汽車儀表的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

張博寬 宋函錕 楊光遠(yuǎn)

摘 要：隨著時(shí)代的發(fā)展，汽車的發(fā)展逐漸趨向于信息化，無(wú)論是硬件設(shè)施還是軟件配置，都依靠電子與信息技術(shù)的應(yīng)用而實(shí)現(xiàn)更加智能化的功能，其中儀表系統(tǒng)就是典型的代表之一。本文從當(dāng)下車聯(lián)網(wǎng)時(shí)代背景下，人們對(duì)汽車信息的強(qiáng)烈需求的角度出發(fā)，研究汽車儀表系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：智能化；汽車儀表；車聯(lián)網(wǎng)

1、背景

汽車儀表是駕駛員與汽車進(jìn)行信息交流的重要媒介，是汽車安全行駛的重要保證。隨著汽車從傳統(tǒng)單一燃料動(dòng)力系統(tǒng)向多種動(dòng)力系統(tǒng)共同驅(qū)動(dòng)的技術(shù)方向發(fā)展，汽車儀表需要顯示的信息量逐漸增多，對(duì)人與信息的交互性、網(wǎng)絡(luò)共享性及精確性提出了更高的要求，僅僅顯示行駛里程、車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、冷卻液溫度、機(jī)油溫度等的傳統(tǒng)儀表已很難滿足現(xiàn)代汽車的要求。另外，如今汽車電氣化程度越來(lái)越高，ABS、ESP、胎壓監(jiān)測(cè)等技術(shù)不斷應(yīng)用于汽車，汽車電子控制裝置必須及時(shí)、準(zhǔn)確地處理各種信息，并利用汽車儀表顯示出來(lái)，使駕駛員了解并掌握汽車的運(yùn)行狀況，進(jìn)而妥善處理各種情況。因此，在這個(gè)汽車電氣化的時(shí)代，對(duì)儀表也就有了更高的要求。[1]

一般汽車儀表系統(tǒng)均配備里程表、車速表、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表、燃油表等儀表以及手剎指示燈、蓄電池?zé)簟踩珟崾緹艉头辣乐苿?dòng)系統(tǒng) （ABS） 警告燈等燈光指示。由于儀表和燈光一般都是平面、靜態(tài)的顯示，駕駛員對(duì)它們所傳達(dá)出的信息和信號(hào)的接收能力較弱，例如駕駛員由于沒(méi)有注意到燃油表顯示的燃油余量而導(dǎo)致汽車中途缺油而拋錨。[2]因此，傳統(tǒng)的汽車儀表盤所提供的各種數(shù)據(jù)已經(jīng)無(wú)法滿足駕駛員及乘客的要求。舉一個(gè)十分常見(jiàn)的例子：當(dāng)安裝傳統(tǒng)汽車儀表的車輛遇到堵車，駕駛員想要了解導(dǎo)致堵車的原因或者由堵車產(chǎn)生的后車排隊(duì)距離時(shí)，提供給他的途徑主要有兩種：其一是打開(kāi)車輛的收音機(jī)，調(diào)頻至當(dāng)?shù)氐慕煌◤V播頻道，等待播音員播報(bào)某地某時(shí)間因什么原因產(chǎn)生了堵車；其二是打開(kāi)手機(jī)的導(dǎo)航軟件，查看自己所在位置，通過(guò)定位數(shù)據(jù)得知排隊(duì)距離的長(zhǎng)短。而這兩種途徑都有其弊端，對(duì)于前者如果播報(bào)員沒(méi)有收到擁堵信息，那么駕駛員無(wú)法收到堵車原因的消息；對(duì)于后者，如果駕駛員無(wú)法使用手機(jī)（未攜帶手機(jī)或手機(jī)電量耗盡等），同樣無(wú)法收到堵車產(chǎn)生排隊(duì)距離長(zhǎng)短的信息。這時(shí)，汽車儀表盤顯示的車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、燃油余量等數(shù)據(jù)對(duì)于處于堵車中的駕駛員來(lái)說(shuō)已經(jīng)沒(méi)有什么意義存在。若車輛配備智能化的儀表，能夠直接顯示車輛所處的擁堵環(huán)境并報(bào)告擁堵情況，即駕駛員不需要外帶設(shè)備，靠汽車本身的硬件與軟件就能夠直接了解當(dāng)前出行信息，這才是滿足時(shí)代對(duì)汽車的要求。

2、汽車儀表的發(fā)展歷史

早期的汽車儀表大都具備車速表、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表、燃油表、里程表等體現(xiàn)車輛本身技術(shù)及性能狀況參數(shù)的指示表。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，汽車儀表逐漸由機(jī)械指針式轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字顯示屏式。如今，越來(lái)越多的汽車廠商研制全液晶儀表。由機(jī)械化向電氣化的轉(zhuǎn)變也是為人所需、為時(shí)代所需的結(jié)果。傳統(tǒng)的機(jī)械式儀表最大的弊端在于駕駛員無(wú)法獲取自己想了解到的額外信息，因此駕駛員獲取信息是被動(dòng)的。而智能的儀表，諸如全液晶屏儀表，其通過(guò)各種不同的算法和程序，可以使駕駛員想獲取哪些信息，就顯示哪些信息，即主動(dòng)的獲取信息。可以類比手機(jī)的發(fā)展，以前的手機(jī)更多的是機(jī)械組件，除滿足撥打電話、發(fā)送短信這樣的最基本功能別無(wú)它用。而現(xiàn)在的手機(jī)，電氣化程度得到大幅提高，人們可以向手機(jī)中下載各種想要的應(yīng)用程序，而各種應(yīng)用程序又能夠?qū)崿F(xiàn)不同的功能，這樣就可以滿足人們對(duì)各種功能的需求，也就不會(huì)被手機(jī)有限數(shù)量的功能所拘束，汽車儀表的發(fā)展同理。

2.1機(jī)械式儀表

機(jī)械式儀表包含了車速表、里程表、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表、機(jī)油壓力表、水溫表、燃油表等，之后汽車儀表還需要安裝穩(wěn)壓器，專門用來(lái)穩(wěn)定儀表電源的電壓，從而抑制波動(dòng)幅度，以保證汽車儀表指示值的精確性。僅就一顆小小的指示燈的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，不同汽車廠商制造的不同型號(hào)汽車中儀表指示燈數(shù)量存在差異，是不同廠商對(duì)于車輛安全性理解的不同，值得肯定的是，更多的指示燈的確可以傳達(dá)更精準(zhǔn)的提示信息。

2.2電氣化儀表

這類儀表由于電子技術(shù)的發(fā)展增加了不少功能，汽車儀表信息也更多、更及時(shí)地在顯示技術(shù)上不斷迭代。從真空熒光顯示屏，發(fā)展到液晶顯示器，小尺寸薄膜晶體管顯示器由于能夠?qū)崿F(xiàn)CAN總線信號(hào)輸入，從而驅(qū)動(dòng)儀表顯示信息，并且顯示屏顯示的信息越來(lái)越清晰。從目前市場(chǎng)的保有量來(lái)看，比較合理的方案是采用機(jī)械儀表結(jié)合數(shù)字儀表的方式，例如車速表、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表采用指針顯示相關(guān)信息，指示燈信息采用LED燈點(diǎn)亮顯示相關(guān)信息，而其他信息則采用液晶屏幕。由于車輛內(nèi)部乘坐空間的環(huán)境受天氣溫度影響較為直接，例如：夏季受到太陽(yáng)直射時(shí)，車內(nèi)溫度可能達(dá)到70℃，而當(dāng)開(kāi)啟空調(diào)后溫度會(huì)逐漸降至20℃左右；冬季也會(huì)有劇烈的溫差變化。巨大的溫差導(dǎo)致早期儀表的大量機(jī)械零部件處于膨脹與收縮之間的轉(zhuǎn)變狀態(tài)，容易發(fā)生材料變形損壞，而電氣化儀表由于電子技術(shù)的加入，在增加了科技感的同時(shí)也減少了機(jī)械部件的復(fù)雜度，降低了零部件在物理層面上損壞的風(fēng)險(xiǎn)。并且，機(jī)械式儀表需要廠商投入更多的研發(fā)力度并進(jìn)行大量的可靠性試驗(yàn)工作，對(duì)于目前的智能化、信息化時(shí)代對(duì)電子科技的追求是有所偏差的，因此基于電氣化儀表的優(yōu)點(diǎn)使其在目前市場(chǎng)上應(yīng)用較為廣泛。

2.3全液晶儀表

全液晶儀表可謂是有了長(zhǎng)足的進(jìn)步與發(fā)展，它是一種網(wǎng)絡(luò)化、智能化、信息化的儀表，其對(duì)功能的要求已不再是提供基礎(chǔ)信息，而是向著功能多樣性發(fā)展。在硬件層面上線束連接實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，使其結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，在軟件層面上其顯示內(nèi)容更豐富、更全面、更人性化地滿足了駕駛員的需求。屏幕取代了機(jī)械指針、液晶數(shù)字等傳統(tǒng)儀表上最具代表性的元素，其優(yōu)點(diǎn)是：其一，不需要冗雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，所有信息由屏幕顯示，在減輕儀表重量與復(fù)雜度的同時(shí)也精簡(jiǎn)了儀表的設(shè)計(jì)風(fēng)格；其二，可以由駕駛員自己定義系統(tǒng)功能，以滿足不同的要求。全液晶儀表得益于更強(qiáng)大的圖形處理和顯示效果，從而有效降低駕駛員的接受過(guò)程；多媒體娛樂(lè)信息和車輛基本運(yùn)行狀況信息也可以更符合邏輯地顯示出來(lái)。屏幕的集中顯示有助于提升駕駛員操控過(guò)程穩(wěn)定性，其視距也不必在多個(gè)位置頻繁切換；另外，結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)也可以將更多空間留給乘坐區(qū)域或是儲(chǔ)物空間等。可以說(shuō)全液晶儀表是目前最受人關(guān)注、最先進(jìn)的汽車儀表，也是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

2.4抬頭顯示儀表

當(dāng)實(shí)體儀表已經(jīng)發(fā)展到極致的時(shí)候，人類的創(chuàng)造力再次被激發(fā)，抬頭顯示儀表開(kāi)始出現(xiàn)。抬頭顯示技術(shù)最早出現(xiàn)在飛機(jī)上，其利用光學(xué)反射的原理，將重要的飛行信息投射在一片玻璃上，應(yīng)用到汽車的抬頭顯示儀表亦是如此。這種儀表區(qū)別于上述三種儀表最大的優(yōu)點(diǎn)是：駕駛員可以透過(guò)反射玻璃上的信息觀察汽車前方行駛路況，能夠完全做到避免駕駛員視野切換，極大地提高了駕駛安全性。

3、汽車儀表的發(fā)展趨勢(shì)

3.1信息精度提升

未來(lái)，儀表顯示信息的精度會(huì)越來(lái)越高，才能更迎合人們的需求。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，未來(lái)的儀表將會(huì)告別機(jī)械化走向智能化，并且智能化的程度和精度會(huì)逐漸增高。不僅能夠完美地呈現(xiàn)固有的基礎(chǔ)信息，還能進(jìn)行提供各種人性化的定制功能服務(wù)，但這些功能的實(shí)現(xiàn)都需要其精度滿足一定的標(biāo)準(zhǔn)。

3.2強(qiáng)化技術(shù)革新

電氣化儀表的發(fā)展經(jīng)歷了不同的階段，而每一次更新都是更高的飛躍。當(dāng)全新智能化的儀表出現(xiàn)時(shí)，傳統(tǒng)的儀表便會(huì)被其取代。在儀表發(fā)展的過(guò)程中，其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度也在不斷的變化，由此產(chǎn)生的問(wèn)題也會(huì)越來(lái)越難以解決。這便需要對(duì)技術(shù)進(jìn)行全面革新，創(chuàng)新技術(shù)發(fā)展， 使汽車儀表能夠發(fā)揮出更多、更好的性能。

3.3未來(lái)應(yīng)用趨勢(shì)

汽車儀表正逐步向智能化發(fā)展，汽車電子控制系統(tǒng)、傳感設(shè)備的種類因此而更加多樣化，性能也有了大幅度的提升。此外，在現(xiàn)代汽車的整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中有多方面的信息，電子控制系統(tǒng)對(duì)信息的存儲(chǔ)量會(huì)增多，其復(fù)雜程度也會(huì)進(jìn)一步加深，這就需要進(jìn)一步提升的中央處理器的處理能力，提升處理速度。在未來(lái)，電子技術(shù)在汽車中的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越多，儀表系統(tǒng)會(huì)更加智能化和穩(wěn)定化。[3]

4、智能化儀表應(yīng)具備的功能

汽車儀表最主要的功能就是提供信息服務(wù)，而智能化的汽車儀表應(yīng)當(dāng)以電子技術(shù)為平臺(tái)，將傳統(tǒng)的固定式信息轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓜?dòng)式信息，駕駛員無(wú)論通過(guò)語(yǔ)音控制還是手動(dòng)控制，均能夠使儀表顯示出其想要了解的任何信息，例如：移動(dòng)通信、導(dǎo)航、娛樂(lè)、出行信息、互聯(lián)網(wǎng)搜索、周邊設(shè)施服務(wù)、輔助駕駛等信息。如前所述，儀表所傳遞的豐富的、人性化的信息服務(wù)正是駕駛員迫切需要的。[4]

5、總結(jié)

汽車發(fā)明至今已有百年歷史，最初的汽車僅僅是代替馬車，縮短出行時(shí)間。而現(xiàn)如今，大家已不再只是在意擁有一輛汽車作為交通工具，而是更加在意在汽車運(yùn)用過(guò)程中帶給人們的樂(lè)趣，即逐漸變?yōu)槿藗兿硎艿墓ぞ摺x表從19世紀(jì)初期就出現(xiàn)在汽車上，一直處于低調(diào)的發(fā)展過(guò)程，從最初的車速表到現(xiàn)在諸如十幾寸的液晶屏再加上HUD抬頭顯示器，在此過(guò)程中，汽車儀表也不再是僅僅提供車速這一單一信息，現(xiàn)在的它兼容了導(dǎo)航、倒車影像，甚至是自定義功能，正是時(shí)代賦予的要求。未來(lái)也許不會(huì)再有專門的、獨(dú)立的儀表裝置來(lái)顯示各種信息，但是它的本質(zhì)并不會(huì)消失，而是換一種使現(xiàn)在的我們無(wú)法想象的，更加智能化的形式繼續(xù)為我們服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]齊偉.全數(shù)字化汽車儀表[J].汽車維修.2015，（03），5-6.

[2]羅一牛，劉學(xué)文，劉金龍，阮明昌.基于VR的汽車儀表盤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[J].上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào).2018，32（04），357-360.

[3]于琦.現(xiàn)代汽車儀表技術(shù)及發(fā)展趨向研究[J].汽車與駕駛維修（維修版）.2018，（03），107.

[4]李雪梅.汽車儀表的識(shí)別、使用與發(fā)展趨勢(shì)[J].汽車實(shí)用技術(shù).2017，（16），194-195+224.