汽车数字化组合仪表的控制显示方法及其控制系统

摘要

本发明公开了一种汽车数字化组合仪表的控制显示方法及其控制系统，包括以下步骤：S1、通过CAN总线获得电机转速信号和档位信号；S2、通过仪表控制单元对所获得的电机转速信号和档位信号进行解析计算至少得到车速信息；S3、通过显示单元将解析后获得的车速信息进行显示；S4、将解析后的车速信息发送至CAN总线，供CAN总线的各控制节点提取；通过仪表控制单元将总线传输的电机转速信号和档位信号进行计算处理得到车速信息，可舍弃车速传感器或与车速传感器并用，避免了车速传感器出现故障带来的潜在风险；且组合仪表的控制单元不仅可作为处理单元而且可作为车速信息向外发送的发送节点，改变了车速在整车网络中的架构，使得车速信息的控制、显示和传输更加智能有效。

说明书

技术领域

本发明涉及汽车仪表技术领域，特别涉及一种汽车数字化组合仪表的控制显示方法及其控制系统。

背景技术

汽车仪表装置是汽车工作状态的信息显示中心，是驾驶员与汽车进行信息交互的平台，也是保证汽车行驶安全性的核心零部件之一。在汽车仪表中，车速表用于指示车辆的行驶速度，是车辆的必需装备。作为仪表开发者来说，设计的车速表必须保证运行平稳顺滑、指示及时准确，而里程表则必须指示准确而且可靠。随着汽车技术的日益发展，各种电子传感器、电控模块在车辆上得到了广泛的使用，车速信号的形式也由单纯的机械软轴驱动式逐渐演变为一般PWM电子信号和有固定通信协议的总线信号。同时车辆上的电磁环境也越来越复杂，信号形式的多样化和复杂的电磁环境对汽车车速表的开发提出了更高的要求，车速表必须具有更完善的信号采集与处理的能力。

对于车速信号，一般的方法中，车速数据发送单元可以是整车控制器、ABS控制器、行驶记录仪等可检测车速的控制单元，其车速的采集都使用车速传感器，接收方一般是作为显示单元的仪表或者其它需要车速的控制单元。即车速的采集都是使用车速传感器，经过采集单元处理后输出到整车控制器，整车控制器计算出车速、转速等信息后发送到CAN总线，组合仪表接收总线上的信息，获得车速、转速等数据，经过运算得出里程，然后驱动电机和LCD显示屏，显示车速、转速和里程信息，此时，车速信号的发送方为车速传感器和整车控制器，组合仪表仅作为信息的接收方。这种依靠车速传感器的控制策略一是比较脆弱，一旦车速传感器或者轮速传感器出现故障，会导致车速信号无法获取，必然带来很多潜在的风险；二是，组合仪表的智能化程度较低，不能分担整车控制器和总线控制单元的运算工作。

因此，需要对现有的汽车仪表控制显示方法进行改进，非单纯依靠现有的车速传感器进行车速检测，可靠性更高，避免了车速传感器出现故障带来的潜在风险。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种汽车数字化仪表的控制显示方法及其控制系统，其可通过总线信息进行车速解析，可不单纯依靠车速传感器，避免了车速传感器出线故障带来的潜在风险。

本发明的汽车数字化组合仪表的控制显示方法，包括以下步骤：

S1、通过CAN总线获得电机转速信号和档位信号；

S2、通过仪表控制单元对所获得的电机转速信号和档位信号进行解析计算至少得到车速信息；

S3、通过显示单元将解析后获得的车速信息进行显示；

S4、将解析后的车速信息发送至CAN总线，供CAN总线的各控制节点提取。

进一步，步骤4中还包括：将处理后的车速信息进行模拟发送，供汽车非访问CAN总线的控制单元使用。

进一步，步骤S2中车速为理论车速，理论车速的计算方式为：

v＝0.377×R×n/(i_o×i_i)；

其中，v为车速，单位为Km/h；

R为车轮半径，单位为m，对于同一辆车，其值固定；

n为电机转速，单位为r/min；

i_o为主减速传动比，其值固定；

i_i为变速器传动比，其值固定。

进一步，步骤S2中车速为实际车速，实际车速的计算方式为：

v＝0.377f_a×R×n/(i_o×i_i)+f_b；

其中，v为车速，单位为Km/h；

R为车轮半径，单位为m，对于同一辆车，其值固定；

n为电机转速，单位为r/min；

i_o为主减速传动比，其值固定；

i_i为变速器传动比，其值固定；

f_a、f_b为车速修正系数和误差修正值。

进一步，步骤S4中将解析后的车速信息发送至CAN总线，供CAN总线的各控制节点提取的步骤包括：仪表控制单元将计算完成的车速值发送到总线控制单元，通过总线控制单元处理后以二进制码流的方式发送到总线收发器，转换为总线信号后发送至CAN总线中。

进一步，步骤S4中将处理后的车速信息进行模拟发送，供汽车非访问CAN总线的控制单元使用的步骤包括：

仪表控制单元将车速信息转换为PWM信号，根据接收单元的频率f_i，定义仪表的速比K，K＝a/f_i

根据实时车速信息计算出相应的PWM信号发送频率f，f＝v×K/3600，并进行模拟发送；

其中，K为仪表速比；

f_i为车速接收单元的频率，单位Hz；

a为每个周期内的脉冲数，此处为PWM信号，a为1；

f为进行模拟发送的PWM信号频率，单位Hz；

v为仪表计算出的实时车速，单位Km/h。

本发明还公开了一种用于实现汽车数字化仪表的控制显示方法的控制系统包括：

电机转速采集器，用于采集电机转速信号；

档位信号采集器，用于采集汽车的档位信号；

总线控制单元，通过总线接收电机转速信号和档位信号，电机转速采集器和档位信号采集器的信号输出端均与总线控制单元连接；

仪表控制单元，用于接收总线控制单元所获得的电机转速信号和档位信号并进行解析计算，得到车速里程信息，仪表控制单元与总线控制单元形成交互连接；

显示单元，与仪表控制单元的输出端连接

进一步，仪表控制单元包括：

数据处理单元，用于对电机转速信号和档位信号解析计算得到车速信息，并用于模拟发送数据运算；

总线交互单元，与总线控制单元交互连接，用于接收总线控制单元所传输的采集信号并将经数据处理单元得到的车速信息回馈至总线交互单元；

模拟发送单元，与汽车非访问CAN总线的控制单元信号连接以向其发送汽车车速信息；

数据处理单元与总线交互单元和模拟发送单元均信号连接。

本发明的有益效果：本发明的汽车数字化仪表的控制显示方法及控制系统，将仪表控制单元与总线信息进行串行通讯，通过仪表控制单元将总线传输的电机转速信号和档位信号进行计算处理得到车速信息，可舍弃车速传感器或与车速传感器并用，避免了车速传感器出现故障带来的潜在风险；且组合仪表的控制单元不仅可作为处理单元而且可作为车速信息向外发送的发送节点，改变了车速在整车网络中的架构，形成独立运算的智能部分，为汽车组合仪表装置提供了一种新的设计方案，使得车速信息的控制、显示和传输更加智能有效。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明中的控制显示方法的流程示意图；

图2为本发明中的控制系统的流程框图。

具体实施方式

图1为本发明中的控制显示方法的流程示意图，图2为本发明中的控制系统的流程框图，如图所示：本实施例的本发明的汽车数字化组合仪表的控制显示方法，包括以下步骤：

S1、通过CAN总线获得电动汽车的驱动电机转速信号和档位信号；

S2、通过仪表控制单元对所获得的电机转速信号和档位信号进行解析计算至少得到车速信息；其中，仪表控制单元在获得自总线传输来的电机转速信号和档位信号后进行内部处理计算，经计算可获得车速值、里程值和转速值等行驶状态参数；

S3、通过显示单元将解析后获得的车速信息进行显示；显示单元为仪表盘，通过LCD显示屏进行显示；

S4、将解析后的车速信息发送至CAN总线，供CAN总线的各控制节点提取；步骤3和步骤4是完全独立的步骤，可单独分别进行，也可同时进行，步骤4同样是通过仪表控制单元实现，通过仪表控制单元将解析后获得的车速值和里程信息回馈至总线上，供总线网络上的其他控制节点(如整车控制器、ABS等)提取。

本实施例中，步骤4中还包括：将处理后的车速信息进行模拟发送，供汽车非访问CAN总线的控制单元使用。比如EPS(电子助力转向)，当其不包含在整车CAN网络架构中时，其不能访问CAN总线，需通过模拟信号获取车速信号。即步骤4为进行车速信息发送，分为CAN总线发送和模拟发送两个模块，这两个发送步骤可同时进行，也可分别错时进行。本实施例中，步骤S2中车速为理论车速，理论车速的计算方式为：

v＝0.377×R×n/(i_o×i_i)；

其中，v为车速，单位为Km/h；

R为车轮半径，单位为m，对于同一辆车，其值固定；

n为电机转速，单位为r/min；

i_o为主减速传动比，其值固定；

i_i为变速器传动比，其值固定。

在本实施例中，对于一辆汽车，其车轮半径R是已知的，主减速器的传动比i_o以及各个档位所对应的变速器的传动比i_i均是确定的，这些数值可以在仪表程序中设定，当知道了档位信号的时候，对应的传动比也就知道，所以，当仪表控制单元通过总线获取了电机转速和档位信号后，即可根据上述公式计算出理论车速。

本实施例中，步骤S2中车速为实际车速，实际车速的计算方式为：

v＝0.377f_a×R×n/(i_o×i_i)+f_b；

其中，v为车速，单位为Km/h；

R为车轮半径，单位为m，对于同一辆车，其值固定；

n为电机转速，单位为r/min；

i_o为主减速传动比，其值固定；

i_i为变速器传动比，其值固定；

f_a、f_b为车速修正系数和误差修正值。

在车辆正常行驶时，轮胎外围不是理想的圆形，有一定的饶曲变形，以及主减速器、变速器等的传动效率未达到100％，使得实际车速并不等于理论车速，故，实际车速的计算在理论车速的基础上要进行变形，增加车速修正，f_a、f_b为车速修正系数和误差修正值，其值可在后期通过实验获得，之后写入到组合仪表的程序中。实验时，在不同的车速段，如0～60Km/h，60～100Km/h，100～140Km/h等，采用GPS车速测试系统测出一个实际车速V_a，同时读取车辆CAN总线中的实际车速V_b，将V_a和V_b进行对比，确定不同车速段下的车速修正系数f_a和误差修正值f_b，使得V_b＝V_a。

本实施例中，步骤S4中将解析后的车速信息发送至CAN总线，供CAN总线的各控制节点提取的步骤包括：仪表控制单元将计算完成的车速值发送到总线控制单元，通过总线控制单元处理后以二进制码流的方式发送到总线收发器，转换为总线信号后发送至CAN总线中；即在进行CAN总线发送时，仪表控制单元将计算完成的车速值发送到总线控制单元，总线控制单元生成CAN帧并进行位填充、添加CRC校验、应答检测等操作后以二进制码流的方式发送到总线收发器上，转换为总线信号后发送到总线中。

本实施例中，步骤S4中将处理后的车速信息进行模拟发送，供汽车非访问CAN总线的控制单元使用的步骤包括：

仪表控制单元将车速信息转换为PWM信号，根据接收单元的频率f_i，定义仪表的速比K，K＝a/f_i

根据实时车速信息计算出相应的PWM信号发送频率f，f＝v×K/3600，并进行模拟发送；

其中，K为仪表速比；

f_i为车速接收单元的频率，单位Hz；

a为每个周期内的脉冲数，此处为PWM信号，a为1；

f为进行模拟发送的PWM信号频率，单位Hz；

v为仪表计算出的实时车速，单位Km/h。

即，进行模拟发送时，仪表控制单元将车速信息转换为PWM信号进行发送，此时，根据接收单元的频率，定义仪表的速比，进行模拟发送。其中，仪表速比是指车辆每行驶1公里所对应的PWM信号脉冲数，然后根据接收单元的频率，按K＝a/fi公式计算仪表速比，由于a为每个周期内的脉冲数，此处为PWM信号，a为1，所以仪表速比K＝1/fi，之后，就可根据实时车速计算出相应的PWM频率，并根据公式f＝v×K/3600进行模拟发送；仪表直接输出的PWM信号，受车辆复杂电磁环境的影响，波形都会有波动，而且PWM信号的传输不像CAN总线信号传输那样具有很强的容错性以及抗干扰的能力，因此在PWM信号的输出设计上，需要进行抗干扰处理，此处不再进行赘述。

本发明还公开了一种用于实现汽车数字化仪表的控制显示方法的控制系统包括：

电机转速采集器，用于采集电机转速信号；电机转速采集器为转速传感器；

档位信号采集器，用于采集汽车的档位信号；档位信号是开关信号，可通过档位信号传感器采集，如利用霍尔效应的霍尔接近式开关传感器采集档位信号；

总线控制单元，通过总线接收电机转速信号和档位信号，电机转速采集器和档位信号采集器的信号输出端均与总线控制单元连接；总线控制单元为PLC控制器，具有接收、传输和处理性能；电机转速采集器和档位信号采集器所采集的信号传输至总线控制单元，然后经总线控制单元传输至仪表控制单元进行处理；

仪表控制单元，用于接收总线控制单元所获得的电机转速信号和档位信号并进行解析计算，得到车速里程信息，仪表控制单元与总线控制单元形成交互连接；仪表控制单元同样为PLC控制器，可对接收的信号进行解析处理，解析处理的过程为现有技术，在此不再赘述；

显示单元，与仪表控制单元的输出端连接；显示单元为仪表盘上的LCD显示屏。

本实施例中，仪表控制单元包括：

数据处理单元，用于对电机转速信号和档位信号解析计算得到车速信息，并用于模拟发送数据运算；

总线交互单元，与总线控制单元交互连接，用于接收总线控制单元所传输的采集信号并将经数据处理单元得到的车速信息回馈至总线交互单元；

模拟发送单元，与汽车非访问CAN总线的控制单元信号连接以向其发送汽车车速信息；

数据处理单元与总线交互单元和模拟发送单元均信号连接。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。