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        汽車車載時(shí)鐘的設(shè)計(jì)與研究

        2018-05-09 01:29:13謝玉錄鄒建強(qiáng)
        汽車電器 2018年4期
        關(guān)鍵詞:晶振車載時(shí)鐘

        謝玉錄,鄒建強(qiáng),李 巖,孫 進(jìn)

        (一汽轎車股份有限公司 產(chǎn)品部,吉林 長(zhǎng)春 130000)

        隨著生活水平的不斷提高,汽車已經(jīng)成為人們?nèi)粘I钪械闹匾煌üぞ?。汽車?shù)量的不斷增加,使人們對(duì)汽車的功能性、安全性、舒適性的要求也在不斷提高。在以互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)為代表的信息時(shí)代,為適應(yīng)新時(shí)代的發(fā)展,人們的生活、工作節(jié)奏不斷加快,這也促使人們更加關(guān)注時(shí)間的重要性。汽車車載時(shí)鐘正是在這種社會(huì)背景下得到了大量應(yīng)用和推廣,并逐步發(fā)展成為汽車的基本配置。

        1 種類與劃分

        汽車車載時(shí)鐘具有多種實(shí)現(xiàn)方式和顯示樣式,總體來說,可按下述2種劃分方法對(duì)車載時(shí)鐘進(jìn)行分類和識(shí)別。

        1)按位置不同劃分 通??煞譃閮x表時(shí)鐘和中控時(shí)鐘兩大類。集成在組合儀表上顯示的時(shí)鐘稱為儀表時(shí)鐘(圖1),通常在儀表LCD顯示屏中進(jìn)行顯示,主要顯示小時(shí)和分鐘信息,常有12H和24H兩種顯示格式,可通過儀表功能鍵對(duì)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整和設(shè)置。

        圖1 儀表時(shí)鐘

        儀表LCD顯示屏又分為段碼屏、點(diǎn)陣屏以及TFT顯示屏等,如圖2所示。段碼屏和點(diǎn)陣屏主要應(yīng)用在低端車型儀表上,TFT顯示屏(又分單色顯示和彩色顯示2種)主要應(yīng)用在中高端車型儀表上。

        圖2 儀表LCD顯示屏

        中控時(shí)鐘是指設(shè)置在儀表板中控系統(tǒng)附近處的時(shí)鐘,主要有機(jī)械時(shí)鐘和屏顯時(shí)鐘2種,如圖3所示。機(jī)械時(shí)鐘作為單獨(dú)的時(shí)鐘模塊,采用機(jī)械指針(一般為時(shí)針和分針)進(jìn)行指示,時(shí)鐘電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng),主要應(yīng)用在豪華車型上。屏顯時(shí)鐘主要指在娛樂系統(tǒng)的LCD顯示屏中模擬顯示的時(shí)鐘。

        圖3 中控時(shí)鐘

        2)按顯示形式劃分 通常可分為數(shù)字式時(shí)鐘和指針式時(shí)鐘兩大類。數(shù)字式時(shí)鐘主要將小時(shí)和分鐘以數(shù)字形式進(jìn)行顯示,應(yīng)用廣泛(參見圖2)。指針式時(shí)鐘主要采用機(jī)械指針(或模擬機(jī)械指針)進(jìn)行時(shí)間指示,主要應(yīng)用在中高端車型上(參見圖3)。

        2 系統(tǒng)及構(gòu)成

        數(shù)字式時(shí)鐘(主要為儀表時(shí)鐘和屏顯時(shí)鐘)均是集成在LCD顯示屏中進(jìn)行的時(shí)鐘顯示,是顯示屏顯示功能的一部分,因而沒有獨(dú)立的系統(tǒng)及構(gòu)成。而機(jī)械時(shí)鐘作為獨(dú)立的電器模塊,與其它汽車電器件一樣,也是由電氣系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)兩部分構(gòu)成。

        1)電氣系統(tǒng) 機(jī)械時(shí)鐘通常使用CAN或者LIN總線通信,采用專用的時(shí)鐘電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng),主要有GPS智能同步和總線信號(hào)同步2種時(shí)間同步方式?,斏佟⒖巳R斯勒等豪華車型采用GPS智能同步,時(shí)間精準(zhǔn)。而對(duì)于一般的中高端車型來說,通常采用性價(jià)比高的總線信號(hào)同步,其典型的電氣系統(tǒng)原理如圖4所示。

        圖4 系統(tǒng)原理

        2)機(jī)械結(jié)構(gòu) 機(jī)械時(shí)鐘的機(jī)械結(jié)構(gòu)及構(gòu)成都是相似的,通常由前殼、面罩、間隔環(huán)、時(shí)鐘表盤、導(dǎo)光體、時(shí)針、分針、電路板、后殼、標(biāo)簽等部件構(gòu)成,如圖5所示。

        圖5 結(jié)構(gòu)構(gòu)成

        3 時(shí)間同步

        在同一輛汽車上通常同時(shí)具有多個(gè)不同形式類別的車載時(shí)鐘(如儀表時(shí)鐘、機(jī)械時(shí)鐘、中控屏顯時(shí)鐘等)。由于時(shí)間顯示偏差的客觀存在,這就需要對(duì)各個(gè)時(shí)鐘進(jìn)行時(shí)間同步,統(tǒng)一時(shí)間顯示。

        時(shí)間同步的具體方法是:以某個(gè)特定的時(shí)鐘時(shí)間作為同步基準(zhǔn),在特定的時(shí)間內(nèi),將其時(shí)間信息作為同步信號(hào),通過總線通信傳遞給其它時(shí)鐘模塊,完成時(shí)間同步。

        4 時(shí)間校準(zhǔn)

        作為同步基準(zhǔn)的時(shí)鐘,其時(shí)間顯示上也存在一定的偏差,因此需要對(duì)其進(jìn)行時(shí)間校準(zhǔn),盡量減小偏差,提高時(shí)間顯示的準(zhǔn)確性。當(dāng)前在車載時(shí)鐘上主要應(yīng)用的時(shí)間校準(zhǔn)方法有:晶振偏差調(diào)校法、溫度自動(dòng)補(bǔ)償法、射頻信號(hào)校準(zhǔn)法、GPS時(shí)間校準(zhǔn)法等。

        1)晶振偏差調(diào)校法 儀表時(shí)鐘、屏顯時(shí)鐘通常依據(jù)石英晶振的振蕩頻率作為時(shí)鐘信號(hào)源進(jìn)行計(jì)時(shí),其時(shí)間偏差主要受晶振本身誤差影響,晶振誤差越大,相應(yīng)的時(shí)鐘時(shí)間偏差就會(huì)越大。例如:理論晶振頻率為8 MHz,8分頻后為1 MHz,當(dāng)時(shí)鐘的計(jì)數(shù)頻率設(shè)為1 MHz時(shí),計(jì)算1000個(gè)頻率周期即為1 ms(見圖6),循環(huán)計(jì)時(shí)實(shí)現(xiàn)時(shí)間顯示。

        圖6 頻率計(jì)時(shí)

        然而實(shí)際晶振的頻率為8.008 MHz,計(jì)數(shù)頻率實(shí)際為1.001 MHz,則實(shí)際計(jì)算1 ms只需999個(gè)周期,若依然以1000個(gè)周期為1 ms計(jì)算會(huì)導(dǎo)致時(shí)鐘稍快。所以通常會(huì)將此類時(shí)鐘的計(jì)數(shù)周期作為一個(gè)NVM變量,工廠生產(chǎn)時(shí)根據(jù)具體測(cè)量值重新寫入,從而達(dá)到時(shí)間校準(zhǔn)的目的。即使如此,由于外界溫度的影響及校準(zhǔn)精度的問題,時(shí)間誤差依然存在。

        2)溫度自動(dòng)補(bǔ)償法 溫度自動(dòng)補(bǔ)償法是對(duì)晶振偏差調(diào)校法的改進(jìn)。時(shí)鐘系統(tǒng)根據(jù)外界溫度變化,通過查表法讀取出當(dāng)前溫度對(duì)晶振誤差的影響值,從而計(jì)算出時(shí)間偏差值。當(dāng)時(shí)間偏差累積到一定值后(時(shí)間補(bǔ)償值),時(shí)鐘系統(tǒng)將自動(dòng)對(duì)當(dāng)前顯示時(shí)間進(jìn)行時(shí)間補(bǔ)償,并顯示更新后的時(shí)間[1],如圖7所示。

        圖7 頻率-溫度特性示意圖[1]

        3)射頻信號(hào)校準(zhǔn)法 射頻信號(hào)校準(zhǔn)法是在原有時(shí)鐘模塊基礎(chǔ)上,新增一個(gè)射頻信號(hào)接收模塊,用于接收射頻信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)。標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)和時(shí)鐘模塊的時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生時(shí)間差,時(shí)鐘處理模塊根據(jù)上述時(shí)間差計(jì)算出時(shí)間補(bǔ)償值。在射頻信號(hào)接收模塊能夠接收到射頻信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)時(shí),時(shí)鐘顯示模塊顯示標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)間。在射頻信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)消失時(shí),時(shí)鐘處理模塊對(duì)時(shí)鐘模塊的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償[2],補(bǔ)償后的時(shí)鐘模塊重新進(jìn)行時(shí)間顯示。射頻信號(hào)校準(zhǔn)法原理圖見圖8。

        圖8 射頻信號(hào)校準(zhǔn)法原理圖[2]

        射頻信號(hào)校準(zhǔn)法的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行流程見圖9。

        圖9 射頻信號(hào)校準(zhǔn)法流程圖[2]

        4)GPS時(shí)間校準(zhǔn)法 與射頻信號(hào)校準(zhǔn)法的原理類似,GPS時(shí)間校準(zhǔn)法是應(yīng)用GPS衛(wèi)星時(shí)鐘同步信號(hào)對(duì)車載時(shí)鐘模塊的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行時(shí)間校準(zhǔn)的一種方法[3-4]。

        GPS接收模塊(通常集成在音響娛樂系統(tǒng)中)負(fù)責(zé)接收衛(wèi)星時(shí)鐘同步信號(hào),通過CAN總線通信,對(duì)車載時(shí)鐘模塊的時(shí)鐘進(jìn)行校正。

        GPS系統(tǒng)在每顆衛(wèi)星上都裝置有十分精密的原子鐘,并由監(jiān)測(cè)站經(jīng)常進(jìn)行校正[3],因此GPS衛(wèi)星時(shí)鐘同步信號(hào)的時(shí)間準(zhǔn)確性高,但該系統(tǒng)的應(yīng)用成本也相對(duì)較高。

        5 誤差檢測(cè)

        在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段,需要對(duì)車載時(shí)鐘的時(shí)間顯示誤差進(jìn)行檢測(cè),確保車載時(shí)鐘的時(shí)間顯示精度滿足設(shè)計(jì)要求。一般采用對(duì)比運(yùn)行時(shí)間的方法進(jìn)行誤差檢測(cè)[5]:檢測(cè)設(shè)備通常采用GPS時(shí)間作為檢測(cè)基準(zhǔn),從某一時(shí)間點(diǎn)開始計(jì)時(shí)并記錄車載時(shí)鐘的起始時(shí)間T1,基準(zhǔn)時(shí)鐘和車載時(shí)鐘同步運(yùn)行,當(dāng)基準(zhǔn)時(shí)鐘運(yùn)行滿H時(shí)間后,記錄此時(shí)車載時(shí)鐘的顯示時(shí)間T2,車載時(shí)鐘的運(yùn)行時(shí)間T=T2-T1,計(jì)算得到誤差值△T(△T=T-H),最后依據(jù)誤差檢測(cè)結(jié)果,對(duì)車載時(shí)鐘精度進(jìn)行調(diào)整和修正。標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)鐘誤差檢測(cè)見表1。

        表1 時(shí)鐘誤差檢測(cè)表

        6 結(jié)束語

        本文主要對(duì)汽車車載時(shí)鐘的產(chǎn)品方案及技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了分析與研究,為相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供依據(jù)和參考。

        參考文獻(xiàn):

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        [2] 羅如忠,趙紅波,黃振.汽車時(shí)鐘校準(zhǔn)系統(tǒng)及校準(zhǔn)方法:中國(guó),201010515114.1[P].2010-10-22.

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        [4] 陳澤堅(jiān).一種汽車儀表的時(shí)鐘校準(zhǔn)系統(tǒng)及其校準(zhǔn)方法:中國(guó),201210430887.9 [P].2012-10-31.

        [5] 何志軍.一種組合儀表時(shí)鐘誤差測(cè)試方法[J].汽車零部件,2015(6):53-55.

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