王振
中国第一汽车股份有限公司天津技术开发分公司天津300462
摘要：在汽车的制造过程中，我们可以了解到汽车仪表是驾驶员与汽车进行信息交流的重要接口和界面，对汽车的行驶安全性和舒适性有很大影响，因而控台控制电路的设计非常重要。随着电子技术、计算机和通信技术等的发展，汽车仪表越来越趋向数字化。与传统汽车相比，电动汽车在所要显示的信息方面有所保留但又有一定程度的区别。本文是以Freescale公司的MC9S12DG128单片机为基础，进行组合仪表系统控台控制电路的设计，主要包括硬件设计和软件设计两个方面，即进行各典型电路模块的设计和相关芯片驱动程序的编写。它采用步进电机式指针仪表、LED和LCD显示器显示车速、电机转速、里程信息以及电机电流、蓄电池电压、电流和荷电状态等相关的信息。
关键词：中控台概述设计
引言：本篇文章研究的是采用汽车行业标准的CAN通信接口挂接在CAN总线上，实现与车内其它模块的数据通信。本系统采用模块化设计，简化了外部电路、降低了成本，显示的信息更加直观、可靠，且具有较高的精度。由于技术标准和相关法规的不健全，局部功能有所限制。
一、课题背景
伴随汽车工业的日益发展，能源危机日益加剧，同时也带来相关的环境问题。这使得电动汽车成为当前新一-代汽车（混合动力汽车、电动汽车、新能源汽车）发展的一个趋势。作为：现代汽车的关键零部件之一，汽车仪表反映了汽车行驶工况的相关内外部信息，有利于保障汽车的行驶安全性和舒适性。同时，由于新技术的不断发展，汽车仪表广泛采用电子、计算机与通信技术，使之成为现代汽车的信息和控制中心，从而使得汽车组合仪表和相应控制器的开发设计显得尤为重要。
一般传统的汽车组合仪表有：车速里程表、转速表、机油压力表、水温表、燃油表、以及相关的报警和指示仪表。电动汽车因为采用的是电.机，没有使用发动机，所以没有发动机转速表、水温表、燃油表，但需要相应地增加电机转速表、电流表、蓄电池电压表和剩余电量表这些与电动汽车相关的信息表。由于空间及其他因素的限制，传统的机电式模拟仪表只能给驾驶员提供必要的而又少量的信息，现代汽车：仪表则要求所显示的内容和信息的种类越来越多、精度和可靠性也越来越高，因而汽车仪表的电子化和数字化成为必然的发展趋势。90年代，国外制造商为了克服电气式仪表的原理误差和工艺误差，纷纷推广采用电子式仪表，首先将传感器的模拟信号数字化，如将驱动车速里程表的软轴或电机变换成霍尔传感器，将机，械传动或电量转动变成数字电信号传输。其次，将磁感应指示模块变成数字显示形式，里程累计由蜗杆传动变成由步进电机驱动或直接数字化显示。随着信息技术的高度发展，汽车仪表已从单个仪表电子化迈向集成化和系统化，这也使得汽车仪表的控台控制电路成为可能和必须。同时，现在汽车的故障诊断、实时通信、导航和定位等大量复杂信息服务开始应用于汽车上，各个系统之间工作的协调性、可靠性以及抗干扰性，也需要汽车能够及时、高效、合理，的处理好相关的信息，因而控制电路的正确合理设计对汽车仪表的功能发挥和未来发展有着重要作用。
二、课题的目的、意义
本课题的目的是：通过仪表与微处理器、局域网通信技术等结合起来，取代原来的纯机械式和模拟式仪表，综合利用电子式、数字式仪表的特点，更直观、方便的对汽车的相关信息进行显示，同时及时准确、可靠的获得汽车的实时信息。对于可能发生的故障和不利情况，采用CAN通信技术进行相关模块的信息交换共享，通过微处理器对整个系统进行控制，并进行相应的处理；预留故障诊断接口，以便对汽车的可能故障实现实时检测，以确保驾驶过程的安全性和舒适性。此外，汽车仪表的不断电子化、数字化，使得其所能显示的信息更多，也有利于仪表的功耗、可靠性得到提高。
该设计将是汽车仪表的一个发展阶段，也是未来汽车仪表走向全数字化的一个准备阶段。汽车仪表的显示和相应控制系统技术将会日臻完善，具有高精度和高可靠性、小型化和轻量化的汽车数字化组合仪表将是未来发展趋势。
三、课题的国内外研究现状
国外的电动汽车的发展历史较长，从1834年首辆电动汽车诞生到1900年美国汽车市场上电动汽车、内燃机汽车和蒸汽机车的三分天下，国外的电动汽车有过大规模的生产和销售历史，组合仪表和相关的控制电路设计也较成熟。汽车仪表发展，按其工作原理上取得的重大技术创新来分经过了4代：第1代汽车仪表是基于机械作用力而工作的机械式仪表，即机械心表；第2代汽车仪表的工作原理基于电测原理，即通过各类传感器将被测的电量转换成电信号加以测量，称之为电气式仪表；第3代为模拟电路电子式；第4代为步进电动机式全数字汽车仪表。目前汽车仪表正在经历第3代向第4代转型时期。
目前国际市场上汽车电子仪表应用主流有三种形式：第一种形式与国内市场上正大力推行的电子式汽车里程表和电子式发动机转速表一样，主要是对车速里程表、转速表电子化改造。第二种形式是所有汽车仪表机芯统一-成一种结构的步进电机，所有的传感信号经A/D转换后，由中央处理器CPU运算处理后发布指令，使各步进电机运转，实现仪表指示功能，由于该过程是全数字化的，因而它不仅指示精度高，加上合适的软件还能实现自诊断功能。第三种形式即是信息管理系统，也是国际汽车电子仪表的发展趋势。
四、系统的硬件设计
（1）微处理器的选型
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，按照行驶状况的要求适时地向执行机构发送控制信号。目前，在ECU中，所采用的微处理器多数是8位和16位的，只有极少数采用32位的。出于安装空间和仪表板的简洁性考虑，微处理器的体积应当尽量小：同时，对仪表的实时性和准确性的要求，微处理器要有一定的运算速度和精度。
本设计主要是应用在电动汽车上，属于新型产品的开发和应用，因此对于汽车上相关信息的采集以及控制等性能要求较高，故拟采用Freescale公司的16位微处理器MC9S12DG128。
（2）步进电机驱动模块的设计
步进电机是一个将电脉冲信号转换为角位移或线位移的机电式数模转换器，步进电机的工作原理是建立在被励磁的定子电磁铁吸引可选转的衔铁产生转矩而旋转，即靠磁铁弓|力作用把电磁能转换成机械角位移f211。
结束语：
在本篇文章的研究下，我们链接到在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲：信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这种设计在汽车的设计和制造方面都是有很大帮助的。
参考文献：
[1]张春霞.中控台设计与概述的理论与实践.山东大学出版社2018年6-01
[2]严彬，中控台设计在汽车当中的必要性.人民日报2018年6-08
[3]尹福生..中控台设计与实践应用的途径江汉论坛.2017年3-12