摘要：汽车仪表是人与汽车交流的通道，它的外形不仅关系到汽车的舒适性，也对汽车的空间布置带来相应的影响；此外，汽车仪表工作性能的准确及可靠与否还对汽车的行驶安全带来重要的影响。迄今为止，汽车仪表已经发展到了第4代——步进电机式全数字汽车仪表，且正朝着网络化和智能化的方向发展，具有精度高、重复性好、分度均匀、响应速度快且无抖动、可靠性高及适用范围广等优点。基于此，本文主要对混合动力汽车仪表的优化设计进行分析探讨。
关键词：混合动力汽车；仪表；优化设计
1、前言
随着我国经济的迅速发展，如何提高能源效率、调整能源结构、寻求替代能源已经成为实行经济社会可持续发展所必须解决的重要问题。纯电动汽车和燃料电池汽车已经不能满足产业化烦人要求，因此，新型汽车即混合动力汽车应运而生。传统的汽车仪表具有信号线路众多、体积庞大、抗干扰能力差和控制精度较差等缺点。本文通过采用CAN总线技术对混合动力汽车的仪表进行优化设计，有效地改善传统汽车仪表所带来的各种缺点，以达到线路简化、体积减小及工作可靠度提高等目的。
2、CAN总线技术和混合动力汽车的介绍
2.1 CAN总线技术
CAN总线技术起源于Bosch公司，主要用于汽车监控、开关量控制及制造业等领域，具有线路简化、可靠性高、可实现实时诊断、测试和报警功能等优势。因此，目前CAN总线技术在汽车上的应用已越来越广泛。
2.2 混合动力汽车
随着科技的发展，传统能源——石油的枯竭及人们环保意识的增强，要求现在的汽车既环保又节能，以应对能源紧张和环境日益恶化带来的问题，因此，新型节能环保汽车就应运而生。
2.3 汽车仪表
迄今为止，汽车仪表已经发展到了第4代——步进电机式全数字汽车仪表，且正朝着网络化和智能化的方向发展，具有精度高、重复性好、分度均匀、响应速度快且无抖动、可靠性高及适用范围广等优点。
3、混合动力汽车LCD仪表的优化设计
3.1 仪表的总体功能分析
本仪表系统基于CAN总线通信，信号来源以CAN总线为主，具有对收到的数据信息进行分析、诊断、显示、保存、回放等功能。同时，考虑到CAN总线汽车在国内的现实使用狀况，本系统做了冗余设计，具备直接处理用线束传过来的需要显示的汽车信号的能力。仪表主要显示信息如表1和2所示。
3.2 硬件系统的优化设计
（1）控制器硬件设计原则
LCD仪表系统的硬件电路设计遵循了以下原则：模块化：为了设计、调试、维护的方便，电路的设计一般都要遵循模块化的设计原则。因此需要对硬件电路的要求进行模块的划分然后再分别进行设计和调试。
①集成化：硬件电路中用到的元件越多，造成故障的可能性就增大很多，设计、调试和维护都变得困难。因此在设计中尽量采用集成化较高的元件。
②简单化：设计中可以用简单方式实现的功能就不采用复杂的方式。最优化：在可能的基础上，需要对各种设计方案进行筛选，找到相对最佳的方案。
③可靠性，耐久性：作为汽车用的系统，可靠性和耐久性一直是最重要的指标之一。为了达到系统的要求，需要从设计方案的筛选、元器件的选择、EMC设计等多方面进行考虑。
（2）CAN通讯模块
PIC18F458内置有CAN通讯控制器，支持CAN2.0A/B协议。CAN收发器采用Philips的PCA82C250芯片，其通讯速率可高达1Mbps。为了保护系统电路、提高抗干扰能力，在单片机与CAN收发器之间采用了高速光电隔离器件6N137，速率高达10Mbits/s。采用隔离电源进一步提高了模块的抗干扰能力。本系统通讯速率可根据需要设定，本文设定值为250Kbits/s，采用扩展桢格式即29位标识符，每桢数据为8bits。系统接收来自各个控制器的数据桢，它们分别是HCU（整车控制器）数据桢，DMCM（电机控制器）数据桢，BPCM（动力蓄电池控制器）数据桢，EMS（发动机控制器）数据桢。本系统只接收数据，不发送数据，控制器以中断方式接收。
3.3 软件系统的优化设计
（1）混合动力汽车LCD仪表系统软件设计的需求分析
混合动力汽车LCD仪表系统软件设计主要要达到以下几个目的：①单片机系统要能可靠地工作；②液晶显示器要能可靠地显示；③CAN总线上的数据要能可靠地接收；④信息显示必须实时、准确；⑤系统掉电时，一些重要数据要能可靠地保存。
（2）混合动力汽车LCD仪表系统软件设计的设计原则
在设计好相关的硬件电路后，必须有相应软件才能使电路板真正开始工作，基于系统的实时性考虑，系统软件的设计主要遵从以下一些原则：①采用模块化的设计方法，提高程序的可读性；②尽量减少中断程序的内容，提高系统显示的实时性；③LCD显示程序，能建字模则建字模，能少用函数则少用函数，以提高系统显示的快速性。
4、系统功能的实现
通过对混合动力汽车LCD仪表的优化设计，对系统进行验证。验证结果显示，系统可以实现仪表的显示功能、状态指示功能、故障报警功能及数据保存与回放功能。
4.1 系统仪表的显示功能
验证结果显示，仪表可将汽车的速度、燃油量、温度及电流电压等物理量很形象地显示出来。
4.2 系统仪表的状态指示功能
仪表的状态指示功能中仪表能够很清晰明了地将汽车的当前状态显示出来，汽车灯光指示标志。
4.3 系统仪表的故障报警功能
经验证，仪表可很好的将汽车的制动系统、安全系统及电喷燃油系统等方面的故障显示出来并报警。
5、结语
本文从混合动力汽车LCD系统的功能需求着手，首先介绍了该混合动力汽车LCD仪表系统的仪表显示功能然后提出混合动力汽车LCD仪表系统控制器的功能需求，根据相应的设计原则，设计了混合动力汽车LCD仪表系统控制器的硬件电路板和控制软件。后来的调试和测试证明：该LCD仪表达到了设计的功能要求，且具有较好的可靠性。
参考文献：
[1]白木，徐德章.汽车仪表的识别、使用与发展趋势[J].中国仪器仪表，2013（9）：5-8.
[2]何彬.基于CAN总线的混合动力汽车LCD仪表系统[J].上海交通大学，2017（2）：218-220.
（作者单位：长城汽车股份有限公司
河北省汽车工程技术研究中心）