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汽车仪表板电子化技术
作者:管理员    发布于:2018-05-05 09:02:53    文字:【】【】【

  初期的汽车上是不装有仪表板的,后来随着汽车结构的复杂,功能的增多,汽车仪表板就于本世纪初问世了-初期,汽车上装备的仪表有车速表、里程表发动机水温表电流表等。这些传统的机械式和电气机械式仪表,都是通过指针和刻度实现模拟显示,它们存在着准确率低,显示信息量少,容易使驾驶员疲劳等缺点。

  20世纪60年代开始了电子显示式仪表的开发,1978年出现了电子显示仪表-此后人们对汽车性能要求愈来愈高,同时随着电子技术的进步,新型传感器显示元器件的发展,电子计算机在汽车控制系统的广泛应用,汽车仪表板的电子化已成为必然趋势- 80年代后,汽车电子化的发展,车用微机的广泛使用,它已从原封不动地显示传感器信::向云秀(1972),女,湖南绥十人,湖南大学硕士生-)shingHouse.Allrights息,发展成为可以对传感器信息进行计算并加工处理的驾驶员信息系统。这种信息系统越来越庞大,不仅仅显示如车速、里程水温等项目,而且逐渐向全面反映车辆工程和行驶动态等功能发展,如瞬时耗油量平均耗油量平均车速、续驶里程等。这种信息系统可同时显示几十种功能,为驾驶员及时准确地提供各种信息,以便驾驶员更有效地控制汽车正常工作。

  这类驾驶员信息系统包括常规信息显示和监视报警信息。常规显示的信息有车速、里程、燃油、电压、发动机水温、发动机转速等,同时还有像瞬时油耗平均油耗续驶里程、平均车速等,这可根据驾驶员需要随时调出显示。监视和报警的信息有:转向灯、水温、油压、充电尾灯、制动器液量、车门关严否等。当有不正常现象出现时,立即由声光报警。

  由于仪表电子化可为驾驶员提供高精度的数据信息,同时免去了传统机械式和电气机械式仪表的缺点,所以汽车仪表的电子化显示越来越为汽车界所注目。

  2汽车电子仪表板的核心技术汽车电子仪表显示由传感器、电子控制单元(ECU)和显示器所组成。其中ECU包括A/D转换多路传输、CPUROM、RAM及I/O接口等。它与多个传感器相连,通过多路传输及I/O接口,而显示器相连,可分时循环显示,也可同时在不同区域显示不同的测量参数。电子仪表板微机控制原理方框图和一"微机信号处理方框图见与田1电子仪表板徵机控制原理图仪表板显示传感器显7K微机信号处理方框传感器传感器是一种变换器,广义而言,传感器是将被测的物理量(信号)按一定规律转换成与其对应的另一种(或同种)物理量的输出装置。目前一般对传感器的理解是指非电物理量与电量的转换,即传感器是将被测的非电物理量(如温度、流量、转速等)转换成与之对应的易于处理的电量或电参量(如电流电压、频率等)输出的一种装置。传感器的输出量y与输入量x的函数关系式g(x)称为变换函数,亦称灵敏度函数,它表示传感器的输入输出特性,对该函数进行微分,得:S称为传感器的灵敏度。理想情况下,变换函数为一元函数,但由于测量对象与测量环境的干扰,实际上变换函数为一多元函数,即输出量7与输入量x不能单值地对应。传感器的输出形式有模拟量数字量开关量等。

  传感器是控制系统的关键性部件,如果没有传感器,则微机控制根本无法实现。

  有较好的环境适应性。汽车所处环境温度变换极大(-40~),如烈日暴雨、冰雪所造成的恶劣天气,且汽车有时也处于电磁场中,故要求传感器耐温、抗电磁干扰等。

  响应速度。传感器的响应速度是在阶跃信号激励后,传感器输出达到其稳定值的小规定百分数(如5)时所需的时间。由于不同测量参数,所要求的响应速度也不同。

  可靠性。可靠的含义是指在规定条件(如规定的时期产品所处的环境条件等)下,传感器正常工作的概率。这应是很重要的。

  体积尽量小,质量尽量轻,以便于安装等。

  用于驾驶员信息系统的传感器种类很多,数量占整个汽车用传感器的一半以上,其主要的传感器有温度传感器压力传感器、速度传感器液位传感器、燃油消耗传感器、车灯故障传感器刹车蹄片磨损传感器等。

  2电子控制单元22.1ECU的硬件部分电子控制单元(ElectronicControlUnit简称ECU)的硬件部分主要由中央处理装置(中央处理器CPU存储器ROM及RAM)、输入媛出接口电路等组成。为了保证微处理器及其接口电路工作在+5V的电压下,一般带有电池和内置电源电路。

  微处理器是ECU的核心部件。它包括中央处理器CPU存储器ROM及RAM.CPU由运算器和控制器组成。ROM用于存储固定程序和数据,而RAM则存储输入媛出数据。在汽车电子控制系统中,微处理器接收经过输入处理电路处理的信号,然后计算并控制所需的输出值,按要求适时地向执行机构发送控制信号。目前在ECU中所使用的微处理器多数是8位和16位的,也有少数采用32位。

  输入信号主要为模拟信号和数字信号。模拟信号必须通过A/D转换(模激转换)为数字信号,再由输入处理电路处理后,才能被微处理器处理。

  通常将CPU与内存储器合称为主机,介于主机和外围设备之间的电路称之为接口。I/O接口作为桥梁起信息转换和协调的作用,以与CPU相兼容。

  22.2ECU的软件部分同时根据工作过程的需要而编写的软件,则成了ECU的软件部分,即ECU的控制程序。ECU控制程序主要有监控、管理计算控制检测和自诊断等部分组成。ECU通过控制程序完成电子控制系统的实时操作。ECU控制程序采用的语言与所选择的微处理器的形式直接相关,目前大都采用汇编语言,也有用PL/MCBASIC和FORTH等语言来汇编。在复杂的控制系统中,可选择配有实时多任务操作系统执行软件的微处理器,并在此操作系统管理下进行开发编程。

  22.3显示器简称LED)真空劳光显示(VacuumFluorescenceDisplay简称VFD)及波朗管也称阴极射线管(CathodeRayTube简称CRT)等。

  液晶显示器(LCD):它是利用偏振光的特性来显示数字和图案的。它的优点是低电压、低功耗体积小、外型薄,显示面积不受限制。缺点是在黑暗环境下不能使用。

  发光二极管(LED):它是一种当所加的正向电压达到一定值时,将电能转变成光能的发光二极管。它的工作电压低,易于集成电路和计算机匹配,响应速度快,工作稳定可靠。

  真空荧光显示(VFD):它是一种主动型显示系统。其发光原理是工作时加热的灯丝射出的自由电子轰击荧光物质,激发出蓝绿色光。这与电视机显像管、示波器的示波管相似。它的优点是寿命长、色谱宽,环境温度适应强,并适用于显示单词、柱状图、数字等。

  但因封装在玻璃壳内而容易震动。

  波朗管(CRT):它是一种特殊的真空管。因CRT具有全色彩显示,分辨率和对比度高,工作温度范围宽,具有微秒级以下的响应速度,所以它是目前车用显示器显示图像质量高显示信息灵敏的显示器件。随着技术的进步发展,CRT的轻量薄化及安全性的改善,CRT的优势则越来越强。

  其中发光二极管、真空荧光显示、波朗管在电源作用下自己能发光,而液晶显示自身则不能发光,它只能起到吸收、反射和透光的作用,因此液晶显示装置需要日光或某种人造光线作用外光源。

  3未来的汽车仪表板汽车的整个电控系统包括发动机控制系统、传动系控制系统行驶制动转向控制系统、仪表显示系统、安全保证系统等。目前,多数汽车的这些电控系统都是各自独立地进行操作,不同的控制单元对一些传感器信息进行重复或者冗余的处理。研究表明,一些控制单元中的数据实现共享,不但在不增加新的传感器和执行机构的情况下可优化系统的整体性能,而且可以简化整车电气布线,并实现汽车控制信息传送的网络化。汽车电器网络化不仅可以克服电气线路杂乱,便于故障诊断,而且利于汽车电子技术整体优化。既然未来的汽车电器是!个网络化的汽车电器系统(即计算机网络),那么汽车仪表板则作为网络中的一个节点而出现。

  根据美国汽车工程师协会(SAE)的分类,网络速度分为AB和C类。同时引进一种长数据帧的高速网络,定义为D类。

  A类:低速网络,速度大于10kbit/s.适合于车身电子系统。

  B类:中速网络,速度大为125kbit/s.适合于仪表显示、故障诊断之类。

  C类:高速网络,速度可达1Mbit/s.适合于实时控制。

  D类:超高速网络,速度至少为5Mbit/s.用于通讯等。

  根据信息传输延迟的敏感性及数据传输量而设计的汽车网络电器中,仪表盘的节点位置如所示。

  相应的,由于各控制单元的数据实现共享,未来的汽车电子仪表板显示的功能则会日趋繁多,如日历、地图信息、空调信息、音响系统信息、电视广播、电话、电子旅行信息、维修信息等。可见汽车电子仪表板会由现在的驾驶员信息系统朝着综合信息系统发展。在这个综合信息系统中每一项功能都有相应的ECU及用于ECU之间的通信信号线,如所示。该系统中包括用于管理通讯和控制整个系统的“CRTECU;调用”CDROM数据并传送给CRTECU的“CDECU;接收电视信号并与CRTECU通讯的TVECU;控制音响系统并与CRTECU通讯的”音频ECU;控制空调并与CRTECU通讯的“空调EOT;从GPS(GlobalPostioningSystem即定位系统)卫星接收无线电信号,计算汽车的当前位置并传送给CRTECU的GPSECU;控制蜂窝电话并与CRTECU通讯的”电话ECU. 4结束语总之随着有关法规的日益严格和A -车环境统!协调的发展趋势,电子仪表板能够视频信号蜂窝屯话发送和接收器综合信息系统配置图准确地提供足够的信息,从而适应汽车排气的净化处理及改进安全性和提高经济性的要求。同时,汽车电子仪表板不仅可作为衡量一个国家汽车生产技术水平重要标志的汽车电子化程度,而且还可推动我国汽车工业的发展。因此,汽车电子仪表板是处于快速发展过程的重要的汽车高新技术,值得各界引起高度重视。

脚注信息
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