組合儀表關(guān)鍵要素設(shè)計

謝耀華

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

組合儀表關(guān)鍵要素設(shè)計

謝耀華

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

汽車組合儀表是為駕駛員提供汽車運行中重要信息的裝置，同時也是使用人員和維修人員發(fā)現(xiàn)和排除故障的重要工具。隨著汽車技術(shù)和電子技術(shù)飛速發(fā)展，汽車儀表也以著驚人的速度在向前發(fā)展，由機(jī)械式的發(fā)展為電子式的，在不久的將來 CAN儀表出現(xiàn)在汽車上大勢所趨。汽車組合儀表提供的汽車運行信息的準(zhǔn)確性是汽車組合儀表設(shè)計中需要考慮的重要因素。

組合儀表；燃油表；水溫表；車速表；傳感器參數(shù)

CLC NO.:U463.7Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)06-27-04

引言

為了便于駕駛員隨時了解汽車各個主要系統(tǒng)的工作情況，正確使用汽車，及時發(fā)現(xiàn)問題，采取措施，防止人身和機(jī)械事故，保證汽車可靠而安全的行使，汽車上都需要安裝一些儀表，用來反映汽車和發(fā)動機(jī)的一些重要運行參數(shù)。汽車組合儀表中主要反應(yīng)燃油量，水溫，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，里程以及其他各種信息。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電子儀表在汽車組合儀表中得到了廣泛應(yīng)用，電子儀表反應(yīng)運行信息主要通過傳感器采集信息，將采集的信號通過傳感器處理后變成電信號，然后通過組合儀表直觀的反應(yīng)在駕駛?cè)藛T面前，使用的主要傳感器有：燃油傳感器，水溫傳感器等等，組合儀表和傳感器參數(shù)的匹配是設(shè)計過程中至關(guān)重要的，設(shè)計過程中首先要了解各種傳感器的參數(shù)，然后通過軟件將傳感器和組合儀表匹配起來，從而讓組合儀表準(zhǔn)確現(xiàn)實傳感器反應(yīng)的信息。

1、組合儀表概述

1.1 概述

組合儀表一般采用四表的形式，分別為轉(zhuǎn)速表、車速表，水溫表和燃油表。通常使用三炮筒或四炮筒的格局，分為水溫表和燃油表共用一個炮筒結(jié)構(gòu)，水溫表和燃油表用兩個炮筒的結(jié)構(gòu)。這四種表也是設(shè)計中的重點和難點。

組合儀表中一般根據(jù)車型的不同配置還包括充放電指示燈、緊急燈指示燈、機(jī)油壓力報警、燃油報警、發(fā)動機(jī)檢查、小燈指示、遠(yuǎn)光指示、前霧燈指示、后霧燈指示、左轉(zhuǎn)向指示、右轉(zhuǎn)向指示、手制動及制動液位報警、制動蹄片磨損指示、安全帶指示、EPC、安全氣囊指示、ABS報警、門未關(guān)指示、發(fā)動機(jī)防盜指示燈、EOBD指示燈、巡航、后備箱蓋指示燈等。除此外一般組合儀表中還預(yù)留有指示燈，為后期的功能增加預(yù)留指示燈位置。

2、燃油表設(shè)計

2.1 燃油表設(shè)計概述

燃油表用來指示油箱內(nèi)燃油的存儲量。它由裝在儀表板上的燃油指示表和裝在燃油箱內(nèi)的傳感器兩部分組成。一般采用可變電阻性的傳感器，其阻值與油箱的油位成一定關(guān)系。微處理器測量傳感器對地的電阻。從而計算出油箱油量，并驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)到相應(yīng)位置，指示油量信息。

2.2 設(shè)計過程中影響燃油表指示精度的因素：（阻尼系數(shù)）

在設(shè)計過程中油箱的形狀和結(jié)構(gòu)以及油箱在車身上的安裝位置以及微處理器的阻尼系數(shù)等很多因素都對燃油表的準(zhǔn)確顯示有著重要的影響。下面主要對上述兩種因素作簡要的介紹。

油箱形狀和安裝位置對燃油表的準(zhǔn)確顯示有著重要的影響：一般油箱外觀輪廓設(shè)計不宜設(shè)計的過長亦不宜設(shè)計成方形的，而且在油箱中一般都會增加一個隔柵。目的就是防止在行使過程中當(dāng)出現(xiàn)者緊急剎車/加速或拐彎時油箱內(nèi)油面晃動較大而導(dǎo)致燃油表指針上下擺動的現(xiàn)象出現(xiàn)。增加隔柵的目的也是為了減小油面面積，減緩晃動，隔柵下面有一個孔，可以使隔柵兩邊的油相互流動。

儀表的指針響應(yīng)時間（即由E～F的變化時間）由儀表內(nèi)部的行車阻尼系數(shù)來設(shè)定，此參數(shù)設(shè)定時應(yīng)考慮：一方面避免由于油面晃動引起阻值變化，導(dǎo)致指針波動，目的在于抑制儀表介入電阻的變化，一方面應(yīng)保證指針及時準(zhǔn)確指示目前油量。注意：設(shè)定的行車阻尼系數(shù)時：若儀表指針響應(yīng)時間T，綜合考慮加油的消耗時間，以及油位傳感器的位置變化快慢，使得指針響應(yīng)時間〉T，此時應(yīng)對阻尼系數(shù)調(diào)整為小于T，加油后至儀表通電，經(jīng)驗值為：指針指示正確累計時間＜1min30s。

圖1 油泵

2.3 燃油表參數(shù)設(shè)定

燃油表參數(shù)設(shè)定是組合儀表設(shè)計過程中難點：燃油表參數(shù)的設(shè)定主要包括對滿油點(F)，空油位(E)，報警點和其它幾個刻度參數(shù)的設(shè)定。流程如下：

1） 測定油箱內(nèi)存在不同容積油量時對應(yīng)的傳感器電阻值；

2）按照表一所示方法確定組合儀表；

3）按照計算所得參數(shù)利用軟件將油泵和組合儀表相匹配。

表1 各刻度參數(shù)確定方法

2.4 水溫表設(shè)計

2.4.1 水溫表設(shè)計概述

水溫表是用來指示發(fā)動機(jī)水套中冷卻水的工作溫度。它由裝在儀表板上的水溫表和裝在發(fā)動機(jī)汽缸蓋水套上的水溫傳感器兩部分組成。水溫表也是電阻型傳感器以電阻的形式向儀表提供發(fā)動機(jī)冷卻液溫度信號，微處理器測量輸入端的最終電壓。計算水溫并驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)顯示溫度信息。熱響應(yīng)值一般不大于30秒（同樣熱響應(yīng)時間的設(shè)定不當(dāng)也會導(dǎo)致水溫表指針上下擺動）。水溫表的設(shè)定主要設(shè)定1/2處，進(jìn)入紅線點以及H點的電阻值。

2.4.2 水溫表參數(shù)設(shè)計程序

按照下圖的電路原理測試不同水溫時對應(yīng)的可變電阻的電阻值；

1）阻抗測定方法：

R1=(12-V)R/V

2）阻抗值測定條件：

圖2

55Ω或25Ω表示測量用的標(biāo)準(zhǔn)阻抗。用55Ω-55Ω或25 Ω-25Ω，并聯(lián)進(jìn)行測量，通過可變阻抗器完成對檢流計的零調(diào)節(jié)后，斷開開關(guān)（SW），通過橋路來測定阻抗值。

R=V/I-R0

3）按照上述參數(shù)利用軟件設(shè)置儀表。

需要指出的是：實際溫度和傳感器的電阻值是一一對應(yīng)的關(guān)系，但是電阻值（實際溫度）和指示溫度不是一一對應(yīng)的關(guān)系。（在和組合儀表匹配的過程中存在如下圖所示的紅線區(qū)域，即在此區(qū)域內(nèi)雖然水溫在不斷改變，但是都在正常的水溫范圍內(nèi)，這時水溫表的指針都指在1/2處。當(dāng)水溫超過某個規(guī)定值以后指針指示會迅速上升，進(jìn)入紅線后應(yīng)停止發(fā)動機(jī)工作。）

圖3 水溫表指示刻度和水溫傳感器電阻值對應(yīng)關(guān)系

4）水溫表關(guān)鍵點設(shè)計

水溫表最低點（C）通常設(shè)定為發(fā)動機(jī)水溫為60度時，水溫傳感器對應(yīng)的阻值；

水溫表中間位置一般取發(fā)動機(jī)正常工作溫度（汽油機(jī)一般為100度—110度，柴油機(jī)一般為90度-100度），水溫傳感器對應(yīng)的阻值，在發(fā)動機(jī)正常工作時，水溫表指針應(yīng)指示在水溫表刻度的中間位置，如圖三所示1/2位置；

水溫表紅區(qū)（報警）設(shè)定一般為發(fā)動機(jī)工作允許的最高溫度（汽油機(jī)一般為115度，柴油機(jī)一般為105度），發(fā)動機(jī)水溫達(dá)到該溫度范圍后，水溫指針應(yīng)迅速指示到紅區(qū)位置，此時水溫報警燈應(yīng)點亮，提醒駕駛?cè)藛T采取必要的措施，以避免損傷發(fā)動機(jī)；

水溫表最高點（H）通常設(shè)定為發(fā)動機(jī)最高水溫時，傳感器對應(yīng)的阻值，超過該溫度（汽油機(jī)一般為120度，柴油機(jī)一般為110度）時，會損傷發(fā)動機(jī)，用戶應(yīng)避免水溫表達(dá)到該溫度最高點。

3、轉(zhuǎn)速表和車速里程表設(shè)計

3.1 設(shè)計概述

為了檢查調(diào)整發(fā)動機(jī)，監(jiān)視發(fā)動機(jī)的工作狀況，更好的掌握換檔時機(jī)等，在汽車儀表板上裝有發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速表。車速里程表用來指示汽車行使速度和累計行使里程數(shù)的儀表。里程表和轉(zhuǎn)速表是由微處理器采集發(fā)動機(jī)輸入的脈沖信號，測量輸入端接收到脈沖的頻率，然后根據(jù)頻率值來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)使指針指到相應(yīng)位置。

3.2 轉(zhuǎn)速表參數(shù)設(shè)定

轉(zhuǎn)速傳感器將采集的轉(zhuǎn)速信號通過 ECU整形成每周有固定脈沖數(shù)的方形波，此方形波即可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)指針偏轉(zhuǎn)。

頻率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系：f=P*v/60

f--頻率，P--每旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生的脈沖個數(shù)，v--轉(zhuǎn)速亦即每分鐘旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)。

3.3 車速里程表設(shè)定

車速傳感器將變速箱內(nèi)主動齒上采集的信號和速比傳遞給TCU，TCU綜合兩種信號轉(zhuǎn)化成脈沖傳遞給組合儀表，由步進(jìn)電機(jī)帶動指針轉(zhuǎn)動。

里程表速比計算公式：其中R表示輪胎半徑（單位：M）I=1000/2*π*R *后橋速比*變速器主被齒比

3.4 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與車速關(guān)系

發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與車速關(guān)系公式：ua=0.377*r*n/（ig*i0）

ua------車速，km/h

r----輪胎半徑，m

n----發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min

ig------變速器傳動比；

i0---------后橋主減速器傳動比

4、汽車的報警裝置

機(jī)油壓力警告燈

如果發(fā)動機(jī)機(jī)油壓力過低，在發(fā)動機(jī)起動后此警告燈將一直亮啟，或者在行車時亮啟。

這表明發(fā)動機(jī)機(jī)油不足。發(fā)動機(jī)機(jī)油油位可能過低，也可能發(fā)生了其它機(jī)油故障。機(jī)油警告燈也可能在另外三種情況下啟亮：

1）作為一項測試，點火開關(guān)已接通但發(fā)動機(jī)未運行時，此警告燈會啟亮，表明其功能正常。發(fā)動機(jī)起動后，此警告燈將熄滅。如果點火開關(guān)接通時此燈未啟亮，則保險絲或燈泡有故障。

2）如果遇紅燈時發(fā)動機(jī)怠速運轉(zhuǎn)，警告燈可能會閃爍并隨后熄滅。

如果您進(jìn)行緊急制動，此燈會短時啟亮。這是正常現(xiàn)象。

告誡：

機(jī)油壓力過低時不要繼續(xù)駕駛。否則，發(fā)動機(jī)會過熱，以致著火?？赡苁谷藷齻?yīng)盡快檢查機(jī)油并將車輛送修。

左右轉(zhuǎn)向燈

當(dāng)左(右)轉(zhuǎn)向燈點亮?xí)r組合儀表中左(右)轉(zhuǎn)向指示燈相應(yīng)的也亮，當(dāng)按下故障燈開關(guān)時，左右轉(zhuǎn)向燈按照一定的頻率跳動，此時左右轉(zhuǎn)向指示燈同時亮。

安全帶提示燈

在駕駛員扣好安全帶之前一直啟亮，直到駕駛員扣好安全帶。

如果駕駛員已經(jīng)扣好了安全帶，此燈不會啟亮。

安全帶提示音

點火開關(guān)接通時將發(fā)出幾秒鐘提示音，提醒大家系好安全帶。如果駕駛員已經(jīng)系好安全帶，將不會發(fā)出此提示音。

低燃油

當(dāng)燃油箱內(nèi)燃油減少到某一規(guī)定值時，低燃油警告燈亮告知駕駛員以引起注意。

遠(yuǎn)光指示燈

每當(dāng)遠(yuǎn)光前照燈接通時，此指示燈啟亮。

防抱死制動系統(tǒng)指示燈(ABS)

當(dāng)點火開關(guān)擰到接通位置時此警告燈將持續(xù)啟亮幾秒。這是正?，F(xiàn)象。如果警告燈一直不熄滅，則將點火開關(guān)置于LOCK（鎖定）位置。或者，如果警告燈啟亮，盡快停車并關(guān)閉點火開關(guān)，然后，重新起動發(fā)動機(jī)，使系統(tǒng)復(fù)位。如果警告燈仍不熄滅或在行車中又啟亮，則需要為維修車輛。如果常規(guī)制動系統(tǒng)警告燈未啟亮，則車輛仍可以制動，但是不能進(jìn)行防抱死制動。如果常規(guī)制動系統(tǒng)警告燈也啟亮，則不僅沒有防抱死制動，而且常規(guī)制動系統(tǒng)也有問題。當(dāng)點火開關(guān)擰到接通位置時，防抱死制動系統(tǒng)警告燈將短時啟亮，這是正常現(xiàn)象。如果此時警告燈不亮，應(yīng)排除故障，使其在發(fā)生故障時能隨時發(fā)出警告。

氣囊就緒指示燈

儀表板上有一個氣囊指示燈，該燈顯示氣囊符號。系統(tǒng)將檢查氣囊系統(tǒng)有無故障。通過此燈即可了解氣囊系統(tǒng)有無電氣故障。系統(tǒng)檢查內(nèi)容包括氣囊傳感器、氣囊模塊、線路及診斷模塊。當(dāng)車輛起動時，此燈亮起約七秒，然后熄滅。這表示氣囊系統(tǒng)已準(zhǔn)備就緒。如果車輛啟動后氣囊就緒指示燈一直不熄滅或在行車時啟亮，表明氣囊系統(tǒng)存在異常。

前后霧燈

當(dāng)打開前后霧燈時此指示燈亮，否則此指示燈處于熄滅狀態(tài)。

充電系統(tǒng)指示燈

作為一項檢查，當(dāng)點火開關(guān)接通且發(fā)動機(jī)未起動時，充電系統(tǒng)指示燈將短時啟亮，表明其功能正常。當(dāng)發(fā)動機(jī)起動后，該指示燈應(yīng)熄滅。如果指示燈不熄滅或者在行車時啟亮，表明充電系統(tǒng)可能存在電氣故障。在此燈點亮?xí)r駕車，會耗盡蓄電池電量。如果不得不在此燈點亮?xí)r短距離行駛，務(wù)必關(guān)閉所有附件，如收音機(jī)和空調(diào)。

OBD

是英文On-Board Diagnostics的縮寫，中文翻譯為“車載自動診斷系統(tǒng)”。這個系統(tǒng)將從發(fā)動機(jī)的運行狀況隨時監(jiān)控汽車是否尾氣超標(biāo)，一旦超標(biāo)，會馬上發(fā)出警示。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，故障(MIL)燈或檢查發(fā)動機(jī)(Check Engine)警告燈亮，同時動力總成控制模塊(PCM)將故障信息存入存儲器，通過一定的程序可以將故障碼從 PCM中讀出。根據(jù)故障碼的提示，維修人員能迅速準(zhǔn)確地確定故障的性質(zhì)和部位。

小燈

當(dāng)通過組合開關(guān)上的小燈開關(guān)打開小燈時，此指示燈亮，否則處于熄滅狀態(tài)。

車門未關(guān)警告燈

當(dāng)點火開關(guān)接通時，此指示燈將一直啟亮，直到所有車門關(guān)閉并完全鎖住。

行李箱未關(guān)警告燈

當(dāng)行李箱未關(guān)嚴(yán)時此燈將啟亮。

表2 汽車儀表常用報警符號

5、結(jié)論

本文通過對組合儀表介紹，并對組合儀表關(guān)鍵參數(shù)計算進(jìn)行了說明；組合儀表準(zhǔn)確反應(yīng)整車的運行狀況和許多因素有關(guān)，主要有各種傳感器的選擇，各種傳感器采集的信號和組合儀表本身的參數(shù)匹配（通過軟件實現(xiàn)），微處理器中參數(shù)的設(shè)定等等。所有這些都直接影響著組合儀表的準(zhǔn)確顯示.組合儀表中各種警示燈能夠及時提供給駕駛員汽車運行狀況，當(dāng)發(fā)生異常時警示燈會亮起，以提醒駕駛?cè)藛T要進(jìn)行必要的維修和保養(yǎng)，以防止不必要的人身和機(jī)械事故的發(fā)生。因此組合儀表參數(shù)設(shè)定和警示燈的正確設(shè)定在設(shè)計過程中起著至關(guān)重要的作用。

[1] 王啟瑞主編.汽車電氣及電子設(shè)備.安徽科學(xué)技術(shù)出版社.

[2] 王兆安等主編.電力電子技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.

[3] GB4094-1999《汽車操縱件、指示器及信號裝置的標(biāo)志》.

[4] QC/T 727-2007 汽車、摩托車用儀表.

[5] QC/T 594汽車、摩托車用電子車速里程表.

[6] QC/T 595汽車、摩托車用電子轉(zhuǎn)速表.

[7] QC/T 12 汽車、摩托車用燃油表.

[8] QC/T 13 汽車用溫度表.

Key elements combination instrument design

Xie Yaohua
( Anhui Jianghuai Automobile group Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

Automobile Instrument for the driver to provide important information in the car to run the device, but also found that the use and maintenance personnel, and an important tool for troubleshooting. As automotive technology and the rapid development of electronic technology, automotive instrument also astonishing rate forward by the mechanical development of electronic, and CAN devices in the near future trend in the car. Automobile Instrument to provide accurate information on the car is running is Automobile Instrument design an important factor to consider.

Combined Instrument; Fuel gauge; Water Temperature; Speedometer Sensor parameters

U463.7

A

1671-7988 (2017)06-27-04

謝耀華（1983-），男，助理工程師。就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司輕型車研究所，主要從事汽車電氣系統(tǒng)方面的設(shè)計工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.06.009