新能源电动汽车CAN总线式组合仪表的制作方法

本发明涉及一种基于can总线式的汽车组合仪表，主要应用于采用can总线的新能源电动汽车。

背景技术：

局域网络化是电动汽车仪表的主要发展方向，是实现汽车进一步轻量化、电子化和信息化的主要技术手段，是衡量汽车现代化的主要标志。基于can总线的电动汽车数字仪表不但接线简单，而且对于改善汽车仪表行业长期产品单一、技术水平相对滞后的现状，提高电动汽车仪表的整体知识含量和产品档次都具有十分重要的意义。

电动汽车的can总线式组合仪表系统解决了电动汽车内部用少量的线束实现大量的微处理器、控制测试仪器、传感器与执行机构之间的数据交换通信问题。电动汽车如果不使用can总线及其仪表,大量的线束与汽车上众多设备的联结其可靠性本身就成问题，不但造成维护上的困难，更成为电动汽车进一步轻量化和信息化最大的障碍。

所述的新能源电动汽车can总线式组合仪表是一种新型网络化仪表，它允许在高噪声和高电磁干扰的环境中使用，因此特别适合象电动汽车这样具有众多干扰源的流动载体，can总线成熟的物理及网络协议特性特别强调工业自动化的低层监测及控制，实际上也把电动汽车现场局域网络的在线实时监控管理技术提高到一个新的水平。所以，基于can总线的电动汽车数字仪表有利于提升现有汽车仪表技术水平和知识含量，缩短与进口汽车的技术差距，加强与国外进口电动汽车的竞争力，意义重大。

据此，本发明提出了一款新能源电动汽车can总线式组合仪表方案，其can总线遵循国际标准化组织iso/tc22技术委员会制订的iso/dis11898号国际标准，即iso11898：《道路车辆的高速控制局域网数字信息交换标准》，网络通信底层协议为can2.0b，应用层协议为canopen，在电动汽车内50米通信范围内，波特率为1mbps。

本发明与现有的电动汽车组合仪表相比，最大的不同是简练，由于采用了一种新型的基于can总线的数字指针驱动部件，只需四根导线即两对双绞线和三个这样的数字指针驱动部件即可通过can总线协议完成电压表、电流表和车速表的组合指示功能，使传统的电动汽车组合仪表的面貌焕然一新。

所述的数字指针驱动部件全称为，基于can总线的数字指针驱动部件，以下简称为数字指针驱动部件。该驱动部件将can总线和仪用步进电机技术结合在一起，内置仪用步进电机本体、pcb电路板、arm芯片、微步距细分驱动芯片，高速光耦合器、can总线收发控制器，可以将于can总线上的报文信息直接转变成数字指针当前的角位移量，用以指示被测物的物理量。

为方便计，下面的叙述中，所谓步进电机本体即指只有电磁部件而无电子控制部件的步进电机。

应指出的是，基于can总线的数字指针驱动部件作为一种关键的特殊器件与本发明一道，申请人于同日同时申请了发明专利。

技术实现要素：

具体技术方案如下：

本实施例所述的新能源电动汽车can总线式组合仪表，由遮光罩、前框、导光板、仪表刻度板、数字指针驱动部件、pcb电路板、底壳、can总线插座组成，其要点在于：

所述的仪表刻度板上分别镂刻有电压表刻度盘、车速表刻度盘、电流表刻度盘以及信号指示灯，所述的电压表刻度盘上镂刻有电压刻度和数字，指示动力电池电压的范围为40~120v，分辨率为1v，所述的电压表刻度盘上有电压动态进程阶梯图；

所述的车速表刻度盘上镂刻有刻度和数字，车速在车速表指示的范围为0~140km/h，分辨率2km/h，所述的车速表刻度盘上开有总里程表显示窗口；

所述的电流表刻度盘上镂刻有电流刻度和数字，指示动力电池电流的范围为0~400a，分辨率为5a，所述的电流表刻度盘上还有电流动态进程阶梯图；

所述的数字指针驱动部件由部件上盖、部件pcb电路板、部件下壳、部件总线插座、步进电机本体组成，所述的部件pcb电路板上一面焊接有arm芯片、微步距细分驱动芯片、高速光耦合器、can总线收发控制器、工字形电感，部件总线插座也焊接在部件pcb电路板上，所述的部件总线插座为4芯结构，分别为+5v、can+、can-、gnd；部件pcb电路板的另一边包括了步进电机本体，包括铁芯体、线包、传动齿轮组、转动轴，合拢后成为一种基于can总线的数字指针驱动部件；

所述的部件上盖上开有部件固定孔，所述的pcb电路板上有三组紧固孔，数字指针驱动部件安装时，螺丝穿过pcb电路板上的紧固孔后，分别与数字指针驱动部件上的部件固定孔相连，三个数字指针驱动部件与pcb电路板紧密连接在一起，然后再将电压表指针、车速表指针、电流表指针穿过仪表刻度板后，依次套接在数字指针驱动部件的转动轴上；

所述的底壳上开有一个can总线插座安装孔，插入can总线插座，所述的can总线插座也为4芯结构，分别是+5v、can+、can-、gnd；

三个数字指针驱动部件上的部件总线插座分别通过插头引出，然后与4芯的can总线插座相同标识的对应插头相连；

所述的数字指针驱动部件内部的can总线收发控制器接收来自can总线插座送来的报文数据流后，直接解码送到arm芯片，arm芯片经工程量变换后转变为转动轴角位移量成正比的脉冲数，通过当前脉冲个数来控制当前的角位移量，经微步距细分驱动芯片带动当前的转动轴，使指针准确定位，即只需用三个数字指针驱动部件就分别完成电压表刻度盘、车速表刻度盘、电流表刻度盘的数字指针指示；

装配时，所述的遮光罩上的前倒齿插入前框扣孔中，所述的仪表刻度板嵌入前框内，然后导光板紧贴仪表刻度板安装，pcb电路板紧贴导光板安装，最后将前框倒齿扣入底壳扣孔中。

所述的遮光罩、前框、导光板、底壳均由工程塑料注塑而成。

所述的数字指针驱动部件上的转动轴为不锈钢针。

所述的数字指针驱动部件内的铁芯体采用坡莫合金材料。

附图说明

为了清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1新能源电动汽车can总线式组合仪表正面外形图；

图2新能源电动汽车can总线式组合仪表的刻度板正视图；

图3新能源电动汽车can总线式组合仪表背面外形图；

图4新能源电动汽车can总线式组合仪表后侧面外形图；

图5新能源电动汽车can总线式组合仪表分解图一；

图6新能源电动汽车can总线式组合仪表分解图二；

图7新能源电动汽车can总线式组合仪表分解图三；

图8新能源电动汽车can总线式组合仪表分解图四；

图9新能源电动汽车can总线式组合仪表分解图五；

图10数字指针驱动部件外形图；

图11数字指针驱动部件分解图一；

图12数字指针驱动部件分解图二。

标号说明：

1遮光罩

11前倒齿

2前框

21前框扣孔

22前框倒齿

3导光板

31led灯导光孔

4仪表刻度板

41电压表指针

42车速表指针

43电流表指针

44电压表刻度盘

45电压动态进程阶梯图

46车速表刻度盘

47总里程表显示窗口

48电流表刻度盘

49电流动态进程阶梯图

5数字指针驱动部件

51部件上盖

52部件pcb电路板

53部件下壳

54部件总线插座

55铁芯体

56线包

57传动齿轮组

58部件固定孔

59转动轴

6pcb电路板

61紧固孔

7底壳

71can总线插座安装孔

72底壳扣孔

8can总线插座

具体实施方式

下面结合附图及其实施例，对本发明作进一步的说明。

本实施例中，所述的新能源电动汽车can总线式组合仪表，由遮光罩1、前框2、导光板3、仪表刻度板4、数字指针驱动部件5、pcb电路板6、底壳7、can总线插座8组成，其要点在于：

所述的仪表刻度板4上分别镂刻有电压表刻度盘44、车速表刻度盘46、电流表刻度盘48以及信号指示灯，所述的电压表刻度盘44上镂刻有电压刻度和数字，指示动力电池电压的范围为40~120v，分辨率为1v，所述的电压表刻度盘44上有电压动态进程阶梯图45；

所述的车速表刻度盘46上镂刻有刻度和数字，车速在车速表35指示的范围为0~140km/h，分辨率2km/h，所述的车速表刻度盘46上开有总里程表显示窗口47；

所述的电流表刻度盘48上镂刻有电流刻度和数字，指示动力电池电流的范围为0~400a，分辨率为5a，所述的电流表刻度盘48上还有电流动态进程阶梯图49；

所述的数字指针驱动部件5由部件上盖51、部件pcb电路板52、部件下壳53、部件总线插座54、步进电机本体组成，所述的部件pcb电路板52上一面焊接有arm芯片、微步距细分驱动芯片、高速光耦合器、can总线收发控制器、工字形电感，部件总线插座54也焊接在部件pcb电路板52上，所述的部件总线插座54为4芯结构，4芯分别定义为+5v、can+、can-、gnd；部件pcb电路板52的另一边包括了步进电机本体，包括铁芯体55、线包56、传动齿轮组57、转动轴59，装配合拢后成为一种基于can总线的数字指针驱动部件；

所述的部件上盖51上开有部件固定孔58，所述的pcb电路板6上有三组紧固孔61，数字指针驱动部件5安装时，螺丝穿过pcb电路板6上的紧固孔61后，分别与数字指针驱动部件5上的部件固定孔58相连，三个数字指针驱动部件5与pcb电路板6紧密连接在一起，然后再将电压表指针41、车速表指针42、电流表指针43穿过仪表刻度板4后，依次套接在对应的数字指针驱动部件5的转动轴59上；

所述的底壳7上开有一个can总线插座安装孔71，插入can总线插座8，所述的can总线插座8也为4芯结构，分别定义为+5v、can+、can-、gnd；

三个数字指针驱动部件5上的部件总线插座54分别通过插头引出，然后与4芯的can总线插座8相同标识的对应插头相连；

所述的数字指针驱动部件5内部的can总线收发控制器接收来自can总线插座8送来的报文数据流后，直接解码送到arm芯片，arm芯片经工程量变换后转变为转动轴59角位移量成正比的脉冲数，通过当前脉冲个数来控制当前的角位移量，经微步距细分驱动芯片带动当前转动轴59，使指针准确定位，即只用三个数字指针驱动部件5就分别完成电压表刻度盘44、车速表刻度盘46、电流表刻度盘48的数字指针指示；

装配时，所述的遮光罩1上的前倒齿11插入前框扣孔21中，所述的仪表刻度板4嵌入前框2内，然后导光板3紧贴仪表刻度板4安装，pcb电路板6紧贴导光板3安装，最后将前框倒齿22扣入底壳扣孔72中，新能源电动汽车can总线式组合仪表即完成装配。

所述的遮光罩1、前框2、导光板3、底壳7均由工程塑料注塑而成。

所述的数字指针驱动部件5上的转动轴59为不锈钢针。

所述的数字指针驱动部件5内的铁芯体采用坡莫合金材料。

应指出的是，来自动力电池的电流采样信号、电压采样信号和车速信号均来自电动汽车上的采样节点模块，对于不同的采样信号，采样节点模块赋予不同的特征字并以数据块打包的形式通过can总线串送，所述的数据包以桢为单位，每桢数据量为8个字节，使用时钟同步和数据位填充插入技术来保证通讯的同步性；除此以外，本实施例使用了独特的数据信号表达方式和crc奇偶校验，具有错误识别功能，当奇偶校验出现格式错误时，系统可自动重发送数据，其通信的漏码率极低，数据通信的可靠性高。

本发明是一个完整的新能源电动汽车can总线式组合仪表的设计方案，在设计创新点的同时，还兼顾考虑了仪表的背景灯光的照明问题，例如导光板3上的led灯导光孔31分别对应仪表刻度板4上的车速表刻度盘46，该技术属于常规技术，故没有列入权利要求书中。

本发明所述的电压动态进程阶梯图45与电流动态进程阶梯图49可以动态地显示动力电池消耗或充电的快慢，由于该技术也属于常规技术，也没有列入权利要求书中。

本实施例中，所述数字指针驱动部件5内的微步距细分驱动芯片与线包的引脚相连，不使用微步距细分驱动芯片时，所述数字指针驱动部件5的固有步距角为0.333^o,指针偏转时将出现明显的抖动，使用了微步距细分驱动芯片后，所述数字指针驱动部件5的固有步距角降为0.08333^o,肉眼几乎看不出指针偏转时细微的抖动，指针偏转时表现得很平滑。

本发明提出的一种新能源电动汽车can总线式组合仪表有如下有益效果：

1．本发明有针对性地提出了一种新能源电动汽车can总线式组合仪表的设计方案，其底层协议为can2.0b，应用层协议为canopen，其安全可靠性高，电缆终端匹配性能好，抗干扰能力强，在电动汽车50米内的通信范围内，波特率为1mbps，只需四根导线即两对双绞线、三个数字指针驱动部件即完成电动汽车电压表、车速表和电流表的数字指针指示，顺便解决了电动汽车内部的智能仪器仪表、控制器、执行机构、传感器等低层设备间的数据通信管理问题，达到系统最省、整体最优的目的。

2.本发明采用了非破坏性总线裁决技术，当两个节点同时向总线上传送数据时,控制器对于动力驱动系统享有占用总线的使用优先权,而电动汽车上其它优先级别低的节点可主动停止数据发送,以保证优先级高的节点可不受影响地继续传输数据,高优先级的数据可在134微秒内得到传输，而大大节省了总线冲突裁决时间；难能可贵的是，系统能自动进行故障识别并自动恢复，具有自动纠错功能，当can某个节点在出现严重错误的情况下,均能自动关闭切断该节点与总线的联系，以保证总线上的其它节点和操作不受影响。

3.本实施例中，仅仅通过两对双绞线取代电动汽车仪表上的繁多线束，不但有效地解决了电动汽车众多的线束与设备的联结问题，实现汽车局域网内的多主通讯、信息共享和实时控制，从而扫除了电动汽车进一步轻量化和电子化的最大障碍，从某种意义上来说，新能源电动汽车can总线式组合仪表也开创了电动汽车仪表的更新换代时代，其应用前景远远超过了发明本身，市场前景相当广阔。

上述为本发明的优选实施方式，所属领域的技术人员都明白，在不脱离所附权利说明书所限定的本发明的精神和范围内，在形式、细节的扩展方面，对本发明所作出的各种变化，都属于本发明的保护范围。