汽车车速里程表设计指南

汽车车速里程表设计指南

目次

1范围 (1)

2规范性引用文件 (1)

3设计流程 (2)

3.1 车速里程表的定义及实现方式 (2)

3.1.1 磁感应式 (2)

3.1.2 线圈式 (2)

3.1.3 步进电机式 (3)

3.1.4 液晶式 (3)

3.2 步进电机的选型和主要参数 (4)

3.3液晶屏选型及主要参数 (5)

3.4组合仪表步进电机的软硬件设计 (5)

3.5 液晶屏的软硬件设计 (6)

3.6 车速里程表的机械设计 (7)

3.7 法规校核 (8)

3.7.1 国内标准 (8)

3.7.2 欧盟标准 (8)

3.7.3 美国标准 (9)

前言

为满足公司车用组合仪表车速里程表的设计开发工作，保证其设计的准确性和统一性，特制定本设计指南。

汽车车速里程表设计指南

1 范围

本指南规定了车用组合仪表车速里程表设计的方法与要求。

本指南适用于指导公司车用组合仪表车速里程表的开发。

2 规范性引用文件

下列文件对本文件的引用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T 2423 电工电子产品基本试验

GB/T 4942.2 低压电器外壳防护等级

GB/T 12548—2016 汽车速度表、里程表检验校正方法

GB 15082 汽车用车速表标准

GB/T 17619 机动车电子电器组件的电磁辐射抗扰性限值和测量方法

GB/T 18655 车辆、船和内燃机无线电骚扰特性用于保护车载接收机的限值和测量方法

GB/T 28046.1—2011 道路车辆电气及电子设备的环境条件和试验第1部分：一般规定

GB/T 28046.2—2011 道路车辆电气及电子设备的环境条件和试验第2部分：电气负荷

GB/T 28046.3—2011 道路车辆电气及电子设备的环境条件和试验第3部分：机械负荷

GB/T 28046.4—2011 道路车辆电气及电子设备的环境条件和试验第4部分：气候负荷

QC/T 413 汽车电气设备基本技术条件

QC/T 727 汽车、摩托车用仪表

CISPR 25—2008 车辆、船和内燃机无线电骚扰特性用于保护车载接收机的限值和测量方法

ISO 11452-2 道路车辆.窄带辐射的电磁能量产生的电干扰的部件试验方法.第2部分：吸波暗室ISO 11452-4 道路车辆来自窄带辐射电磁能的电气骚扰的组件试验方法第4部分捆束激励法（BCI大电流注入）传导辐射抗扰度（BCI）

ISO 7637-2 道路车辆-来自传导和耦合的电干扰第2部分仅沿供电线路的电气瞬态传导

ISO 7637-3 道路车辆-由传导和耦合产生的电气干扰第3部分通过除供电线路之外的线路由电容耦合和电感耦合引起的瞬时电气传输

ECE R39 汽车车速表要求

CFR49 393.82 车速表

Q/J C069 车用组合仪表液晶屏设计指南

3 设计流程

3.1 车速里程表的定义及实现方式

1)车速里程表是由指示汽车行驶速度的车速表和记录汽车已行驶距离的里程计组成的；

2)车速表按照实现形式可以分为磁感应式，线圈式，步进电机式和液晶式；

3)里程计按照实现方式可以分为机械式，数字式和液晶式；

4)现在所说的车速里程表一般指车速表。

3.1.1 磁感应式

图1 磁感应式车速里程表示意图

磁感应式车速表应用比较早，在老的重卡或是轻卡上会有应用，新的汽车已经被步进电机取代。磁感应式车速表由与主动轴紧固在一起的永久磁铁转子，带有与指针的活动盘，磁屏和紧固在车速里程表上的刻度盘等组成。汽车行驶的时候，转动的永磁转子与指针活动盘产生一个扭矩，带动指针旋转，车速越高永磁转子速度越快，产生的扭矩也就越大，指针转动的角度也就越大。由于磁场产生的扭矩比较难以计算，此种车速表的误差很大，基本上已经淘汰了。

3.1.2 线圈式

图2 十字线圈式车速里程表示意图

正交的两个线圈，通电产生两个正交磁场，轴上带一个永磁体，其磁场方向同合成的磁场在同一个平面。两个线圈的电流变化以后，合成磁场可以绕轴旋转，轴跟着磁场旋转。线圈电流按照正弦变化，合成磁场的角度变化是线性的。十字线圈基本上是供应商自己制作，缠绕的咂数越多磁场力越大，指针正转和反转的力越大，但成本会相对较高。手工缠绕质量无法得到保证，现在被步进电机取代，有的老的卡车车型还在应用。

3.1.3 步进电机式

图3 步进电机式车速里程表示意图

步进电机是将电信号转变为角位移或线位移的开环控制院步进电机。其原理是，每输入一个电脉冲，电动机转动的角度前进一步。输出的角位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可以用来控制脉冲数量，频率及电机绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。步进电机噪声比较小，控制精确，现在已经大量应用，取代了以上的两种车速表。

3.1.4 液晶式

液晶式的车速表是指VFD屏，段码屏，点阵屏，TFT屏模拟显示车速或是数字显示车速。

段码式液晶屏和VFD屏只能显示固定的文字和数字，或是图案；点阵式液晶屏和TFT屏可以自由的显示数字，文字和图案，大多数的汽车会用段码屏和点阵屏，或是小尺寸的TFT屏数字显示车速，单位是km/h。由于段码屏显示是固定的文字和数字，或是图案，前期在设计的时候就要考虑好在屏上显示什么，排好版，一旦开了模具就无法再更改。点阵屏和TFT屏要根据成本选择好屏的尺寸，大的尺寸相对贵些，小的尺寸相对便宜些，显示内容可以根据后期设计进行更改。模拟显示车速一般情况下是用在大尺寸TFT，或是全液晶TFT，屏的尺寸都在8寸以上。用图案模拟显示车速指针，表牌，刻度，指针动态指示车速；由于图案可以随意设计，仪表的显示效果非常绚丽。

段码屏，VFD屏，点阵式液晶屏和TFT各自优缺点如下：

表1 液晶式车速里程表优缺点

VFD屏价格稍高，设计比较简单，适用于卡车。点阵屏设计较段码屏稍微复杂，TFT设计最为复杂，成本较高，也最有档次感，适用于中高档次的车。

3.2 步进电机的选型和主要参数

1)工作电压范围

一般5V到10V，步进电机的工作电压，一般在10V以下的正弦脉冲驱动。

2)工作环境温度

一般-40度到105度，可以通过车规级的高低温实验。

3)步距角度

1/12°，每次步进电机能旋转的最小角度，这个值越小步进电机指示值分辨率越小。长指针的车速表有的时候会发现指针一顿一顿的往前走，就是因为步距角度过大，给人造成卡顿的视觉系效果。一般这个值要求1/12°，有的步进电机的角度是1/6°，是不符合要求的的。一般车速表的表牌角度大于90°，小于270度，步进电机就有行走步数为12*90步到12*270步。

4)最大角速度

600°/S，车速表指针从0刻度处旋转到最大刻度处的角速度，车速表在整车上下电时需要自检回零，一般要求2秒内回到零刻度线，步进电机的角速度不低于这个值，基本上符合要求。

5)噪音

整车在上下电时，车速表指针需要快速的回零，发出滋滋的噪音，噪音声音的过大会影响整车的舒适性，一般这个值不大于35DB，对于卡车来说这个值无意义，乘用车NVH要求比较高，噪音的不能太大。

6)功耗

驱动步进电机的功耗，一般不宜太大，电流一般不超过10ma。

7)主要厂家及应用情况

步进电机是车速表的重要组成部分，一旦质量不过关或是PPM值过低，都会对车速表造成影响，从而影响整个仪表的质量要。步进电机分为三个档次，国际上的豪车（奥迪或是奔驰）一般采用瑞士的sonceboz，这个电机不论是噪音还是质量都是最好的，但是成本较高，国内供应商很少使用。国内的使用率比较高的是伟力的步进电机，这个步进电机的质量相对于sonceboz低一些，但是成本一般。其他一些杂牌子的，供应商为了降低成本，一般不建议使用。车速表的步进电机可以根据实际情况进行选择。

要求质量和舒适性的就用瑞士的步进电机，对成本考虑比较多的就采用国内的步进电机。

3.3 液晶屏选型及主要参数

现在常用全彩液晶仪表模拟显示车速表，段码屏和点阵屏比较少，以下的一些参数是12.3寸TFT液晶屏的的参数，这里点阵屏和段码屏的参数参考Q/J C069 《车用组合仪表液晶屏设计指南》。

1)分辨率：1920*720，分辨率越高屏幕越清晰，一般有标准屏和高清屏之分。

2)工作温度：-30℃到85℃，车规级的工作温度范围，在-40°到-30°之间一般不作要求。在高温下和低温下液晶屏反应速度，刷新频率都会变慢。仪表需要在高温下或是低温下长时间工作的，一定要看液晶屏的高低温刷新频率曲线是否符合要求。

3)存储温度：-40℃到90℃，车规级的存储温度。

4)长*宽：292.32*109.62。

5)长宽比： 8:3。

6)像素大小： 0.15225*0.15225。

7)颜色：24 位。

8)功率：小于15W，液晶屏的功率当然越小越好，但是也要保证亮度，在保证亮度的情况下，尽

量选取小功耗的。

9)视角：大于80，全液晶的仪表最好选取全视角的，否则在乘客侧或是侧面容易看不到液晶屏的

信息。

10)对比度：1000:1，这个是比较重要的参数，对于全液晶仪表追求的就是绚丽，对比度越高，色

彩越清晰。

11)亮度：700-1000CD/㎡，亮度越大屏幕越亮，给人的视觉效果越好，现在一些高亮TFT都是小尺寸的，高亮度的大尺寸TFT成本太高，没有厂家生产。全液晶仪表的一个缺点亮度不够，在强光下看不清屏幕。

12)寿命：超过10000 小时。越高越好，一般情况下对比我们使用的中控屏。

13)主要厂家及应用情况：

液晶屏的厂家大致分为四个档次，日本的索尼屏和夏普屏质量稳定，寿命高，但是价格最贵，一些豪华车上使用的比较多，国内的汽车使用的不是很多，而且夏普和索尼没有12.3寸高清屏；其次是台湾的一些大厂家，如友达，质量和名气比索尼屏和夏普的稍微差一些，价格也低一些，国内一些厂家在用，占有一定的市场比例；再有就是国内的一些大厂家的屏，例如天马等，价格会更低一些，国内一些厂家有比较多的应用，价格也是比较低的。至于一些杂牌子的液晶屏价格会更低，不建议使用，这样的屏严重影响了仪表的质量。由于液晶屏的厂家不一样，价格也会差距很大，在做方案的时候一定要考察好液晶屏的质量和参数，以市场占有量为标准。

3.4 组合仪表步进电机的软硬件设计

1）硬件原理设计

硬件设计的原理工作大都是供应商完成的，但是我们需要审核供应商的方案，知道哪种方案更稳定，哪种方案应用更广。

步进电机的驱动方案相对来说比较成熟，有用单片机直接驱动的，还有用驱动芯片驱动的，用单片机驱动的成本较低，但是算法相对复杂，用驱动芯片驱动的成本较高，算法比较简单，驱动效果也相对较好。用单片机驱动的只要算法不是很差基本上都能满足要求。单片机算法比较差的体现就是电机驱动噪音大，力矩小，会有丢步的现象，指示不准确等。

用单片机驱动步进电机的常用的方案有NEC，飞思卡尔，和富士通芯片，NEC方案在市场上应用最多，其次是飞思卡尔，富士通占用量最少。设计时要尽量选用成熟方案。

2）软件原理设计

步进电机有分步方式和微步方式两种，分步方式是6步/°，微步方式是24步/°，组合仪表一般应用24步/°。车速表软件原理设计注意以下几点：

1、步进电机指示车速时应先加速再匀速最后减速，这样一个过程，不要匀速转动，容易产生抖动现象。匀速运动的最大速度不超过60°/秒。

2、上电和下电步进电机要回零，回零的速度要快，一般要求2秒。回零的时候噪音要小，所以驱动电流要减小到最大值的一半，或者更小。

3、车速小于5km/h的时候，不要求步进电机启动，以免引起步进电机抖动现象。

4、车速正常指示时，驱动电流要最大，保证力矩，防止车在震动时，产生丢步现象。

3.5 液晶屏的软硬件设计

1）硬件原理设计

用液晶屏模拟车速表，一般在全彩液晶TFT上应用的比较多，小的液晶屏应用比较少，这里主要介绍10.1寸以上的液晶屏的软硬件设计，小的液晶屏的软硬件设计请参考《JC069 车用组合仪表液晶屏设计指》。全彩液晶屏组合仪表是高端的组合仪表，应用在中高端的车型上，技术比较新，成熟的平台不是很多。兰博基尼LP619-4用的芯片NVIDIA就是Tegra3芯片，而且这个屏是标清屏，对于硬件平台要求不是特别高。国内车型在研的比较多，批量的也很少。供应商推荐的方案有NXP的平台，这个平台有局限性，对于标清的10.1寸的液晶屏可以驱动，高清的10.1寸以上的液晶屏就无法驱动了；飞思卡尔的imax6可以驱动12.3寸以下的高清屏，二核或是四核的imax6可以驱动高清的12.3的液晶屏，但是启动速度偏慢。市场上有批量的是imax6驱动标清的12.3寸液晶屏，但是问题也比较多；如启动慢，指针拖动尾影。所以对于全液晶仪表市场上相对成熟的方案是imx6+12.3寸标清屏。

2）软件原理设计

10.1寸以上的液晶屏的驱动都需要在芯片里嵌入操作系统，一般嵌入的操作系统有QNX，linux，安卓系统，这三个操作系统各有优缺点。

1、QNX有高额的授权费用，每个仪表会增加20美元的成本，在完成相同的功能的情况下，一般不会

选择QNX，而且国内的仪表供应商对于这个系统的应用还不是很成熟，风险还是比较大。

2、安卓系统太臃肿，使用嵌入式的芯片处理起来比较费力，虽然很多车机采用这个系统，但是不建议组合仪表采用，车机对实时性的要求不是特别高，不是安全件，用这个系统不会出事故。但是仪表实时性要求比较高，车速的处理，转速的处理越快越好，一但反应慢了，容易产生安全问题。

3、linux是开源系统，研发成本低，而且应用的比较成熟，可以根据需要对其进行裁剪，现在国内多数仪表供应商都在研发，技术相对成熟。一些小批量的组合仪表都采用了这个系统，可靠性得到了保证。全液晶模拟车速表需要不断的刷新屏幕，以保证指针指示的准确性。屏幕的刷新频率60次/秒，但是实际上只能达到30到50次，这样就产生了一个问题，车速表在转动时会有指针拖动现象，不流畅，所以特斯拉直接采用了数字显示车速，避开了技术上的难题。全液晶仪表还有一个难题，就是启动慢，一般启动时间为6到7秒，车启动了车速还没有显示，严重影响了用户的使用。所以采用软件上的策略，进行预启动，组合仪表收到钥匙报文的时候仪表就开始启动系统，但是不点亮液晶屏，点火开关打开的时候点亮液晶屏，解决了启动慢的问题。

3.6 车速里程表的机械设计

全液晶仪表的车速指示由图片来完成，不涉及到结构部分，涉及到机械结构部分的只有传统仪表。车速表的结构部分一般由表牌，指针，步进电机和装饰圈组成。有的车速表会带有炮筒或是装有段码屏。

图4 车速表组成

表牌上印刷刻度，或是带有亚克力的刻度，刻度值最大不能超过10km/h。车速的显示值与实际值存在如下关系：

0≤V1—V2≤V2/10+2.6

式中：V1——显示车速；

V2——实际车速（车速信号）。

表牌的材料一般采用PC，指针的材料也是PC，车速表指针在标度尺上限转速值的20%-80%的速度范围内，其摆动量应在上限值得1%以内。装饰圈一般采用镀铬哑光或是烫银，镀铬哑光使金属材料带有金

属感，比较上档次。传统的表牌都是平面设计，成型率比较高，现在表牌往立体方向发展，称为3D表牌。3D表牌成型率不如传统表牌，价格也高一些。2D表牌就一个平面，安装设计都比较简单。3D表牌安装比较复杂需要组合式的，一般车速表单独一个表牌，电量表单独一个表牌，余下的部分一个表牌，然后组装在一起。刻度有印刷的，还有偏立体的，立体的是用亚克力导光材料制成，背光点亮后，刻度就会发光，很多车的仪表采用这样的设计。

车速表的背光一定要均匀，不能漏光。刻度不能有明显的亮暗不均，指针带有导光的，不能从指针冒漏出光。光要均匀的布满整个表针。车速表的表牌半径尽量要大，如A6的仪表，给人一种大气的感觉。3D表牌如图5所示。

图5 车速表示意图

3.7 法规校核

3.7.1 国内标准

GB 15082—2008中应注意以下要求：

1）车速表标度盘应位于驾驶员的直接视野以内，且昼夜都能清晰易读。

2）车速表指示车速范围应能包容制造厂对该型汽车给出的最高车速。

3）车速表的速度单位应以km/h表示。在20km/h以上至上限速度值之间，分度值应标示成1、2、5、10km/h中的任一种，标度盘上的速度值应标示如下：

——当标度盘上的最高数值未超出200km/h，标度值应以不超过20km/h的间隔显示；

——当标度盘上的最高数值超出200km/h，标度值应以不超过30km/h的间隔显示。

4）标度盘上标示的车速值的间隔不要求均匀。

5）指示误差

车速表指示车速不得低于实际车速，在5.5规定的试验车速下以及这些车速之间，其指示车速（V1）与实际车速（V2）之间应符合式（1）：0≤V1—V2≤V2/10+4。

3.7.2 欧盟标准

ECE R39中应注意以下要求：

1）车速表标度盘应位于驾驶员的直接视野以内，且昼夜都能清晰易读。

2）车速表的速度单位以km/h表示时，分度值应为1、2、5、10km/h中的任一种；以mi/h表示时，分度值应为1、2、5、10mi/h中的任一种。

3）车速表指示车速范围应能包容制造厂对该型汽车给出的最高车速。

——当标度盘上的最高数值未超出200km/h，标度值应以不超过20km/h的间隔显示；

——当标度盘上的最高数值超出200km/h，标度值应以不超过30km/h的间隔显示；

——当采用mi/h单位时，标度值应小于等于20mi/h，且以10mi/h或20mi/h开始。

4）指示误差

车速表指示车速不得低于实际车速，在5.5规定的试验车速下以及这些车速之间，其指示车速（V1）与实际车速（V2）之间应符合式（１）：0≤V1—V2≤V2/10+4。

3.7.3 美国标准

CFR49 393.82中应注意以下要求：

1）指示车速单位每英里/小时或是/公里/小时。

2）速度80公里/小时（每小时50英里）时，车速表必须精确到8公里/小时（每小时5英里）以内。