組合儀表的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及發(fā)展趨勢(shì)

摘要：隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展及其在汽車行業(yè)的廣泛應(yīng)用，汽車電子設(shè)備的集成度越來(lái)越高，汽車零部件控制、通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的復(fù)雜性大大增加，導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性顯著下降。為了解決這些問(wèn)題，基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)，出現(xiàn)了適合汽車環(huán)境的OSEK系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。將數(shù)字儀表與總線系統(tǒng)相結(jié)合，形成一種集綜合信息采集與控制于一體的新型汽車儀表。組合儀表與其他電子集中控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換有利于汽車中央控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和實(shí)施，大大提高了汽車的動(dòng)態(tài)安全性、可靠性和舒適性。

關(guān)鍵詞：組合儀表;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);發(fā)展趨勢(shì);

一、概述

組合儀表（系統(tǒng)）是當(dāng)前航海、航空、航天等各領(lǐng)域的重要發(fā)展方向之一，如組合導(dǎo)航儀表、組合測(cè)量定位儀表、組合診斷顯示儀表、組合遙測(cè)遙控儀表等。組合儀表（系統(tǒng)）的設(shè)計(jì)涉及硬件控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、控制對(duì)象的組合設(shè)計(jì)、組合模式和軟件處理方法、濾波方法，這些都是當(dāng)前學(xué)術(shù)界研究的內(nèi)容。在艦船的航海、導(dǎo)航和控制方面，研究和應(yīng)用各種規(guī)格的組合導(dǎo)航儀表也在不斷改進(jìn)和提高。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和電子技術(shù)的日新月異的發(fā)展，許多新的器件不斷推廣，對(duì)組合儀表的結(jié)構(gòu)模式、自動(dòng)化程度、性能指標(biāo)、可靠性、可維護(hù)性等提出了更高的要求。例如現(xiàn)在的艦橋控制系統(tǒng)，將涉及艦船自動(dòng)航行控制、操船速度控制、艦船避碰控制、 自動(dòng)航行規(guī)劃和決策控制、艦船通信系統(tǒng)（包括衛(wèi)星通信和數(shù)據(jù)鏈通信）、艦船指揮系統(tǒng)、艦船作戰(zhàn)系統(tǒng)等諸多方面。要實(shí)現(xiàn)上述功能，首先要掌握更先進(jìn)的艦船運(yùn)動(dòng)控制理論和各種先進(jìn)的傳感器（包括環(huán)境傳感器）硬件，同時(shí)設(shè)計(jì)出相應(yīng)的總線控制結(jié)構(gòu)，最后設(shè)計(jì)具有圖像識(shí)別、數(shù)據(jù)融合、卡爾曼濾波的可靠性高、自動(dòng)化程度高的組合控制儀表。組合控制儀表可以將艦船上各種單獨(dú)使用的、功能單一且具有某種相同關(guān)系的各種獨(dú)立的設(shè)備的信息，通過(guò)計(jì)算機(jī)有機(jī)地組合在一起，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)方案應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)指標(biāo)要求選用合適的模塊化結(jié)構(gòu)、局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)、分布式結(jié)構(gòu)等模式。但選用何種總線控制結(jié)構(gòu)模式，將決定了該儀表的最終的控制和維護(hù)性能。設(shè)計(jì)的總線結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能擴(kuò)展靈活，可以根據(jù)用戶的特殊要求，選配合適的控制模式，以滿足用戶的不同需求; 同時(shí)還必須考慮便于計(jì)算機(jī)的檢測(cè)和故障診斷; 還必須向船載航行數(shù)據(jù)記錄儀 VDR 提供必須的數(shù)據(jù)。

二、組合儀表的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.儀表壁厚設(shè)計(jì)。為了盡可能的避免，減少產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件在注塑過(guò)程中形成的縮水及變形，需要盡量做到各處的壁厚均勻一致。如儀表面罩3mm≥PMMA≥1.8mm。

2.筋的類型。（1）加強(qiáng)筋，為增加主體強(qiáng)度或減少產(chǎn)品變形而設(shè)計(jì)的筋位叫做加強(qiáng)筋。筋位叫做加強(qiáng)筋。（2）支撐筋，在外飾件的外部或者內(nèi)部，還有一部分筋位除了加強(qiáng)作用外還有支撐的作用，是為防止產(chǎn)品受到外表面張力導(dǎo)致變形而設(shè)置的。筋位厚度根據(jù)材質(zhì)的不同應(yīng)為主體厚度的60%-80%為宜。以避免因壁厚設(shè)計(jì)問(wèn)題導(dǎo)致的縮水或填充缺陷。

3.間隙配合。組合儀表在裝配的過(guò)程中需要考慮的另一個(gè)因素就是間隙配合，如果配合不得當(dāng)，則會(huì)直接影響到儀表的裝配及外觀，甚至功能。而配合的公差根據(jù)儀表尺寸大小也會(huì)有不同等級(jí)。如汽車儀表總體長(zhǎng)度在400mm左右，其間隙配合公差范圍為0.1-0.5mm。

4.結(jié)構(gòu)特性。從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，傳統(tǒng)的螺釘緊固方式將會(huì)被定位柱和定位孔，卡扣連接等新的緊固方式取代，新型的緊固方式有助提升儀表裝配的精度，減少裝配的零部件，降低儀表總重量等優(yōu)點(diǎn)。

三、新型組合儀表的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展和成熟，新儀器將具有以下特征：

1.信息集成與擴(kuò)展。新型組合儀表與車身CAN總線、高速電力總線網(wǎng)絡(luò)相連，不僅可以從車身CAN總線獲得與車身狀態(tài)相關(guān)的大部分信息，還可以及時(shí)獲取與電力系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)有關(guān)的信息。如行車速度，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，冷卻液溫度，燃油油位，油壓數(shù)據(jù)，各種車身控制信號(hào)，EPS，ABS等運(yùn)行狀態(tài)信息。

2.設(shè)計(jì)概念。新型儀表不僅作為一個(gè)功能性的部件裝配在儀表臺(tái)上，同時(shí)作為汽車內(nèi)飾件的重要一環(huán)，需要和整體內(nèi)飾風(fēng)格高度統(tǒng)一。因此新型儀表將不僅限于平面的固有形態(tài)，而是有可能以柔性，曲面，多方位等更多的形態(tài)存在。

3.顯示性能。為確保汽車在行駛狀態(tài)下有足夠的可靠性，LCD顯示驅(qū)動(dòng)器應(yīng)考慮安裝在更為可靠的一側(cè)。而目前LTPS等技術(shù)則可以在屏幕內(nèi)集成一部分驅(qū)動(dòng)功能。因不需要加寬邊框來(lái)布置更多的排線外接驅(qū)動(dòng)器，因此LTPS屏幕也可以做到邊框最小化。節(jié)省部分空間。從顯示性能來(lái)看，更高的對(duì)比度，高色純度，快速響應(yīng)時(shí)間，更低的功耗等都將成為新型儀表的重要參數(shù)。將LCD面板控制驅(qū)動(dòng)集成到外層玻璃上的工藝是一種制作無(wú)縫顯示的關(guān)鍵技術(shù)，可以讓顯示的顏色更接近真實(shí)。柔性曲面形狀的OLED顯示器作為新興的顯示技術(shù)，已經(jīng)在手機(jī)行業(yè)普及開(kāi)來(lái)，其更加輕薄和出色的顯示性能有目共睹。無(wú)需背光源及自發(fā)光特性讓對(duì)比度趨于無(wú)限，使駕駛?cè)藛T即使在陽(yáng)光下也可以看清楚儀表的顯示內(nèi)容。

四、新型組合儀表的發(fā)展方向

1.綜合與共享信息系統(tǒng)的。以新型的顯示面板為基礎(chǔ)，汽車內(nèi)部通信與互聯(lián)網(wǎng)連接，駕駛?cè)藛T可通過(guò)智能語(yǔ)音輔助系統(tǒng)進(jìn)行功能控制與人機(jī)交互。通信信息系統(tǒng)包含有電話，語(yǔ)音短信，郵件，視頻等。系統(tǒng)主要功能包括導(dǎo)航，音響等。汽車共享將變?yōu)榫C合系統(tǒng)的一部分，而身份識(shí)別作為共享鏈條中不可或缺的一環(huán)。因此，未來(lái)的新型儀表也許會(huì)集成身份識(shí)別功能，這也將有助于個(gè)人設(shè)置，這將為駕駛員提供更多的舒適和便利。

2.新型顯示方案的應(yīng)用。全液晶儀表目前已經(jīng)出現(xiàn)在了部分品牌的新款車型中，帶給駕駛者新奇的駕駛感受和便捷的操控方式使其大受歡迎。而更為先進(jìn)的綜合信息顯示方案如抬頭顯示（HUD）也許將會(huì)替代傳統(tǒng)的儀表顯示模式。原理是將整車的相關(guān)信息以投影的方式顯示在擋風(fēng)玻璃上。其優(yōu)點(diǎn)是功耗低，顯示界面清晰，顯示方式靈活，投影部件所占位置小。駕駛?cè)藛T無(wú)需低頭，可隨時(shí)觀察到駕駛信息。提高了行駛安全性。

總之，隨著自動(dòng)駕駛的成熟度的不斷提高和新能源汽車的普及，人們對(duì)儀表的功能性，安全性，舒適性的要求在不斷提高，而汽車儀表作為駕駛員與車輛交流的媒介，通過(guò)各汽車企業(yè)的不斷努力和新技術(shù)的不斷應(yīng)用，也必將演變的更為便捷和智能。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉光壽.汽車儀表設(shè)計(jì).2019.

[2]王雪梅.關(guān)于組合儀表的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及發(fā)展趨勢(shì).2020.

作者簡(jiǎn)介：王美靜1991年11月，女，天津市，漢族，本科，初級(jí)職稱，初級(jí)職稱專業(yè)：儀器儀表

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