1 引言
随着电子控制系统单元(ecu)在汽车上广泛应用，汽车电子化程度越来越高。电控系统的增加虽然提高了汽车的动力性、经济性和舒适性，但随之增加的复杂电路，必然导致车身布线庞大而且复杂，安装空间短缺。为了提高电控单元信息利用率，要求大量的数据信息能在不同的电子单元间共享，汽车综合控制系统中大量的 控制信号也需要实时交换，不同功能电子控制系统单元间的数据通信变得越来越重要。因此对电子控制系统单元的设计提出了越来越高的要求，不仅要求通信网络应具有通信速率高、准确、可靠性高，在控制模块上也应具有控制实效性高、空间小等优点。目前国内汽车仪表行业在整体上仍滞后于整车的发展，“散、乱、差”的 状况尚未改变，与国外相比有很大的差距，表现在产品技术水平低，造型单调，产品质量可靠性和耐久性差，制造工艺落后，产品检测不完善，数字化程度低等方面。因此汽车仪表产品的更新换代势在必行。我国汽车仪表也经历了第一代机械式仪表，第二代电气式仪表，第三代模拟电路电子式仪表，现在正在向第四代全数字 汽车仪表迈进,本文对第四代全数字车辆虚拟仪表盘系统作粗略讨论，并给出部分设计实例。
2 车辆虚拟仪表系统
当今世界由于汽车排放、节能、安全和舒适性等使用性能不断提高，使得汽车电子控制程度也越来越高。汽车电子控制装置必须迅速、准确地处理各种信息，并通过电子仪表显示出来，使驾驶员及时了解并掌握汽车的运行状态，妥善处理各种情况。现在，汽车的故障诊断、全球导航和定位系统等大量复杂的信息服务系统已开始 大量装备到汽车上，汽车电子仪表作为信息显示终端能够完成这些任务。汽车电子仪表显示装置不仅能提供大量复杂的信息服务，而且还有精度高和高可靠性、一表多用、外形设计美观、自由度大、满足小型轻量化要求等特点，因此电子仪表显示装置已成为现代汽车的发展新潮流，具有非常广阔的发展空间。
2.1 未来的车用电子仪表化
传统仪表一般是机电式模拟仪表，只能给驾驶员提供汽车运行中必要而又少量的数据信息，已远远不能满足现代汽车新技术、高速度的发展要求。汽车仪表的功能已不仅仅是单纯的指示，而是通过对汽车各部件参数的监测和微处理机配套，从而达到控制汽车各种运行工况的目的。随着现代电子技术的发展，多功能、高精度、高 灵敏度、读数直观的电子数字显示及图像显示的仪表已不断地在汽车上应用，汽车电子化仪表正在逐步取代常规的机电式仪表。
2.2 计算机终端显示器
未来汽车仪表发展趋势，应充分应用光技术和机、电一体化技术，并突出现代信息技术和网络技术的应用，其功能也将极大地拓宽，指示形式将演变成计算机终端显示器。随着显示器件，如液晶显示器件的性能，特别是工作温度范围的拓宽，在价格进一步降低的前提下，汽车仪表的功能将被极大地拓宽，显示形式将发生根本性 的改变，在外观上看就是一个高清晰度的计算机显示器。
2.3 汽车仪表拓宽功能
汽车仪表的功能将不局限于现在的车速、里程、发动机转速、油量、水温、方向灯指示，可能增添一些功能，比如带ecu的汽车仪表智能化,能指示安全系统运行 状态，如轮胎气压、制动装置、安全气囊、安全带等，这些信号传输形式，将不再是简单的开关接通和断开直流信号，而是包含反映这些安全装置工作状态的多信息调制信号，供ecu读取，以便ecu能准确地综合判断这些安全装置的工作状态，并给出故障显示提醒驾驶员，或指导维修人员排除故障。
2.4 综合信息系统
这类仪表系统以液晶显示器为基础，车内通信与互联网相连，乘员室内各操纵件通过语音进行控制。汽车收音机、dvd光播放机和音响设备等构成乘员室配置部 分。构成信息通信系统的主要部件有:漫游器、移动电话、电子邮件和国际互联网终端、视频或电子游戏中控制台等。系统的主要功能有:导航、音响、通信、远程 微机通信和信息处理等。
2.5 电光学汽车仪表
仪表是驾驶员与汽车进行信息交流的重要接口和界面。随着现代汽车工业和电子技术的发展，汽车中各种系统和机构日趋复杂，汽车行驶和各部分工作状况的信息量显著增加。随着对汽车环保、安全性、经济性、智能化要求的提高，汽车驾驶员需要更多、更迅速地了解汽车运行的各种信息，使汽车电子仪表向信息集中显示方向 发展，仪表盘系统将成为信息显示中心，它是驾驶员信息系统重要的组成部分。
国内汽车仪表界一致看好全数字式汽车仪表，特别是虚拟仪表盘系统。全数字式汽车仪表，尤其是步进电动机式汽车仪表显示装置，是当今和未来一段时间汽车仪表显示装置的主导技术，有着十分广阔的市场前景。现代汽车将会越来越多地装用各种用途的电子化仪表显示装置，造型新颖别致和功能强大的电子化仪表显示装置， 将是今后车用仪表的发展趋势和潮流。
3 虚拟仪表盘系统设计方案
随着科学技术的发展，液晶显示器应用越来越广泛。为了提高系统的实时性、精度、灵敏度，使读数直观和降低成本，可采用液晶显示器代替传统的机械或电气机械式的模拟指针式仪表，采用软件编程的方式代替传统的硬件。界面采用vb.net绘制常用的仪表盘，如发动机转速表、速度表、里程表等，这样将会有更好的实时性、精度和灵敏度高、读数直观等优点，并可采用视频切换技术在液晶显示器上切换显示不同的内容，使系统共享娱乐系统、导航系统所用的显示器，从而提高液 晶显示器的利用率、降低产品成本。仪表显示内容来源于传感器的检测数据，外部数据经过单片机处理后，通过串口传给计算机，通过vb.net程序处理后在仪 表盘上显示。总统设计方框图如图1所示:
图1 系统方框图
4 汽车传感器
汽车传感器是汽车电子控制系统的信息源，是汽车电子控制系统的关键部件，它对温度、压力、位置、转速、加速度和振动等各种信号进行实时、准确的测量。衡量现代车辆控制系统水平高低的关键就在于其传感器的数量和水平。当前，一辆国内普通家用轿车上大约安装了近百个传感器，而豪华轿车上的传感器数量多达200 只。近年来从半导体集成电路技术发展而来的微电子机械系统(MEMS)技术日渐成熟，利用该技术可以制作各种能敏感和检测力学量、磁学量、热学量、化学量和生物量的微型传感器，体积和能耗小，可实现许多全新的功能，便于大批量和高精度生产，单件成本低，易于构成大规模和多功能阵列，非常适合在汽车上的应 用。车用传感器是汽车计算机系统的输入装置，它把汽车运行中各种工况信息，如车速、各种介质的温度、发动机运转工况等，转化成电讯号输给计算机，以便发动机处于最佳工作状态。
4.1 发动机控制传感器
发动机管理系统(简称ems)采用各种传感器，是整个汽车传感器的核心，种类很多，包括温度传感器、压力传感器、位置和转速传感器、流量传感器、气体浓度传感器和爆震传感器等。这些传感器将发动机的吸入空气量、冷却水温度、发动机转速与加减速等状况转换成电信号送入控制器，控制器将这些信息与储存信息比 较、精确计算后输出控制信号。ems不仅可以精确控制燃油供给量，以取代传统的化油器，而且可以控制点火提前角和怠速空气流量等，可极大地提高发动机的性 能。
4.2 车速传感器
车速传感器是发动机控制系统中用于检测汽车车速的传感器。利用车速传感器输入的信号，可以控制发动机怠速、自动变速器的变扭器锁止、自动变速器换档及发动机冷却风扇的开闭和巡航定速等其它功能。车速传感器通常安装在驱动桥壳或变速器壳内，而且通常是装封在屏蔽的外套内，其目的是为了消除由于高压电火线及车 载电话或其它电子设备产生的电磁及射频干扰，从而保证电子通讯不产生间断，以避免驾驶性能变差或其它问题。车速传感器的输出信号可以是磁电式交流信号，也可以是霍尔式数字信号或光电信号。一般，在汽车上较多的使用磁电式和光电式两种车速传感器，特别是在欧洲、北美、亚洲的各种汽车上比较广泛地采用磁电式车 速传感器。
4.3 汽车油压传感器
新型厚膜压阻式无触点汽车油压传感器，采用厚膜力敏技术(tfst)和表面微组装技术(smt)制作，监测发动机润滑油压力，可实现机油低压力报警，同现 有滑线式油压传感器相比，具有精度高、无机械部件触点、可靠性高、寿命长、耐腐蚀、能同数字化仪表匹配、成本低，性能价格比高等特点。
传感器输出可分为电压量信号和频率量信号，电压信号也可通过v/f转换电路转换成频率信号。将所有传感器的信号统一成规定范围内的频率信号后送到单片机进行处理，单片机通过编程对这些频率信号进行计数，从而可用不同频率值来表示外部模拟量的大小。
4.4 虚拟仪表盘的设计
仪表盘系统设计主要体现在软件设计上，其中仪表盘界面图是其重要部分，以下用发动机转速表界面图实现为例，使用vb.net语言用软件编程的方式代替传统 的物理指针式仪表如图2所示:
图2 发动机转速表界面
(1) 标仪表盘上的刻度
仪表盘上的刻度坐标位置横坐标计算
(1)
纵坐标计算
(2)
根据式(1)、(2)可画出仪表盘上的所有刻度并标出刻度旁边的数字，其实现程序如下:
dim x1r, y1r a
