新能源汽车辅助显示系统设计

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摘 要：新能源汽车辅助显示系统是一种基于CAN总线触摸屏的显示系统。文章阐述了辅助显示系统的作用、系统硬件的选型、CAN拓扑、显示信号需求、CAN通信协议解析、人机交互界面设计等内容。该系统通过OBD接口与车辆进行连接，能够实时监测、采集并显示车辆运行数据，同时还具有故障诊断功能，能够实时采集车辆故障信息并在用户界面显示和报警。关键词：新能源汽车;人机交互;触摸屏;CAN总线;界面设计中图分类号：TH85  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2019）20-03-03

Design of the Auxiliary Display System for New Energy Vehicle

Chen Shuo， Zhang Yaofeng， Zhang Yi

（Shaanxi Automobile Group Co.， Ltd.， Shaanxi Xi’an 710200）

Abstract： The auxiliary display system of new energy vehicle is a display system based on CAN bus touch screen. The function of auxiliary display system， selection of system hardware， topology of CAN bus， demand of signal to be displayed， analysis of CAN communication protocol， design of human-machine interface are expounded. The system is connected to the vehicle through OBD interface， which can monitor， collect and display the vehicle operation data in real time. Meanwhile， it also has the function of fault diagnosis， which can collect the vehicle fault information in real time， display and alarm in the user interface.Keywords： New energy vehicle; Human-machine interaction; Touch screen; CAN bus; Interface designCLC NO.： TH85  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2019）20-03-03

前言

仪表是人和汽车的交互界面，为驾驶员提供所需的汽车运行参数、故障、里程等信息，是每一辆汽车必不可少的部件^[1]。当前新能源车辆的市场份额在不断增加，然而与之配套的专用仪表及故障诊断设备的发展却较为滞后，多数车辆的显示系统设计方案还是在传统燃油车的平台上改制而成。新能源汽车辅助显示系统是在车辆原有仪表的基础上再加装一个触摸显示屏，用来补充显示新能源车辆的运行信息。该系统不仅可以作为新能源车辆仪表来使用，还可作为便携式故障诊断设备供服务人员对新能源车辆进行诊断和维修。作为汽车仪表，与传统仪表相比，其精度和响应速度更具优势，且拥有更为丰富全面的显示内容，使得驾驶员可以实时获取当前车辆的运行状况;作为车载故障诊断设备，该系统体积小重量轻，便于携带，且操作简单，功能完善，能够极大的提升车辆的诊断维修效率。本文详细介绍了这种基于CAN总线触摸屏的新能源汽车辅助显示系统设计方案。

1 系统硬件的选型

新能源汽车辅助显示系统硬件选型的基本原则是：

（1）屏幕尺寸

较大的显示面积能够将车辆信息全面呈现，并且触控方便，降低误触几率，提高使用体验。

（2）CAN总线通信接口的数量

多个CAN总线通信接口，可适配新能源车辆的多路信号传输系统，使新能源汽车辅助显示系统具有泛用性。

（3）使用车载电源

供电电压与整车电压一致方便随车安装。

（4）耐久性

以新能源汽车辅助显示系统正常运行时间不少于3年为目标，按車辆全天24小时运行，共计24×365×3 = 26280小时，因此要求显示寿命高于26280小时。

（5）可靠性

耐震动，耐高低温，能适应大多数工作环境。

（6）支持外部存储

能够全程记录车辆运行数据，方便随时读取。

（7）配有蜂鸣器

当车辆出现故障时，需要新能源汽车辅助显示系统发出报警声。

符合上述条件的触摸屏产品很多，选择时建议挑选材质阻燃，并且具有较高防护等级的产品。本次设计的硬件选型如下表所示：

表1  硬件选型

2 整车CAN拓扑结构

对于新能源汽车，除了要显示传统仪表的信息外，还需要补充显示电机、电池以及控制器的运行信息，这些信息都来自CAN总线。图1是某纯电动汽车的CAN总线拓扑，整车控制器（VMS）分别连接CAN1和CAN2两个网络，为了获取整车各个系统的运行信息，新增的触摸屏也需要与两个网络同时连接。CAN1网络有电池管理系统（BMS）、远程监控终端（TEL）和五合一控制器（含电机控制器（MCS），高压转24V单元（DCDC），电动助力转向系统（EPSS），电动助力制动系统（EPBS））;CAN2网络有变速器控制单元（TCU）、刹车防抱死系统（ABS）、组合仪表（IC）。

图1  某纯电动汽车CAN总线拓扑

3 显示要求

新能源汽车辅助显示系统需要实现整车控制器、电池管理系统、远程监控终端、五合一控制器、变速器控制单元、刹车防抱死系统之间通信信息的显示，当前故障的说明，以及历史故障的查看。

4 CAN通信协议

为了将信号通过CAN总线传输到触摸屏，需要将信号编写成通信协议。根据适配车辆的功能需求，新能源汽车辅助显示系统需要补充显示的部分信号的通信协议如表2所示。

表2  通信協议

表2所示的报文的数据域字节布局格式采用Intel排布方式。

5 人机交互界面设计

在界面设计阶段，应该考虑用户使用情况，设计思路应该能够使驾驶员清楚、方便、快速、人性化地查看到汽车信息，尽可能地满足用户使用需求^[2]。触摸屏的界面设计是开发新能源汽车辅助显示系统的重点工作，主要完成人机交互的界面显示及CAN通信的解析。使用硬件配套的组态软件进行设计，创建工程的时候先要设置通讯串口和设备类型，然后根据适配车型的CAN通信协议进行触摸屏的内部寄存器配置，并记录寄存器地址的使用情况，防止多个信号占用同一个寄存器造成冲突。最后根据显示要求，在工程画面的组件中添加寄存器地址，实现特定的功能。设计的界面包括开机画面、主界面（图2）、功能选择界面（图3）、故障记录界面（图4）等，组件有文字、数字、图形和盘式等多种显示方式。设计时坚持布局合理化的原则，力求简洁、有序、易于操作。

图2  主界面

图3  功能选择界面

图4  故障记录界面

6 系统测试

测试时使用了支持多通道的CAN数据分析仪Kvaser USBcan Pro 5xHS，以及配套软件BUSMASTER。主要测试内容是检测各个组件能否正确显示，及报警记录表能否正常工作，覆盖了系统的所有显示项目，测试用例如图5：

图5

7 结束语

新能源汽车辅助显示系统的界面简洁明了，用户在接触系统后，可以对其显示的功能一目了然，不需要培训或阅读说明书就可以快速上手使用，实时掌握车辆的运行信息，并及时处理一些简单的故障。该系统还有丰富的拓展功能，如GPS定位功能，超速提醒功能等等，可以根据客户的需求进行个性化定制。更为重要的是，由于硬件成本低、操作简单及使用方便，其在售后或用户的维修诊断工作中也容易得到普及^[3]。

参考文献

[1] 杨甲辉.混合动力汽车CAN总线触摸屏仪表设计[J].自动化仪表，2018 39（9）：100-102.

[2] 郝魁.一种使用CAN总线汽车组合仪表的设计方案[J].内燃机与配件，2018（2）：7-9.

[3] 林必生.HMI触摸屏在混合动力客车上的监控应用[J].机电技术， 2017（2）：78-80.