專利名稱：混合動力客車用can總線儀表車控信息處理方法
技術領域：
本發(fā)明屬于汽車電子智能儀表領域，具體涉及一種由控制單片機、液晶屏及其 控制電路、觸摸屏及其控制電路、CAN總線節(jié)點組成的為混合動力客車提供顯示、 診斷工具的全數字式智能儀表信息處理方法。
技術背景機電混合動力客車是近年來發(fā)展起來的并有廣闊前景的新型客車，其低油耗， 低排放的高效節(jié)能環(huán)保特點將使其在大中城市都有很好的市場。混合動力客車是一 種集內燃機動力和電動機動力為一體高度復雜的系統，特殊的多能源管理結構使得 計算機智能化控制非常必要。普遍采用的方式是車上各部件間的信息通過"控制器 局域網"CAN(ControllerAreaNetwork)進行通訊，形成主電控處理器，各個部件電 控處理器，各個智能傳感器，各個智能執(zhí)行部件通過CAN互聯的格局。在這一格 局下，及時準確地反映車況信息是安全高效經濟駕駛車輛的必要條件。從信息的角度看，整車是由各個智能部件通過CAN總線構成的局域網。網絡上 的信息、參數實時地反映了車輛的工作狀態(tài)，相當一部分信息對于駕駛員在行車過 程中了解車況(特別是多能源動力分配信息)合理地調整車輛運行狀態(tài)，最大限度 地發(fā)揮出混合動力客車的優(yōu)越性是非常重要和必要的，這里面包括了發(fā)動機處于最 佳經濟運行狀態(tài)，達到低油耗、低排放，適合于混合動力汽車的良好駕駛習慣、合 理保養(yǎng)、延長部件壽命等方面。另外在這樣一個復雜的系統出現異常和故障時，駕 駛員(特別是經驗不足者)盡早發(fā)現、及時應對，采取必要措施，顯著地增加安全 性和可靠性?；旌蟿恿蛙囉捎谥悄芑潭雀撸畔碗s，用傳統的儀表反映難度 大，儀表面板會過于復雜，不僅成本高，實現困難，使用起來也不夠方便。 發(fā)明內容本發(fā)明提供一種混合動力客車用CAN總線儀表車控信息處理方法，以解決混合 動力客車由于智能化程度高，信息復雜，用傳統的儀表反映難度大，儀表面板會過于復雜，不僅成本高，實現困難，使用起來也不夠方便的問題。目的是提供一種從 CAN節(jié)點下載信息并處理、通過液晶屏以文字、滑動條圖案、流動矢量圖形式動畫； 二維坐標圖上動態(tài)坐標點和動態(tài)移動曲線的各種形式顯示混合動力客車車控信息、
由觸摸屏控制顯示內容切換的顯示儀表信息處理方法。本發(fā)明采取的技術方案是 中心控制單片機模塊通過CAN通信模塊接收車內發(fā)動機、變速箱、電動機和電池各總成控制器在CAN總線網絡上發(fā)送的車控CAN總線信息數據包，其中包括 發(fā)動機轉速、發(fā)動機扭矩、電機轉速、電機扭矩、電池電壓、電池電流、電池電量 和檔位各實時車輛狀態(tài)信息；中心控制單片機通過獲取的以上信息，根據SAE J1939協議，進行顯示單位 換算、整車多能源分配狀態(tài)分析、發(fā)動機即時工作點坐標分布和電機即時工作點坐 標分布計算，并用存儲器記錄自車輛啟動以來電池電量的最近24分鐘歷史運行狀 況；通過CAN總線儀表的液晶屏分別以流動矢量圖形式動畫顯示多能源分配狀態(tài)； 在轉速-扭矩二維坐標圖上以動態(tài)坐標點的形式分別顯示發(fā)動機即時工作點分布和 電機即時工作點分布；以動態(tài)移動曲線的形式在電池電量-電池工作時間二維坐標圖 上顯示電池電量近24分鐘歷程曲線。觸摸屏以粘貼的方式安裝在液晶顯示屏幕表面，通過觸摸屏控制模塊檢測觸摸 位置，并將位置信息傳送給中心控制單片機模塊，結合當前屏幕顯示內容進行屏幕 顯示內容的快捷切換和選擇。我們根據混合動力客車的具體結構設計研制新型的CAN總線儀表。采用智能點 陣式彩色液晶觸摸屏,對多種信息按輕重緩急和功能需要，進行多屏顯示的方案。目 前國際國內混合動力客車的研制處于起步階段。國內此類技術尚屬空白。本發(fā)明的車控信息顯示方式提供了傳統指針式儀表無法實現的功能，信息明 確，醒目、直觀，觸摸屏的使用使操作簡便快捷，使駕駛員在行車過程中及時了解 車況，合理地調整車輛運行狀態(tài)。顯著地增加車輛安全性、經濟性。適合于機電混 合動力客車狀態(tài)復雜，信息量大的特點。


圖1:混合動力客車用CAN總線儀表硬件組成框圖； 圖2:總線接口實現電路；圖3: CAN通訊模塊電路；圖4:多能源管理畫面顯示內容與聯合驅動效果； 圖5:多能源管理畫面顯示內容與再生制動效果；
圖6:發(fā)動機信息畫面顯示內容與效果；圖7:電機信息畫面顯示內容與效果； 圖8:電池信息畫面顯示內容與效果； 圖9:變速箱信息畫面顯示內容與效果。
具體實施方式
中心控制單片機模塊通過CAN通信模塊接收車內發(fā)動機、變速箱、電動機和 電池各總成控制器在CAN總線網絡上發(fā)送的車控CAN總線信息數據包，其中包括 發(fā)動機轉速、發(fā)動機扭矩、電機轉速、電機扭矩、電池電壓、電池電流、電池電量 和檔位各實時車輛狀態(tài)信息；中心控制單片機通過獲取的以上信息，根據SAE J1939協議，進行顯示單位 換算、整車多能源分配狀態(tài)分析、發(fā)動機即時工作點坐標分布和電機即時工作點坐 標分布計算，并用存儲器記錄自車輛啟動以來電池電量的最近24分鐘歷史運行狀 況；通過CAN總線儀表的液晶屏分別以流動矢量圖形式動畫顯示多能源分配狀態(tài)； 在轉速-扭矩二維坐標圖上以動態(tài)坐標點的形式分別顯示發(fā)動機即時工作點分布和 電機即時工作點分布；以動態(tài)移動曲線的形式在電池電量-電池工作時間二維坐標圖 上顯示電池電量近24分鐘歷程曲線。觸摸屏以粘貼的方式安裝在液晶顯示屏幕表面，通過觸摸屏控制模塊檢測觸摸 位置，并將位置信息傳送給中心控制單片機模塊，結合當前屏幕顯示內容進行屏幕 顯示內容的快捷切換和選擇。實現本發(fā)明以上的功能需求，在硬件設計上包括以下模塊中心控制單片機模塊，圖片數據存儲模塊，觸摸屏及其控制模塊，液晶屏顯示及其控制模塊，CAN通 信模塊。軟件上包括了固化在中心控制單片機中的控制程序，有CAN通信處理程 序、液晶屏及其控制處理程序、混合動力客車能量分配處理程序、發(fā)動機工況處理 程序、電機工況處理程序、動力電池組狀態(tài)處理程序、變速箱狀態(tài)處理程序、車輛 故障記錄報警程序等。本發(fā)明的核心控制部分為控制單片機模塊，通過單片機內部的CAN總線接口 單元與車輛配備的標準"控制器局域網"(Controller Area Network,簡稱CAN總 線)網絡連接，接收車內發(fā)動機、變速箱、電動機、電池各總成控制器在CAN總線
網絡上發(fā)送的車控CAN總線信息數據包，車控CAN總線信息數據包符合SAE J1939國際標準協議，控制單片機模塊通過CAN通信模塊接收車內發(fā)動機、變速箱、 電動機和電池各總成控制器在CAN總線網絡上發(fā)送的車控CAN總線信息數據包， 其中包括發(fā)動機轉速、發(fā)動機扭矩、電機轉速、電機扭矩、電池電壓、電池電流、 電池電量和檔位各實時車輛狀態(tài)信息，控制單片機通過獲取的以上信息，根據SAE J1939協議，進行顯示單位換算、整車多能源分配狀態(tài)分析、發(fā)動機即時工作點坐 標分布和電機即時工作點坐標分布計算，并用存儲器記錄自車輛啟動以來電池電量 的最近24分鐘歷史運行狀況，通過CAN總線儀表的液晶屏分別以流動矢量圖形式 動畫顯示多能源分配狀態(tài)；在轉速-扭矩二維坐標圖上以動態(tài)坐標點的形式分別顯示 發(fā)動機即時工作點分布和電機即時工作點分布；以動態(tài)移動曲線的形式在電池電量-電池工作時間二維坐標圖上顯示電池電量近24分鐘歷程曲線；在車輛出現異常時顯 示故障圖標進行報警。與中心單片機模塊集成的CAN通信模塊，接收CAN總線信息，并經過分類處 理，其硬件組成框圖如圖1所示。控制單片機選用了美國MOTOROLA公司的MC9S12C32單片機，本儀表采用 通用的總線接口技術，實現圖形數據存儲器和液晶屏并行總線接口，接口原理圖如 如圖2所示。CAN總線儀表控制器工作時，液晶顯示屏通過顯示屏接口接收到的顯示控制命 令和顯示圖形數據進行顯示動作，控制單片機通過總線接口發(fā)送給屏幕控制器的信 息分為顯示控制命令和顯示圖形數據兩類。顯示圖形數據的傳送先由控制單片機輸 出模塊讀出圖片數據存儲器內容，再向屏幕控制器接口寫入數據。本儀表包含觸摸檢測部件和觸摸屏控制器。觸摸檢測部件即帶4個輸出端的電 阻式透明觸摸屏以粘貼的方式安裝在液晶顯示屏幕表面，用于檢測觸摸位置,控制液 晶屏顯示內容的切換，這種觸摸模擬按鍵的方式操作快速直觀簡單，不需要車輛駕 駛員分散太多的時間和精力，有利于行車安全。儀表的用各類車輛參數(例如發(fā)動機轉速、動力電池電壓，電機輸出功率等)， 均由車輛上各控制單元以廣播信息包的方式傳到CAN總線上，信息包的格式和標 識遵從SAEJ1939通訊協議，本儀表通過CAN總線單元接收各種信息包，根據通 訊協議定義的數據結構，通過軟件分析處理以獲得相關數字量信息。CAN接口使用了控制單片機片內集成的CAN接口控制單元模塊，另外加集成 收發(fā)器芯片82C250及保護電路，采用CAN2.0B的通信格式。CAN通信模塊的電 路圖如圖3所示。本儀表采用的顯示屏為NEC公司的8.4英寸TFT彩色點陣式液晶屏 6448BC26-01一E及與單片機接口的控制器TFT6448V8-256。該液晶屏控制器支持 8位色深，共256色；工作時向液晶屏控制器寫入屏幕控制信息命令和向指定地址 寫入顯示數據即可。液晶屏控制器有四頁顯示緩沖存儲器，接口總線有最大3M的 并行數據帶寬，可以獨立設定顯示頁和寫入頁。當以背景工作方式寫入一頁完成后 切換該頁為顯示頁，即可形成動畫。下面通過儀表的顯示方案，來對本專利的儀表進行說明。信息處理和顯示方案 是設計的重要環(huán)節(jié)，顯示方案體現了混合動力汽車的特點和發(fā)揮了本儀表的特長。為體現混合動力客車多能源同時工作的特點，各部件的工作狀態(tài)或工作性能參 數通過混合動力客車的車載網絡CAN總線按規(guī)定的通訊協議傳給枯枝單片機。儀 表在汽車發(fā)動機或者電動機開始工作后就立即進入多能源分配顯示界面。CAN總線儀表的工作由內部控制單片機程序進行控制，整體的工作流程如下1、 接收CAN總線數據2、 對接收到的CAN總線數據包進行分析處理，如果數據中發(fā)動機轉速，或 電動機轉速大于零則進入工作狀態(tài)顯示畫面。3、 進行觸摸屏狀態(tài)檢測，如有有效的系統介紹、系統查詢或系統幫助按鍵 輸入則進入相關的顯示內容處理畫面。4、 在工作狀態(tài)顯示畫面狀態(tài)下，循環(huán)進行以下操作A、 接收CAN總線數據，根據CAN總線數據包內容進行顯示內容刷新 和數據內容存放。B、 進行觸摸屏狀態(tài)檢測，如有有效的控制按鍵輸入則進入相關的顯示 內容處理畫面。C、 如果CAN總線數據中發(fā)動機轉速和電動機轉速都等于零則回到顯示 待機畫面狀態(tài)。D、 如果CAN總線數據中出現車輛狀態(tài)異常信息，則顯示故障報警畫面。E、 如果CAN總線數據通訊異常(100毫秒內接不到正確的數據包)則
顯示通訊故障報警畫面。 多能源分配顯示界面顯示發(fā)動機圖標，電動機(發(fā)電機)圖標，變速箱圖標， 電池圖標(圖4所示)。這四個圖標分別代表著整車相應的各部件，而他們的聯動關系由CAN總線接收的數據信息，經過控制單片機根據發(fā)動機輸出功率和電池的電流方向、大小判斷出驅動方式后用控制能量箭頭流線的方式在屏上顯示出來。以 上四個圖標還分別擔負著按鈕的作用，用手指觸摸該圖標可以分別進入發(fā)動機，電動機(發(fā)電機)，變速箱，電池各系統的詳細信息顯示界面；在屏幕頂部顯示用于 故障報警功能的小圖標包括被驅動的車輪、發(fā)動機、電機、變速箱、電池、整車以及通信故障等小圖標。用于故障報警功能。為保證屏幕絕大部分時間顯示最重要 的和司機最關心的信息，各詳細信息顯示界面顯示期間，可觸摸屏幕任意位置返回多能源顯示界面，或者由控制單片機定時10秒后自動跳轉到多能源管理界面。當 儀表接收到CAN總線上傳送的車輛故障信號時，先由CPU判斷故障類別，然后蜂 鳴器發(fā)出蜂鳴聲，并彈出相應的故障報警框，并用紅色感嘆號閃爍和顯示相應的故 障名稱來提示司機出現故障和故障來源。該狀態(tài)定時顯示5秒后，如果故障沒有消 除，則故障報警對話框消失，但故障圖標保持閃爍，直到故障排除。圖4的多能源 顯示界面是聯合驅動方式的效果圖。圖5的多能源顯示界面是再生制動方式的效果 圖。本儀表用各類車輛參數均由各控制單元根據SAE J1939通訊協議以廣播方式 傳到CAN總線上，本儀表以監(jiān)聽方式CAN總線上從直接獲得相關數字量信息。 儀表系統各詳細信息顯示界面的顯示內容分別為1、 發(fā)動機詳細信息(如圖6):以二維坐標形式顯示的發(fā)動機即時工作點分布 (橫坐標為發(fā)動機轉速，縱坐標為發(fā)動機扭矩)，同時標注出工作點處于最佳，次佳，較差等三個用不同顏色表示的區(qū)域；控制單片機通過CAN總線接收到發(fā)動機 控制信息后，計算出當前工作點坐標，先消隱舊工作點顯示，再顯示新的工作點。 (駕駛員可以通過工作點所在區(qū)域直觀判斷發(fā)動機工作狀態(tài))，并以滑動條形式顯 示發(fā)動機功率，轉速，扭矩百分比，冷卻水溫度，油門百分比信息。以上各信息由 發(fā)動機控制單元以廣播方式傳到CAN總線上。2、 電機(發(fā)電/電動機)詳細信息混合動力客車所用的電機是發(fā)電電動兩用一體機，電機詳細信息如圖7:以二維坐標形式顯示的電機即時工作點分布(橫坐
標為電機轉速，縱坐標為電機扭矩)，同時用兩條曲線(藍色)標注出電機實際可 能實現的的工作點分布范圍；控制單片機通過CAN總線接收到電機控制信息后， 計算出當前工作點坐標，先消隱舊工作點顯示，再顯示新的工作點。(駕駛員可以 通過工作點所在區(qū)域直觀判斷電機工作狀態(tài))，以漢字形式顯示的電機工作模式(即 電動和發(fā)電，停機三種)；以滑動條形式顯示的電機功率，扭矩百分比，電機轉速， 逆變器溫度，定子溫度信息。電機信息由電機控制單元以廣播方式傳到CAN總線 上。3、電池詳細信息(如圖8):控制單片機從CAN總線上接收電池單元控制器發(fā) 來的信息包，把接收到的電池電量信息存儲到控制單片機內集成的EEPROM存儲 器中，以二維滑動曲線形式顯示的電池電量(SOC)在最近24分鐘的歷程(橫坐 標為歷史時間，縱坐標為電池SOC百分比)，每4秒更新一次，隨時間推移曲線向 左移動，并以滑動條形式顯示的電池電壓；以雙向滑動條方式顯示的電池電流(有 正負)；以漢字形式顯示的電池充放電狀態(tài)。為了減少單片機內集成的EEPROM存 儲器寫入次數，延長EEPROM的使用壽命，采用了環(huán)形隊列的數據結構，滾動寫 入。電池信息由電池控制單元以廣播方式傳到CAN總線上。4、變速箱詳細信息(如圖9):以漢字形式顯示的離合器的"分離"、"結合" 狀態(tài)；以漢字形式顯示動力模式(發(fā)動機驅動、電機驅動、聯合驅動、電機發(fā)電、再生制動)；以雙向滑動條顯示的機電動力混合比；以滑動條顯示的車速；以變速 箱手柄位置圖方式顯示的檔位信息，變速箱信息由變速箱控制單元以廣播方式傳到CAN總線上。
權利要求
1、一種混合動力客車用CAN總線儀表車控信息處理方法，其特征在于中心控制單片機模塊通過CAN通信模塊接收車內發(fā)動機、變速箱、電動機和電池各總成控制器在CAN總線網絡上發(fā)送的車控CAN總線信息數據包，其中包括發(fā)動機轉速、發(fā)動機扭矩、電機轉速、電機扭矩、電池電壓、電池電流、電池電量和檔位各實時車輛狀態(tài)信息；中心控制單片機通過獲取的以上信息，根據SAE J1939協議，進行顯示單位換算、整車多能源分配狀態(tài)分析、發(fā)動機即時工作點坐標分布和電機即時工作點坐標分布計算，并用存儲器記錄自車輛啟動以來電池電量的最近24分鐘歷史運行狀況；通過CAN總線儀表的液晶屏分別以流動矢量圖形式動畫顯示多能源分配狀態(tài)；在轉速-扭矩二維坐標圖上以動態(tài)坐標點的形式分別顯示發(fā)動機即時工作點分布和電機即時工作點分布；以動態(tài)移動曲線的形式在電池電量-電池工作時間二維坐標圖上顯示電池電量近24分鐘歷程曲線。
2、 如權利要求1所述的混合動力客車用CAN總線儀表車控信息處理方法，其特征在于觸摸屏以粘貼的方式安裝在液晶顯示屏幕表面，通過觸摸屏控制模塊檢測觸摸位置，并將位置信息傳送給中心控制單片機模塊，結合當前屏幕顯示 內容進行屏幕顯示內容的快捷切換和選擇。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種混合動力客車用CAN總線儀表車控信息處理方法，屬于汽車電子智能儀表領域，通過單片機內部的CAN總線接口單元與車輛配備的標準控制器局域網連接，接收車內各控制器在CAN總線網絡上發(fā)送的信息數據包，通過控制單片機程序進行混合動力客車車控信息采集，通過計算、推斷，分析出綜合信息以及存儲車輛的歷史運行狀況，通過彩色點陣式液晶屏分別以文字、滑動條圖案、流動矢量圖形式動畫；二維坐標圖上動態(tài)坐標點和動態(tài)移動曲線的形式顯示混合動力客車車控信息。顯著地增加車輛安全性、經濟性。適合于機電混合動力客車狀態(tài)復雜，信息量大的特點。
文檔編號G01R31/36GK101118658SQ20071005606
公開日2008年2月6日 申請日期2007年9月12日 優(yōu)先權日2007年9月12日
發(fā)明者澄 朱, 煒 韓, 龔依民 申請人:吉林大學