基于需求分析的商用車組合儀表平臺化設計

冷德龍，孫連明，蘇朋軍

（中國第一汽車集團有限公司研發總院，吉林 長春 130011）

在主機廠，一款新商用車車型開發完成，隨著首發車發布，之后會設計一系列不同應用類型車型，特別是中重型商用車。這些車型除了配置不相同外，在其他方面也有很大差異，比如不同的應用類型、應用國家、應用環境、燃料類型等，如圖1所示。伴隨著整車車型近十年的生命周期過程，會出現多種年型車、升級款、領航版等。

圖1 商用車車型差異示意

在整個生命周期過程中，為了避免零部件種類繁冗、生產線利用率低、開發周期長、投入大等問題［1］，對整車零部件的前期設計要求極高。其中，組合儀表作為駕駛員獲取汽車狀態、外界環境信息的重要窗口［2］，為提高其拓展性與適用的多樣性，設計一款平臺性的儀表產品，影響設計的因素不僅表現在因不同造型導致的結構差異［3］，更重要的是因整車配置的多樣化產生對組合儀表功能需求的不同和電氣接口需求的差異等，所以需要先進行組合儀表需求分析。根據需求梳理出參數變量，在組合儀表平臺化設計過程中，設計理念就體現在參數變量的可配置，具體包括供應商生產層面的配置、主機廠設計層面的配置、整車生產層面的配置、銷售用戶層面的配置。

1 需求分析

進行組合儀表需求分析，主要從項目需求、關聯需求、法規標準規定、競品對標、未來發展趨勢5方面展開。首先，項目需求是整車車型定位、整車關鍵參數、應用國家地區、整車配置、用戶需求、銷售策略等在組合儀表設計上的體現。關聯需求是指為滿足整車配置，其他控制器、零部件、對手件等對組合儀表的需求，主要包括聲/光相關的顯示、硬線/總線信號輸出、供電需求等3方面。法規標準則要求組合儀表設計過程中要參照國內外國家法規、行業標準、企業標準等，主要包括ISO、ECE、JS、GB、GB/T、QC、QC/T、HJ、JA(FAW企業標準)等相關法規文件。競品對標主要是從外形尺寸、安裝固定、顯示功能、實現方案、界面流轉、硬件配置、技術參數等角度對標，目的是吸取競品車型的優勢、規避其弊端，同時要有自己的加分項目，體現車型定位。未來發展趨勢要體現組合儀表行業的發展方向，從外觀、功能、人機、方案、硬件、主芯片、接口等方面進行設計，并具有較好的功能拓展性和平臺適應性，比如以太網、3D地圖、視頻顯示、遠程OTA等。圖2即為進行某商用車組合儀表設計前所進行的需求分析案例。

圖2 商用車組合儀表需求分析

通過需求分析，在滿足整車需求的前提下，掌握組合儀表設計的方向，梳理設計變量，從平臺化角度進行組合儀表設計，以便具有更好的平臺適應性和拓展性。

2 平臺化設計

根據需求分析結論，分別從供應商層面、設計層面、生產線層面、用戶層面進行平臺化設計。

2.1 供應商層面

供應商層面體現的是組合儀表在供應商處差異生產實現的共平臺產品，通過新增儀表設計序號，來滿足由于不同車型需求導致表盤顯示信息差異、報警燈符號變化、轉速區間不同等影響。比如不同馬力的發動機，其轉速范圍、經濟轉速區間 (綠區)、危險轉速區間 (紅區)存在很大差別；整車的燃料類型不同，組合儀表顯示信息有差異，柴油車型一般有發動機轉速表，而純電動車 (EV)則無發動機轉速表，取而代之為功率表等；這些都必須通過更改儀表的表盤印刷滿足不同的車型需求，燃油通過不同的儀表設計序號加以區分。圖3為2款不同的儀表表盤，分別是傳統車用儀表和電動車用儀表，除了表盤內容、刻度、單位不同外，表盤背光也有差別。

圖3 不同燃料車型的組合儀表

2.2 設計層面

為滿足更多的車型需求，減少新出儀表數量，減少對儀表平臺的更改，特別是硬件及其接口的更改，需要在前期設計層面充分考慮平臺需求。比如燃料差異，柴油、LNG、CNG燃料剩余量傳感器信號不同；整車拓撲差異，存在兩路CAN和一路CAN需求；液制動無制動氣壓指示，而氣制動需要指示制動氣壓；國IV、國V需要顯示尿素信息，國VI還增加了DPF指示信息……；以上均需要平臺預留相應接口以滿足平臺適用性。另外一方面，對于不同柴油車，燃油過低提醒閾值不同；對于不同傳感器或車型，制動氣壓報警閾值有差異，顯示量程也有所不同；對于某項功能，如顯示駕駛評價信息，是否需要顯示；對于不同應用場合的車型，整車配置不同，如有些車型裝備有ECAS、有些車型配有Retarder……；以上需要在設計階段定義相應的參數，通過診斷儀設備在下線刷寫環節進行配置，實現正確指示。

另外，考慮未來車型需求以及組合儀表趨勢發展，組合儀表需要顯示夜視等視頻信息，LVDS或CVBS視頻接口需要具有拓展的可能；車內多個設備間交互，高速率的通信，以及其他如OTA、車聯網的需求，以太網接口需要可以拓展。以上功能不一定要求在當前設計階段就要實現，但是要有可拓展的可能，比如主芯片盡量選用PIN對PIN可升級，模塊化設計，需要時再焊接元器件等。

通過設計階段平臺化設計，制定良好的平臺方案，為未來升級提供更多的可能。

2.3 生產線層面

通過設計層面的平臺化設計，產品已經具備了平臺化能力，通過生產線層面將平臺化發揮出來，這里所說的生產線層面主要是診斷儀設備的使用，即在整車下線時通過EOL設備對組合儀表進行下線刷寫，達到滿足固定車型需求的目的。

下線刷寫在乘用車生產線上應用特別普遍，但是對于商用車來說，比較有難度。這主要是由于商用車的特性決定的，乘用車新車型推出是以整車廠為主導的，而商用車為滿足各類用戶的需求，新車型基本接近定制化。以組合儀表車速指示為例，圖4為車速信號路由示意圖。車速指示涉及到零部件有輪胎、驅動橋、變速器、車速傳感器，其中通過查看產品數據管理系統 (PDM)可以看出，各個零件數量特別多，如表1所示，這樣因為整車配置不同導致組合儀表設計序號也大量增加，并且隨著拓展車型的增加，某些零部件設計序號還在增加，所以無法像乘用車那樣確定枚舉型參數的數量，這也是該章節要解決的問題所在。

圖4 車速信號路由示意圖

表1 組合儀表車速信號關聯零部件

解決這一問題的原理，參照圖5，包括組合儀表設計、關聯零部件設計、PDM系統維護、診斷儀設計及分類屬性庫更新4部分。

組合儀表設計環節主要是根據需求提取分類屬性參數并完成儀表設計。關聯零部件環節是對手零部件的配合設計更改。PDM系統維護主要是分類屬性的創建，以輪胎的滾動半徑為例，其中，輪胎即為關聯零部件，滾動半徑即為輪胎的一個分類屬性，其在PDM系統中表現形式如圖6所示。診斷儀設計及分類屬性庫更新包括整車BOM中所有零部件在分類屬性庫中參數及各參數取值的更新和診斷儀的設計更新。

圖5 商用車組合儀表下線刷寫原理框圖

圖6 輪胎分類屬性

這樣通過在生產環節建立動態數據庫，診斷設備同數據庫中BOM和分類屬性參數通過無線連接，根據整車BOM中零部件的設計序號從數據庫中獲取相應的分類屬性參數值，在整車下線階段將相應的參數刷寫到組合儀表中，實現EOL下線刷寫。以上這一過程均是自動完成。

2.4 用戶層面

隨著整車電氣化、智能化的發展，組合儀表采用新技術，全液晶或大尺寸液晶屏逐漸被應用［4］。越來越多的功能配置權限對用戶開發，也就是用戶可以根據自己的需要對組合儀表乃至整車進行個性化設置，比如駕駛評價功能的開啟與關閉、報警信息 (故障碼)的查詢、時鐘更新模式的設置等。這些設計增加了用戶參與感，提升了用戶的使用體驗，在產品設計之初就將用戶考慮在內，同時提高了產品的靈活性和平臺適應性。

3 結論

通過商用車組合儀表需求分析，梳理出設計變量的復雜性。為了實現儀表設計的平臺化，分別從供應商層面、設計層面、生產線層面、用戶層面進行了考慮，特別是針對商用車與乘用車的差異，提出了建立動態分類屬性數據庫，從而更好地實現EOL下線刷寫。通過平臺化設計，組合儀表具有良好的平臺適應性和拓展性。該平臺化方案已經在整車生產上得到應用。