CN2792041Y

CN2792041Y - 汽车多功能控制型仪表装置

Info

Publication number: CN2792041Y
Application number: CN 200520018103
Authority: CN
Inventors: 吕京建
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-04-30
Filing date: 2005-04-30
Publication date: 2006-06-28
Anticipated expiration: 2015-04-30

Abstract

本实用新型所述的汽车多功能控制型仪表装置，由控制模块、显示模块、操作模块与外接接口组成；所述显示模块、操作模块与外接接口均与控制模块连接；控制模块通过控制器局域网CAN总线和/或本地局域网LIN总线与发动机控制器和/或油位传感器连接。运用通用的网络总线接口将汽车的行驶数据和发动机的实时数据传送至控制单元，实现行驶数据分析、记录、控制与油耗记录、步进电机控制等的计算机控制功能；特别是提供单程油耗的实时显示功能。可广泛用于CAN接口发动机、电子燃油喷射装置、防抱死制动装置、电控门窗装置、主动悬架装置等车载系统的运行状态监控、运行记录和故障维修等领域。

Description

汽车多功能控制型仪表装置

技术领域

本实用新型涉及汽车自动化通讯技术领域，尤其涉及一种汽车多功能控制型仪表装置。

背景技术

在当今的中高档汽车中都采用了汽车总线控制技术。汽车总线为汽车内部各种复杂的电子设备、控制器、测量仪器等提供了统一数据交换通道。目前，汽车上由电子控制单元(ECU)指挥的部件数量越来越多，例如电子燃油喷射装置、防抱死制动装置、安全气囊装置、电控门窗装置、主动悬架等等。随着集成电路和单片机在汽车上的广泛应用，车上的ECU数量也越来越多。目前的控制技术方法已不适应汽车发展的需要。

汽车的核心设备是发动机，发动机的运行参数，例如发动机转速、机油压力、冷却剂温度等等是和汽车驾驶是紧密相关的。传统汽车仪表的设计方法是：通过放置在汽车部件(如发动机)内部的传感器，将机械信号转换成电信号，如电压、电流、脉冲信号，再经过A/D转换或计数器等，将电信号转换成可视的指针信号显示在模拟仪表盘上。随着汽车总线技术的发展，现在使用的许多先进的发动机已经不再直接向外提供传感器信号，而更多的信息改用通信接口通过专用网络总线传送。由于缺乏低成本相关动态的检测和车载诊断设备，无法提前预知汽车的潜在故障。一旦发动机出现故障，我们的维修人员只能是在发动机上钻孔，将传感器直接放进发动机内部进行检测，操作繁琐、设备复杂，且不利于保护发动机的整体结构。

再有，虽然部分汽车仪表使用了专用网络总线的通信方式，但是其总线是专用设计，由于硬件标准不统一，通信协议不兼容，甲公司汽车生产的仪表完全不能在乙公司的汽车上使用，通用性差。

另外，驾驶员的不合理操作或违反交通规则的操作与汽车的保养、行车的安全有密切的关联，目前还缺乏一种将档位与车速、发动机转数、单程油耗等信息有机结合起来进行显示、记录并形成电子报告的机制，而这些将有利于汽车的保养和安全驾驶。例如在手动档汽车中，驾驶员的换档是依照经验进行的，容易发生应该加高档而没加高档的情况，即低档高速行驶，既不利于降低油耗，又容易造成汽车的部件磨损。同时，现有各种汽车仪表中无法提供准确的燃油消耗量与相对行驶里程之间的直观对应关系。虽然大多数汽车设有单程(相对行驶里程)指示器，但因燃油传感器精度不高，且不能与单程计数器同步清零，故没有单程油耗的实时信息，提供给驾驶员观察的装置。将单程与油耗同步显示给驾驶员，具有实际意义，可使驾驶员了解汽车车况提供直观动态的数据并进而客观判断车况变化。对提高驾驶技术及时保养汽车提供参考依据。

发明内容

鉴于上述现有技术所存在的问题，本实用新型的目的是提供一种汽车多功能控制型仪表装置，可以运用通用的网络总线接口将汽车的行驶数据和发动机的实时数据传送至控制单元，实现行驶数据分析、记录、控制与油耗记录等的计算机控制功能；特别是提供单程油耗的实时显示功能。可广泛用于CAN接口发动机、电子燃油喷射装置、防抱死制动装置、电控门窗装置、主动悬架装置等车载系统的运行状态监控、运行记录和故障维修等领域。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种汽车多功能控制型仪表装置，由控制模块、显示模块、操作模块与外接接口组成；所述显示模块、操作模块与外接接口均与控制模块连接；控制模块通过控制器局域网CAN总线与发动机控制器和/或油位传感器连接，将从发动机控制器和/或油位传感器采集的汽车行驶里程和/或对应的燃料消耗量传递到显示模块。

所述的汽车多功能控制型仪表装置，控制模块还可以通过本地局域网LIN总线与发动机控制器和/或油位传感器连接。

所述的控制模块为单片机微处理器MCU或SOC片上系统。

所述的控制模块也可以用可编程逻辑门列阵FPGA电路；通过嵌入式系统EDA工具在FPGA内装入IP CORE构成SOC片上系统；所述IP CORE为MCU或CAN。

所述的用于显示汽车单程或相对行驶里程和对应的燃料消耗量的显示模块为LCD显示屏或OLED显示屏。

所述的操作模块包括至少两个功能按键与一个功能转换按键。

所述的操作模块的功能按键包括清零功能键，其通过控制模块与显示模块连接。

所述的外接接口包括无线网络BT接口、IDB1394接口、USB接口、VGA接口、A/V接口、步进电机控制接口和/或RS232串口。

所述的步进电机控制接口连接至少一个步进电机；所述的步进电机驱动仪表指针；步进电机控制接口可以与LCD/OLED统一集成在汽车仪表总成之中。

所述的控制模块还接有用于存储所述汽车行驶里程和对应的燃料消耗量信息的存储模块；所述的存储模块可采用非易失存储器，具体可以采用24XX系列EEPROM或FPROM。

由以上技术方案可知本实用新型所述的汽车多功能控制型仪表装置，由控制模块、显示模块、操作模块与外接接接口组成；所述显示模块、操作模块与外接接接口均与控制模块连接；控制模块通过控制器局域网CAN总线和/或本地局域网LIN总线与发动机控制器和/或油位传感器连接。运用通用的网络总线接口将汽车的行驶数据和发动机的实时数据传送至控制单元，实现行驶数据分析、记录、控制与油耗记录、步进马达控制等的计算机控制功能；特别是提供单程油耗的实时显示功能。可广泛用于CAN接口发动机、电子燃油喷射装置、防抱死制动装置、电控门窗装置、主动悬架装置等车载系统的运行状态监控、运行记录和故障维修等领域。

附图说明

图1为本实用新型所述数据汽车多功能控制型仪表装置结构示意框图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，首先介绍一下CAN(Controller Area Network：控制器局域网)总线与本地局域网LIN(Local Interconnect Network：本地局域网)总线在汽车领域的应用。

随着汽车上由电子控制单元(ECU)指挥的部件数量越来越多，例如电子燃油喷射装置、防抱死制动装置、安全气囊装置、电控门窗装置、主动悬架等等。随着集成电路和单片机在汽车上的广泛应用，车上的ECU数量也越来越多。因此，一种新的概念——车上CAN的概念也就应运而生了。CAN最早是由德国BOSCH公司为解决现代汽车中ECU之间的数据交换而开发的一种数据通信协议，按照ISO有关标准，CAN的拓扑结构为总线式，因此也称为CAN总线。

CAN协议中每一帧的数据量都不超过8个字节，以短帧多发的方式实现数据的高实时性；CAN总线的纠错能力非常强，从而提高数据的准确性；同时CAN总线的速率可达到1M bit/s，是一个真正的高速网络，将CAN总线应用在汽车中使用有很多优点：

1、用低成本的双绞线电缆代替了车身内昂贵的导线，并大幅度减少了用线数量；

2、具有确定的响应时间和高可靠性，并适合对实时性要求较高的应用如刹车装置和气囊；

3、CAN芯片可以抗高温和高噪声，并且具有较低的价格。

LIN是一种低成本的串行通讯网络，多用于实现汽车中的分布式电子系统控制。LIN的目标是为现有汽车网络(例如CAN总线)提供辅助功能。因此，LIN总线是一种辅助的总线网络。在不需要CAN总线的带宽和多功能的场合，比如智能传感器和制动装置之间的通讯，使用LIN总线可大大节省成本。LIN技术规范中，除定义了基本协议和物理层外，还定义了开发工具和应用软件接口。LIN通讯是基于SCI(UART)数据格式，采用单主控制器/多从设备的模式，仅使用一根12V信号总线，和一个无固定时间基准的节点同步时钟线。这种低成本的串行通讯模式和相应的开发环境已经由LIN协会制定成标准。LIN的标准化将为汽车制造商以及供应商在研发、应用、操作系统降低成本。

LIN的主要特性：

1、低成本，基于通用UART接口，几乎所有微控制器都具备LIN必需的硬件；

2、极少的信号线即可实现国际标准ISO9141规定；

3、传输速率最高可达20Kbit/s；

4、单主控器/多从设备模式，无需仲裁机制；

5、从节点不需晶振或陶瓷震荡器就能实现自同步，节省了从设备的硬件成本；

6、保证信号传输的延迟时间；

7、不需要改变LIN从节点的硬件和软件就可以在网络上增加节点；

8、通常一个LIN网络上节点数目小于12个，共有64个标志符。

本实用新型所述的汽车多功能控制型仪表装置，正是基于CAN总线与LIN总线的一种汽车多功能控制型仪表装置，其具体实施方式如图1所示：

由控制模块、显示模块、操作模块与外接接接口组成；显示模块、操作模块与外接接接口均与控制模块连接；控制模块通过CAN总线和/或LIN总线与发动机控制器和/或油位传感器连接。

所述的汽车多功能控制型仪表装置获取的发动机等车载系统的参数是可靠、准确的，代替了外加传感器的方法，免去了大量的布线，降低了成本，提高了可靠性和稳定性。

上述的控制模块为单片机微处理器MCU或IP CORE；以MCU为例，MCU根据操作模块的指令通过CAN总线和/或LIN总线采集发动机控制器和油位传感器的数据信息。并对所采集的数据进行分析，得出分析结果通过显示模块显示或者通过外接接接口输出。所述的MCU可采用多种单片机实现，如ARM7衍生产品如C164、8051等。

控制模块还可以为编程逻辑门列阵FPGA电路。通过嵌入式系统EDA工具在FPGA内装入MCU、CAN等IP CORE构成SOC片上系统。通过基于FPGA的SOC方式实现软硬件设计，解析汽车发动机故障信息。

上述的操作模块包括至少两个功能按键与一个功能转换按键。两个功能按键分别设为功能键A与功能键B。

上述的外接接接口包括无线网络BT接口、IDB1394接口、USB接口、VGA接口、A/V接口、RS232串口和/或微型步进电机接口。

上述的控制模块还接有存储模块；所述的存储模块可采用非易失存储器，可采用24XX系列EEPROM或FPROM。

在具体的应用过程中，MCU通过CAN接口与汽车发动机的发动机控制器连接，MCU分析和解释通讯协议，如J1939(此协议的解释见后面论述)。将汽车发动机运行时将每次喷油量数据累积后再与汽车车速、里程信息汇总，在汽车专用的显示模块(可为LCD显示屏或OLED显示屏)上显示出对应行驶里程的燃料(油)消耗数据。当需要单程油耗数据时，可通过触发相应的功能键，将原来的显示数据清零(复位)和存储。从而实现单程油耗数据的实时显示和更新。

另外一种实现单程油耗数据显示功能的方法是，在油箱中安装油位传感器(可采用数字式)，通过LIN或CAN网络或专线连接到显示模块，MCU通过对油量的定量测试及对车速信号的处理实现在显示模块中对相对里程油耗同步显示，也就实现了单程油耗数据显示。

显示模块除了采用汽车仪表中的专用LCD显示屏或OLED显示屏。也可将数据通过VGA接口，A/V接口RS232串口或IDB1394接，MOST标准接口等汽车多媒体接口与车上的其它各种具备上述配套接口的显示装置(如汽车TV、导航设备)连接实现信息显示。

该控制单元也可通过软件直接由电机控制接口驱动汽车仪表专用步进电机实现模拟指示。集成进入汽车仪表总成之中。

通常状态下，显示装置显示出对应行驶里程的燃料(油)消耗数据。当需要显示其它数据时，通过切换按键和功能键B可在显示装置上显示其它参数，如单程油耗、百公里油耗、每小时油耗、发动机负荷、发动机输出扭矩、总里程、机油压力、冷却剂温度、车速、相对里程、发动机转速、增压压力、入口空气温度、每升油耗行使里程、蓄电池电压、压缩空气压力等，并可按照预先设置的存储条件进行自动存储，如10Km，50Km，100Km存储一次上述参数。这些参数可由控制模块根据采集到的发动机控制器和油位传感器的数据信息解析计算处理获得。

该装置可通过对CAN网络上的信息进行处理，判断系统故障，亦可通过其他ECU发出的故障代码信息进行转发，再通过专用或互联网上的计算机处理数据。如：

发动机无故障、汽缸故障、喷油控制阀故障、点火钥匙开关故障、发动机转速信号故障、进气加热器回路故障、怠速关闭过载、超速警告、车速信号丢失、车速信号错误、节流踏板位置信号错误、节流踏板位置传感器标定、机油压力传感器开、短路、机油压力过低、增压压力传感器电路故障、进口空气温度传感器开、短路、大气压力传感器开、短路、冷却剂温度过高报警、冷却剂温度传感器开、短路、喷油驱动压力超出范围、喷油驱动压力传感器故障、喷油驱动压力系统、电池供电至ECM间歇、发动机超转警告、防盗启动和报警、J1939数据链路层故障、发动机软件不正常。

在显示过程中，通过功能键A可实现即时存储上述车况机电参数和单程油耗参数并将单程(相对里程)及单程油耗显示清零。

上述的参数可存储在MCU内部的EEPROM中或外接的非易失共存储器中。

本实用新型的控制装置还连接有无线网络BT接口与USB接口，可以方便地实现与外部设备(如手机、PDA、PC机)进行数据交换。同时，本实用新型所述数据汽车多功能控制型仪表装置可通过标准接口如无线网络BT(BlueTooth)接口与USB接口控制手机与无线互联(通过TCP/IP协议)网连接，实现远程数据自动存储和发动机及其它部件的故障信息处理和远程诊断。

目前对于标准的网络接口，一般可通过AT或API软件接口实现无线信息的转发(TCP/IP或短信)。

本实施例油箱中所用的油位传感器是数字式的，如采用传统的模拟式油位传感器，通过停车时(静态)采集油位信息，存储后作为相对参数，而后在汽车运行时(动态)累积发动机喷油量，再将该参数扣减后实现油量表指示可有效消除汽车仪表运行中油量传感器震动造成的指示误差。

文中所述的J1939协议的具体介绍如下：

J1939协议是目前在大型汽车中应用最广泛的应用层协议，但受早期处理器发展和总线技术发展历史的影响，只能达到250Kbit/s的通讯速率。J1939协议由美国SAE(Societyof Automotive Engineer)组织维护和推广。J1939协议特点：

①以CAN2.0B协议为基础，物理层标准与ISO11898规范兼容并采用符合该规范的CAN控制器及收发器。通讯速率最高可达到250Kbit/s。

②采用PDU(Protocol Data Unit协议数据单元)传送信息，每个PDU相当于CAN协议中的一帧。由于每个CAN帧最多可传输8个字节数据，因此PDU的传输具有很高的实时性。

③利用CAN2.0B扩展帧格式的29位标志符定义每一个PDU的含义以及该PDU的优先级。

④J1939协议主要作为汽车中应用的通讯协议，对汽车中应用到的各类参数都进行了规定。参数的规定符合ISO11992标准。

1995年由德国Bosch公司提出的CANopen协议已经不受到微处理器的制约，毫无疑问，在当前应用于汽车的各类应用层协议中，CANopen是最完善和最具发展潜力的一种。CANopen协议特点：

①CANopen协议为标准的CAN应用层协议，物理层及数据链路层完全遵循CAN2.0B规范。可达到1Mbit/s的通讯速率。

②CANopen是基于CAN串行总线的网络系统，最早是从设计汽车工业的控制系统中发展出来的，比如操作处理系统。CANopen也可以应用于其它领域，比如说公共交通运输系统，医疗设备，海运电子设备和建筑自动化系统中。

③CANopen协议集说明了标准的通信机制和设备的功能特性。这个协议集由CAN-in-Automation(CiA)组织建立和维护。

④CANopen呈现了一个标准的应用层和通信描述，而可选择的可编程设备框架则指定了附加的通信功能特性。

以上所述汽车多功能控制型仪表装置及其数据处理装置，仅为本实用新型较佳的具体实施方式与有代表性的具体实施方式，同时所述汽车多功能控制型仪表装置的结构也仅是有代表性的结构；但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1、一种汽车多功能控制型仪表装置，其特征在于，由控制模块、显示模块、操作模块与外接接口组成；所述显示模块、操作模块与外接接口均与控制模块连接；控制模块通过控制器局域网CAN总线与发动机控制器和/或油位传感器连接，将从发动机控制器和/或油位传感器采集的汽车行驶里程和/或对应的燃料消耗量传递到显示模块。

2、根据权利要求1所述的汽车多功能控制型仪表装置，其特征在于，控制模块还可以通过本地局域网LIN总线与发动机控制器和/或油位传感器连接。

3、根据权利要求1或2所述的汽车多功能控制型仪表装置，其特征在于，所述的控制模块为单片机微处理器MCU或SOC片上系统。

4、根据权利要求1或2所述的汽车多功能控制型仪表装置，其特征在于，所述的控制模块也可以用可编程逻辑门列阵FPGA电路；通过嵌入式系统EDA工具在FPGA内装入IP CORE构成SOC片上系统；所述IP CORE为MCU或CAN。

5、根据权利要求1或2所述的汽车多功能控制型仪表装置，其特征在于，所述的用于显示汽车单程或相对行驶里程和对应的燃料消耗量的显示模块为LCD显示屏或OLED显示屏。

6、根据权利要求1或2所述的汽车多功能控制型仪表装置，其特征在于，所述的操作模块包括至少两个功能按键与一个功能转换按键。

7、根据权利要求6所述的汽车多功能控制型仪表装置，其特征在于，所述的操作模块的功能按键包括清零功能键，其通过控制模块与显示模块连接。

8、根据权利要求1或2所述的汽车多功能控制型仪表装置，其特征在于，所述的外接接口包括无线网络BT接口、IDB1394接口、USB接口、VGA接口、A/V接口、步进电机控制接口和/或RS232串口。

9、根据权利要求8所述的汽车多功能控制型仪表装置，其特征在于，所述的步进电机控制接口连接至少一个步进电机；所述的步进电机驱动仪表指针；步进电机控制接口可以与LCD/OLED统一集成在汽车仪表总成之中。

10、根据权利要求1或2所述的汽车多功能控制型仪表装置，其特征在于，所述的控制模块还接有用于存储所述汽车行驶里程和对应的燃料消耗量信息的存储模块；所述的存储模块可采用非易失存储器，具体可以采用24XX系列EEPROM或FPROM。