低成本特種車輛綜合電子信息系統(tǒng)研究

曲利峰　史祖春

摘? 要：特種車輛的信息化和網(wǎng)絡化是我國武器裝備的重要發(fā)展方向。特種車輛底盤綜合電子信息系統(tǒng)依靠分配、使用、共享、上傳車輛間以及車輛內(nèi)部所有電氣分系統(tǒng)的各種信息，達到弱化信息封閉局限的矛盾，增強整體性的目的，提高了特種車輛的指揮控制能力和綜合作戰(zhàn)能力。該文設計的車輛底盤綜合電子信息系統(tǒng)基于模塊化以及嵌入式系統(tǒng)構建，系統(tǒng)主要包括采集控制器、配電控制盒、開關控制盒、駕駛員組合儀表以及具有車輛導航的虛擬駕駛員信息終端。

關鍵詞：模塊化;CAN總線;嵌入式

中圖分類號：TP393? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

隨著科技和軍事的快速發(fā)展，我國的武器裝備正向著信息化和網(wǎng)絡化方向邁進，數(shù)字化、信息化的武器平臺成為網(wǎng)絡化作戰(zhàn)中的網(wǎng)絡柵格節(jié)點。所謂信息化就是在數(shù)字化的基礎上，將數(shù)據(jù)變成可以共享、綜合利用的信息，以信息為主導，實現(xiàn)武器功能的拓展，提高武器裝備的效能。增加其戰(zhàn)場環(huán)境下的感知能力，使戰(zhàn)場環(huán)境對己方透明，為遂行作戰(zhàn)的實現(xiàn)創(chuàng)造更大范圍的信息共享空間，這已成為我軍裝備發(fā)展的必由之路。

1 背景技術

在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭中特種車輛裝備至關重要。特種車輛底盤綜合電子系統(tǒng)可以提高特種車輛的自動化程度，提高其穩(wěn)定性和可靠性，提高戰(zhàn)車的作戰(zhàn)效能。其遵循實用性和實效性原則，同時瞄準未來戰(zhàn)車的體系結(jié)構，以此來實現(xiàn)技術向戰(zhàn)斗力的轉(zhuǎn)化。

傳統(tǒng)的車輛底盤綜合電子信息系統(tǒng)采用各個獨立的電氣或機械分體完成各項任務，整車存在過多的復雜連接，導致車體重量過重、布線復雜度、人員操作難度大、故障排除困難，不利于提升整車的機動性[1]。該文設計的車輛底盤綜合電子信息系統(tǒng)主要由駕駛員組合儀表、駕駛員信息終端（帶定位導航子系統(tǒng)）、總線采集控制器、開關控制盒、配電控制盒等組成，各個分系統(tǒng)的模塊化設計易于系統(tǒng)進行擴展，同時也降低了系統(tǒng)的成本，提高了系統(tǒng)的性價比。

2 原理實現(xiàn)

車輛底盤綜合電子信息系統(tǒng)主要負責完成車輛運行狀態(tài)指示、操控、報警顯示、車道預警、防撞、車距顯示、導航、車輛智能化供配電、中央充放氣系統(tǒng)控制、車體開關控制、底盤車輛信息采集及燈、泵、閥等負載驅(qū)動[2]。如圖1所示，車輛底盤綜合電子信息系統(tǒng)由組合儀表、信息終端、開關控制盒、配電控制盒、動力艙采集控制器和載員艙采集控制器組成。

組合儀表：指示車輛車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、發(fā)動機水溫、發(fā)動機機油壓力等重要信號，顯示該次和總里程數(shù)、發(fā)動機總小時數(shù)和負載小時數(shù)、氣瓶壓力、油箱剩余油量、傳動箱油壓、檔位等，同時對車輛各種狀態(tài)的報警信息以圖符形式顯示。

信息終端：具有分屏顯示備用儀表、故障診斷、全景視頻及雷達測距、地圖導航、車道偏離預警、行人防撞等功能。

開關控制盒：采集盒體上滅火按鈕等開關、駕駛艙內(nèi)鑰匙開關及組合開關等開關信號。同時集成中央充放氣操作功能，可向閥箱發(fā)送CAN報文。

配電控制盒：對車輛進行供配電管理，可向車輛提供多路30 A電源，具有短路、過載保護功能，并能進行狀態(tài)顯示，具有手動配電兼容功能。

采集控制器：采集動力艙內(nèi)傳感器及開關量信號，驅(qū)動燈光、電磁閥、泵等負載。

所有設備以節(jié)點形式掛接在車電系統(tǒng)冗余CAN總線上。

2.1 組合儀表設計

組合儀表采用步進電機指示與5寸液晶屏顯示相結(jié)合，指示車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、水溫、油壓，液晶屏顯示氣瓶氣壓、油量、電流、電壓、里程、檔位等信息，并具有車況和報警信號圖符指示功能。

2.1.1 硬件設計

通過控制核心微控制器接收CAN總線信號或外部模擬信號，并將其轉(zhuǎn)成CAN總線信號，與各總線節(jié)點進行數(shù)據(jù)交換，同時負責驅(qū)動液晶屏顯示相關信息。硬件電路主要由電源、微控制器、電機驅(qū)動、液晶驅(qū)動、報警燈驅(qū)動、背光照明等部分組成。

2.1.2 軟件設計

軟件基于C語言編寫，模塊化實現(xiàn)各個模塊功能。

2.2 信息終端設計

信息終端作為車載人機交互設備，配備10.1英寸液晶顯示屏和金屬物理按鍵，外接GPS模塊和車道偏離預警模塊，具有儀表輔助顯示、倒車及監(jiān)控視頻顯示、車道偏離預警、防撞警告、前車距離和限速提示、GPS地圖導航、輔助信息顯示等功能。信息終端儀表和輔助顯示信息顯示來自CAN總線的數(shù)據(jù)，并作為CAN節(jié)點接入CAN總線系統(tǒng)。

2.2.1 硬件設計

信息終端硬件采用模塊化設計，主要分為電源模塊、核心控制模塊和擴展模塊，各模塊電路通過板對板連接器連接，并使用螺釘鎖緊。擴展模塊主要包含接口電路、音頻編解碼器、按鍵采集電路、CAN總線電路和RS-232電路等。信息終端硬件結(jié)構框圖如圖2所示。

2.2.2 軟件設計

信息終端采用嵌入式實時操作系統(tǒng)Linux。Linux系統(tǒng)結(jié)構更加靈活，易于裁剪，內(nèi)核最小可到2M，處理速度更快、安全性高。信息終端采用圖形化界面框架，將所有車輛信息以圖形界面的形式顯示。

2.3 開關控制盒設計

開關控制盒設置多路扭子開關、按鈕開關和狀態(tài)指示燈，其中大電流控制通路直接通過扭子開關輸入輸出，信號類開關由內(nèi)置采集板采集后，通過CAN總線發(fā)送給采集控制器，用于驅(qū)動燈、閥等負載設備。

2.3.1 硬件設計

開關控制盒內(nèi)采用國產(chǎn)高性能處理器，配合獨立AD采集芯片采集面板開關信號。開關控制盒設置雙路CAN總線接口，實現(xiàn)與車輛底盤綜合信息系統(tǒng)的信息交互。

2.3.2 軟件設計

軟件為無操作系統(tǒng)設計，基于C語言編寫。軟件功能主要由CAN通信模塊、開關量信號采集模塊控制。開關控制盒設置軟件看門狗，以此來保證軟件的安全性，保證開關控制盒能按指定要求完成任務。

2.4 配電控制盒設計

配電控制盒用于管理車輛用電設備配電，具備獨立通道過載斷開、短路保護功能[3]。配電控制盒接收CAN命令，打開和關閉支路配電，并通過CAN總線上報配電支路狀態(tài)。配電控制盒設置電磁斷路器用于緊急配電。

2.4.1 硬件設計

硬件基于國產(chǎn)高性能處理器設計，驅(qū)動采用IGBT驅(qū)動器實現(xiàn)，處理支路電壓和負載電流，并通過CAN總線上報支路狀態(tài)。配電控制盒具備故障指示燈。

2.4.2 軟件設計

軟件基于C語言編寫。軟件功能主要分為模塊化設計結(jié)構，包含CAN通信模塊、驅(qū)動電流/電壓采集模塊、驅(qū)動控制模塊。軟件設置支路過載電流，周期采集負載用電情況，實時為支路過載、短路提供保護。

2.5 采集控制器設計

采集控制器支持多路開關量信號采集、電壓信號采集、電流信號采集、電阻信號采集和正弦/方波信號采集。驅(qū)動輸出功能支持12路負載接入，每路帶載電流為10 A。采集控制器通過CAN總線接口與車輛底盤綜合電子信息系統(tǒng)的CAN總線連接，完成傳感器信號和驅(qū)動控制信號的共享。

2.5.1 硬件設計

硬件基于國產(chǎn)高可靠處理器設計，采集芯片采集各類傳感器信號及開關量信號。模擬信號采集功能具有電流、電壓、電阻、頻率信號檢測能力。

2.5.2 軟件設計

軟件為無操作系統(tǒng)設計，基于C語言編寫。軟件周期采集驅(qū)動電路負載電流，設置過流/短路閾值，保護負載設備不會出現(xiàn)過流損壞問題。設置軟件看門狗，以此來保證軟件的安全運行。

3 結(jié)論

特種車輛底盤綜合電子信息系統(tǒng)的研制是為了提高特種車輛的自動化程度，提高其穩(wěn)定性和可靠性，提高戰(zhàn)車的作戰(zhàn)效能，遵循實用性和實效性的原則，基于模塊化駕駛員組合儀表、駕駛員信息終端（帶定位導航子系統(tǒng)）、總線采集控制器、開關控制盒、配電控制盒，以CAN總線為紐帶，將車輛底盤的電子電氣模塊聯(lián)成一個綜合系統(tǒng)，易于系統(tǒng)進行擴展，大大簡化了車電系統(tǒng)的連接關系，降低了系統(tǒng)的生產(chǎn)維護成本、提高了系統(tǒng)的性價比。

通過現(xiàn)場總線或無線設備，把武器系統(tǒng)內(nèi)的各種嵌入式設備連接到信息平臺后，經(jīng)信息平臺中的網(wǎng)關與外界網(wǎng)絡相連，組成一個大的網(wǎng)絡作戰(zhàn)平臺，實現(xiàn)陸地、海洋、空中及太空多維一體的攻防體系，這樣勢必將提高我軍的綜合實力，為武器系統(tǒng)的發(fā)展提供重要支撐。

參考文獻

[1]魯植雄.汽車電子控制基礎[M].北京：清華大學出版社，2011.

[2]吳基安，吳洋.汽車電子新技術[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

[3]崔勝民.車輛工程專業(yè)導論[M].北京：北京大學出版社，2015.