全液晶儀表機(jī)械結(jié)構(gòu)精益設(shè)計(jì)方案

張文博

（北京汽車集團(tuán)越野車有限公司，北京 101300）

隨著汽車電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，整車配置的儀表早已經(jīng)將傳統(tǒng)的機(jī)械指針儀表換成了全彩色TFT屏的全液晶儀表。全液晶儀表為了達(dá)到炫麗的顯示效果，硬件平臺(tái)必須足夠強(qiáng)大，以支撐顯示需求。但硬件平臺(tái)隨之帶來的問題也就顯現(xiàn)出來：12.3inchTFT屏為了顯示清晰、亮度高，它的發(fā)熱量十分大；而主芯片為了驅(qū)動(dòng)色彩豐富和分辨率高的畫面，強(qiáng)大的計(jì)算能力，它本身的發(fā)熱量也是十分大。

以市場現(xiàn)有車型為例，為了解決全液晶儀表發(fā)熱量問題，均采用局部鋁制散熱模組和電子風(fēng)扇進(jìn)行儀表散熱，但這樣一來，儀表的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就較為復(fù)雜，裝配工藝也會(huì)變得繁瑣，單件成本增加。

為了簡化儀表的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，更好地控制整車的成本，提高儀表裝配的效率，在某系列車型開發(fā)初期，提出了一種全新的儀表燈箱架和后殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，此設(shè)計(jì)可以在解決儀表發(fā)熱量大問題的同時(shí)，滿足上述所有訴求，下文將以某系列車型全液晶儀表成功應(yīng)用及開發(fā)為例進(jìn)行闡述。

該方案在某系列車型項(xiàng)目上的成功實(shí)施，不但降低了單車成本，簡化了儀表裝配工藝，有效的降低了零部件的故障率，也為后續(xù)車型零部件的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開發(fā)積累了經(jīng)驗(yàn)、奠定了基礎(chǔ)。

1 全液晶儀表機(jī)械結(jié)構(gòu)開發(fā)現(xiàn)狀

1.1 全液晶儀表機(jī)械結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

市場上全液晶儀表的機(jī)械結(jié)構(gòu)方式大多比較繁瑣，下面以某車型全液晶儀表為例進(jìn)行分析，某車型全液晶儀表結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，拆解圖如圖2所示，PCBA總成如圖3所示，拆解明細(xì)表見表1。

從表1可以看出，某車型全液晶儀表機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，共含28個(gè)零部件。

1.1.1 某車型全液晶儀表散熱設(shè)計(jì)

某車型全液晶儀表的散熱部分，由電子風(fēng)扇和散熱模組組成，采取主動(dòng)式散熱的方式，而燈箱架選用的是黑色PPS，儀表主板和TFT屏均安裝在燈箱架上，共采用8個(gè)螺絲固定，同時(shí)，雖然主板和TFT屏的散熱量大，但是PPS材質(zhì)耐高溫，熱穩(wěn)定性優(yōu)良，它的最高連續(xù)使用溫度達(dá)400℃，可以滿足使用要求。

圖1 某車型儀表示意圖

圖2 某車型儀表拆解圖

圖3 某車型儀表PCBA總成圖

1.1.2 某車型全液晶儀表裝配設(shè)計(jì)

某車型全液晶儀表在裝配上分為如下幾個(gè)大步驟。

1）對3個(gè)顯示面板 （報(bào)警燈、水溫表和燃油表）先進(jìn)行組裝，安裝方式：卡接；然后與前框架進(jìn)行分裝，安裝方式為螺接。

2）散熱模組是通過導(dǎo)熱凝膠粘到主芯片上，然后裝上電子風(fēng)扇，與PCBA進(jìn)行分裝，安裝方式卡接。

對于提高顧客對酒店品牌的忠實(shí)度，丁曉彤（2017）認(rèn)為一是有利于保持飯店經(jīng)營的效益。如果回頭客增加5%，酒店利潤率上升50%，而吸引回頭客的成本只有一次性顧客的1/7。二是有利于降低市場營銷成本。三是有利于提高顧客店內(nèi)的綜合消費(fèi)能力。四是有利于提高酒店的知名度，忠實(shí)顧客會(huì)向社會(huì)推薦，間接宣傳酒店，為酒店帶來新的客源。五是有利于顧客關(guān)注和依靠品牌，并能享受到品牌提供的獨(dú)特的產(chǎn)品價(jià)值而愿意支付更高的價(jià)格，不會(huì)被其他酒店的削價(jià)競爭誘惑[6]。

3）搭鐵線連接片與燈箱架進(jìn)行分裝，安裝方式：螺接。

4）將TFT屏、儀表主板、燈箱架、前框架與后殼依次進(jìn)行組裝，安裝方式：螺接。

表1 某車型儀表拆解明細(xì)表

5）最后安裝揚(yáng)聲器，安裝方式：卡接。

1.1.3 某車型全液晶儀表共搭鐵設(shè)計(jì)

某車型儀表TFT液晶屏，通過5個(gè)搭鐵線連接片與儀表主板接觸，以達(dá)到TFT屏與儀表主板共搭鐵設(shè)計(jì)。

通過上述描述，某車型全液晶儀表的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，導(dǎo)致它的安裝方式較為繁瑣，裝配效率低。

2 某系列車型全液晶儀表機(jī)械結(jié)構(gòu)精益設(shè)計(jì)方案

2.1 儀表機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)整車配置，針對信息娛樂系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)性規(guī)劃，其中，儀表與中控主機(jī)交互功能如下。儀表結(jié)構(gòu)示意如圖4所示，拆解圖見圖5，拆解明細(xì)見表2。

圖4 某系列車型全液晶儀表示意圖

圖5 某系列車型全液晶儀表拆解圖

從表2可以看出，某系列車型全液晶儀表機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為精益化，共含8個(gè)零部件。

1）某系列車型全液晶儀表散熱設(shè)計(jì)

某系列車型全液晶儀表的散熱部分，僅由導(dǎo)熱硅膠、燈箱架和后殼組成，采取被動(dòng)式散熱的方式，燈箱架和后殼均選用的是鋁材，儀表主板和TFT屏均安裝在燈箱架上，共采用8個(gè)螺絲固定，TFT屏和主芯片的熱量通過硅膠傳遞到燈箱架和后殼，然后將熱量散發(fā)出去，如圖6所示。

2）某系列車型全液晶儀表功率統(tǒng)計(jì)

針對主要發(fā)熱源TFT屏和芯片進(jìn)行功率統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如下。TFT屏功率計(jì)算圖如圖7所示。

12.3inchTFT屏功率：根據(jù)TFT屏提供的規(guī)格書，LED總發(fā)光功率：PLED=ULED×ILED=34V×93mA×4≈12W。

注：ULED光源兩端正向電壓；ILED是流過LED的電流。

表2 某系列車型全液晶儀表拆解明細(xì)表

圖6 某系列車型全液晶儀表散熱示意圖

圖7 TFT屏功率計(jì)算圖

某系列車型儀表芯片主要以主芯片 （IMX6D）和電源管理芯片發(fā)熱量大，其中，主芯片功率5.8W，電源管理芯片1.56W，合計(jì)7.36W。

3）針對某系列車型全液晶儀表進(jìn)行熱分析校核，外部環(huán)境溫度為85℃時(shí)，在保留傳熱方面的情況下，可以在需要的地方合理地簡化幾何形狀，將完整的PCB和散熱件進(jìn)行建模分析，結(jié)果如圖8~圖11所示。

圖8 燈箱架散熱分析圖

圖9 后殼散熱分析圖

圖10 TFT屏散熱分析圖

圖11 PCBA散熱分析圖

通過結(jié)果可看出，模擬分析得出的各部位溫度值滿足125℃以下，PCB主板和TFT屏上的所有設(shè)備都是熱安全的。LCD具有熱安全性。

4）某系列車型全液晶儀表裝配設(shè)計(jì)

某系列車型全液晶儀表在裝配上分為如下幾個(gè)大步驟：①將導(dǎo)熱硅膠粘貼在燈箱架上；②將TFT屏、儀表主板、燈箱架與后殼依次進(jìn)行組裝，安裝方式：螺接；③最后安裝前框架組合，安裝方式：卡接。

5）某系列車型全液晶儀表共搭鐵設(shè)計(jì)

某系列車型儀表TFT液晶屏，通過燈箱架直接與儀表主板接觸，以達(dá)到TFT屏與儀表主板共搭鐵設(shè)計(jì)。

通過上述描述，某系列車型全液晶儀表的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)十分精益化，步驟少，裝配效率較高。

2 散熱效果驗(yàn)證

針對某系列車型全液晶儀表和某車型全液晶儀表進(jìn)行散熱對比試驗(yàn)，如下。

1）試驗(yàn)條件：①環(huán)境溫度：26℃；②試驗(yàn)電壓：13.5V；③運(yùn)行時(shí)間：2h；④測試設(shè)備：熱電偶。

2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果：①某系列車型全液晶儀表實(shí)測：表面溫度36.4℃~36.7℃，如圖12所示。②對某車型全液晶儀表進(jìn)行實(shí)車測試，環(huán)境溫度：26℃，運(yùn)行2h后，表面溫度40.7℃。

圖12 某系列車型儀表測試圖

綜上所述，某系列車型全液晶儀表采用的被動(dòng)式散熱，散熱效果是滿足使用要求的。

3 結(jié)論

該方案在某系列車型項(xiàng)目上的成功實(shí)施，不但滿足了儀表散熱要求，還簡化了儀表裝配工藝，提高儀表裝配的效率，有效降低了零部件的故障率，降低了單車成本，也為后續(xù)車型零部件的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開發(fā)積累了經(jīng)驗(yàn)、奠定了基礎(chǔ)。