摘 要：本文主要针对现有纯电动汽车仪表认知难、教学难的问题，提出了一种基于MCGS软件环境的纯电动汽车仪表教学系统的设计方案。通过对现有纯电动汽车仪表和教学的相关特点分析之后，进一步确定总体设计方案，进而在MCGS平台上进行教学系统的开发，最后，测试结果表明，教学系统运行良好，达到预期目标。
关键词：纯电动汽车；虚拟仪表；MCGS
中图分类号：TP272-4；U463.7 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2018）10-0040-03
Abstract：In this paper，a design scheme of the battery electric vehicle instrument teaching system based on the MCGS software environment is proposed in view of the difficult and difficult problems in the existing battery electric vehicle. After analyzing the related characteristics of the existing pure electric vehicle instrument and teaching，the overall design scheme is further determined，and then the teaching system is developed on the MCGS platform. Finally，the test results show that the teaching system runs well and achieves the expected goal.
Keywords：battery electric vehicle；virtual instrument；MCGS
0 引 言
随着环境污染和能源短缺两大问题的日益凸显，新能源汽车越来越受到更多国家的青睐。纯电动汽车是新能源汽车中的一种，它是我国新能源汽车大力发展的重要对象之一，它的普及在新能源汽车普及过程中占据重要地位，但在纯电动汽车普及的过程中，社会上缺乏大量的纯电动汽车售后市场服务人员，这将对纯电动汽车的推广产生巨大的影响。为了解决这些问题，汽车类的相关院校都开展了纯电动汽车相关的课程，但由于纯电动汽车和传统燃油汽车在结构和工作原理上都发生了巨大变化，单纯的理论教学已经远远不能满足人才培养需求，而目前市场上缺乏大量纯电动汽车相关的教学设备，于是在此等背景下进行纯电动汽车教学设备的开发就显得意义重大。本文主要针对纯电动汽车仪表部分进行设计，在进行对现有纯电动汽车仪表工作原理和教学的相关特点分析之后，确定功能需求和总体设计方案，使该设备集测试、教学、培训为一体，学生能够则通过该设备便可对纯电动汽车仪表进入深入的学习。
1 纯电动汽车仪表盘
纯电动汽车与传统燃油汽车相比，在结构和工作原理上都存在着较大差异，如以驱动电机取代了传统燃油汽车的发动机，以动力电池代替了传统燃油汽车的燃油箱等，在这种情况下，仪表盘作为人与车交流的窗口，其与传统燃油汽车仪表盘显示内容也存在着差异。为显示纯电动汽车工作性能，纯电动汽车仪表新增了很多显示内容[1，2]，如与充电相关的内容，新增了充电连接指示灯、充电提醒灯等与动力电池相关的内容，新增了动力电池故障报警灯、动力电池切断指示灯等，其新增部分内容如图1所示。在纯电动汽车仪表上，除了新增内容之外，也删除和保留了一部分显示内容，删除内容主要是与发动机相关的内容，如发动机转速表、油量表等，保留的部分主要是照明系统，如远近光灯、雾灯等，这些内容与传统燃油汽车相同，在此不做过多赘述。
2 教学系统的设计
2.1 功能需求
教学系统研究目的是为了满足仪表测试和教学的需求，针对研究目的确定了本教学系统的功能要求，其具体如下。
（1）能够实现电动汽车仪表标准要求的显示内容，主要包括图1中的电动汽车仪表新增显示内容、照明系统中的左右转向指示灯、雾灯等。
（2）测试平台具有各电路的测试端子，能够通过外接测试仪表对各电路进行检测。
（3）上位机通过数据采集系统采集不同工况下的各种信号，然后通过MCGS软件里面的运行策略，模拟正常与非正常模式下的仪表在不同工况下的显示内容，测试出仪表运行状况。
（4）上位机通过总线完成对故障设置电路板的数据检测和控制的双向功能。
2.2 系统硬件设计方案
系统硬件设计是整个教学系统设计的基础，本研究根据电动汽车仪表标准的相关要求及本系统的研究目的，首先定义了教学系统相应的功能需求，然后根据功能需求设计不同的硬件模块，其系统硬件电路框图如图2所示。
教学系统平台硬件电路主要包括数据采集模块、故障设置模块、继电器驱动模块、报警模块。其中控制器选用了STC12C5A60S2单片机，具有8路高速的A/D转换模块和速度高、功耗低、抗干扰强等优点，能够满足设计需求。当它接收到数据采集模块和故障设置模块发送来的组合开关、电机转速、动力电池电压、动力电池温度等信号之后，通过处理运算分析后，与触摸屏进行通讯，并控制各执行机构动作。另外，也可直接通过对触摸屏操作，然后将操作指令通过CAN总线完成故障设置。
2.3 软件设计方案
在硬件系统的基础上，为了实现各信息的图形化界面设计并考虑到成本的因素，本仪表教学系统采用嵌入式操作系统和组态软件结合的方法，来实现基于MCGS的纯电动汽车仪表教学系统的设计，MCGS嵌入版组态软件如图3所示。
3 基于MCGS开发环境的教学系统平台的界面设计
3.1 MCGS软件的介绍
MCGS软件是基于Windows平台，能够快速的构造和生成上位机监控系统，主要完成前端数据的处理和控制、现场数据的采集与监测[3]。另外，它具有功能完善、操作简单、可维护性强的特点。
MCGS软件组态软件包括三个版本，分别是网络版、通用版、嵌入版，本测试平台采用的是嵌入版。嵌入版是在通用版的基础上开发的，MCGS嵌入版包括两大部分，分别是运行环境和组态环境。在组态环境里面包括五大部分，分别是主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库、运行策略[4]。它具有简单灵活的操作界面，良好的并行处理性能，能够产生丰富的多媒体动画，在自动化领域有着广泛的应用。另外，在MCGS嵌入版还带有一个模拟运行环境，用于对组态后的工程进行模拟测试，同时也方便了用户对组态过程的调试。
本测试平台选用的是北京昆仑通态公司生产的嵌入式一体化触摸屏TPC1061Ti，其CPU采用的是Cortex-A8，主频600MHz，产品设计采用了10.2英寸高亮度TFT液晶显示屏（分辨率1024×600），四线电阻式触摸屏（分辨率4096×4096）。同时还预装了MCGS嵌入式组态软件（运行版），具备强大的图像显示和数据处理功能。
3.2 MCGS界面设计
测试平台界面设计主要包括主界面、状态显示界面、动态监测界面、动力电池电压电流实时曲线、驱动电机转速实时曲线等界面。除此之外，还包括理论知识界面、故障设置界面等。
主界面是整个教学系统中使用最多的界面，如图4所示，其主要包括驱动电机转速表、车速表、左右转向指示灯、READY指示灯、电机过热指示灯、充电连接指示灯、绝缘故障指示灯等。通过主界面可以显示各模块运行状态，如当系统检测到充电枪插入插座时，在仪表上会显示充电连接指示灯。另外，主界面还可以进行故障报警，如当检测到系统发生绝缘故障时，主界面会显示系统绝缘故障指示灯，以此来提醒驾驶者采取相应措施。
实时曲线是反映某一个变量在不同时刻的状态，能够有效反映其运行情况，如对于驱动电机而言，当进入电机控制器里面的电压过高或过低时，都会影响驱动电机的运行，一旦发生异常，通过观测电机控制器电压的实时曲线，便可以及时采取措施。除此之外，在进行维修时，还可以通过保存下来的实时曲线帮助确定故障发生原因。以动力电池电压实时曲线为例，如图5所示，通过电压实时曲线可以实时观测动力电池电压随时间的变化情况。
仪表教学系统具有测试监控和教学两大功能。MCGS里面设计有理论知识界面，对仪表相关知识进行介绍。学员通过理论知识界面便可以掌握与电动汽车仪表相关的理论知识，如驱动电机过热的常见原因、动力电池充放电相关知识、照明系统常见故障等。
4 结 论
通过Windows操作系统和MCGS组态软件进行纯电动汽车仪表测试平台的开发，其具有开发周期短、开发成本低等优点。另外测试平台能够对重要参数进行实时曲线显示和存储，有利于故障发生时及时采取相应措施和后期的故障诊断。同时，又可以利用现有技术的优势，通过触摸屏技术使得人机交互更加方便快捷，使得教学效果更加显著。
参考文献：
[1] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.电动汽车术语：GB/T 19596-2017 [S].北京：中国标准出版社，2017.
[2] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.道路车辆 操纵件、指示器及信号装置词汇：GB/T 4782-2001 [S].北京：中国标准出版社，2001.
[3] 赵轩，贺伊琳，余曼，等.基于MCGS的纯电动汽车智能仪表设计与实现 [J].长安大学学报（自然科学版），2012，32（3）：96-100.
[4] 王换换.MCGS下的纯电动汽车智能仪表设计 [D].西安：长安大学，2010.
作者简介：张志雄（1993.08-），男，四川渠县人，硕士研究生。研究方向：新能源汽车与汽车电子技术。