淺談汽車車速里程表設(shè)計(jì)

范雷云，汪　超

(奇瑞汽車河南有限公司，河南 開封 475000)

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淺談汽車車速里程表設(shè)計(jì)

范雷云，汪超

(奇瑞汽車河南有限公司，河南 開封 475000)

摘要：車速里程表是汽車必備儀表之一，是為駕駛員提供車輛當(dāng)前車速及里程信息的重要儀表。按照工作原理車速里程表可分為機(jī)械式和電子式兩種，隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，市場(chǎng)上大多數(shù)車速里程表為電子式。本文主要以某種輕卡上用的車速里程表為例分析了電子式的車速里程表的工作原理、速比的計(jì)算方法及顯示要求等。

關(guān)鍵詞：車速里程表；工作原理，速比計(jì)算

汽車的車速信息是駕駛員正常安全行駛的一個(gè)必要信息，因此車速里程表也是汽車標(biāo)配儀表。車速里程表由車速表和里程表組成，可以指示汽車行駛的當(dāng)前車速、汽車的行駛總里程及本次行駛的里程即里程小計(jì)等信息。按照工作原理可以分為機(jī)械式和電子式，由于機(jī)械式現(xiàn)已經(jīng)應(yīng)用較少，本文重點(diǎn)介紹電子式車速里程表的工作原理及相關(guān)參數(shù)的計(jì)算方法。另簡(jiǎn)單介紹了車速里程表的顯示要求。

1車速里程表的組成及工作原理

1.1機(jī)械式車速里程表

車速及里程信號(hào)通過一根軟軸由變速箱傳遞給車速里程表。車輛行駛時(shí)，變速箱輸出端部分的轉(zhuǎn)速變化帶動(dòng)軟軸使車速表中永磁鐵磁場(chǎng)變化驅(qū)動(dòng)儀表指示位置變化，通過車速標(biāo)定常數(shù)指示相應(yīng)車速；里程表由軟軸傳動(dòng)使里程表中的數(shù)字輪組轉(zhuǎn)動(dòng)來累計(jì)行駛里程。

1.2電子式車速里程表

電子式車速里程表車速信號(hào)由安裝在變速箱上的車速傳感器提供，傳感器將從變速箱處感應(yīng)到的轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)換成儀表中單片機(jī)可以處理的脈沖信號(hào)。車速里程表單片機(jī)再把脈沖信號(hào)計(jì)算處理后驅(qū)動(dòng)儀表顯示機(jī)構(gòu)顯示當(dāng)前車速及里程。車速表一般為指針指示，里程表為數(shù)碼顯示，里程小計(jì)是可以人為清零的，但里程總計(jì)記錄該車出廠后行駛的總里程不可以清零。

車速傳感器按照安裝方式分為接觸式和非接觸式。由于接觸式傳感器容易損壞現(xiàn)在車上較為常見的為非接觸式車速傳感器，即傳感器安裝在變速箱主動(dòng)輪齒圈外部。傳感器感應(yīng)面與齒圈齒頂保持規(guī)定的間隙一般為(1.4±0.6)mm，距離過大或者過小，傳感器信號(hào)都不能正常的輸出。非接觸式車速傳感器安裝示意圖如圖1所示。

圖1　非接觸式車速傳感器安裝示意圖

輸出信號(hào)的脈沖數(shù)通常與被感應(yīng)齒輪的齒數(shù)一致，即如果被感應(yīng)齒輪為8個(gè)齒的，那么主動(dòng)輪轉(zhuǎn)1圈傳感器輸出8個(gè)脈沖?，F(xiàn)在也有對(duì)輸出脈沖數(shù)有要求的，傳感器輸出的脈沖數(shù)與齒數(shù)不一致，經(jīng)傳感器電路調(diào)整轉(zhuǎn)換按照特定的比例系數(shù)輸出信號(hào)，例如16齒的主動(dòng)輪轉(zhuǎn)1圈傳感器可以輸出8個(gè)脈沖或者是4個(gè)脈沖等。

接觸式傳感器安裝在變速箱輸出軸上感應(yīng)從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速，傳感器軸頭隨輸出軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出脈沖數(shù)與傳感器內(nèi)布置的磁鋼數(shù)相關(guān)。信號(hào)的輸出脈沖的高低電平基本與接觸式傳感器是一致的，但接觸式傳感器可靠性比非接觸式傳感器低，傳感器軸頭容易老化損壞。

車速傳感器信號(hào)一般為兩路輸出，一路輸入車速里程表，另一路輸入發(fā)動(dòng)機(jī)ECU，兩路信號(hào)相差半個(gè)周期示意圖如圖2。

圖2　車速里程傳感器雙路信號(hào)示意圖

2車速里程表速比計(jì)算

2.1速比定義

速比為汽車車速為1 km/h時(shí)變速箱上車速里程傳感器的感應(yīng)齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)。例如某輕卡的速比為1∶2 133，即為車速為1 km/h，變速箱齒輪轉(zhuǎn)速為2 133 r/h。

2.2速比計(jì)算方法

速比計(jì)算實(shí)際就是先計(jì)算出車速為1 km/h時(shí)汽車輪胎的轉(zhuǎn)數(shù)，再用此轉(zhuǎn)數(shù)乘以后橋主減速比得到變速箱傳動(dòng)軸在經(jīng)后橋減速前的轉(zhuǎn)數(shù)，用該轉(zhuǎn)數(shù)再除以內(nèi)部傳動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)比例系數(shù)即變速箱蝸輪組件的傳動(dòng)比得出變速箱主動(dòng)輪(從動(dòng)輪)的轉(zhuǎn)數(shù)，即得出了車速速比。

具體速比計(jì)算公式為：

K=1：[(k1/k2)×1 000/(2πR)] .

式中：K為理論速比；k1為后橋主減速比；k2為變速箱蝸輪組件的傳動(dòng)比；R為輪胎的滾動(dòng)半徑。

舉例如下：

某輕卡相關(guān)參數(shù)為：后橋主減速比k1為4.875，如果安裝的是接觸式的車速傳感器，由于安裝位置與非接觸式傳感器不同k2一般為一個(gè)小于1的比值；此輕卡變速箱上安裝的為非接觸式車速傳感器，k2值為1，輪胎型號(hào)為215/75R16LT 8PR，輪胎滾動(dòng)半徑為364 mm=0.364 m。

K=1：[(k1/k2)×1 000/(2πR)]=

1：[(4.875/1×1 000/(2×3.14×0.364)]≈1∶2 133 .

該速比即為所求的理論速比值。

如果按照理論速比設(shè)計(jì)車速表，那么指示值會(huì)有超差現(xiàn)象，不滿足國(guó)標(biāo)《GB 15082-2008汽車用車速表》要求。國(guó)標(biāo)要求車速表指示車速V1(單位：km/h)與實(shí)測(cè)車速V2(單位：km/h)之間應(yīng)符合：0≤V1-V2≤(V2/10)+4，要求指示值要比實(shí)際車速高才可以，不能有指示低于實(shí)際車速的情況。按照國(guó)標(biāo)計(jì)算指示車速和實(shí)際車速對(duì)照表如表1。

表1　國(guó)標(biāo)要求的指示車速和實(shí)際車速對(duì)照表

為了使儀表指示符合要求，要選擇一個(gè)合適的速比，滿足0≤V1-V2≤(V2/10)+4。此處按照實(shí)際車速V2為80 km/h，儀表指示車速V1為85 km/h計(jì)算，假設(shè)該速比為K0。實(shí)際車速為80 km/h時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率為：

f=K×8×V2/3600=2 133×8×80/3 600≈379 Hz .

注：上述公式中的“8”為車速傳感器感應(yīng)的變速箱上齒輪的齒數(shù)，即齒輪轉(zhuǎn)1圈傳感器輸出8個(gè)脈沖。同樣的頻率車速表指示85 km/h，即

379=K0×8×V1/3 600

K0=379×3 600/(8×V1)=379×3 600/(8×85)≈2006

按照此速比可以推算出實(shí)際車速V2為20 km/h、40 km/h、60 km/h、100 km/h、120 km/h、140 km/h時(shí)的指示車速分別為21.2 km/h、42.5 km/h、63.8 km/h、106.3 km/h、127.6 km/h、148.9 km/h，車速的各個(gè)指示值都滿足國(guó)標(biāo)誤差要求，故可以選擇2006的速比。但這個(gè)速比并不是唯一滿足要求的，在規(guī)定誤差的范圍內(nèi)也可以選擇其他速比值。車企生產(chǎn)中對(duì)車速指示的誤差要求一般會(huì)更高一些，具體為0≤V1-V2≤(V2/20)+4，車速誤差對(duì)照表如表2。

表2　企標(biāo)要求的指示車速和實(shí)際車速對(duì)照表

可以按照上表計(jì)算出滿足生產(chǎn)的合適速比。

車速里程表另一個(gè)重要功能就是里程累計(jì)，該功能一般是按照理論速比計(jì)算的，即單片機(jī)接口讀取傳感器發(fā)來的脈

沖數(shù)，根據(jù)脈沖計(jì)數(shù)來累加里程。以1∶2 133的速比為例，車輛行駛1 km的脈沖數(shù)為2 133×8=17 064，那么單片機(jī)讀取17 064個(gè)脈沖后便累加1 km里程。對(duì)于里程表的指示誤差，由于累計(jì)里程與車輛的使用壽命、保養(yǎng)間隔相關(guān)所以里程表誤差不能太大，車企對(duì)里程表的誤差要求為當(dāng)里程小計(jì)為10.0 km時(shí)，對(duì)比實(shí)際里程，要求誤差為±2%，里程表允許出現(xiàn)負(fù)偏差。

3車速里程表設(shè)計(jì)其他要求

3.1車速表盤面刻度的要求

車速表盤面可指示的車速范圍應(yīng)包容整車廠對(duì)該車給出的最高車速。在20 km/h以上至上限刻度值之間，分度值應(yīng)標(biāo)示成1、2、5、10 km/h中的任一種，如果盤面上的最高數(shù)值未超過200 km/h，刻度值應(yīng)以不超過20 km/h的間隔顯示；如果盤面上的最高數(shù)值超過200 km/h，刻度值應(yīng)以不超過30 km/h的間隔顯示。標(biāo)度盤上標(biāo)示的車速值的間隔可以不均勻。下面是某輕卡車型的車速表表盤：

圖3　車速表盤面示意圖

當(dāng)車速平穩(wěn)變化時(shí)，車速表指針運(yùn)動(dòng)要平穩(wěn)，不能有卡頓現(xiàn)象。除了指針式的車速表，也有以數(shù)碼形式顯示車速表，數(shù)顯車速表數(shù)字在跳動(dòng)過程中的保留時(shí)間為(1±0.2)s，在任意恒定的車速下，車速表顯示值的變化不能超過1 km/h。

3.2里程表顯示要求

里程表包括里程總計(jì)和里程小計(jì)，具體顯示要求如下：

里程總計(jì)顯示范圍：0～999 999 km，里程累計(jì)顯示每1 km刷新一次，在里程表斷電的情況下，里程總計(jì)要有記憶功能，整車出廠時(shí)里程表的顯示值小于10 km。

里程小計(jì)顯示范圍：0～999.9 km，里程小計(jì)顯示每0.1 km刷新一次，在里程表斷電的情況下里程小計(jì)可以沒有記憶功能。

參考文獻(xiàn)

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[3]奇瑞汽車股份有限公司.Q/SQR.04.1265—2009汽車用電子車速里程傳感器試驗(yàn)規(guī)范[S].2009.

Introduction to the Car Speed Odometer Design

Fan Leiyun, Wang Chao

(CheryAutomobileHenanCo.,Ltd,KaifengHenan475000,China)

Abstract:The speedometer is one of the essential instruments and the important instrument to show the current vehicle speed and mileage information for driver. According to the working principle of speedometer, it can be divided into two kinds which are mechanical and electronic. Along with the development of automobile technology, most speedometers used in market are electronic. Taking the speedometer used in a light truck as example, this paper mainly analyzes the working principle of electronic speedometer, calculation method of speed ratio and display requirements.

Key words:speedometer; working principle; speed ratio calculation

收稿日期：2016-02-29

作者簡(jiǎn)介：范雷云(1983- )，男，工程師，研究方向?yàn)槠囯娮与娖鳟a(chǎn)品控制。

文章編號(hào)：1674- 4578(2016)03- 0020- 02

中圖分類號(hào)：U463.7l；TP 273

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A