汽車儀表原理介紹及提高儀表可靠性研究

范紅生

摘要：汽車儀表是駕駛員與汽車進行信息交流的重要平臺和界面，是車輛安全行駛的重要保障。它不但可以顯示車輛的各種行駛信息，還可以監控汽車主要系統和模塊的運行狀況，對汽車的安全和經濟行駛起著重要作用。汽車儀表一旦發生故障，直接被駕乘人員感覺到，會造成所監控的系統模塊故障不被探出或顯示出故障的假象，比車輛一般故障更容易造成客戶不滿和恐慌。因此，避免和消除汽車儀表的一些常見故障，提高其工作可靠性就顯得特別重要。

關鍵詞：汽車儀表；原理介紹；儀表可靠性；提高研究

1、前言

近年來，隨著汽車電器功能集成化和復雜化，整車電氣架構也在不斷擴展，汽車儀表作為車輛信息的主要顯示載體，需要與整車進行大量的數據交換。

2、汽車儀表原理介紹

2.1 汽車儀表結構

汽車儀表主要由玻璃面罩、前框、刻度盤、PCB（印刷電路板）、后蓋組裝而成，車輛警告和提示信息通過刻度盤和LCD顯示。玻璃罩、前框和后蓋之間主要通過卡扣聯接，玻璃罩和前框通過超聲波焊接工藝聯接。

在功能顯示方面，汽車儀表包括發動機轉速表、車速表、發動機水溫表和燃油表，分別顯示發動機轉速、車輛行駛速度、發動機冷卻液溫度和燃油量，它們采用的顯示方式常有兩種，一種是步進馬達驅動的指針式儀表，另一種是芯片驅動LED或LCD顯示。儀表盤上有各種報警燈及信息顯示中心，包括遠光燈、轉向燈、ABS警告燈、駐車制動及制動系統警告燈、發動機故障燈、安全帶未系警告燈、車門開啟警告燈、行李箱蓋開啟指示燈等；信息中心顯示里程、檔位等信息，集成了行車電腦的信息中心功能就更加強大，可以顯示里程小計、續航里程、累計里程、平均油耗、檔位模式以及車門開關等報警圖標及各種Message報警信息等。其中由Computer-Trip按鈕進行功能切換和各種行車電腦功能的重置。

2.2 汽車儀表的電氣原理

根據整車總體功能要求，汽車儀表是相關硬件和基于一定平臺上軟件的結合體，常采用32位的主芯片，兼有CAN收發器和處理器模塊。如某款汽車儀表，軟件基于在Volcano平臺上，主芯片采用32位的NEC芯片，CAN收發器采用TJA104X類型，采用4種顏色的LED發光管，雙層的PCB板，32-PIN的連接器。

2.3 儀表工作原理

汽車儀表基本工作原理就是儀表內部各模塊將外部輸入的信號處理后輸出相應的控制信號，實現儀表的顯示功能。如常見的車速表，汽車儀表通過CAN總線從ABS模塊接收到輪速傳感器的脈沖信號，儀表MCU通過處理計算出車輛行駛速度，驅動步進電機帶動指針指示到相應刻度位置或者是驅動段碼LCD數字化顯示。再如常見的發動機轉速表，汽車儀表通過CAN總線，接收發動機EMS傳輸上的發動機轉速信號，儀表MCU對信號處理后驅動發動機轉速步進電機帶動指針轉動到相應刻度位置；對于燃油表，油量傳感器將油箱油位對應的阻值直接傳遞給儀表芯片進行數模轉換，然后通過儀表內部運算，并進行防抖動處理后，驅動步進電機帶動指針指示實際燃油值，同時還設有油量過低報警顯示。

儀表盤上的各種報警指示燈和信號燈，一般有2種信號處理模式：CAN信號和硬線信號。由CAN傳輸的信號，儀表芯片接收CAN信號后，驅動LED報警燈點亮或熄滅；另一種是傳感器或開關單元直接硬線連接到儀表，儀表判斷后直接驅動報警燈點亮或熄滅。

3、提高儀表可靠性的對策

產品、系統在規定的條件下，規定的時間內，完成規定功能的能力稱為可靠性。對產品而言，可靠性越高意味著無故障工作的時間就越長。

3.1 提高儀表設計可靠性

這是決定產品質量的關鍵。在保證實現儀表基本功能和充分實驗驗證的前提下，兩大因素對儀表設計的可靠性尤其重要。

1）儀表PCB板的散熱性

現在汽車儀表的電子元件的裝置密度不斷增加，從小、中規模集成電路進入到大規模和超大規模集成電路，大部分儀表又集成了原來沒有承擔的防盜電子模塊功能，從而使內部溫度增高，散熱條件惡化。設計階段要根據實測結果分析CPU、電源模塊和外圍電路元器件的溫度特性，并結合熱分析軟件進行熱優化設計，提高系統的可靠性。

2）電磁兼容性要求

儀表本身、儀表與整車及儀表與外部環境之間的電磁兼容性，要有一定的規定要求：既要求有一定的抗干擾性，又保證不能影響周邊的零部件。具體是指在不損害信號所含信息的條件下，信號和干擾能夠共存而不影響儀表的正常工作。在開發階段，可以對儀表進行無線電發射干擾、傳導發射干擾、瞬時傳導干擾、靜電放電（工作狀態和非工作狀態）等EMC（電磁兼容性）測試，同時也必須對整車做EMC測試，只有測試通過才能滿足儀表的電磁兼容性要求。

3.2 提高儀表生產過程的可靠性

1）提高生產環境的清潔度

電子元器件對環境的灰塵、異物、靜電等異常敏感，往往一點異物侵蝕會造成整個儀表功能異常。這就要求儀表必須在無塵、防靜電車間生產，在人機料法環等方面與國際接軌。

2）建立機制消除疏忽性故障

如今儀表生產過程的都是流水線式，成熟的工藝和過程相對比較穩定，過程問題主要表現在操作疏忽性故障。解決對策一方面應加強操作員工的質量意識和崗位技能的培訓，優化作業指導書，對非正常作業流程制定預防和控制計劃。另一方面穩定的生產過程是確保零件質量的前提，供應商應具備保證產品質量和可靠性所需的一切必要手段，來確保產品和過程質量的穩定性和一致性。

3.3 提高儀表電子元器件的可靠性

儀表PCB上集成了很多電子元器件，這些電子元件形成了一個有機的系統整體，整個儀表的可靠性還取決于所用元器件可靠性，因為任何一個元器件、任何一個焊點發生故障都將導致系統發生故障。一般說來，電子設備所用的元器件數量越多，其可靠性問題就越突出，為保證儀表可靠地工作，對元器件可靠性的要求就非常高。這里主要從兩方面提高電子元件的可靠性：

1）電子元件的選型和等級要適合（汽車零部件一般要求選用工業級或軍品級元器件）；

2）同一型號和等級的元器件，盡量選用批量使用過且知名品牌供應商的器件。具體方法可以從供應商選擇、供應商現場質量審核、零部件入庫檢驗以及建立問題的快速響應機制等方面提高電子元件來料的可靠性。

參考文獻：

[1]徐濤.汽車儀表顯示系統應用與研究[J].汽車實用技術，2013，（11）：26-27.

[2]任家權，徐慶華，吳奇峰.中國汽車儀表發展的歷程及方向[J].叉車技術，2013，（01）：69-70.

（作者單位：長城汽車股份有限公司

河北省汽車工程技術研究中心）