汽車(chē)儀表的工作原理

汽車(chē)的儀表盤(pán)裝有各種顯示器和指示燈，使駕駛員能夠操作車(chē)輛。其中主要包括幾個(gè)儀表——通常是速度表、里程表、轉(zhuǎn)速表、油壓表、 燃油表等。以及系統(tǒng)故障和警告的各種指示器。儀表組為駕駛員提供集中且易于查看的位置，以顯示所有關(guān)鍵系統(tǒng)信息。

01儀表的子系統(tǒng)組成

負(fù)載驅(qū)動(dòng)器：每個(gè)物理（即非圖形）儀表由單個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。也幾乎所有儀表盤(pán)都包含 LED 背光。所有這些設(shè)備都需要適當(dāng)?shù)募虞d驅(qū)動(dòng)程序以正常運(yùn)行。儀表盤(pán)MCU通常具有集成的步進(jìn)電機(jī);但是，LED背光驅(qū)動(dòng)器是作為分立IC實(shí)現(xiàn)的。

連接系統(tǒng)：作為高完整性串行通信的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，汽車(chē)的CAN是 （控制器局域網(wǎng)）總線構(gòu)成車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)的“骨干”。CAN適用于應(yīng)用必須在節(jié)點(diǎn)之間一致地傳輸大量但很小的數(shù)據(jù)，以及自我診斷和修復(fù)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。同樣，LIN（本地互連網(wǎng)絡(luò)）處理網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點(diǎn)內(nèi)的通信。LIN網(wǎng)絡(luò)成本低廉且實(shí)現(xiàn)起來(lái)相對(duì)簡(jiǎn)單，它采用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，有一個(gè)主站--通常是一個(gè)MCU--和最多12個(gè)從站設(shè)備。

處理器：汽車(chē)應(yīng)用本質(zhì)上是安全關(guān)鍵型的，因此處理器或微控制器必須提供足夠高的性能水平，以確?？煽康膶?shí)時(shí)控制。另外 除了快速執(zhí)行代碼的能力外，選擇微控制器還因?yàn)槠涮囟☉?yīng)用的集成外設(shè)。儀表盤(pán)MCU通常包括一個(gè)集成的CAN和/或LIN收發(fā)器，用于與位于整個(gè)車(chē)輛的各種傳感器進(jìn)行通信。如前所述，微控制器還可能具有用于驅(qū)動(dòng)各種儀表的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。

電源管理： 低壓差（LDO）調(diào)節(jié)器對(duì)重載情況特別有用，例如在啟動(dòng)電動(dòng)啟動(dòng)器時(shí)。儀表組可以包括外部存儲(chǔ)器、步進(jìn)電機(jī)、一個(gè)或多個(gè)MCU、CAN接口、LIN接口和LED背光--所有這些都可能在不同的電壓水平上運(yùn)行。由于有這么多不同的電源軌，在設(shè)計(jì)時(shí)需要仔細(xì)考慮效率、緊湊性、低成本和低EMI。

02汽車(chē)儀表硬件框架圖

基于單MCU的入門(mén)級(jí)虛擬儀表盤(pán):

數(shù)字虛擬儀表盤(pán)在LCD或TFT屏幕上顯示所有駕駛信息。這種數(shù)字儀表盤(pán)可以編程為根據(jù)駕駛員的喜好顯示適當(dāng)?shù)奶摂M儀表選擇;點(diǎn)陣儀表盤(pán)正在迅速被數(shù)字虛擬儀表盤(pán)所取代。憑借功能豐富的圖形引擎和靈活的內(nèi)存接口，圖形MCU可以支持高達(dá)1920 x 720的高分辨率的入門(mén)級(jí)數(shù)字虛擬儀表盤(pán)。與使用應(yīng)用處理器和MCU的傳統(tǒng)解決方案相比這種基于英飛凌單MCU的儀表板解決方案提供了具有競(jìng)爭(zhēng)力的系統(tǒng)成本

高級(jí)虛擬儀表盤(pán)：

高級(jí)虛擬儀表盤(pán)通常具有大型顯示屏，例如 12.3 英寸，分辨率為 19201080。在這種類型的儀表盤(pán)中，除了專用的圖形應(yīng)用處理器外，還需要個(gè)車(chē)輛接口處理器 (VIP) 來(lái)管理汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)、安全、安保和電源管理。

03車(chē)速顯示原理

傳統(tǒng)的汽車(chē)儀表，是一個(gè)個(gè)獨(dú)立的模擬表頭，用于顯示必要的信息(例如車(chē)速，轉(zhuǎn)速，水溫等等)之后發(fā)展成組合儀表，把所有的表頭集成到一起。隨著科技的發(fā)展，LCD開(kāi)始應(yīng)用于儀表，豐富了儀表顯示的車(chē)輛信息

從最開(kāi)始的段碼屏，發(fā)展成點(diǎn)陣屏以及單色TFT屏，這時(shí)可以設(shè)計(jì)數(shù)字方式顯示車(chē)速。現(xiàn)如今，儀表中采用彩色TFT，屏幕尺寸越來(lái)越大，色彩也越來(lái)越豐富，在LCD上顯示設(shè)計(jì)的模擬表頭也很有科技感。

指針表: 參考下圖中左邊的指針

模擬表頭，通過(guò)控制指針偏轉(zhuǎn)的角度，來(lái)達(dá)到顯示車(chē)速的目的。設(shè)計(jì)上應(yīng)該保證指針平滑的運(yùn)動(dòng)，不能出現(xiàn)抖動(dòng)或大幅跳動(dòng)的情況.

機(jī)械機(jī)構(gòu)的模擬表頭，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)指針，指向表牌上印刷的數(shù)字。

LCD中的模擬表頭，由軟件邏輯控制屏幕上的指針轉(zhuǎn)動(dòng)，指向圓弧邊的數(shù)字

數(shù)字顯示: 參考下圖中間LCD上顯示的數(shù)字 (000 km/h)數(shù)字相對(duì)于模擬表頭來(lái)說(shuō)，看起來(lái)更加方便。但是設(shè)計(jì)上應(yīng)該考慮數(shù)值變化時(shí)的連貫性。

一般是都愛(ài)看LCD中顯示的數(shù)字，這樣更直觀。這也是很多車(chē)企做全液晶儀表顯示的目的。但是也有部分人喜歡指針儀表，包括很多賽車(chē)上仍然是機(jī)械指針儀表，甚至儀表左右布滿了指針式的小表來(lái)顯示其他的信息，這也是一種汽車(chē)情懷。

車(chē)速?gòu)哪睦飦?lái)

車(chē)身上儀表接收車(chē)速信號(hào)一般有2種方式:

頻率信號(hào): 來(lái)自于車(chē)速傳感器，計(jì)算公式為 F= V PPK /3600，其中F: 輸入給儀表的頻率值，單位Hz

V: 實(shí)際車(chē)速，單位 km/h

PPK: 每公里脈沖數(shù) (Pulse Per Kilometer)

針對(duì)這種傳感器，需要主機(jī)廠提供相關(guān)等效電路，用于儀表端采集電路的設(shè)計(jì)，避免電路不適配導(dǎo)致頻率采集出現(xiàn)問(wèn)題.

CAN信號(hào): 車(chē)身上其他控制器直接采集車(chē)速傳感器的頻率信號(hào)，經(jīng)過(guò)計(jì)算后，通過(guò)CAN信號(hào)發(fā)給儀表。

對(duì)于商用車(chē)，一般都遵循標(biāo)準(zhǔn) SAE J1939，報(bào)文為T(mén)CO1 (PGN: 65132,SPN 1624)。

對(duì)于乘用車(chē)，每個(gè)主機(jī)廠都有自己特殊的定義，請(qǐng)參考他們提供的CAN DBC文件。

04儀表的故障燈是怎么點(diǎn)亮的

首先，點(diǎn)亮發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈，根本原因是發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)了某些故障，所以，故障產(chǎn)生于發(fā)動(dòng)機(jī)的ECU。

然后，就以此網(wǎng)路為例，發(fā)動(dòng)機(jī)的ECU會(huì)把故障信息以CAN信號(hào)的方式發(fā)送給高速的CAN總線。

第三步，高低速網(wǎng)關(guān)會(huì)把高速CAN的信息路由給低速CAN，此網(wǎng)關(guān)存在的意義是因?yàn)楦叩退貱AN的通訊速率不一樣沒(méi)有辦法直接通訊，有了網(wǎng)關(guān)之后就可以實(shí)現(xiàn)高低速CAN的信息共享。

第四步，低速CAN有了發(fā)動(dòng)機(jī)故障的信息以后，儀表的ECU就可以在低速CAN獲取到發(fā)動(dòng)機(jī)的故障信息。

最后，儀表根據(jù)獲取到的信息點(diǎn)亮相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈。

這里有的朋友可能會(huì)問(wèn)，如果CAN線上有很多的數(shù)據(jù)，作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)怎么知道哪些是需要讀取的，哪些是不需要的呢，這個(gè)就是在車(chē)輛開(kāi)發(fā)的時(shí)候就已經(jīng)定義的，對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)需要訂閱哪些消息是固定的，都是根據(jù)功能設(shè)計(jì)的，然后通過(guò)CAN的ID識(shí)別自己需要的數(shù)據(jù)即可。

05儀表的轉(zhuǎn)速表的顯示原理

轉(zhuǎn)速表一般設(shè)置在儀表板內(nèi)。與車(chē)速里程表對(duì)稱地放置在一起。轉(zhuǎn)速表是按照磁性原理工作的．它接收點(diǎn)火線圈中初級(jí)電流中斷時(shí)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)。并將此信號(hào)轉(zhuǎn)換為可顯示的轉(zhuǎn)速值。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越快，點(diǎn)火線圈產(chǎn)生的脈沖次數(shù)越多，表上顯示的轉(zhuǎn)速值就越大。

現(xiàn)在轎車(chē)一般都是電子式轉(zhuǎn)速表，有指針式和液晶數(shù)字顯示式。表內(nèi)有數(shù)字集成電路．它將點(diǎn)火線圈輸送過(guò)來(lái)的電壓脈沖經(jīng)過(guò)計(jì)算后驅(qū)動(dòng)指針移動(dòng)或數(shù)字顯示。另外還有一種轉(zhuǎn)速表是從發(fā)電機(jī)取出脈沖信號(hào)送到轉(zhuǎn)速表電路解釋后顯示轉(zhuǎn)速值。不過(guò)因受發(fā)電機(jī)皮帶打滑等因素影響。數(shù)值不太精確。

電動(dòng)車(chē)的是指的電機(jī)轉(zhuǎn)速，但是對(duì)電動(dòng)車(chē)而言，因?yàn)殡姍C(jī)扭矩特性，與轉(zhuǎn)速關(guān)系不大，所以行車(chē)過(guò)程中，電機(jī)轉(zhuǎn)速多少我們并不關(guān)注，一般不會(huì)顯示在儀表上，儀表取而代之顯示的是電池功率輸出，輸入狀態(tài)！

06儀表的水溫表和燃油表的顯示原理

07結(jié)束語(yǔ)

以上為大部分內(nèi)容是機(jī)械類儀表的工作原理，目前越來(lái)越多的汽車(chē)采用全數(shù)字液晶顯示儀表，直接顯示具體數(shù)值即可；但顯示原理還是不改變的，只不過(guò)是減少了步進(jìn)電機(jī)控制指針的過(guò)程，直接將CAN總線傳遞過(guò)來(lái)的信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)顯示在屏幕上，汽車(chē)?yán)锏母鱾€(gè)ECU都是通過(guò)CAN和LIN總線連接在一起，現(xiàn)代汽車(chē)?yán)锏腅CU總數(shù)已經(jīng)迅速增加到了幾十個(gè)甚至上百個(gè)之多，整個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜度越來(lái)越大，幾近上限。

審核編輯：湯梓紅