范紅生

摘要：汽車儀表是駕駛員與汽車進(jìn)行信息交流的重要平臺(tái)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(yùn)行狀況，對(duì)汽車的安全和經(jīng)濟(jì)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(jué)到，會(huì)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(jiàn)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(lái)，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(kuò)展，汽車儀表作為車輛信息的主要顯示載體，需要與整車進(jìn)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(guò)刻度盤和LCD顯示。玻璃罩、前框和后蓋之間主要通過(guò)卡扣聯(lián)接，玻璃罩和前框通過(guò)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表、車速表、發(fā)動(dòng)機(jī)水溫表和燃油表，分別顯示發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車輛行駛速度、發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的指針式儀表，另一種是芯片驅(qū)動(dòng)LED或LCD顯示。儀表盤上有各種報(bào)警燈及信息顯示中心，包括遠(yuǎn)光燈、轉(zhuǎn)向燈、ABS警告燈、駐車制動(dòng)及制動(dòng)系統(tǒng)警告燈、發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈、安全帶未系警告燈、車門開(kāi)啟警告燈、行李箱蓋開(kāi)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(qiáng)大，可以顯示里程小計(jì)、續(xù)航里程、累計(jì)里程、平均油耗、檔位模式以及車門開(kāi)關(guān)等報(bào)警圖標(biāo)及各種Message報(bào)警信息等。其中由Computer-Trip按鈕進(jìn)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(tái)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(tái)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(hào)處理后輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)儀表的顯示功能。如常見(jiàn)的車速表，汽車儀表通過(guò)CAN總線從ABS模塊接收到輪速傳感器的脈沖信號(hào)，儀表MCU通過(guò)處理計(jì)算出車輛行駛速度，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)指針指示到相應(yīng)刻度位置或者是驅(qū)動(dòng)段碼LCD數(shù)字化顯示。再如常見(jiàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表，汽車儀表通過(guò)CAN總線，接收發(fā)動(dòng)機(jī)EMS傳輸上的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，儀表MCU對(duì)信號(hào)處理后驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)指針轉(zhuǎn)動(dòng)到相應(yīng)刻度位置；對(duì)于燃油表，油量傳感器將油箱油位對(duì)應(yīng)的阻值直接傳遞給儀表芯片進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，然后通過(guò)儀表內(nèi)部運(yùn)算，并進(jìn)行防抖動(dòng)處理后，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)指針指示實(shí)際燃油值，同時(shí)還設(shè)有油量過(guò)低報(bào)警顯示。

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

3、提高儀表可靠性的對(duì)策

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

3.1 提高儀表設(shè)計(jì)可靠性

這是決定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。在保證實(shí)現(xiàn)儀表基本功能和充分實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的前提下，兩大因素對(duì)儀表設(shè)計(jì)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(jìn)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(lái)沒(méi)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(jì)階段要根據(jù)實(shí)測(cè)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(jìn)行熱優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(hào)所含信息的條件下，信號(hào)和干擾能夠共存而不影響儀表的正常工作。在開(kāi)發(fā)階段，可以對(duì)儀表進(jìn)行無(wú)線電發(fā)射干擾、傳導(dǎo)發(fā)射干擾、瞬時(shí)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(cè)試，同時(shí)也必須對(duì)整車做EMC測(cè)試，只有測(cè)試通過(guò)才能滿足儀表的電磁兼容性要求。

3.2 提高儀表生產(chǎn)過(guò)程的可靠性

1）提高生產(chǎn)環(huán)境的清潔度

電子元器件對(duì)環(huán)境的灰塵、異物、靜電等異常敏感，往往一點(diǎn)異物侵蝕會(huì)造成整個(gè)儀表功能異常。這就要求儀表必須在無(wú)塵、防靜電車間生產(chǎn)，在人機(jī)料法環(huán)等方面與國(guó)際接軌。

2）建立機(jī)制消除疏忽性故障

如今儀表生產(chǎn)過(guò)程的都是流水線式，成熟的工藝和過(guò)程相對(duì)比較穩(wěn)定，過(guò)程問(wèn)題主要表現(xiàn)在操作疏忽性故障。解決對(duì)策一方面應(yīng)加強(qiáng)操作員工的質(zhì)量意識(shí)和崗位技能的培訓(xùn)，優(yōu)化作業(yè)指導(dǎo)書，對(duì)非正常作業(yè)流程制定預(yù)防和控制計(jì)劃。另一方面穩(wěn)定的生產(chǎn)過(guò)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(lái)確保產(chǎn)品和過(guò)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(gè)有機(jī)的系統(tǒng)整體，整個(gè)儀表的可靠性還取決于所用元器件可靠性，因?yàn)槿魏我粋€(gè)元器件、任何一個(gè)焊點(diǎn)發(fā)生故障都將導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生故障。一般說(shuō)來(lái)，電子設(shè)備所用的元器件數(shù)量越多，其可靠性問(wèn)題就越突出，為保證儀表可靠地工作，對(duì)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(jí)要適合（汽車零部件一般要求選用工業(yè)級(jí)或軍品級(jí)元器件）；

2）同一型號(hào)和等級(jí)的元器件，盡量選用批量使用過(guò)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(chǎng)質(zhì)量審核、零部件入庫(kù)檢驗(yàn)以及建立問(wèn)題的快速響應(yīng)機(jī)制等方面提高電子元件來(lái)料的可靠性。

參考文獻(xiàn)：

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[2]任家權(quán)，徐慶華，吳奇峰.中國(guó)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(zhǎng)城汽車股份有限公司

河北省汽車工程技術(shù)研究中心）