汽車儀表原理介紹及提高儀表可靠性研究

范紅生

摘要：汽車儀表是駕駛員與汽車進行信息交流的重要平臺和界面，是車輛安全行駛的重要保障。它不但可以顯示車輛的各種行駛信息，還可以監(jiān)控汽車主要系統(tǒng)和模塊的運行狀況，對汽車的安全和經(jīng)濟行駛起著重要作用。汽車儀表一旦發(fā)生故障，直接被駕乘人員感覺到，會造成所監(jiān)控的系統(tǒng)模塊故障不被探出或顯示出故障的假象，比車輛一般故障更容易造成客戶不滿和恐慌。因此，避免和消除汽車儀表的一些常見故障，提高其工作可靠性就顯得特別重要。

關(guān)鍵詞：汽車儀表；原理介紹；儀表可靠性；提高研究

1、前言

近年來，隨著汽車電器功能集成化和復(fù)雜化，整車電氣架構(gòu)也在不斷擴展，汽車儀表作為車輛信息的主要顯示載體，需要與整車進行大量的數(shù)據(jù)交換。

2、汽車儀表原理介紹

2.1 汽車儀表結(jié)構(gòu)

汽車儀表主要由玻璃面罩、前框、刻度盤、PCB（印刷電路板）、后蓋組裝而成，車輛警告和提示信息通過刻度盤和LCD顯示。玻璃罩、前框和后蓋之間主要通過卡扣聯(lián)接，玻璃罩和前框通過超聲波焊接工藝聯(lián)接。

在功能顯示方面，汽車儀表包括發(fā)動機轉(zhuǎn)速表、車速表、發(fā)動機水溫表和燃油表，分別顯示發(fā)動機轉(zhuǎn)速、車輛行駛速度、發(fā)動機冷卻液溫度和燃油量，它們采用的顯示方式常有兩種，一種是步進馬達驅(qū)動的指針式儀表，另一種是芯片驅(qū)動LED或LCD顯示。儀表盤上有各種報警燈及信息顯示中心，包括遠光燈、轉(zhuǎn)向燈、ABS警告燈、駐車制動及制動系統(tǒng)警告燈、發(fā)動機故障燈、安全帶未系警告燈、車門開啟警告燈、行李箱蓋開啟指示燈等；信息中心顯示里程、檔位等信息，集成了行車電腦的信息中心功能就更加強大，可以顯示里程小計、續(xù)航里程、累計里程、平均油耗、檔位模式以及車門開關(guān)等報警圖標(biāo)及各種Message報警信息等。其中由Computer-Trip按鈕進行功能切換和各種行車電腦功能的重置。

2.2 汽車儀表的電氣原理

根據(jù)整車總體功能要求，汽車儀表是相關(guān)硬件和基于一定平臺上軟件的結(jié)合體，常采用32位的主芯片，兼有CAN收發(fā)器和處理器模塊。如某款汽車儀表，軟件基于在Volcano平臺上，主芯片采用32位的NEC芯片，CAN收發(fā)器采用TJA104X類型，采用4種顏色的LED發(fā)光管，雙層的PCB板，32-PIN的連接器。

2.3 儀表工作原理

汽車儀表基本工作原理就是儀表內(nèi)部各模塊將外部輸入的信號處理后輸出相應(yīng)的控制信號，實現(xiàn)儀表的顯示功能。如常見的車速表，汽車儀表通過CAN總線從ABS模塊接收到輪速傳感器的脈沖信號，儀表MCU通過處理計算出車輛行駛速度，驅(qū)動步進電機帶動指針指示到相應(yīng)刻度位置或者是驅(qū)動段碼LCD數(shù)字化顯示。再如常見的發(fā)動機轉(zhuǎn)速表，汽車儀表通過CAN總線，接收發(fā)動機EMS傳輸上的發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號，儀表MCU對信號處理后驅(qū)動發(fā)動機轉(zhuǎn)速步進電機帶動指針轉(zhuǎn)動到相應(yīng)刻度位置；對于燃油表，油量傳感器將油箱油位對應(yīng)的阻值直接傳遞給儀表芯片進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，然后通過儀表內(nèi)部運算，并進行防抖動處理后，驅(qū)動步進電機帶動指針指示實際燃油值，同時還設(shè)有油量過低報警顯示。

儀表盤上的各種報警指示燈和信號燈，一般有2種信號處理模式：CAN信號和硬線信號。由CAN傳輸?shù)男盘?，儀表芯片接收CAN信號后，驅(qū)動LED報警燈點亮或熄滅；另一種是傳感器或開關(guān)單元直接硬線連接到儀表，儀表判斷后直接驅(qū)動報警燈點亮或熄滅。

3、提高儀表可靠性的對策

產(chǎn)品、系統(tǒng)在規(guī)定的條件下，規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力稱為可靠性。對產(chǎn)品而言，可靠性越高意味著無故障工作的時間就越長。

3.1 提高儀表設(shè)計可靠性

這是決定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。在保證實現(xiàn)儀表基本功能和充分實驗驗證的前提下，兩大因素對儀表設(shè)計的可靠性尤其重要。

1）儀表PCB板的散熱性

現(xiàn)在汽車儀表的電子元件的裝置密度不斷增加，從小、中規(guī)模集成電路進入到大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路，大部分儀表又集成了原來沒有承擔(dān)的防盜電子模塊功能，從而使內(nèi)部溫度增高，散熱條件惡化。設(shè)計階段要根據(jù)實測結(jié)果分析CPU、電源模塊和外圍電路元器件的溫度特性，并結(jié)合熱分析軟件進行熱優(yōu)化設(shè)計，提高系統(tǒng)的可靠性。

2）電磁兼容性要求

儀表本身、儀表與整車及儀表與外部環(huán)境之間的電磁兼容性，要有一定的規(guī)定要求：既要求有一定的抗干擾性，又保證不能影響周邊的零部件。具體是指在不損害信號所含信息的條件下，信號和干擾能夠共存而不影響儀表的正常工作。在開發(fā)階段，可以對儀表進行無線電發(fā)射干擾、傳導(dǎo)發(fā)射干擾、瞬時傳導(dǎo)干擾、靜電放電（工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)）等EMC（電磁兼容性）測試，同時也必須對整車做EMC測試，只有測試通過才能滿足儀表的電磁兼容性要求。

3.2 提高儀表生產(chǎn)過程的可靠性

1）提高生產(chǎn)環(huán)境的清潔度

電子元器件對環(huán)境的灰塵、異物、靜電等異常敏感，往往一點異物侵蝕會造成整個儀表功能異常。這就要求儀表必須在無塵、防靜電車間生產(chǎn)，在人機料法環(huán)等方面與國際接軌。

2）建立機制消除疏忽性故障

如今儀表生產(chǎn)過程的都是流水線式，成熟的工藝和過程相對比較穩(wěn)定，過程問題主要表現(xiàn)在操作疏忽性故障。解決對策一方面應(yīng)加強操作員工的質(zhì)量意識和崗位技能的培訓(xùn)，優(yōu)化作業(yè)指導(dǎo)書，對非正常作業(yè)流程制定預(yù)防和控制計劃。另一方面穩(wěn)定的生產(chǎn)過程是確保零件質(zhì)量的前提，供應(yīng)商應(yīng)具備保證產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性所需的一切必要手段，來確保產(chǎn)品和過程質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性。

3.3 提高儀表電子元器件的可靠性

儀表PCB上集成了很多電子元器件，這些電子元件形成了一個有機的系統(tǒng)整體，整個儀表的可靠性還取決于所用元器件可靠性，因為任何一個元器件、任何一個焊點發(fā)生故障都將導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生故障。一般說來，電子設(shè)備所用的元器件數(shù)量越多，其可靠性問題就越突出，為保證儀表可靠地工作，對元器件可靠性的要求就非常高。這里主要從兩方面提高電子元件的可靠性：

1）電子元件的選型和等級要適合（汽車零部件一般要求選用工業(yè)級或軍品級元器件）；

2）同一型號和等級的元器件，盡量選用批量使用過且知名品牌供應(yīng)商的器件。具體方法可以從供應(yīng)商選擇、供應(yīng)商現(xiàn)場質(zhì)量審核、零部件入庫檢驗以及建立問題的快速響應(yīng)機制等方面提高電子元件來料的可靠性。

參考文獻：

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[2]任家權(quán)，徐慶華，吳奇峰.中國汽車儀表發(fā)展的歷程及方向[J].叉車技術(shù)，2013，（01）：69-70.

（作者單位：長城汽車股份有限公司

河北省汽車工程技術(shù)研究中心）