丰田普锐斯的仪表盘显示系统和防滑控制模块剖析

 普锐斯(Prius)是日本丰田汽车推出的一款混合动力汽车。本文将对这款混合动力汽车的车身电子部分的仪表盘显示系统和防滑控制模块进行拆解分析。

        虽然许多车辆状态信息和车辆控制功能是通过中央触摸屏面板显示和实施的，但关键信息是由放在方向盘后面一眼就可看到的专用显示系统提供的。仪表盘模块 (DM)通过数字方式和一款基于图标的真空荧光显示(VFD)面板提供大多数只读信息，如速度、油位、档位、里程表/公里数等。VFD技术的出现已有些年头了，普锐斯的VFD也许来自双叶电子(Futaba)或伊势电子(Noritake)。丰田更欣赏数字读数方式，它没用前些年普遍采用最近又重新流行起来的模拟指针表。

        对于VFD而言，在汽车应用中，刺眼的外界阳光会降低可分辨性，因此，可读性和对比度就更重要。为进一步改善可见性，司机实际上看到的是经过双反射的 VFD图像，而非该面板的直接图像。仪表盘下面的两块镜子将VFD的输出引导至指示给司机的光通道，它将VFD模块的散射光滤除掉，并改善了司机的观感体验质量。        虽然VFD所需的电流不是特别高，但它却要求高电压；另外，一款Oki Semiconductor的MSC1162A 40位VFD显示驱动器将来自富士通MB90583C 16位微控制器的输出转换为合适的电平，以从该面板密封的真空腔内的驱动电极中得到荧光。

        一款5V稳压器、神秘的东芝芯片(时钟？)及一片串行EEPROM是焊在仪表盘上的主要IC。除显示控制外，富士通的微处理器构成支持档位传感器和引擎控制模块的通信接口。不清楚的是速度和里程信息是在DM内进行计算和存储的，还是DM只负责信息显示，而显示数据来自普锐斯的其它模块？

        有两个白色模块也接至DM，它们同样有些出乎意料。打开后，里面是油浸的V型摆锤，摆锤的摆臂端带有磁铁，在摆动时会在一个霍耳效应传感器之上。我首先想到的是它可能构成在防滑控制模块(SCM)中会提到的偏航(yaw)传感器，但其缓慢的阻尼作用又像是不大可能。考虑到其构造，其更可能的用法是与DM电路配套使用的，其安装时的正交排布使其起着用以补偿被显示油位的倾斜传感器的作用。当车停的位置使车的一个或两个轴有角度时，该传感器可用以重新校准显示的油位，这样，即使油箱内的油品不在油箱内置油表的感应范围之内，也可确保准确的油位读数。再次申明，因普锐斯复杂的设计，有时要搞清其车内任何模块的功能都要颇费周折。

图1：对仪表盘而言，丰田普锐斯似乎更欣赏数字读数方式，没有沿用模拟指针表。

       模拟定制电路对SCM至关重要

       我们购买了一辆配置齐全的全新普锐斯，以解密其电子系统究竟是如何实现。机盖下面掩藏着该款气/电混合动力汽车的动力控制系统、动力传输/恢复电子系统以及信息娱乐/导航系统的实现细节。现在，我们将分析其防滑控制模块(SCM)

    SCM用于控制并修正牵引损耗。它与普锐斯的刹车控制系统(驱动液压摩擦制动并优化利用再生制动作为节省燃料的一项措施)协同工作，SCM控制各个车轮在何种状况下该采取哪些动作。该模块与驱动回路控制电子系统通信以调整输送的动力。SCM的基本输入包括各个轮上的轮速传感器及各个轮刹车毂上的制动液压力传感器。SCM的其它输入有偏航、减速率和转向角传感器。

        我们中大多数人在某种程度上，都对折中滑路面摩擦力的加速器过分热衷。普锐斯的SCM比较前(驱动)轮与后(从动)轮的转速。这就允许它在给定力的条件下，检测轮胎的简单往复以在前后轮间实现速度一致的目标。

        SCM的另一个任务是处理并防止紧急制动情况下的轮胎抱死。目前，防抱死(ABS)系统实际上已成为汽车的标配，而SCM也将ABS的若干任务纳入自己的管辖范围。SCM监测车轮的速度以确保各轮以相同的速率停止。当SCM发现一个轮(或几个轮)抱死时，它就向制动控制系统发出暂缓进一步制动的指令，

以将侧滑减至最小并使刹车效能最大化。

图2：防滑控制模块与驱动回路控制电子系统通信，以调整输送的动力        在SCM功能中，整体摩擦和稳定性控制是其最重要的任务。当可能发生转向控制力不够(在采取转向动作时，车仍将“前冲”)或转向控制力过大(车将向后转) 时，SCM将发挥作用。通过监测转向轮角度、相对轮速、偏航及可能的侧g力，SCM可确定在转向时，前轮摩擦损失(转向力不够)或后轮摩擦损失(转向力过大)的情况是否即将发生。此外，SCM与制动系统一道，将施加的制动力小心地导引至各个轮。

  与我们在普锐斯分拆中发现的大多关键部位电子系统一样，该SCM的实现仍采用保守作法。在机盖下有一个丰满的铸铁件，在仪表盘下还有一块密布着铅封辅助IC及大量器件的PCB。基于前右/后左和前左/后右轮这样一个对角线开分安全控制理念，我猜想，该SCM相应地是按中心对称实施的。采取这种冗余实现方法，即使出现部分故障，仍有一个前轮和一个后轮可用于由SCM驱动的控制环中。
    因输入信号调制和制动传动装置的驱动输出本质上都不是数字任务，所以，模拟电路对该SCM实现起着关键作用。该SCM的计算中枢由一款打者丰田标志的东芝TMP1984FDFG 32位微处理器和一款三菱的M30620 16位微处理器担当，后者是一款内带掩膜存储器的控制器，其相关版权显示的是1995年。这就再一次说明了在普锐斯的设计中，保守是指导原则。但是，除数据处理外，丰田为其混合信号接口电路采取的是定制策略。简单地从芯片本身看，Toyota DA023和DA034象是模拟控制或调制器件。我们在裸片上没发现市场上常见的商业代工标记，但在器件标号下面都有一个小丰田标识。
      虽然PCB后面的器件数很少，但模拟器件所需的大控制电流要求对发热予以考虑。对称分布在左右两边的DA023和DA034在SCM板的另一面采用一个与外壳连接的散热衬垫，以将芯片产生的热散掉，并使模块温度不至过高。
    简言之，普锐斯复杂的稳定性控制依赖保守的处理器选择和精心打造的模拟定制电路。