混合动力客车用can总线仪表车控信息处理方法

专利名称：混合动力客车用can总线仪表车控信息处理方法
技术领域：
本发明属于汽车电子智能仪表领域，具体涉及一种由控制单片机、液晶屏及其 控制电路、触摸屏及其控制电路、CAN总线节点组成的为混合动力客车提供显示、 诊断工具的全数字式智能仪表信息处理方法。
技术背景机电混合动力客车是近年来发展起来的并有广阔前景的新型客车，其低油耗， 低排放的高效节能环保特点将使其在大中城市都有很好的市场。混合动力客车是一 种集内燃机动力和电动机动力为一体高度复杂的系统，特殊的多能源管理结构使得 计算机智能化控制非常必要。普遍采用的方式是车上各部件间的信息通过"控制器 局域网"CAN(ControllerAreaNetwork)进行通讯，形成主电控处理器，各个部件电 控处理器，各个智能传感器，各个智能执行部件通过CAN互联的格局。在这一格 局下，及时准确地反映车况信息是安全高效经济驾驶车辆的必要条件。从信息的角度看，整车是由各个智能部件通过CAN总线构成的局域网。网络上 的信息、参数实时地反映了车辆的工作状态，相当一部分信息对于驾驶员在行车过 程中了解车况(特别是多能源动力分配信息)合理地调整车辆运行状态，最大限度 地发挥出混合动力客车的优越性是非常重要和必要的，这里面包括了发动机处于最 佳经济运行状态，达到低油耗、低排放，适合于混合动力汽车的良好驾驶习惯、合 理保养、延长部件寿命等方面。另外在这样一个复杂的系统出现异常和故障时，驾 驶员(特别是经验不足者)尽早发现、及时应对，采取必要措施，显著地增加安全 性和可靠性。混合动力客车由于智能化程度高，信息复杂，用传统的仪表反映难度 大，仪表面板会过于复杂，不仅成本高，实现困难，使用起来也不够方便。 发明内容本发明提供一种混合动力客车用CAN总线仪表车控信息处理方法，以解决混合 动力客车由于智能化程度高，信息复杂，用传统的仪表反映难度大，仪表面板会过于复杂，不仅成本高，实现困难，使用起来也不够方便的问题。目的是提供一种从 CAN节点下载信息并处理、通过液晶屏以文字、滑动条图案、流动矢量图形式动画； 二维坐标图上动态坐标点和动态移动曲线的各种形式显示混合动力客车车控信息、
由触摸屏控制显示内容切换的显示仪表信息处理方法。本发明采取的技术方案是 中心控制单片机模块通过CAN通信模块接收车内发动机、变速箱、电动机和电池各总成控制器在CAN总线网络上发送的车控CAN总线信息数据包，其中包括 发动机转速、发动机扭矩、电机转速、电机扭矩、电池电压、电池电流、电池电量 和档位各实时车辆状态信息；中心控制单片机通过获取的以上信息，根据SAE J1939协议，进行显示单位 换算、整车多能源分配状态分析、发动机即时工作点坐标分布和电机即时工作点坐 标分布计算，并用存储器记录自车辆启动以来电池电量的最近24分钟历史运行状 况；通过CAN总线仪表的液晶屏分别以流动矢量图形式动画显示多能源分配状态； 在转速-扭矩二维坐标图上以动态坐标点的形式分别显示发动机即时工作点分布和 电机即时工作点分布；以动态移动曲线的形式在电池电量-电池工作时间二维坐标图 上显示电池电量近24分钟历程曲线。触摸屏以粘贴的方式安装在液晶显示屏幕表面，通过触摸屏控制模块检测触摸 位置，并将位置信息传送给中心控制单片机模块，结合当前屏幕显示内容进行屏幕 显示内容的快捷切换和选择。我们根据混合动力客车的具体结构设计研制新型的CAN总线仪表。采用智能点 阵式彩色液晶触摸屏,对多种信息按轻重缓急和功能需要，进行多屏显示的方案。目 前国际国内混合动力客车的研制处于起步阶段。国内此类技术尚属空白。本发明的车控信息显示方式提供了传统指针式仪表无法实现的功能，信息明 确，醒目、直观，触摸屏的使用使操作简便快捷，使驾驶员在行车过程中及时了解 车况，合理地调整车辆运行状态。显著地增加车辆安全性、经济性。适合于机电混 合动力客车状态复杂，信息量大的特点。


图1:混合动力客车用CAN总线仪表硬件组成框图； 图2:总线接口实现电路；图3: CAN通讯模块电路；图4:多能源管理画面显示内容与联合驱动效果； 图5:多能源管理画面显示内容与再生制动效果；
图6:发动机信息画面显示内容与效果；图7:电机信息画面显示内容与效果； 图8:电池信息画面显示内容与效果； 图9:变速箱信息画面显示内容与效果。
具体实施方式
中心控制单片机模块通过CAN通信模块接收车内发动机、变速箱、电动机和 电池各总成控制器在CAN总线网络上发送的车控CAN总线信息数据包，其中包括 发动机转速、发动机扭矩、电机转速、电机扭矩、电池电压、电池电流、电池电量 和档位各实时车辆状态信息；中心控制单片机通过获取的以上信息，根据SAE J1939协议，进行显示单位 换算、整车多能源分配状态分析、发动机即时工作点坐标分布和电机即时工作点坐 标分布计算，并用存储器记录自车辆启动以来电池电量的最近24分钟历史运行状 况；通过CAN总线仪表的液晶屏分别以流动矢量图形式动画显示多能源分配状态； 在转速-扭矩二维坐标图上以动态坐标点的形式分别显示发动机即时工作点分布和 电机即时工作点分布；以动态移动曲线的形式在电池电量-电池工作时间二维坐标图 上显示电池电量近24分钟历程曲线。触摸屏以粘贴的方式安装在液晶显示屏幕表面，通过触摸屏控制模块检测触摸 位置，并将位置信息传送给中心控制单片机模块，结合当前屏幕显示内容进行屏幕 显示内容的快捷切换和选择。实现本发明以上的功能需求，在硬件设计上包括以下模块中心控制单片机模块，图片数据存储模块，触摸屏及其控制模块，液晶屏显示及其控制模块，CAN通 信模块。软件上包括了固化在中心控制单片机中的控制程序，有CAN通信处理程 序、液晶屏及其控制处理程序、混合动力客车能量分配处理程序、发动机工况处理 程序、电机工况处理程序、动力电池组状态处理程序、变速箱状态处理程序、车辆 故障记录报警程序等。本发明的核心控制部分为控制单片机模块，通过单片机内部的CAN总线接口 单元与车辆配备的标准"控制器局域网"(Controller Area Network,简称CAN总 线)网络连接，接收车内发动机、变速箱、电动机、电池各总成控制器在CAN总线
网络上发送的车控CAN总线信息数据包，车控CAN总线信息数据包符合SAE J1939国际标准协议，控制单片机模块通过CAN通信模块接收车内发动机、变速箱、 电动机和电池各总成控制器在CAN总线网络上发送的车控CAN总线信息数据包， 其中包括发动机转速、发动机扭矩、电机转速、电机扭矩、电池电压、电池电流、 电池电量和档位各实时车辆状态信息，控制单片机通过获取的以上信息，根据SAE J1939协议，进行显示单位换算、整车多能源分配状态分析、发动机即时工作点坐 标分布和电机即时工作点坐标分布计算，并用存储器记录自车辆启动以来电池电量 的最近24分钟历史运行状况，通过CAN总线仪表的液晶屏分别以流动矢量图形式 动画显示多能源分配状态；在转速-扭矩二维坐标图上以动态坐标点的形式分别显示 发动机即时工作点分布和电机即时工作点分布；以动态移动曲线的形式在电池电量-电池工作时间二维坐标图上显示电池电量近24分钟历程曲线；在车辆出现异常时显 示故障图标进行报警。与中心单片机模块集成的CAN通信模块，接收CAN总线信息，并经过分类处 理，其硬件组成框图如图1所示。控制单片机选用了美国MOTOROLA公司的MC9S12C32单片机，本仪表采用 通用的总线接口技术，实现图形数据存储器和液晶屏并行总线接口，接口原理图如 如图2所示。CAN总线仪表控制器工作时，液晶显示屏通过显示屏接口接收到的显示控制命 令和显示图形数据进行显示动作，控制单片机通过总线接口发送给屏幕控制器的信 息分为显示控制命令和显示图形数据两类。显示图形数据的传送先由控制单片机输 出模块读出图片数据存储器内容，再向屏幕控制器接口写入数据。本仪表包含触摸检测部件和触摸屏控制器。触摸检测部件即带4个输出端的电 阻式透明触摸屏以粘贴的方式安装在液晶显示屏幕表面，用于检测触摸位置,控制液 晶屏显示内容的切换，这种触摸模拟按键的方式操作快速直观简单，不需要车辆驾 驶员分散太多的时间和精力，有利于行车安全。仪表的用各类车辆参数(例如发动机转速、动力电池电压，电机输出功率等)， 均由车辆上各控制单元以广播信息包的方式传到CAN总线上，信息包的格式和标 识遵从SAEJ1939通讯协议，本仪表通过CAN总线单元接收各种信息包，根据通 讯协议定义的数据结构，通过软件分析处理以获得相关数字量信息。CAN接口使用了控制单片机片内集成的CAN接口控制单元模块，另外加集成 收发器芯片82C250及保护电路，采用CAN2.0B的通信格式。CAN通信模块的电 路图如图3所示。本仪表采用的显示屏为NEC公司的8.4英寸TFT彩色点阵式液晶屏 6448BC26-01一E及与单片机接口的控制器TFT6448V8-256。该液晶屏控制器支持 8位色深，共256色；工作时向液晶屏控制器写入屏幕控制信息命令和向指定地址 写入显示数据即可。液晶屏控制器有四页显示缓冲存储器，接口总线有最大3M的 并行数据带宽，可以独立设定显示页和写入页。当以背景工作方式写入一页完成后 切换该页为显示页，即可形成动画。下面通过仪表的显示方案，来对本专利的仪表进行说明。信息处理和显示方案 是设计的重要环节，显示方案体现了混合动力汽车的特点和发挥了本仪表的特长。为体现混合动力客车多能源同时工作的特点，各部件的工作状态或工作性能参 数通过混合动力客车的车载网络CAN总线按规定的通讯协议传给枯枝单片机。仪 表在汽车发动机或者电动机开始工作后就立即进入多能源分配显示界面。CAN总线仪表的工作由内部控制单片机程序进行控制，整体的工作流程如下1、 接收CAN总线数据2、 对接收到的CAN总线数据包进行分析处理，如果数据中发动机转速，或 电动机转速大于零则进入工作状态显示画面。3、 进行触摸屏状态检测，如有有效的系统介绍、系统查询或系统帮助按键 输入则进入相关的显示内容处理画面。4、 在工作状态显示画面状态下，循环进行以下操作A、 接收CAN总线数据，根据CAN总线数据包内容进行显示内容刷新 和数据内容存放。B、 进行触摸屏状态检测，如有有效的控制按键输入则进入相关的显示 内容处理画面。C、 如果CAN总线数据中发动机转速和电动机转速都等于零则回到显示 待机画面状态。D、 如果CAN总线数据中出现车辆状态异常信息，则显示故障报警画面。E、 如果CAN总线数据通讯异常(100毫秒内接不到正确的数据包)则
显示通讯故障报警画面。 多能源分配显示界面显示发动机图标，电动机(发电机)图标，变速箱图标， 电池图标(图4所示)。这四个图标分别代表着整车相应的各部件，而他们的联动关系由CAN总线接收的数据信息，经过控制单片机根据发动机输出功率和电池的电流方向、大小判断出驱动方式后用控制能量箭头流线的方式在屏上显示出来。以 上四个图标还分别担负着按钮的作用，用手指触摸该图标可以分别进入发动机，电动机(发电机)，变速箱，电池各系统的详细信息显示界面；在屏幕顶部显示用于 故障报警功能的小图标包括被驱动的车轮、发动机、电机、变速箱、电池、整车以及通信故障等小图标。用于故障报警功能。为保证屏幕绝大部分时间显示最重要 的和司机最关心的信息，各详细信息显示界面显示期间，可触摸屏幕任意位置返回多能源显示界面，或者由控制单片机定时10秒后自动跳转到多能源管理界面。当 仪表接收到CAN总线上传送的车辆故障信号时，先由CPU判断故障类别，然后蜂 鸣器发出蜂鸣声，并弹出相应的故障报警框，并用红色感叹号闪烁和显示相应的故 障名称来提示司机出现故障和故障来源。该状态定时显示5秒后，如果故障没有消 除，则故障报警对话框消失，但故障图标保持闪烁，直到故障排除。图4的多能源 显示界面是联合驱动方式的效果图。图5的多能源显示界面是再生制动方式的效果 图。本仪表用各类车辆参数均由各控制单元根据SAE J1939通讯协议以广播方式 传到CAN总线上，本仪表以监听方式CAN总线上从直接获得相关数字量信息。 仪表系统各详细信息显示界面的显示内容分别为1、 发动机详细信息(如图6):以二维坐标形式显示的发动机即时工作点分布 (横坐标为发动机转速，纵坐标为发动机扭矩)，同时标注出工作点处于最佳，次佳，较差等三个用不同颜色表示的区域；控制单片机通过CAN总线接收到发动机 控制信息后，计算出当前工作点坐标，先消隐旧工作点显示，再显示新的工作点。 (驾驶员可以通过工作点所在区域直观判断发动机工作状态)，并以滑动条形式显 示发动机功率，转速，扭矩百分比，冷却水温度，油门百分比信息。以上各信息由 发动机控制单元以广播方式传到CAN总线上。2、 电机(发电/电动机)详细信息混合动力客车所用的电机是发电电动两用一体机，电机详细信息如图7:以二维坐标形式显示的电机即时工作点分布(横坐
标为电机转速，纵坐标为电机扭矩)，同时用两条曲线(蓝色)标注出电机实际可 能实现的的工作点分布范围；控制单片机通过CAN总线接收到电机控制信息后， 计算出当前工作点坐标，先消隐旧工作点显示，再显示新的工作点。(驾驶员可以 通过工作点所在区域直观判断电机工作状态)，以汉字形式显示的电机工作模式(即 电动和发电，停机三种)；以滑动条形式显示的电机功率，扭矩百分比，电机转速， 逆变器温度，定子温度信息。电机信息由电机控制单元以广播方式传到CAN总线 上。3、电池详细信息(如图8):控制单片机从CAN总线上接收电池单元控制器发 来的信息包，把接收到的电池电量信息存储到控制单片机内集成的EEPROM存储 器中，以二维滑动曲线形式显示的电池电量(SOC)在最近24分钟的历程(横坐 标为历史时间，纵坐标为电池SOC百分比)，每4秒更新一次，随时间推移曲线向 左移动，并以滑动条形式显示的电池电压；以双向滑动条方式显示的电池电流(有 正负)；以汉字形式显示的电池充放电状态。为了减少单片机内集成的EEPROM存 储器写入次数，延长EEPROM的使用寿命，采用了环形队列的数据结构，滚动写 入。电池信息由电池控制单元以广播方式传到CAN总线上。4、变速箱详细信息(如图9):以汉字形式显示的离合器的"分离"、"结合" 状态；以汉字形式显示动力模式(发动机驱动、电机驱动、联合驱动、电机发电、再生制动)；以双向滑动条显示的机电动力混合比；以滑动条显示的车速；以变速 箱手柄位置图方式显示的档位信息，变速箱信息由变速箱控制单元以广播方式传到CAN总线上。
权利要求
1、一种混合动力客车用CAN总线仪表车控信息处理方法，其特征在于中心控制单片机模块通过CAN通信模块接收车内发动机、变速箱、电动机和电池各总成控制器在CAN总线网络上发送的车控CAN总线信息数据包，其中包括发动机转速、发动机扭矩、电机转速、电机扭矩、电池电压、电池电流、电池电量和档位各实时车辆状态信息；中心控制单片机通过获取的以上信息，根据SAE J1939协议，进行显示单位换算、整车多能源分配状态分析、发动机即时工作点坐标分布和电机即时工作点坐标分布计算，并用存储器记录自车辆启动以来电池电量的最近24分钟历史运行状况；通过CAN总线仪表的液晶屏分别以流动矢量图形式动画显示多能源分配状态；在转速-扭矩二维坐标图上以动态坐标点的形式分别显示发动机即时工作点分布和电机即时工作点分布；以动态移动曲线的形式在电池电量-电池工作时间二维坐标图上显示电池电量近24分钟历程曲线。
2、 如权利要求1所述的混合动力客车用CAN总线仪表车控信息处理方法，其特征在于触摸屏以粘贴的方式安装在液晶显示屏幕表面，通过触摸屏控制模块检测触摸位置，并将位置信息传送给中心控制单片机模块，结合当前屏幕显示 内容进行屏幕显示内容的快捷切换和选择。
全文摘要
本发明涉及一种混合动力客车用CAN总线仪表车控信息处理方法，属于汽车电子智能仪表领域，通过单片机内部的CAN总线接口单元与车辆配备的标准控制器局域网连接，接收车内各控制器在CAN总线网络上发送的信息数据包，通过控制单片机程序进行混合动力客车车控信息采集，通过计算、推断，分析出综合信息以及存储车辆的历史运行状况，通过彩色点阵式液晶屏分别以文字、滑动条图案、流动矢量图形式动画；二维坐标图上动态坐标点和动态移动曲线的形式显示混合动力客车车控信息。显著地增加车辆安全性、经济性。适合于机电混合动力客车状态复杂，信息量大的特点。
文档编号G01R31/36GK101118658SQ20071005606
公开日2008年2月6日 申请日期2007年9月12日 优先权日2007年9月12日
发明者澄 朱, 炜 韩, 龚依民 申请人:吉林大学