汽車車載時鐘的設計與研究

謝玉錄，鄒建強，李 巖，孫 進

（一汽轎車股份有限公司 產品部，吉林 長春 130000）

隨著生活水平的不斷提高，汽車已經成為人們日常生活中的重要交通工具。汽車數量的不斷增加，使人們對汽車的功能性、安全性、舒適性的要求也在不斷提高。在以互聯網和大數據為代表的信息時代，為適應新時代的發展，人們的生活、工作節奏不斷加快，這也促使人們更加關注時間的重要性。汽車車載時鐘正是在這種社會背景下得到了大量應用和推廣，并逐步發展成為汽車的基本配置。

1 種類與劃分

汽車車載時鐘具有多種實現方式和顯示樣式，總體來說，可按下述2種劃分方法對車載時鐘進行分類和識別。

1）按位置不同劃分 通常可分為儀表時鐘和中控時鐘兩大類。集成在組合儀表上顯示的時鐘稱為儀表時鐘（圖1），通常在儀表LCD顯示屏中進行顯示，主要顯示小時和分鐘信息，常有12H和24H兩種顯示格式，可通過儀表功能鍵對時間進行調整和設置。

圖1 儀表時鐘

儀表LCD顯示屏又分為段碼屏、點陣屏以及TFT顯示屏等，如圖2所示。段碼屏和點陣屏主要應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）主要應用在中高端車型儀表上。

圖2 儀表LCD顯示屏

中控時鐘是指設置在儀表板中控系統附近處的時鐘，主要有機械時鐘和屏顯時鐘2種，如圖3所示。機械時鐘作為單獨的時鐘模塊，采用機械指針（一般為時針和分針）進行指示，時鐘電機進行驅動，主要應用在豪華車型上。屏顯時鐘主要指在娛樂系統的LCD顯示屏中模擬顯示的時鐘。

圖3 中控時鐘

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

2 系統及構成

數字式時鐘（主要為儀表時鐘和屏顯時鐘）均是集成在LCD顯示屏中進行的時鐘顯示，是顯示屏顯示功能的一部分，因而沒有獨立的系統及構成。而機械時鐘作為獨立的電器模塊，與其它汽車電器件一樣，也是由電氣系統和機械結構兩部分構成。

1）電氣系統 機械時鐘通常使用CAN或者LIN總線通信，采用專用的時鐘電機進行驅動，主要有GPS智能同步和總線信號同步2種時間同步方式。瑪莎拉蒂、克萊斯勒等豪華車型采用GPS智能同步，時間精準。而對于一般的中高端車型來說，通常采用性價比高的總線信號同步，其典型的電氣系統原理如圖4所示。

圖4 系統原理

2）機械結構 機械時鐘的機械結構及構成都是相似的，通常由前殼、面罩、間隔環、時鐘表盤、導光體、時針、分針、電路板、后殼、標簽等部件構成，如圖5所示。

圖5 結構構成

3 時間同步

在同一輛汽車上通常同時具有多個不同形式類別的車載時鐘（如儀表時鐘、機械時鐘、中控屏顯時鐘等）。由于時間顯示偏差的客觀存在，這就需要對各個時鐘進行時間同步，統一時間顯示。

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

4 時間校準

作為同步基準的時鐘，其時間顯示上也存在一定的偏差，因此需要對其進行時間校準，盡量減小偏差，提高時間顯示的準確性。當前在車載時鐘上主要應用的時間校準方法有：晶振偏差調校法、溫度自動補償法、射頻信號校準法、GPS時間校準法等。

1）晶振偏差調校法 儀表時鐘、屏顯時鐘通常依據石英晶振的振蕩頻率作為時鐘信號源進行計時，其時間偏差主要受晶振本身誤差影響，晶振誤差越大，相應的時鐘時間偏差就會越大。例如：理論晶振頻率為8 MHz，8分頻后為1 MHz，當時鐘的計數頻率設為1 MHz時，計算1000個頻率周期即為1 ms（見圖6），循環計時實現時間顯示。

圖6 頻率計時

然而實際晶振的頻率為8.008 MHz，計數頻率實際為1.001 MHz，則實際計算1 ms只需999個周期，若依然以1000個周期為1 ms計算會導致時鐘稍快。所以通常會將此類時鐘的計數周期作為一個NVM變量，工廠生產時根據具體測量值重新寫入，從而達到時間校準的目的。即使如此，由于外界溫度的影響及校準精度的問題，時間誤差依然存在。

2）溫度自動補償法 溫度自動補償法是對晶振偏差調校法的改進。時鐘系統根據外界溫度變化，通過查表法讀取出當前溫度對晶振誤差的影響值，從而計算出時間偏差值。當時間偏差累積到一定值后（時間補償值），時鐘系統將自動對當前顯示時間進行時間補償，并顯示更新后的時間［1］，如圖7所示。

圖7 頻率-溫度特性示意圖［1］

3）射頻信號校準法 射頻信號校準法是在原有時鐘模塊基礎上，新增一個射頻信號接收模塊，用于接收射頻信號的標準時鐘信號。標準時鐘信號和時鐘模塊的時鐘信號產生時間差，時鐘處理模塊根據上述時間差計算出時間補償值。在射頻信號接收模塊能夠接收到射頻信號的標準時鐘信號時，時鐘顯示模塊顯示標準時鐘信號的時間。在射頻信號的標準時鐘信號消失時，時鐘處理模塊對時鐘模塊的時鐘信號進行補償［2］，補償后的時鐘模塊重新進行時間顯示。射頻信號校準法原理圖見圖8。

圖8 射頻信號校準法原理圖［2］

射頻信號校準法的標準執行流程見圖9。

圖9 射頻信號校準法流程圖［2］

4）GPS時間校準法 與射頻信號校準法的原理類似，GPS時間校準法是應用GPS衛星時鐘同步信號對車載時鐘模塊的時鐘信號進行時間校準的一種方法［3-4］。

GPS接收模塊（通常集成在音響娛樂系統中）負責接收衛星時鐘同步信號，通過CAN總線通信，對車載時鐘模塊的時鐘進行校正。

GPS系統在每顆衛星上都裝置有十分精密的原子鐘，并由監測站經常進行校正［3］，因此GPS衛星時鐘同步信號的時間準確性高，但該系統的應用成本也相對較高。

5 誤差檢測

在產品設計階段，需要對車載時鐘的時間顯示誤差進行檢測，確保車載時鐘的時間顯示精度滿足設計要求。一般采用對比運行時間的方法進行誤差檢測［5］：檢測設備通常采用GPS時間作為檢測基準，從某一時間點開始計時并記錄車載時鐘的起始時間T1，基準時鐘和車載時鐘同步運行，當基準時鐘運行滿H時間后，記錄此時車載時鐘的顯示時間T2，車載時鐘的運行時間T=T2-T1，計算得到誤差值△T（△T=T-H），最后依據誤差檢測結果，對車載時鐘精度進行調整和修正。標準的時鐘誤差檢測見表1。

表1 時鐘誤差檢測表

6 結束語

本文主要對汽車車載時鐘的產品方案及技術應用進行了分析與研究，為相關產品設計提供依據和參考。

參考文獻：

［1］ 陳兩鵬.自動校正汽車車載時鐘的方法及裝置：中國，201110426958.3［P］.2011-12-19.

［2］ 羅如忠，趙紅波，黃振.汽車時鐘校準系統及校準方法：中國，201010515114.1［P］.2010-10-22.

［3］ 張強，賈振昌.汽車時鐘自動校正系統及其校正方法：中國，200910214182.1［P］.2009-12-25.

［4］ 陳澤堅.一種汽車儀表的時鐘校準系統及其校準方法：中國，201210430887.9 ［P］.2012-10-31.

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