組合儀表的結構設計及發展趨勢

摘要：隨著電子技術的快速發展及其在汽車行業的廣泛應用，汽車電子設備的集成度越來越高，汽車零部件控制、通信和網絡技術的復雜性大大增加，導致系統穩定性和可靠性顯著下降。為了解決這些問題，基于互聯網技術和現場總線控制技術，出現了適合汽車環境的OSEK系統標準。將數字儀表與總線系統相結合，形成一種集綜合信息采集與控制于一體的新型汽車儀表。組合儀表與其他電子集中控制系統之間的數據交換有利于汽車中央控制系統的開發和實施，大大提高了汽車的動態安全性、可靠性和舒適性。

關鍵詞：組合儀表;結構設計;發展趨勢;

一、概述

組合儀表（系統）是當前航海、航空、航天等各領域的重要發展方向之一，如組合導航儀表、組合測量定位儀表、組合診斷顯示儀表、組合遙測遙控儀表等。組合儀表（系統）的設計涉及硬件控制系統的設計、控制對象的組合設計、組合模式和軟件處理方法、濾波方法，這些都是當前學術界研究的內容。在艦船的航海、導航和控制方面，研究和應用各種規格的組合導航儀表也在不斷改進和提高。由于計算機技術、自動化技術和電子技術的日新月異的發展，許多新的器件不斷推廣，對組合儀表的結構模式、自動化程度、性能指標、可靠性、可維護性等提出了更高的要求。例如現在的艦橋控制系統，將涉及艦船自動航行控制、操船速度控制、艦船避碰控制、 自動航行規劃和決策控制、艦船通信系統（包括衛星通信和數據鏈通信）、艦船指揮系統、艦船作戰系統等諸多方面。要實現上述功能，首先要掌握更先進的艦船運動控制理論和各種先進的傳感器（包括環境傳感器）硬件，同時設計出相應的總線控制結構，最后設計具有圖像識別、數據融合、卡爾曼濾波的可靠性高、自動化程度高的組合控制儀表。組合控制儀表可以將艦船上各種單獨使用的、功能單一且具有某種相同關系的各種獨立的設備的信息，通過計算機有機地組合在一起，設計的系統方案應根據系統指標要求選用合適的模塊化結構、局域網結構、分布式結構等模式。但選用何種總線控制結構模式，將決定了該儀表的最終的控制和維護性能。設計的總線結構應盡可能擴展靈活，可以根據用戶的特殊要求，選配合適的控制模式，以滿足用戶的不同需求; 同時還必須考慮便于計算機的檢測和故障診斷; 還必須向船載航行數據記錄儀 VDR 提供必須的數據。

二、組合儀表的結構設計

1.儀表壁厚設計。為了盡可能的避免，減少產品結構件在注塑過程中形成的縮水及變形，需要盡量做到各處的壁厚均勻一致。如儀表面罩3mm≥PMMA≥1.8mm。

2.筋的類型。（1）加強筋，為增加主體強度或減少產品變形而設計的筋位叫做加強筋。筋位叫做加強筋。（2）支撐筋，在外飾件的外部或者內部，還有一部分筋位除了加強作用外還有支撐的作用，是為防止產品受到外表面張力導致變形而設置的。筋位厚度根據材質的不同應為主體厚度的60%-80%為宜。以避免因壁厚設計問題導致的縮水或填充缺陷。

3.間隙配合。組合儀表在裝配的過程中需要考慮的另一個因素就是間隙配合，如果配合不得當，則會直接影響到儀表的裝配及外觀，甚至功能。而配合的公差根據儀表尺寸大小也會有不同等級。如汽車儀表總體長度在400mm左右，其間隙配合公差范圍為0.1-0.5mm。

4.結構特性。從結構設計的角度來看，傳統的螺釘緊固方式將會被定位柱和定位孔，卡扣連接等新的緊固方式取代，新型的緊固方式有助提升儀表裝配的精度，減少裝配的零部件，降低儀表總重量等優點。

三、新型組合儀表的設計要點

隨著汽車電子技術的發展和成熟，新儀器將具有以下特征：

1.信息集成與擴展。新型組合儀表與車身CAN總線、高速電力總線網絡相連，不僅可以從車身CAN總線獲得與車身狀態相關的大部分信息，還可以及時獲取與電力系統運行參數和狀態有關的信息。如行車速度，發動機轉速，冷卻液溫度，燃油油位，油壓數據，各種車身控制信號，EPS，ABS等運行狀態信息。

2.設計概念。新型儀表不僅作為一個功能性的部件裝配在儀表臺上，同時作為汽車內飾件的重要一環，需要和整體內飾風格高度統一。因此新型儀表將不僅限于平面的固有形態，而是有可能以柔性，曲面，多方位等更多的形態存在。

3.顯示性能。為確保汽車在行駛狀態下有足夠的可靠性，LCD顯示驅動器應考慮安裝在更為可靠的一側。而目前LTPS等技術則可以在屏幕內集成一部分驅動功能。因不需要加寬邊框來布置更多的排線外接驅動器，因此LTPS屏幕也可以做到邊框最小化。節省部分空間。從顯示性能來看，更高的對比度，高色純度，快速響應時間，更低的功耗等都將成為新型儀表的重要參數。將LCD面板控制驅動集成到外層玻璃上的工藝是一種制作無縫顯示的關鍵技術，可以讓顯示的顏色更接近真實。柔性曲面形狀的OLED顯示器作為新興的顯示技術，已經在手機行業普及開來，其更加輕薄和出色的顯示性能有目共睹。無需背光源及自發光特性讓對比度趨于無限，使駕駛人員即使在陽光下也可以看清楚儀表的顯示內容。

四、新型組合儀表的發展方向

1.綜合與共享信息系統的。以新型的顯示面板為基礎，汽車內部通信與互聯網連接，駕駛人員可通過智能語音輔助系統進行功能控制與人機交互。通信信息系統包含有電話，語音短信，郵件，視頻等。系統主要功能包括導航，音響等。汽車共享將變為綜合系統的一部分，而身份識別作為共享鏈條中不可或缺的一環。因此，未來的新型儀表也許會集成身份識別功能，這也將有助于個人設置，這將為駕駛員提供更多的舒適和便利。

2.新型顯示方案的應用。全液晶儀表目前已經出現在了部分品牌的新款車型中，帶給駕駛者新奇的駕駛感受和便捷的操控方式使其大受歡迎。而更為先進的綜合信息顯示方案如抬頭顯示（HUD）也許將會替代傳統的儀表顯示模式。原理是將整車的相關信息以投影的方式顯示在擋風玻璃上。其優點是功耗低，顯示界面清晰，顯示方式靈活，投影部件所占位置小。駕駛人員無需低頭，可隨時觀察到駕駛信息。提高了行駛安全性。

總之，隨著自動駕駛的成熟度的不斷提高和新能源汽車的普及，人們對儀表的功能性，安全性，舒適性的要求在不斷提高，而汽車儀表作為駕駛員與車輛交流的媒介，通過各汽車企業的不斷努力和新技術的不斷應用，也必將演變的更為便捷和智能。

參考文獻：

[1]劉光壽.汽車儀表設計.2019.

[2]王雪梅.關于組合儀表的結構設計及發展趨勢.2020.

作者簡介：王美靜1991年11月，女，天津市，漢族，本科，初級職稱，初級職稱專業：儀器儀表

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