豐田普銳斯的儀表盤顯示系統(tǒng)和防滑控制模塊剖析

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

        雖然許多車輛狀態(tài)信息和車輛控制功能是通過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后面一眼就可看到的專用顯示系統(tǒng)提供的。儀表盤模塊 (DM)通過數(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也許來自雙葉電子(Futaba)或伊勢電子(Noritake)。豐田更欣賞數(shù)字讀數(shù)方式，它沒用前些年普遍采用最近又重新流行起來的模擬指針表。

        對于VFD而言，在汽車應(yīng)用中，刺眼的外界陽光會降低可分辨性，因此，可讀性和對比度就更重要。為進(jìn)一步改善可見性，司機(jī)實(shí)際上看到的是經(jīng)過雙反射的 VFD圖像，而非該面板的直接圖像。儀表盤下面的兩塊鏡子將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)動器將來自富士通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)動電極中得到熒光。

        一款5V穩(wěn)壓器、神秘的東芝芯片(時鐘？)及一片串行EEPROM是焊在儀表盤上的主要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)行計算和存儲的，還是DM只負(fù)責(zé)信息顯示，而顯示數(shù)據(jù)來自普銳斯的其它模塊？

        有兩個白色模塊也接至DM，它們同樣有些出乎意料。打開后，里面是油浸的V型擺錘，擺錘的擺臂端帶有磁鐵，在擺動時會在一個霍耳效應(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?？紤]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)車停的位置使車的一個或兩個軸有角度時，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，有時要搞清其車內(nèi)任何模塊的功能都要頗費(fèi)周折。

圖1：對儀表盤而言，豐田普銳斯似乎更欣賞數(shù)字讀數(shù)方式，沒有沿用模擬指針表。

       模擬定制電路對SCM至關(guān)重要

       我們購買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/電混合動力汽車的動力控制系統(tǒng)、動力傳輸/恢復(fù)電子系統(tǒng)以及信息娛樂/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。它與普銳斯的剎車控制系統(tǒng)(驅(qū)動液壓摩擦制動并優(yōu)化利用再生制動作為節(jié)省燃料的一項措施)協(xié)同工作，SCM控制各個車輪在何種狀況下該采取哪些動作。該模塊與驅(qū)動回路控制電子系統(tǒng)通信以調(diào)整輸送的動力。SCM的基本輸入包括各個輪上的輪速傳感器及各個輪剎車轂上的制動液壓力傳感器。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，都對折中滑路面摩擦力的加速器過分熱衷。普銳斯的SCM比較前(驅(qū)動)輪與后(從動)輪的轉(zhuǎn)速。這就允許它在給定力的條件下，檢測輪胎的簡單往復(fù)以在前后輪間實(shí)現(xiàn)速度一致的目標(biāo)。

        SCM的另一個任務(wù)是處理并防止緊急制動情況下的輪胎抱死。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)測車輪的速度以確保各輪以相同的速率停止。當(dāng)SCM發(fā)現(xiàn)一個輪(或幾個輪)抱死時，它就向制動控制系統(tǒng)發(fā)出暫緩進(jìn)一步制動的指令，

以將側(cè)滑減至最小并使剎車效能最大化。

圖2：防滑控制模塊與驅(qū)動回路控制電子系統(tǒng)通信，以調(diào)整輸送的動力        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)向動作時，車仍將“前沖”)或轉(zhuǎn)向控制力過大(車將向后轉(zhuǎn)) 時，SCM將發(fā)揮作用。通過監(jiān)測轉(zhuǎn)向輪角度、相對輪速、偏航及可能的側(cè)g力，SCM可確定在轉(zhuǎn)向時，前輪摩擦損失(轉(zhuǎn)向力不夠)或后輪摩擦損失(轉(zhuǎn)向力過大)的情況是否即將發(fā)生。此外，SCM與制動系統(tǒng)一道，將施加的制動力小心地導(dǎo)引至各個輪。

  與我們在普銳斯分拆中發(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)蓋下有一個豐滿的鑄鐵件，在儀表盤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/后右輪這樣一個對角線開分安全控制理念，我猜想，該SCM相應(yīng)地是按中心對稱實(shí)施的。采取這種冗余實(shí)現(xiàn)方法，即使出現(xiàn)部分故障，仍有一個前輪和一個后輪可用于由SCM驅(qū)動的控制環(huán)中。
    因輸入信號調(diào)制和制動傳動裝置的驅(qū)動輸出本質(zhì)上都不是數(shù)字任務(wù)，所以，模擬電路對該SCM實(shí)現(xiàn)起著關(guān)鍵作用。該SCM的計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)帶掩膜存儲器的控制器，其相關(guān)版權(quán)顯示的是1995年。這就再一次說明了在普銳斯的設(shè)計中，保守是指導(dǎo)原則。但是，除數(shù)據(jù)處理外，豐田為其混合信號接口電路采取的是定制策略。簡單地從芯片本身看，Toyota DA023和DA034象是模擬控制或調(diào)制器件。我們在裸片上沒發(fā)現(xiàn)市場上常見的商業(yè)代工標(biāo)記，但在器件標(biāo)號下面都有一個小豐田標(biāo)識。
      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發(fā)熱予以考慮。對稱分布在左右兩邊的DA023和DA034在SCM板的另一面采用一個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高。
    簡言之，普銳斯復(fù)雜的穩(wěn)定性控制依賴保守的處理器選擇和精心打造的模擬定制電路。