豐田普銳斯的儀表盤(pán)顯示系統(tǒng)和防滑控制模塊剖析

普銳斯(Prius)是日本豐田汽車(chē)推出的一款混合動(dòng)力汽車(chē)。本文將對(duì)這款混合動(dòng)力汽車(chē)的車(chē)身電子部分的儀表盤(pán)顯示系統(tǒng)和防滑控制模塊進(jìn)行拆解分析。

??????? 雖然許多車(chē)輛狀態(tài)信息和車(chē)輛控制功能是通過(guò)中央觸摸屏面板顯示和實(shí)施的，但關(guān)鍵信息是由放在方向盤(pán)后面一眼就可看到的專(zhuān)用顯示系統(tǒng)提供的。儀表盤(pán)模塊 (DM)通過(guò)數(shù)字方式和一款基于圖標(biāo)的真空熒光顯示(VFD)面板提供大多數(shù)只讀信息，如速度、油位、檔位、里程表/公里數(shù)等。VFD技術(shù)的出現(xiàn)已有些年頭了，普銳斯的VFD也許來(lái)自雙葉電子(Futaba)或伊勢(shì)電子(Noritake)。豐田更欣賞數(shù)字讀數(shù)方式，它沒(méi)用前些年普遍采用最近又重新流行起來(lái)的模擬指針表。

??????? 對(duì)于VFD而言，在汽車(chē)應(yīng)用中，刺眼的外界陽(yáng)光會(huì)降低可分辨性，因此，可讀性和對(duì)比度就更重要。為進(jìn)一步改善可見(jiàn)性，司機(jī)實(shí)際上看到的是經(jīng)過(guò)雙反射的 VFD圖像，而非該面板的直接圖像。儀表盤(pán)下面的兩塊鏡子將VFD的輸出引導(dǎo)至指示給司機(jī)的光通道，它將VFD模塊的散射光濾除掉，并改善了司機(jī)的觀感體驗(yàn)質(zhì)量。??????? 雖然VFD所需的電流不是特別高，但它卻要求高電壓；另外，一款Oki Semiconductor的MSC1162A 40位VFD顯示驅(qū)動(dòng)器將來(lái)自富士通MB90583C 16位微控制器的輸出轉(zhuǎn)換為合適的電平，以從該面板密封的真空腔內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電極中得到熒光。

??????? 一款5V穩(wěn)壓器、神秘的東芝芯片(時(shí)鐘？)及一片串行EEPROM是焊在儀表盤(pán)上的主要IC。除顯示控制外，富士通的微處理器構(gòu)成支持檔位傳感器和引擎控制模塊的通信接口。不清楚的是速度和里程信息是在DM內(nèi)進(jìn)行計(jì)算和存儲(chǔ)的，還是DM只負(fù)責(zé)信息顯示，而顯示數(shù)據(jù)來(lái)自普銳斯的其它模塊？

??????? 有兩個(gè)白色模塊也接至DM，它們同樣有些出乎意料。打開(kāi)后，里面是油浸的V型擺錘，擺錘的擺臂端帶有磁鐵，在擺動(dòng)時(shí)會(huì)在一個(gè)霍耳效應(yīng)傳感器之上。我首先想到的是它可能構(gòu)成在防滑控制模塊(SCM)中會(huì)提到的偏航(yaw)傳感器，但其緩慢的阻尼作用又像是不大可能。考慮到其構(gòu)造，其更可能的用法是與DM電路配套使用的，其安裝時(shí)的正交排布使其起著用以補(bǔ)償被顯示油位的傾斜傳感器的作用。當(dāng)車(chē)停的位置使車(chē)的一個(gè)或兩個(gè)軸有角度時(shí)，該傳感器可用以重新校準(zhǔn)顯示的油位，這樣，即使油箱內(nèi)的油品不在油箱內(nèi)置油表的感應(yīng)范圍之內(nèi)，也可確保準(zhǔn)確的油位讀數(shù)。再次申明，因普銳斯復(fù)雜的設(shè)計(jì)，有時(shí)要搞清其車(chē)內(nèi)任何模塊的功能都要頗費(fèi)周折。

圖1：對(duì)儀表盤(pán)而言，豐田普銳斯似乎更欣賞數(shù)字讀數(shù)方式，沒(méi)有沿用模擬指針表。

?模擬定制電路對(duì)SCM至關(guān)重要

?????? 我們購(gòu)買(mǎi)了一輛配置齊全的全新普銳斯，以解密其電子系統(tǒng)究竟是如何實(shí)現(xiàn)。機(jī)蓋下面掩藏著該款氣/電混合動(dòng)力汽車(chē)的動(dòng)力控制系統(tǒng)、動(dòng)力傳輸/恢復(fù)電子系統(tǒng)以及信息娛樂(lè)/導(dǎo)航系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)?，F(xiàn)在，我們將分析其防滑控制模塊(SCM)

?? ?SCM用于控制并修正牽引損耗。它與普銳斯的剎車(chē)控制系統(tǒng)(驅(qū)動(dòng)液壓摩擦制動(dòng)并優(yōu)化利用再生制動(dòng)作為節(jié)省燃料的一項(xiàng)措施)協(xié)同工作，SCM控制各個(gè)車(chē)輪在何種狀況下該采取哪些動(dòng)作。該模塊與驅(qū)動(dòng)回路控制電子系統(tǒng)通信以調(diào)整輸送的動(dòng)力。SCM的基本輸入包括各個(gè)輪上的輪速傳感器及各個(gè)輪剎車(chē)轂上的制動(dòng)液壓力傳感器。SCM的其它輸入有偏航、減速率和轉(zhuǎn)向角傳感器。

??????? 我們中大多數(shù)人在某種程度上，都對(duì)折中滑路面摩擦力的加速器過(guò)分熱衷。普銳斯的SCM比較前(驅(qū)動(dòng))輪與后(從動(dòng))輪的轉(zhuǎn)速。這就允許它在給定力的條件下，檢測(cè)輪胎的簡(jiǎn)單往復(fù)以在前后輪間實(shí)現(xiàn)速度一致的目標(biāo)。

??????? SCM的另一個(gè)任務(wù)是處理并防止緊急制動(dòng)情況下的輪胎抱死。目前，防抱死(ABS)系統(tǒng)實(shí)際上已成為汽車(chē)的標(biāo)配，而SCM也將ABS的若干任務(wù)納入自己的管轄范圍。SCM監(jiān)測(cè)車(chē)輪的速度以確保各輪以相同的速率停止。當(dāng)SCM發(fā)現(xiàn)一個(gè)輪(或幾個(gè)輪)抱死時(shí)，它就向制動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)出暫緩進(jìn)一步制動(dòng)的指令，

以將側(cè)滑減至最小并使剎車(chē)效能最大化。

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圖2：防滑控制模塊與驅(qū)動(dòng)回路控制電子系統(tǒng)通信，以調(diào)整輸送的動(dòng)力??????? 在SCM功能中，整體摩擦和穩(wěn)定性控制是其最重要的任務(wù)。當(dāng)可能發(fā)生轉(zhuǎn)向控制力不夠(在采取轉(zhuǎn)向動(dòng)作時(shí)，車(chē)仍將“前沖”)或轉(zhuǎn)向控制力過(guò)大(車(chē)將向后轉(zhuǎn)) 時(shí)，SCM將發(fā)揮作用。通過(guò)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)向輪角度、相對(duì)輪速、偏航及可能的側(cè)g力，SCM可確定在轉(zhuǎn)向時(shí)，前輪摩擦損失(轉(zhuǎn)向力不夠)或后輪摩擦損失(轉(zhuǎn)向力過(guò)大)的情況是否即將發(fā)生。此外，SCM與制動(dòng)系統(tǒng)一道，將施加的制動(dòng)力小心地導(dǎo)引至各個(gè)輪。

? 與我們?cè)谄珍J斯分拆中發(fā)現(xiàn)的大多關(guān)鍵部位電子系統(tǒng)一樣，該SCM的實(shí)現(xiàn)仍采用保守作法。在機(jī)蓋下有一個(gè)豐滿(mǎn)的鑄鐵件，在儀表盤(pán)下還有一塊密布著鉛封輔助IC及大量器件的PCB?；谇坝?后左和前左/后右輪這樣一個(gè)對(duì)角線開(kāi)分安全控制理念，我猜想，該SCM相應(yīng)地是按中心對(duì)稱(chēng)實(shí)施的。采取這種冗余實(shí)現(xiàn)方法，即使出現(xiàn)部分故障，仍有一個(gè)前輪和一個(gè)后輪可用于由SCM驅(qū)動(dòng)的控制環(huán)中。
??? 因輸入信號(hào)調(diào)制和制動(dòng)傳動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)輸出本質(zhì)上都不是數(shù)字任務(wù)，所以，模擬電路對(duì)該SCM實(shí)現(xiàn)起著關(guān)鍵作用。該SCM的計(jì)算中樞由一款打者豐田標(biāo)志的東芝TMP1984FDFG 32位微處理器和一款三菱的M30620 16位微處理器擔(dān)當(dāng)，后者是一款內(nèi)帶掩膜存儲(chǔ)器的控制器，其相關(guān)版權(quán)顯示的是1995年。這就再一次說(shuō)明了在普銳斯的設(shè)計(jì)中，保守是指導(dǎo)原則。但是，除數(shù)據(jù)處理外，豐田為其混合信號(hào)接口電路采取的是定制策略。簡(jiǎn)單地從芯片本身看，Toyota DA023和DA034象是模擬控制或調(diào)制器件。我們?cè)诼闫蠜](méi)發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)上常見(jiàn)的商業(yè)代工標(biāo)記，但在器件標(biāo)號(hào)下面都有一個(gè)小豐田標(biāo)識(shí)。
???? ?雖然PCB后面的器件數(shù)很少，但模擬器件所需的大控制電流要求對(duì)發(fā)熱予以考慮。對(duì)稱(chēng)分布在左右兩邊的DA023和DA034在SCM板的另一面采用一個(gè)與外殼連接的散熱襯墊，以將芯片產(chǎn)生的熱散掉，并使模塊溫度不至過(guò)高。
??? 簡(jiǎn)言之，普銳斯復(fù)雜的穩(wěn)定性控制依賴(lài)保守的處理器選擇和精心打造的模擬定制電路。