现代车辆仪表系统及其检修方法

杨月海， 任振莹， 王彦钦

（中国人民解放军31620 部队， 安徽 六安 237010）

1 引言

随着车辆电子技术、车载网络技术及电子显示技术的不断发展，现代车辆广泛采用指示准确、信息量大且高度智能化的数字式仪表系统。数字式仪表系统以电子控制器为核心，不仅能精确显示机油压力、冷却液温度、油箱燃油储存量、车速、行驶里程、发动机转速、电压、电流等一些直接参数，以及转向指示、远光指示、安全带警示等声光信息，还具有记忆、运算处理功能，可显示经过计算处理后的瞬时油耗量、平均油耗、平均车速、续驶里程、行驶时间等间接参数。而且，还可通过总线系统获取车辆各个控制系统的故障信息、倒车雷达监测的信息等，可提供更多、更复杂的车辆状态信息，且可靠性和精确度更高，显示形式多样。一些参数采用数字化、条线图形、声光显示与报警等，可使驾驶员更加方便、全面地掌握车辆的运行状况，特别是发动机的各种工作参数是否正常，更高的仪表性能会更适合现代车辆的使用要求。

2 现代车辆仪表系统的基本组成

现代车辆仪表系统由软件和硬件两大部分组成，控制软件就是存储在微处理器只读存储器中的各种控制程序，用来完成对传感器输入信号的处理和对仪表各种功能进行控制。仪表系统硬件主要包括仪表电路及其组成部件，常用仪表一般由传感器和显示部分（指示表） 组成。采用各种传感器将车辆的各种状态参数转换为电信号输送给仪表的电子控制器，电子控制器运用控制软件对输入的各种信号进行转换、处理和逻辑运算，然后驱动显示系统（指示表或液晶屏）、报警装置显示出各种信息。仪表系统硬件通常是由传感器与开关检测电路、电子控制器、信息显示系统和执行电路等构成，仪表系统基本组成如图1所示。

图1 仪表系统的基本组成

2.1 传感器与开关检测电路

在现代车辆仪表系统中，传感器检测电路将发动机的温度与转速、机油压力、燃油箱储油量、车辆行驶速度等参数转换为电信号输送给仪表的电子控制器，还有各种开关式传感器用来监视机油压力、冷却液温度、燃油箱液面等极限状况。仪表系统所用的一些传感器（如发动机转速传感器、发动机温度传感器、车速传感器等） 信号与发动机电子控制系统、自动变速器电子控制系统及其它车辆电子控制系统共享。此外，一些控制开关也实时地将检测到的车辆的各种状态信息提供给仪表电子控制器，如转向灯开关、变速器挡位开关、车门开关等。

2.2 电子控制器

现代车辆仪表系统的电子控制器（ECU） 主要由微处理器、输入接口电路和显示驱动电路等组成。

2.2.1 微处理器

微处理器为单片大规模集成电路，由CPU（中央处理器）、ROM（只读存储器）、RAM（随机存储器）、总线接口部件等构成。它是仪表系统的控制核心，主要作用是接收传感器与开关信号，并对这些输入信号进行分析与逻辑运算，计算出控制指令输出到显示驱动电路，控制相关的显示器或报警装置工作。

2.2.2 输入接口电路

输入接口电路包括输入信号选择开关和信号处理电路等，用于对传感器输入信号的选择和对输入信号的处理，信号处理电路包括A/D（模拟／数字） 转换器、放大器、滤波器、整形电路等。由于微处理器处理的都是数字信号，而各种传感器检测到的信号都为模拟信号，所以电路中设置了A/D（模拟／数字） 转换器，A/D转换后的信号要通过滤波器去除杂波，通过放大器进行信号放大，往往还要通过整形电路对信号作进一步的处理后，再提供给微处理器。此外，输入接口电路中还设置了CAN接口电路，用来接收汽车上其他电子控制系统检测到的各种车辆状态信息，供仪表电子控制器进行处理与显示。采用CAN总线的仪表电路只使用两根双绞线作为信号传输线，使仪表导线大大减少，但输入的信息量却大大提高。

2.2.3 显示驱动电路

显示驱动电路包括信号选送开关、信号处理电路和功率放大电路等，用于对微处理器输出信号的选送与处理、D/A（数字/模拟） 转换，以及信号的功率放大等。

2.3 信息显示系统与执行电路

现代车辆仪表的信息显示系统按结构不同分为以下两种：①液晶屏显示：采用液晶显示屏直接将各种功能用英文字母、数字、图形等形式显示出来，直观、醒目、体积较小；②指针式显示：采用集成电路控制的步进电动机驱动表盘指针进行显示。控制性能好，抗干扰能力强。车辆的车速、发动机转速、燃油量、发动机冷却水温等信息一般采用这种显示方式。信息显示系统是在电子控制器的控制下完成对各种功能的显示，主要显示发动机转速、发动机温度、燃油量、汽车行驶速度等信息，也可显示油耗、加速度、续驶里程等通过计算得到的信息；报警装置用于发动机温度过高、机油压力过低、燃油液面过低、制动液面过低等异常情况或极限状态的警告，通过相应的报警灯点亮或闪烁、蜂鸣器鸣响的方式发出警报。

3 现代车辆仪表的类型

现代车辆仪表按照信息显示系统结构的不同可以分为3种类型。

1） 液晶屏与指针组合显示式。这是目前车辆上应用量较多的一种仪表，它的一种典型外形如图2和图3所示。

图2 液晶屏与指针组合显示式仪表外形

图3 车辆组合仪表板

2） 全指针显示式。此种仪表全部采用指针显示方式显示车辆运行参数信息，用数字电路控制步进电动机驱动指针指示表盘刻度进行显示。

3） 全液晶显示式。此种仪表是采用液晶仪表与宽温度范围的模拟指针式仪表组合而成的。LCD全数字显示式仪表外形如图4所示。

图4 LCD全数字显示式仪表外形

4 现代车辆仪表系统检修“八项注意”

现代车辆仪表系统由微型计算机进行控制，仪表逻辑印刷电路板是易损件，在检修时为确保仪表板安全需要“八项注意”。

1） 必须先断电，再拆装仪表板总成；熟悉操作规程和拆装顺序，严禁敲打振动，防止因操作不当或用力过猛而损坏仪表或印刷电路板。

2） 仪表板总成与线束连接的连接器都带有锁止装置，在断开连接器时，必须先解除锁止，严禁硬撬，防止损坏连接器的插头和插座。

3） 为防止静电感应损坏仪表板总成内的集成电路，在拆装仪表板总成时，应选择在没有静电感应的场地，并且不能穿着合成纤维面料的衣服。操作前，最好先戴上橡皮手套或防静电手腕带。当在工作台上操作时，手腕带与操作垫板应共用一根导线并可靠搭铁。而在车上操作时，手腕带应与车身可靠连接（搭铁），以便释放人体静电。

4） 拆装仪表板总成时，手只能触碰仪表板的绝缘部位，尽量不要触碰液晶显示屏表面，以防液晶显示屏受损。仪表板备用电子元器件保存时，应用镀镍包装袋封装，或用锡箔纸包裹。需要更换时取出，并且手不要触及元器件引脚，以防静电损坏元器件。

5） 检测仪表板应使用高阻抗数字万用表，车辆的电源电压不能直接加在仪表板的任何输入端。发动机运行时，严禁断开蓄电池连接线，防止瞬间高压损坏仪表板。

6） 使用冷阴极管的仪表板总成通电后在冷阴极管连接器上存在高压交流电，不得接触这些部位。

7） 仪表系统的电子控制器故障率非常低，系统发生故障应先检查排除接插件、连接线、焊点等外围电路故障，确认外围电路没问题后再更换电子控制器。对于集成有车辆防盗功能的仪表板，不管是防盗模块损坏，还是仪表模块损坏，都要更换整个组合仪表板总成。

8） 新仪表板如不能正常工作，则须要重新进行编码，如指示值或显示值有偏差，则要用检测仪进行修正。

5 现代车辆仪表系统故障检修

车辆数字式仪表板的印刷电路板和电子控制器工作可靠性较高，故障率相对较低，仪表系统的故障部位大多发生在传感器、线束连接器、导线、单个仪表及显示器。在检修仪表系统故障时，要根据具体故障现象分析故障范围，优先考虑易发生故障的部位，有的放矢地检查，以提高检修效率。

1） 检修仪表系统时，可用眼看、手摸或嗅觉对仪表系统进行必要的基本检查，以便排除一些明显的故障。①用肉眼观察各个仪表传感器电路连接状况，包括各连接器的接触状况、导线是否破损、搭铁、短路或断路，连接器外观要齐全完好，应无松动或脱落，插头插座应接触可靠无锈蚀；②观察仪表盘印刷电路板应无明显脱焊或损毁的部位等，如仪表系统外观良好，接通点火开关观察仪表板各个仪表和指示灯工作情况，在仪表电路接通一段时间后用手触摸仪表电路各连接器，应没有明显的温度感觉，若温度过高说明该连接器接触不良，应查明原因予以排除；③关闭点火开关后，触摸仪表板上电阻、集成块等元件应不烫手，并且无异味，否则，应检查仪表板的可靠性。

2） 现代车辆仪表系统一般都具有故障自诊断功能，检修时尽可能利用系统自诊断功能通过读取故障码来确定故障的大概部位或原因，以提高检修效率。

3） 如果发现所有的指示灯和仪表均无法正常工作，则应检查仪表板的总电源电路和搭铁电路有无断路或接触不良，如果仪表板液晶屏黑屏、指示灯灯光较为暗淡，则应重点检查蓄电池是否严重亏电。

4） 如果个别指示灯或仪表工作异常，则故障范围可确定在该指示灯或仪表的电源电路及其传感器电路中。此时，可采用断路或搭铁法进一步缩小故障范围，接通点火开关，将该指示灯或仪表传感器上的导线拆下，即将传感器断路，观察该指示灯或仪表是否有反应。或在点火开关接通情况下，将传感器上拆下来的导线直接短时间搭铁，观察故障指示灯或仪表是否有反应，如故障指示灯或仪表有反应（例如指示灯亮或仪表指针摆动），则说明该指示灯或仪表自身没故障，电源和到传感器的电路没故障，问题在传感器，应进行下一步的传感器检查；如故障指示灯或仪表没反应，则用万用表逐段检查故障指示灯或仪表至传感器的导线有无断路或搭铁故障，并排除；如导线正常，再检查故障指示灯或仪表的电源有无故障，并排除；如电源部分确定无问题后，可确定该指示灯或仪表损坏，可使用相应检测仪器对该仪表进行检查，也可采用替换法确定仪表有无故障。

5） 检查传感器时，对于各种电阻式传感器（如水温传感器），将传感器的连接电路断开，拆下传感器置于加热器的水中，将传感器加热至20℃、80℃和100℃，分别测量3个温度的传感器阻值与标准值对照，若与标准值相符，说明传感器无故障；若所测阻值小于标准值，表明传感器内部短路；若所测阻值为无穷大，则为传感器内部断路，传感器是不可拆卸、不可维修的部件，确定有故障只能更换新件。对于开关式传感器（如机油压力报警传感器），检查时拆下传感器连接导线，在不起动发动机情况下用万用表测量传感器接线端子与发动机缸体应导通，起动发动机后测量万用表应显示不导通，如测量结果与上述不符，说明传感器已损坏，需更换。

6） 检修仪表显示器时，首先检查故障液晶屏显示驱动集成电路的引脚是否有接触不良或脱焊现象，如有，应重新焊接；如集成电路引脚无故障，则可确定液晶显示屏本身有故障，则应更换新的液晶显示屏。

7） 如果车辆仪表板上有多个电控系统报警灯点亮，说明车辆有多个电子控制系统存在故障。但车辆同时多个电控系统发生故障的可能性较小，故障可能是在这些电控系统的公共部分，如公共搭铁点接触不良或总线系统故障等。检修时，先确定公共搭铁点是否紧固可靠，如搭铁没问题，则应重点检查CAN总线有无故障。对于集成有防盗功能的数字式仪表系统，车辆防盗钥匙手柄内的转发器与数字式仪表之间的通信是时刻存在的，一旦密码不对或通信信息中断，仪表防盗控制单元就会发出控制指令使发动机被锁死，导致发动机无法起动。因此，带防盗功能的仪表控制单元部分出现异常后，有可能会导致发动机不能正常起动。

6 结语

仪表系统是车辆上比较精密的部件，也是车辆行驶中驾驶员获取车辆信息重要窗口，对于行车安全至关重要。数字式仪表系统看似复杂，但在熟悉结构原理后，将它分成单个模块、单个仪表和指示灯电路后就比较简单了。掌握科学实用检修方法和技巧，就能快速诊断故障部位，顺利地排除故障。