低成本特种车辆综合电子信息系统研究

    曲利峰　史祖春

    

    

    摘? 要：特种车辆的信息化和网络化是我国武器装备的重要发展方向。特种车辆底盘综合电子信息系统依靠分配、使用、共享、上传车辆间以及车辆内部所有电气分系统的各种信息，达到弱化信息封闭局限的矛盾，增强整体性的目的，提高了特种车辆的指挥控制能力和综合作战能力。该文设计的车辆底盘综合电子信息系统基于模块化以及嵌入式系統构建，系统主要包括采集控制器、配电控制盒、开关控制盒、驾驶员组合仪表以及具有车辆导航的虚拟驾驶员信息终端。

    关键词：模块化;CAN总线;嵌入式

    中图分类号：TP393? ? ? ? ? ? 文献标志码：A

    0 引言

    随着科技和军事的快速发展，我国的武器装备正向着信息化和网络化方向迈进，数字化、信息化的武器平台成为网络化作战中的网络栅格节点。所谓信息化就是在数字化的基础上，将数据变成可以共享、综合利用的信息，以信息为主导，实现武器功能的拓展，提高武器装备的效能。增加其战场环境下的感知能力，使战场环境对己方透明，为遂行作战的实现创造更大范围的信息共享空间，这已成为我军装备发展的必由之路。

    1 背景技术

    在现代化战争中特种车辆装备至关重要。特种车辆底盘综合电子系统可以提高特种车辆的自动化程度，提高其稳定性和可靠性，提高战车的作战效能。其遵循实用性和实效性原则，同时瞄准未来战车的体系结构，以此来实现技术向战斗力的转化。

    传统的车辆底盘综合电子信息系统采用各个独立的电气或机械分体完成各项任务，整车存在过多的复杂连接，导致车体重量过重、布线复杂度、人员操作难度大、故障排除困难，不利于提升整车的机动性[1]。该文设计的车辆底盘综合电子信息系统主要由驾驶员组合仪表、驾驶员信息终端（带定位导航子系统）、总线采集控制器、开关控制盒、配电控制盒等组成，各个分系统的模块化设计易于系统进行扩展，同时也降低了系统的成本，提高了系统的性价比。

    2 原理实现

    车辆底盘综合电子信息系统主要负责完成车辆运行状态指示、操控、报警显示、车道预警、防撞、车距显示、导航、车辆智能化供配电、中央充放气系统控制、车体开关控制、底盘车辆信息采集及灯、泵、阀等负载驱动[2]。如图1所示，车辆底盘综合电子信息系统由组合仪表、信息终端、开关控制盒、配电控制盒、动力舱采集控制器和载员舱采集控制器组成。

    组合仪表：指示车辆车速、发动机转速、发动机水温、发动机机油压力等重要信号，显示该次和总里程数、发动机总小时数和负载小时数、气瓶压力、油箱剩余油量、传动箱油压、档位等，同时对车辆各种状态的报警信息以图符形式显示。

    信息终端：具有分屏显示备用仪表、故障诊断、全景视频及雷达测距、地图导航、车道偏离预警、行人防撞等功能。

    开关控制盒：采集盒体上灭火按钮等开关、驾驶舱内钥匙开关及组合开关等开关信号。同时集成中央充放气操作功能，可向阀箱发送CAN报文。

    配电控制盒：对车辆进行供配电管理，可向车辆提供多路30 A电源，具有短路、过载保护功能，并能进行状态显示，具有手动配电兼容功能。

    采集控制器：采集动力舱内传感器及开关量信号，驱动灯光、电磁阀、泵等负载。

    所有设备以节点形式挂接在车电系统冗余CAN总线上。

    2.1 组合仪表设计

    组合仪表采用步进电机指示与5寸液晶屏显示相结合，指示车速、发动机转速、水温、油压，液晶屏显示气瓶气压、油量、电流、电压、里程、档位等信息，并具有车况和报警信号图符指示功能。

    2.1.1 硬件设计

    通过控制核心微控制器接收CAN总线信号或外部模拟信号，并将其转成CAN总线信号，与各总线节点进行数据交换，同时负责驱动液晶屏显示相关信息。硬件电路主要由电源、微控制器、电机驱动、液晶驱动、报警灯驱动、背光照明等部分组成。

    2.1.2 软件设计

    软件基于C语言编写，模块化实现各个模块功能。

    2.2 信息终端设计

    信息终端作为车载人机交互设备，配备10.1英寸液晶显示屏和金属物理按键，外接GPS模块和车道偏离预警模块，具有仪表辅助显示、倒车及监控视频显示、车道偏离预警、防撞警告、前车距离和限速提示、GPS地图导航、辅助信息显示等功能。信息终端仪表和辅助显示信息显示来自CAN总线的数据，并作为CAN节点接入CAN总线系统。

    2.2.1 硬件设计

    信息终端硬件采用模块化设计，主要分为电源模块、核心控制模块和扩展模块，各模块电路通过板对板连接器连接，并使用螺钉锁紧。扩展模块主要包含接口电路、音频编解码器、按键采集电路、CAN总线电路和RS-232电路等。信息终端硬件结构框图如图2所示。

    2.2.2 软件设计

    信息终端采用嵌入式实时操作系统Linux。Linux系统结构更加灵活，易于裁剪，内核最小可到2M，处理速度更快、安全性高。信息终端采用图形化界面框架，将所有车辆信息以图形界面的形式显示。

    2.3 开关控制盒设计

    开关控制盒设置多路扭子开关、按钮开关和状态指示灯，其中大电流控制通路直接通过扭子开关输入输出，信号类开关由内置采集板采集后，通过CAN总线发送给采集控制器，用于驱动灯、阀等负载设备。

    2.3.1 硬件设计

    开关控制盒内采用国产高性能处理器，配合独立AD采集芯片采集面板开关信号。开关控制盒设置双路CAN总线接口，实现与车辆底盘综合信息系统的信息交互。

    2.3.2 软件设计

    软件为无操作系统设计，基于C语言编写。软件功能主要由CAN通信模块、开关量信号采集模块控制。开关控制盒设置软件看门狗，以此来保证软件的安全性，保证开关控制盒能按指定要求完成任务。

    2.4 配电控制盒设计

    配电控制盒用于管理车辆用电设备配电，具备独立通道过载断开、短路保护功能[3]。配电控制盒接收CAN命令，打开和关闭支路配电，并通过CAN总线上报配电支路状态。配电控制盒设置电磁断路器用于紧急配电。

    2.4.1 硬件设计

    硬件基于国产高性能处理器设计，驱动采用IGBT驱动器实现，处理支路电压和负载电流，并通过CAN总线上报支路状态。配电控制盒具备故障指示灯。

    2.4.2 软件设计

    软件基于C语言编写。软件功能主要分为模块化设计结構，包含CAN通信模块、驱动电流/电压采集模块、驱动控制模块。软件设置支路过载电流，周期采集负载用电情况，实时为支路过载、短路提供保护。

    2.5 采集控制器设计

    采集控制器支持多路开关量信号采集、电压信号采集、电流信号采集、电阻信号采集和正弦/方波信号采集。驱动输出功能支持12路负载接入，每路带载电流为10 A。采集控制器通过CAN总线接口与车辆底盘综合电子信息系统的CAN总线连接，完成传感器信号和驱动控制信号的共享。

    2.5.1 硬件设计

    硬件基于国产高可靠处理器设计，采集芯片采集各类传感器信号及开关量信号。模拟信号采集功能具有电流、电压、电阻、频率信号检测能力。

    2.5.2 软件设计

    软件为无操作系统设计，基于C语言编写。软件周期采集驱动电路负载电流，设置过流/短路阈值，保护负载设备不会出现过流损坏问题。设置软件看门狗，以此来保证软件的安全运行。

    3 结论

    特种车辆底盘综合电子信息系统的研制是为了提高特种车辆的自动化程度，提高其稳定性和可靠性，提高战车的作战效能，遵循实用性和实效性的原则，基于模块化驾驶员组合仪表、驾驶员信息终端（带定位导航子系统）、总线采集控制器、开关控制盒、配电控制盒，以CAN总线为纽带，将车辆底盘的电子电气模块联成一个综合系统，易于系统进行扩展，大大简化了车电系统的连接关系，降低了系统的生产维护成本、提高了系统的性价比。

    通过现场总线或无线设备，把武器系统内的各种嵌入式设备连接到信息平台后，经信息平台中的网关与外界网络相连，组成一个大的网络作战平台，实现陆地、海洋、空中及太空多维一体的攻防体系，这样势必将提高我军的综合实力，为武器系统的发展提供重要支撑。

    参考文献

    [1]鲁植雄.汽车电子控制基础[M].北京：清华大学出版社，2011.

    [2]吴基安，吴洋.汽车电子新技术[M].北京：电子工业出版社，2006.

    [3]崔胜民.车辆工程专业导论[M].北京：北京大学出版社，2015.