一種集成式低成本組合儀表創(chuàng)新設(shè)計(jì)

【摘" 要】該組合儀表采用集成式低成本設(shè)計(jì)方案，把主要信息集成在LCD段碼屏中顯示，采用一個(gè)儀表切換按鍵，通過優(yōu)化和創(chuàng)新其按鍵操作程序，創(chuàng)新設(shè)計(jì)開發(fā)出一款功能豐富、性能穩(wěn)定、操作簡單、成本低的組合儀表。

【關(guān)鍵詞】組合儀表；集成；低成本；創(chuàng)新

中圖分類號(hào)：U463.6" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1003-8639（ 2022 ）12-0059-03

One Low Cost Innovative Design for Cluster

WEI Lu-yi，LAN Kai，LUO Yang-xin，LIANG Jian-fang

（Technical Center，SAIC-GM-Wuling Automobile Co.，Ltd.，Liuzhou 545007，China）

【Abstract】The combination instrument adopts integrated low-cost design，the main information is integrated in the LCD code screen display，through optimization and innovation of its key operation procedures.An innovative cluster design is proposed with a combination of rich functions，stable performance，simple operation，and low cost.

【Key words】cluster；integrated；lower cost；innovative

1" 前言

組合儀表是汽車最重要的功能部件之一，它是駕駛員和汽車進(jìn)行信息交流的重要接口和界面。它為駕駛員提供所需的車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、里程、油量、水溫及信號(hào)燈指示、故障警示、各類汽車運(yùn)行狀態(tài)等信息，是駕駛員了解汽車運(yùn)行情況最直接的信息讀取窗口。它把整車運(yùn)行的狀態(tài)所有信息都顯示在上面，是每輛汽車必不可少的核心安全零件。儀表顯示的直觀性與美觀性使得駕駛不但是代步之需，也成為舒適生活的一部分，而參數(shù)傳遞的準(zhǔn)確、及時(shí)、方便讀取與可靠性則直接關(guān)系到駕駛員的行駛安全。

近年來，隨著汽車電子技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車上的功能持續(xù)不斷增加，隨之組合儀表上顯示的信息也不斷增加，儀表越來越多地采用模塊化和集成化設(shè)計(jì)。低端商用車因成本所限，只能采用傳統(tǒng)的段碼屏，而小尺寸LCD段碼屏組合儀表越來越無法滿足功能顯示需求，需加大LCD段碼屏的尺寸以滿足越來越多的信息顯示。為減少步進(jìn)電機(jī)的使用數(shù)量，將油量表和水溫表、總里程、小里程、時(shí)鐘、行車電腦功能、維修保養(yǎng)提醒功能、AMT擋位顯示功能等全部集中在LCD多功能顯示屏中顯示，以減少硬件器件和成本。隨著儀表信息顯示的增多，因成本和造型方面的原因，在儀表上不能設(shè)計(jì)多個(gè)按鍵來調(diào)整時(shí)鐘和儀表其它功能，所以就要充分發(fā)揮按鍵功能，它不但用于組合儀表里程小記清零、功能切換，而且還要用于調(diào)整時(shí)鐘的小時(shí)和分鐘。儀表按鍵切換使用的頻次也就越來越高，其操作的復(fù)雜度隨之也增高了，需設(shè)計(jì)出操作簡單、邏輯清晰的按鍵切換程序。

2" 組合儀表主要功能構(gòu)成

汽車組合儀表通常由車速表、總里程表、小里程、轉(zhuǎn)速表、水溫表、油量表、照明系統(tǒng)、左右轉(zhuǎn)向信號(hào)、駐車信號(hào)、遠(yuǎn)光信號(hào)、發(fā)電機(jī)指示、機(jī)油壓力報(bào)警、制動(dòng)器故障、油量報(bào)警、水溫報(bào)警、發(fā)動(dòng)機(jī)故障報(bào)警等指示燈組成。如是AMT車型，還會(huì)有AT/MT模式、E/S駕駛模式、P/R/N/D及具體擋位顯示。現(xiàn)大部分車型儀表都有行車電腦顯示功能，其一般顯示時(shí)鐘功能、車外溫度、瞬時(shí)油耗、平均油耗、續(xù)航里程、維修保養(yǎng)提醒等實(shí)用功能。組合儀表的構(gòu)成原理框圖見圖1。

3" 低成本集成式多功能LCD段碼屏設(shè)計(jì)方案

以步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電子式組合儀表，與其它型式的組合儀表相比其元器件成本高主要在步進(jìn)電機(jī)上和LED器件上，為了降低組合儀表零件的成本，就要盡量減少步進(jìn)電機(jī)的使用數(shù)量。汽車用組合儀表其車速表、轉(zhuǎn)速表、水溫表、油量表4個(gè)表一般為4指針式，需要4個(gè)步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動(dòng)其指針的運(yùn)行，為滿足國家標(biāo)準(zhǔn)《GB 15082—2008 汽車用車速表》要求，車速表和轉(zhuǎn)數(shù)表采用步進(jìn)電機(jī)的指針式來顯示。為減少步進(jìn)電機(jī)的使用數(shù)量，將油量表和水溫表、總里程、小里程、時(shí)鐘、行車電腦功能、維修保養(yǎng)提醒功能、AMT擋位顯示功能等全部集中在LCD多功能顯示屏，通過多功能集成單片機(jī)MCU來采集各種數(shù)據(jù)，經(jīng)其處理、轉(zhuǎn)換后驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)指針指示，并控制相關(guān)信息顯示在LCD顯示屏上。①油量表和水溫表在LCD顯示屏上以8段碼形式顯示其油量和水溫信息，并將油量表和水溫表8段碼分為藍(lán)色、黃色和紅色區(qū)域，顯示和警示直觀明了；②總里程、小記里程、時(shí)鐘、瞬時(shí)油耗、平均油耗、維修保養(yǎng)提醒及續(xù)航里程以數(shù)字形式顯示；③AMT車型有關(guān)的AT/MT模式、E/S駕駛模式、P/R/N/D及具體擋位顯示也集中在LCD區(qū)域內(nèi)，其指示燈按照國家標(biāo)準(zhǔn)《GB 4094—2016汽車操縱件、指示器及信號(hào)裝置的標(biāo)志》設(shè)計(jì)，其實(shí)驗(yàn)要求按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《QC/T 727—2017汽車、摩托車用儀表》執(zhí)行。該組合儀表硬件原理圖見圖2。

該集成式設(shè)計(jì)方案使組合儀表功能集中顯示在LCD屏上，其信息顯示直觀、清楚明了。該組合儀表集成式低成本設(shè)計(jì)方案節(jié)省了2個(gè)步進(jìn)電機(jī)、1個(gè)單獨(dú)時(shí)鐘零件、1個(gè)LCD屏和1個(gè)調(diào)整按鍵的使用，并采用低成本的黃色LED作為背光源，大大降低了零件材料成本，從而降低整車成本，提升了該車型在市場上的競爭力。多功能集成LCD顯示屏如圖3所示。

該組合儀表設(shè)計(jì)方案以步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電子式組合儀表低成本設(shè)計(jì)方案，只用到2個(gè)步進(jìn)電機(jī)，該組合儀表在不增加成本的情況下在LCD多功能顯示屏集成了時(shí)鐘功能、瞬時(shí)油耗、平均油耗、續(xù)航里程、維修保養(yǎng)提醒及AMT擋位顯示功能，減少1個(gè)獨(dú)立時(shí)鐘零件和2個(gè)單獨(dú)報(bào)警燈零件的使用，這樣就大大降低了組合儀表零件成本。

4" 多功能按鍵程序設(shè)計(jì)

這種組合儀表在LCD多功能顯示屏集成了時(shí)鐘功能，集成有總里程、小記里程、時(shí)鐘、瞬時(shí)油耗、平均油耗、維修保養(yǎng)提醒及續(xù)航里程功能，因這些功能很多是重合在同一區(qū)域顯示的，并且時(shí)鐘需調(diào)整對(duì)時(shí)，需要考慮到用什么和怎么樣進(jìn)行以上信息的切換、小計(jì)清零及時(shí)鐘調(diào)整。因采用的低成本設(shè)計(jì)方案，在儀表上不能設(shè)計(jì)多個(gè)按鍵來進(jìn)行功能切換和調(diào)整時(shí)鐘，所以就充分發(fā)揮按鍵功能，它不但用于組合儀表里程小記清零、功能顯示切換而且還要用于調(diào)整時(shí)鐘的小時(shí)和分鐘。

同一按鍵既要用于儀表里程小記清零、功能顯示切換又要用于調(diào)整時(shí)鐘的小時(shí)和分鐘，需進(jìn)行多步驟的操作，其調(diào)整程序的設(shè)計(jì)首先要合理安排其調(diào)整順序，另外也要充分考慮簡化其調(diào)整方式，減少操作次數(shù)，方便顧客操作。

4.1" 小記里程清零按鍵程序設(shè)計(jì)

小記里程清零時(shí)只要操作一次，程序設(shè)計(jì)簡單，在小計(jì)里程顯示模式下，設(shè)置按鍵按鈕為長按時(shí)間大于2s時(shí)，小里程清零。

4.2" 功能顯示按鍵切換程序設(shè)計(jì)

因同一區(qū)域集成了多種信息顯示功能，只能通過切換分次顯示其不同的信息，但因其顯示功能較多，需切換的次數(shù)也多，需對(duì)其切換程序進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以便顧客操作。其按鍵切換順序設(shè)置如圖4所示。

4.3" 時(shí)鐘調(diào)整按鍵程序設(shè)計(jì)

時(shí)鐘顯示為24小時(shí)制，從0：00至23：59（時(shí)：分）。符號(hào)“：”以1Hz的頻率閃爍。在‘Key OFF’-gt;‘Key ON’，LCD將顯示時(shí)鐘；在‘Key ON’-gt;‘Key OFF’，LCD 將不顯示時(shí)鐘信息。

在LCD時(shí)鐘正常顯示模式下回零按鈕按下時(shí)間大于3s后，進(jìn)入時(shí)鐘調(diào)整模式，其時(shí)鐘調(diào)整方法程序設(shè)計(jì)如圖5所示。

4.4" 自檢功能按鍵操作程序設(shè)計(jì)

為了方便零件下線檢測、臺(tái)架測試和故障問題查找，通過按鍵操作實(shí)現(xiàn)以下自檢功能。

1）按住按鍵上電（Ignition ON），連續(xù)5s后進(jìn)入自檢模式。

2）車速表分別指示20、40、60、80、100、120、140、160、180、200km/h循環(huán)。轉(zhuǎn)速表分別指示1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000r/min循環(huán)。

3）通過按鍵LCD屏可分別顯示：剩余油量、當(dāng)前水溫、油量和水溫傳感器是否斷開。

4）5min后或按住按鍵5s后退出自檢模式。

5" 小結(jié)

該組合儀表采用低成本創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案，以步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)指針指示，通過多功能集成單片機(jī)芯片來采集各種數(shù)據(jù)，經(jīng)其處理、轉(zhuǎn)換后驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)指針，并控制油量表、水溫表、總里程、小里程、時(shí)鐘、行車電腦功能、維修保養(yǎng)提醒功能、AMT擋位顯示功能顯示在LCD顯示屏上。通過此多功能集成式低成本設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)出造型美觀，功能豐富、性能穩(wěn)定、故障率低適合商用車用的低成本組合儀表。通過此創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案，可豐富產(chǎn)品功能，提高產(chǎn)品性和品質(zhì)，降低成本，提升市場競爭力。最終儀表產(chǎn)品效果如圖6所示。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐向陽. 汽車電器與電子控制技術(shù)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[2] GB 4094—2016，汽車操縱件、指示器及信號(hào)裝置的標(biāo)志[S].

[3] GB 15082—2008，汽車用車速表[S].

[4] QC-T 727—2017，汽車、摩托車用儀表[S].

（編輯" 凌" 波）