组合仪表的结构设计及发展趋势

摘要：随着电子技术的快速发展及其在汽车行业的广泛应用，汽车电子设备的集成度越来越高，汽车零部件控制、通信和网络技术的复杂性大大增加，导致系统稳定性和可靠性显著下降。为了解决这些问题，基于互联网技术和现场总线控制技术，出现了适合汽车环境的OSEK系统标准。将数字仪表与总线系统相结合，形成一种集综合信息采集与控制于一体的新型汽车仪表。组合仪表与其他电子集中控制系统之间的数据交换有利于汽车中央控制系统的开发和实施，大大提高了汽车的动态安全性、可靠性和舒适性。

关键词：组合仪表;结构设计;发展趋势;

一、概述

组合仪表（系统）是当前航海、航空、航天等各领域的重要发展方向之一，如组合导航仪表、组合测量定位仪表、组合诊断显示仪表、组合遥测遥控仪表等。组合仪表（系统）的设计涉及硬件控制系统的设计、控制对象的组合设计、组合模式和软件处理方法、滤波方法，这些都是当前學术界研究的内容。在舰船的航海、导航和控制方面，研究和应用各种规格的组合导航仪表也在不断改进和提高。由于计算机技术、自动化技术和电子技术的日新月异的发展，许多新的器件不断推广，对组合仪表的结构模式、自动化程度、性能指标、可靠性、可维护性等提出了更高的要求。例如现在的舰桥控制系统，将涉及舰船自动航行控制、操船速度控制、舰船避碰控制、 自动航行规划和决策控制、舰船通信系统（包括卫星通信和数据链通信）、舰船指挥系统、舰船作战系统等诸多方面。要实现上述功能，首先要掌握更先进的舰船运动控制理论和各种先进的传感器（包括环境传感器）硬件，同时设计出相应的总线控制结构，最后设计具有图像识别、数据融合、卡尔曼滤波的可靠性高、自动化程度高的组合控制仪表。组合控制仪表可以将舰船上各种单独使用的、功能单一且具有某种相同关系的各种独立的设备的信息，通过计算机有机地组合在一起，设计的系统方案应根据系统指标要求选用合适的模块化结构、局域网结构、分布式结构等模式。但选用何种总线控制结构模式，将决定了该仪表的最终的控制和维护性能。设计的总线结构应尽可能扩展灵活，可以根据用户的特殊要求，选配合适的控制模式，以满足用户的不同需求; 同时还必须考虑便于计算机的检测和故障诊断; 还必须向船载航行数据记录仪 VDR 提供必须的数据。

二、组合仪表的结构设计

1.仪表壁厚设计。为了尽可能的避免，减少产品结构件在注塑过程中形成的缩水及变形，需要尽量做到各处的壁厚均匀一致。如仪表面罩3mm≥PMMA≥1.8mm。

2.筋的类型。（1）加强筋，为增加主体强度或减少产品变形而设计的筋位叫做加强筋。筋位叫做加强筋。（2）支撑筋，在外饰件的外部或者内部，还有一部分筋位除了加强作用外还有支撑的作用，是为防止产品受到外表面张力导致变形而设置的。筋位厚度根据材质的不同应为主体厚度的60%-80%为宜。以避免因壁厚设计问题导致的缩水或填充缺陷。

3.间隙配合。组合仪表在装配的过程中需要考虑的另一个因素就是间隙配合，如果配合不得当，则会直接影响到仪表的装配及外观，甚至功能。而配合的公差根据仪表尺寸大小也会有不同等级。如汽车仪表总体长度在400mm左右，其间隙配合公差范围为0.1-0.5mm。

4.结构特性。从结构设计的角度来看，传统的螺钉紧固方式将会被定位柱和定位孔，卡扣连接等新的紧固方式取代，新型的紧固方式有助提升仪表装配的精度，减少装配的零部件，降低仪表总重量等优点。

三、新型组合仪表的设计要点

随着汽车电子技术的发展和成熟，新仪器将具有以下特征：

1.信息集成与扩展。新型组合仪表与车身CAN总线、高速电力总线网络相连，不仅可以从车身CAN总线获得与车身状态相关的大部分信息，还可以及时获取与电力系统运行参数和状态有关的信息。如行车速度，发动机转速，冷却液温度，燃油油位，油压数据，各种车身控制信号，EPS，ABS等运行状态信息。

2.设计概念。新型仪表不仅作为一个功能性的部件装配在仪表台上，同时作为汽车内饰件的重要一环，需要和整体内饰风格高度统一。因此新型仪表将不仅限于平面的固有形态，而是有可能以柔性，曲面，多方位等更多的形态存在。

3.显示性能。为确保汽车在行驶状态下有足够的可靠性，LCD显示驱动器应考虑安装在更为可靠的一侧。而目前LTPS等技术则可以在屏幕内集成一部分驱动功能。因不需要加宽边框来布置更多的排线外接驱动器，因此LTPS屏幕也可以做到边框最小化。节省部分空间。从显示性能来看，更高的对比度，高色纯度，快速响应时间，更低的功耗等都将成为新型仪表的重要参数。将LCD面板控制驱动集成到外层玻璃上的工艺是一种制作无缝显示的关键技术，可以让显示的颜色更接近真实。柔性曲面形状的OLED显示器作为新兴的显示技术，已经在手机行业普及开来，其更加轻薄和出色的显示性能有目共睹。无需背光源及自发光特性让对比度趋于无限，使驾驶人员即使在阳光下也可以看清楚仪表的显示内容。

四、新型组合仪表的发展方向

1.综合与共享信息系统的。以新型的显示面板为基础，汽车内部通信与互联网连接，驾驶人员可通过智能语音辅助系统进行功能控制与人机交互。通信信息系统包含有电话，语音短信，邮件，视频等。系统主要功能包括导航，音响等。汽车共享将变为综合系统的一部分，而身份识别作为共享链条中不可或缺的一环。因此，未来的新型仪表也许会集成身份识别功能，这也将有助于个人设置，这将为驾驶员提供更多的舒适和便利。

2.新型显示方案的应用。全液晶仪表目前已经出现在了部分品牌的新款车型中，带给驾驶者新奇的驾驶感受和便捷的操控方式使其大受欢迎。而更为先进的综合信息显示方案如抬头显示（HUD）也许将会替代传统的仪表显示模式。原理是将整车的相关信息以投影的方式显示在挡风玻璃上。其优点是功耗低，显示界面清晰，显示方式灵活，投影部件所占位置小。驾驶人员无需低头，可随时观察到驾驶信息。提高了行驶安全性。

总之，随着自动驾驶的成熟度的不断提高和新能源汽车的普及，人们对仪表的功能性，安全性，舒适性的要求在不断提高，而汽车仪表作为驾驶员与车辆交流的媒介，通过各汽车企业的不断努力和新技术的不断应用，也必将演变的更为便捷和智能。

参考文献：

[1]刘光寿.汽车仪表设计.2019.

[2]王雪梅.关于组合仪表的结构设计及发展趋势.2020.

作者简介：王美静1991年11月，女，天津市，汉族，本科，初级职称，初级职称专业：仪器仪表

天津威硕科技有限公司  天津  300384