该仪表功能强大，表盘有以下五种指示仪表：车速里程表、燃油表、发动机水温表、制动气压表、发动机转速表，它们采用步进电机驱动，分别显示汽车的汽车行驶的速度、油箱的燃油量、发动机水温、制动气压和发动机转速。仪表表盘上有31个LED报警灯。另外，该仪表具有点阵LCD液晶窗口，可显示小计里程、总计里程、平均油耗、行驶时间、平均车速、尿素液位、报警文字等。

2.2 车速里程表的设计

该轻卡车速的输入信号是根据 ABS控制器传送的轮速传感器的脉冲信号，仪表通过单位时间接收到的脉冲信号计算出实际车速，然后通过步进电机驱动端口使车速表步进电机旋转，使车速表指针指示相应车速。

该轻卡的相关参数为：后桥主减速比为4.33，变速器里程表主被齿比15/4，轮胎型号为8.25R16 14PR轮胎，通过查询相关国家标准知，该轮胎空载半径为 0.43m，静载半径为0.4m。仪表速比计算公式：I=（1000×后桥速比×变速器主被齿比）/2πR。

其中：R为轮胎滚动半径

表1

由上表计算得出仪表速比为 430，满足整车车速显示需求。

2.3 燃油表的设计

燃油表可以显示油箱内的燃油量,驾驶员可根据燃油表的显示值来判断车辆的续航里程。燃油表有指针式和断码式两种。指针式一般标出“E”、“1/4”、“1/2”、“3/4”、“F”等刻度；断码式采用LCD方式显示，该轻卡燃油量的显示采用指针式。油箱内燃油传感器为浮子式结构，浮子可随液面的位移而自动移动，同时浮子的移动可带动内部装有滑动电阻器的机构。当油箱内的液位出现变化时，浮子位置的高低会随着变化，同时，滑动电阻器会输出不同的电阻，仪表通过采样电路采集燃油表传感器的电阻值，然后将该电阻值输入到微处理器的A/D接口得到采样信号，经过A/D转换后，仪表通过内置的软件处理，计算出油箱内的油量，然后通过步进电机驱动端口使燃油表步进电机旋转，使燃油表指针指示相应燃油量。

表2 燃油表指针与燃油传感器电阻关系

2.4 发动机水温表的设计

汽车水温表用来显示发动机冷却水的工作温度，同时向驾驶员显示发动机水温是否正常。与燃油表相同，水温表也有指针式和断码式两种显示方式，该轻卡水温表的显示采用指针式。水温传感器将热敏电阻的阻值信号经A/D转换送至ECU，然后，仪表从CAN报文中读取水温信息，并通过步进电机驱动端口使水温表步进电机转动，指示出发动机水温。

表3 发动机水温与水温表的对应刻度

2.5 制动气压表的设计

该轻卡采用双回路气压制动，仪表配备双表单针气压表，分别显示主储气筒、副储气筒的气压值。气压表的显示采用指针式，其显示逻辑为：气压表传感器将气压信号转换为电压信号，仪表根据检测到的电压值，通过步进电机驱动端口驱动气压表步进电机，使指针指示相应储气筒气压值。

表4 气压表指针与气压传感器电压之间的关系

2.6 发动机转速表的设计

发动机转速表用来提示驾驶员当前发动机转速信息，该轻卡转速表的显示采用指针式，发动机转速信号通过 CAN总线传送至ECU，仪表通过读取转速报文信息，使步进电机驱动端口驱动转速表步进电机，步进电机带动指针指示发动机转速。

表5 转速与转速表刻度

2.7 尿素表的设计

尿素表用来显示尿素罐中的尿素液位，该轻卡的尿素液位显示逻辑为尿素液位传感器将尿素液位信息上传至 ECU中，然后仪表读取尿素液位对应的 CAN报文，经过软件处理将尿素液位信息在液晶屏上显示出来。

表6 尿素液位与仪表LCD刻度线对应关系

表7

2.8 仪表指示灯

仪表指示灯按照汽车操纵件信号装置的标志划分为三种颜色，分别为绿色：正常运行指示；黄色：警告指示；红色：危险报警指示。指示灯信号来源有：硬线、CAN线。该轻卡仪表盘上有 31个指示灯，其中 21个指示灯的信号来源为CAN信号。具体如表7所示。

3 结论

本文在研究CAN总线和SAE J1939协议的基础上，设计出轻卡全CAN组合仪表。相对于非CAN仪表，该全CAN仪表具有以下优点：减少了仪表与其他电子设备之间通信所用的线束，降低系统成本；可靠性及稳定性高；通过 CAN报文可直观地看到车辆故障。

[1] 孙仁云,付百学.汽车电器与电子技术[M].北京:机械工业出版社,2015.

[2] 饶运涛,邹继军.现场总线 CAN 原理与应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2003.

[3] 钟龙平,陈建清,缪传杰等.基于CAN总线的组合汽车仪表盘的设计[J].传感器世界,2010.16（4）:32-36.

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

中国汽研汽车风洞项目顺利实施

位于重庆的中国汽车工程研究院股份有限公司汽车风洞项目将建成包含公共准备区的汽车空气动力学-声学风洞试验室、汽车环境风洞试验室、环境模拟试验室以及一系列浸车室。最终形成服务于汽车全行业的第三方公共技术服务平台。

该项目目前建筑部分已经完成85%，工艺设备设施已经全部进行了采购，并按计划陆续发货。完成了主要设备的弹性基础安装，启动了钢结构的安装，并于2017年11月底全面进入设备安装阶段。

项目预计 2018年底完成调试验收，中国汽研汽车风洞中心将凭借强大的试验设施、优秀的团队和全方位的服务理念为汽车行业提供汽车空气动力学、气动声学、热力学相关的风洞试验、CFD仿真等汽车技术研发解决方案。

（编辑：陈婷 供稿：陈军）

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

蔡灵灵，学士，工程师，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司、主要研究方向：汽车电器。