豐田普銳斯的儀表盤顯示系統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和防滑控制模塊進行拆解分析。

??????? 雖然許多車輛狀態信息和車輛控制功能是通過中央觸摸屏面板顯示和實施的，但關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提供的。儀表盤模塊 (DM)通過數字方式和一款基于圖標的真空熒光顯示(VFD)面板提供大多數只讀信息，如速度、油位、檔位、里程表/公里數等。VFD技術的出現已有些年頭了，普銳斯的VFD也許來自雙葉電子(Futaba)或伊勢電子(Noritake)。豐田更欣賞數字讀數方式，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。為進一步改善可見性，司機實際上看到的是經過雙反射的 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的輸出引導至指示給司機的光通道，它將VFD模塊的散射光濾除掉，并改善了司機的觀感體驗質量。??????? 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顯示驅動器將來自富士通MB90583C 16位微控制器的輸出轉換為合適的電平，以從該面板密封的真空腔內的驅動電極中得到熒光。

??????? 一款5V穩壓器、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內進行計算和存儲的，還是DM只負責信息顯示，而顯示數據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傳感器之上。我首先想到的是它可能構成在防滑控制模塊(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。考慮到其構造，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償被顯示油位的傾斜傳感器的作用。當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顯示的油位，這樣，即使油箱內的油品不在油箱內置油表的感應范圍之內，也可確保準確的油位讀數。再次申明，因普銳斯復雜的設計，有時要搞清其車內任何模塊的功能都要頗費周折。

圖1：對儀表盤而言，豐田普銳斯似乎更欣賞數字讀數方式，沒有沿用模擬指針表。

?模擬定制電路對SCM至關重要

?????? 我們購買了一輛配置齊全的全新普銳斯，以解密其電子系統究竟是如何實現。機蓋下面掩藏著該款氣/電混合動力汽車的動力控制系統、動力傳輸/恢復電子系統以及信息娛樂/導航系統的實現細節。現在，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(驅動液壓摩擦制動并優化利用再生制動作為節省燃料的一項措施)協同工作，SCM控制各個車輪在何種狀況下該采取哪些動作。該模塊與驅動回路控制電子系統通信以調整輸送的動力。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、減速率和轉向角傳感器。

??????? 我們中大多數人在某種程度上，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(驅動)輪與后(從動)輪的轉速。這就允許它在給定力的條件下，檢測輪胎的簡單往復以在前后輪間實現速度一致的目標。

??????? SCM的另一個任務是處理并防止緊急制動情況下的輪胎抱死。目前，防抱死(ABS)系統實際上已成為汽車的標配，而SCM也將ABS的若干任務納入自己的管轄范圍。SCM監測車輪的速度以確保各輪以相同的速率停止。當SCM發現一個輪(或幾個輪)抱死時，它就向制動控制系統發出暫緩進一步制動的指令，

以將側滑減至最小并使剎車效能最大化。

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圖2：防滑控制模塊與驅動回路控制電子系統通信，以調整輸送的動力??????? 在SCM功能中，整體摩擦和穩定性控制是其最重要的任務。當可能發生轉向控制力不夠(在采取轉向動作時，車仍將“前沖”)或轉向控制力過大(車將向后轉) 時，SCM將發揮作用。通過監測轉向輪角度、相對輪速、偏航及可能的側g力，SCM可確定在轉向時，前輪摩擦損失(轉向力不夠)或后輪摩擦損失(轉向力過大)的情況是否即將發生。此外，SCM與制動系統一道，將施加的制動力小心地導引至各個輪。

? 與我們在普銳斯分拆中發現的大多關鍵部位電子系統一樣，該SCM的實現仍采用保守作法。在機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。基于前右/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相應地是按中心對稱實施的。采取這種冗余實現方法，即使出現部分故障，仍有一個前輪和一個后輪可用于由SCM驅動的控制環中。
??? 因輸入信號調制和制動傳動裝置的驅動輸出本質上都不是數字任務，所以，模擬電路對該SCM實現起著關鍵作用。該SCM的計算中樞由一款打者豐田標志的東芝TMP1984FDFG 32位微處理器和一款三菱的M30620 16位微處理器擔當，后者是一款內帶掩膜存儲器的控制器，其相關版權顯示的是1995年。這就再一次說明了在普銳斯的設計中，保守是指導原則。但是，除數據處理外，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象是模擬控制或調制器件。我們在裸片上沒發現市場上常見的商業代工標記，但在器件標號下面都有一個小豐田標識。
???? ?雖然PCB后面的器件數很少，但模擬器件所需的大控制電流要求對發熱予以考慮。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，以將芯片產生的熱散掉，并使模塊溫度不至過高。
??? 簡言之，普銳斯復雜的穩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。