汽车组合仪表开发设计指南

汽车组合仪表开发设计指南
一、主题：
本设计指南制订了汽车组合仪表的设计开发流程
二、使用范围：
本设计指南适用于CAC公司所有车型的组合仪表的设计开发
参考标准和相关文件：
汽车组合仪表Q/SQR.04.189-2001
电子转速表Q/SQR.04.188-2001
汽车车速里程表Q/SQR.04.187-2001
温度表Q/SQR.04.184-2001
燃油表Q/SQR.04.183-2001
产品包装标志要求QB.04.122-1999
CAC汽车零部件标记要求QB.04.058-1999
CAC标记QB.04.057-1999
道路车辆-操纵件、指示器及信号装置的图形标志
GB4094-1999
逐批检查计数抽样程度及抽样表GB2828-1987
汽车电气设备基本技术条件QC/T413-1999
三、产品开发程序描述：
3．1.接受产品开发任务
3．1．1确定仪表定义（适用车型、零件名称、零件号）3．1．2确定仪表构成（机械式/电子式）
3．1．3各仪表参数范围选取及确认
工作电压: 10 V - 15V
测试电压: 13.5 V
标称电压: 12V
油量参数：0——400Ω
水温参数：0——400Ω或10——100％
发动机转速参数：0——400Hz
里程传感器参数：0——400Hz
高电平：12±10％
低电平： 0——1.2V
3．2.仪表开发的前期准备工作
3．2．1根据产品开发任务会同采购、质保共同确定潜在开发供应商3．3产品定义的确定
3．3．1产品功能定义（以A11仪表做为范例）
车速表：速度在仪表上显示出来，并且有从仪表输出到发动机ECU的功能。

油量表：显示燃油箱还储存多少油
水温表：显示发动机冷却液的温度
转速表：显示发动机的实时转速
冷却液位
灯光调节
ABS显示
油压显示
安全带指示
档位指示
电瓶充放电指示
安全气囊指示
发动机故障指示
制动灯显示
停车灯指示
大灯指示
左右转向灯指示
诊断功能
声音报警
LCD行驶里程显示，日行驶里程显示，时钟显示
3．3．2产品结构定义
仪表构成：一般由外壳、面罩、表牌、指针、PCB板构成
外壳和面罩起对整个仪表支撑、固定、保护、密封的作用
表牌为仪表的正面效果视图
指针一般由导光片、照明灯和指针帽组成，摆动指示汽车运行状态。

PCB板是一块集成电路板，集成有LED照明，LCD显示电路，步进电机等。

3．3．3插件的选择和引脚定义（以B11仪表做为范例）
SL1
SL2
3．3．4外观效果图的确认（以T11仪表做为范例）
3．3．5数模的确认
由供应商提供所开发件的整体数模，我公司利用UG软件将数模与整车
其他件数模进行装配比较，主要考虑的看数模与其他数模是否干涉，安装孔是否准确，与周边环境是否配合紧密，装配后整体效果，主管人员验证数模后，再交总部置专业确认数模人员确认数模可用。

3．3．6各仪表参数范围选取及确认
3．3．7确认仪表开发过必须执行的各种标准
3．3．8仪表开发规范的制定
3．4.仪表A样件的确认及验证改进
3．4．1仪表外观的调整
仪表样件与周边其他件是否有干涉现象
安装孔位是否匹配良好
与周边环境是否配合紧密，有无缝隙
装配后整体效果是否良好
针对以上现象做出调整
3．4．2仪表显示功能的实现情况
各单个仪表都能转动显示
各报警灯都能点亮，且基本能正确显示报警状态
报警蜂鸣器能正常报警
时钟及档位显示基本正常
3．4．3仪表输入信号与仪表显示的匹配情况及调整
硬件报警（高低电平状态匹配状态）
燃油表与输入参数匹配状态
水温表与输入参数匹配状态
车速里程表与输入参数匹配状态
发动机转速表与输入参数匹配状态
3．4．4仪表开发规范的确认（见B11组合仪表技术规范）
3．5仪表OTS样件的确认及验证改进
3．5．1仪表外观的认可
1.透明玻璃或透明塑料件无明显的气泡，夹杂物，波纹，斑点及划痕。

并要求正面观察时，各种仪表安装端正，其分度线、指针、数字、文字
及符号等应清晰完整，无折光及读数失真现象
2.非透明结构件的表面应无明显的缩痕、波纹及划痕。

该表面应为黑色
消光面，不得有刺目的光泽。

3.组合仪表照明效果应能看清各种仪表的分度线、指针、数字及文字符
号，但不得有强光刺目的现象。

4.信号指示灯点亮时，组合仪表上各种知识信号、符号、图案及颜色应
清晰完整，无窜光现象。

并且，当信号指示灯熄灭时信号状态与点亮时有明显的区别，即有良好的对比度。

5.可见面以外的表面，允许有不影响性能和美观的缺陷存在。

如：毛边，
皱纹，零星污点等。

6.油漆层应均匀，无明显气泡，无斑点及脱落现象。

与被覆盖面的结合
应牢固，在经受耐温性试验后，不应有皱缩或起层现象。

7.电镀层及化学层应符合JB2864的规定。

8.塑料覆盖层应符合QC/T29089的要求。

3．5．2仪表显示功能认可
各单个仪表能准确转动显示，显示结果准确
各报警灯都能正确点亮，显示状态准确
报警蜂鸣器能正常准确报警
时钟及档位准确显示
3．5．3仪表输入信号与仪表显示的匹配认可
3．6.仪表认可
3．6．1仪表综合性能的认可
3．6．2仪表认可资料的认可
3．6．3认可样表的入库封样及认可资料的归档
四、组合.仪表开发过程中易出现的问题及解决措施
4．1燃油量信号参数与仪表显示不匹配
4．2里程传感器信号参数与仪表显示不匹配
4．3冷却液温度信号参数与仪表显示不匹配
4．4所有仪表显示混乱
4．5单个报警灯显示状态不正确
附B11功能规范：
B11
组合仪表
功能规范
版本 03
1 配置
关于这个设计VDO设计理念包括:
•NEC ASSP3微处理器，
•所有表应用 MW2000 步进电机,
•所有的指示表都直接由微处理器驱动，不需要附加的集成电路。

•LED 背照明概念 ,
•单 LCD显示里程总计、里程小计、 PRND4321 和时钟,
车速表
转速表
燃油表
温度表
2 输入输出信号
提供电源
•蓄电池
•点火
•地
模拟输入信号
•燃油信号
•冷却液温度信号
•冷却液液位信号
数字输入信号
•停车灯
•左转向指示
•右转向指示
•远光
•车速信号
•转速信号
•档位信号– PRND4321 •ABS
•安全气囊
•机油压力
•刹车故障
•安全带
•发电机
•发动机检查
•车门
•刹车片故障
•停车制动
•前雾灯
输出信号
•速度信号输出
诊断功能
•单线通讯接口
3 环境和电气要求
参考TPV 标准可以得到关于环境和电气要求的更多信息.
3.1 工作温度:
工作温度: -30ºC to +75ºC
显示可见: -20ºC to +65ºC
所有LED亮: -30ºC to +65ºC 存储温度:
低温存储: -40ºC 下 48 小时
高温存储: +85ºC 下 48 小时，+90ºC 下1小时
3.2 电气操作要求
标准电源电压
工作电压: 10 V - 15V
测试电压: 13.5 V
标称电压: 12V
无效电流
点火关闭电流 (由模式确定) 为 <3mA
地偏移量
在非模拟量输入端，地的偏移量为 < ± 0.5V.
例如. 所有的数字输入端工作时有额外的信号补偿±0.5V
4 电气连接详述4.1 接头引脚分配
5 系统连接接口5.1 接口说明
SL2 (绿色)
6 车地概念
仪表有两种不同的地，电源地(KL31)和模拟量地(KL31B)，在仪表内部这两种地接在一起.最终接在车身上.这种地的概念在精确测量模拟值时非常有必要。

在正常的工作环境下，传感器地上的变化可以忽略.
.
车地略图
7 照明
照明为蓝色并且采用透光表盘和蓝色LCD照明。

7.2 条件
7.3 需求和颜色
表盘
白天黑色和白色刻度
晚上黑色和蓝刻度
LCD
白天灰色背景上黑段显示晚上蓝色背景上黑段显示
指针
白天红色指针臂和黑色指针中心晚上照亮的红色指针臂和黑色的指针帽
报警符号
各种各样的颜色包括绿色，红色，蓝色和黄色。

8 报警符号
ζ
8.1 行驶前LED自检
低冷却液液面/高温报警:
点火后LED 点亮3秒钟 . 当发动机速度>300 rpm，行驶前自检被中断.
刹车故障报警:
点火后LED 点亮3秒钟 . 当发动机速度>300 rpm，行驶前自检被中断.
低油位报警:
点火后LED 点亮3秒钟 . 当发动机速度>300 rpm，行驶前自检被中断.
机油压力报警:
点火后LED 点亮3秒钟 . 当发动机速度>300 rpm，行驶前自检被中断.
9指示表
仪表中有4个指示表.它们用来指示发动机冷却液温度，发动机转速(tachometer)，行驶速度(speedometer)和油箱中油量(fuel).采用VDO步进电机(MW2000).这些指示表应用了压接触式连接和PCB背面固定的方法。

8.2 指示表
校准
为了满足用户要求和达到VDO标准，在生产过程中这些表由工作人员或摄像机校准。

仪表可以在线编程存储校准数据，修改由指针位置和元器件的参数引起的错误。

.
指示表类型
表类型允许角度应用角度燃油表步进电机320︒90︒
温度表步进电机320︒90︒
速度表步进电机320︒230︒
转速表步进电机320︒230︒
误差
指针指示误差在用户图纸中详细说明。

阻尼
仪表的阻尼由软件来实现的，可以根据汽车性能和用户要求对它进行编程。

为了使指针平滑的移动，仪表应该有一定的阻尼。

点火关闭
当点火关断开时，所有表的指针应该返回到零位。

蓄电池关闭
当蓄电池关闭时，所有表的指针都停在当前的位置。

当蓄电池供电恢复时，表自动正常工作.
8.3 速度表
一个占空比为50%、集电极开路型脉冲信号输入仪表速度输入端。

微处理器测量输入端接收到脉冲的频率，然后根据频率值来驱动步进电机使指针指到相应速度处(公里/小时). 速度转换是可编程。

速度表的速度输入特性和指示输出特性被存储在EEPROM中。

因此相同的软件可以应用到不同的表盘上，同时在生产过程中可以进行校准。

表盘和指示误差在用户图纸上有说明。

当速度大于和等于设定的阈值时，汽车行驶标志位置位。

当速度小于设定的阈值时，汽车行驶标志位被复位. 设定的阈值存储在EEPROM中。

仪表中有一个10KΩ的电阻上拉到点火。

PPK 值为2548pulses/km.
8.4 转速表
一个占空比为50%的脉冲信号输入转速信号输入端来指示发动机的转速。

微处理器测量输入端接收到脉冲的频率，然后根据频率值(每分钟的转数)来驱动步进电机.大小和类型不同的发动机的每转脉冲数是可编程的。

转速表的速度输入特性和指示输出特性被存储在EEPROM中。

转速表可以应用到不同的发动机，同时在生产过程中可以校准。

表盘应为线性.
当发动机转速大于或等于设定的阈值时，发动机运转标志位置位。

当转速小于设定的阈值时，发动机运转标志位复位。

可编程的阈值存储在EEPROM。

仪表中有一个10KΩ的电阻上拉到点火。

.
转速表特性(四汽缸燃油发动机， 2 脉冲/转):-
8.5 燃油表
基本概念
电阻性的传感器阻值与油箱的油位成一定关系。

微处理器测量传感器对地的电压。

用一个指数型过滤器对油位的输入电压阻尼后可以得到更稳定的读数。

阻尼值是可编程的并存放在EEPROM中.阻尼值主要取决于油箱动态特性。

在此功能块中和其它的过滤器相比,阻尼值非常小。

它只是在减小由短期动作引起的油量变化时有作用。

例如象刹车、加速、转向、加油等。

利用模拟值和燃油量的对应关系，它就可以被转换成燃油量(TNI)。

这种对应关系为了适应不同的油箱设计是可编程的.
即使有过滤器，油量的参数仍然不准。

为了得到一个可靠的读数，TNI又通过了一个线性的过滤器。

这个过滤器有很大的阻尼。

这个阻尼值也是可编程的。

而阻尼值的设置主要取决于客户的要求和考虑。

通常，阻尼率设置的越小，指示表移动的越快。

高阻尼的油量(TND)用来驱动指示表以便指示油箱中的油位.当车在山上时，油量可能受到影响，这种变化很大程度上依赖油箱的设计。

点火时操作-没有检测到重新加油。

在点火后燃油表直接由快速阻尼燃油输入值TNI驱动。

这个动作持续X 秒, X可编程的。

秒,过了这个时间，燃油表转向由慢速线性阻尼值TND来驱动。

低油位报警(LFW)
当TND减小到一个阈值量时，低油位报警开启。

为了避免报警振动，一个时间延迟可以用来关闭它。

下面的表格说明LFW的功能。

油位传感器失败处理
当油位传感器没有连接到仪表上，这时电压输入大于正常工作状态。

一个高的阈值用来检测传感器是否断开。

当模拟电压大于阈值时，说明传感器没连接上。

这个阈值是可编程的这样可以使它适合不同的传感器的设计。

.
当传感器失败时，燃油表停在它的当前位置，而且一个计时器打开。

如果传感器过20秒还是失败。

燃油表下降到最小位置而且没有低油位报警(LFW).当传感器连接到仪表上而且模拟电压又回到在两个阈之间时，计时器被开启20秒，内传感器连续正常工作，燃油表回到当前TND.
8.6 发动机冷却液温度表
电阻型传感器以欧姆的形式向仪表提供发动机冷却液温度。

单片机量取模拟输入端的最终电压。

温度表的位置反映了发动机冷却液温度阻尼后的值。

为了适合不同的传感器和不同的客户的要求，模拟输入和仪表输出的特性是存储在EEPROM 中。

温度传感器故障处理。

发动机冷却液温度表的分配图 .
9 驾驶员信息描述
9.1 低冷却液液位(预留)
冷却液液位传感器的电阻值和冷却液位成反比.为了防止电流波动的影响，采用通过一个串联电容来避免直流电流长时间流过传感器。

每100ms微处理器上的一个输出端口置高1ms.就在这个时间内，利用微处理器A/D输入端来检测传感器上电压。

从得到的电压可以计算出传感器的阻值。

因为传感器有误差和冷却液中的传导性有变化，使这种冷却液液面位置的测量有变化.因为上述原因，报警产生范围很宽。

在EEPROM中阈值为47KΩ。

低冷却液报警和高温报警使用同一个LED。

当检查到冷却液液位有15sec(±1sec)为低时，低冷却液报警被开启。

在报警状态消失3sec (±1sec)，报警关闭。

冷却液液位特性
无冷却液液位传感器阻值范围检查。

10.2高温报警
高温报警和冷却液报警使用同一个LED，在温度为120°C±2.5°C时开启.当高温状态出现时，LED将以1Hz 的频率闪烁。

10.3机油压力
应用0.3Bar压力开关来测量油压.油压报警算法利用这个输入端和发动机转速来决定LED报警状态和蜂鸣器操作。

下面的表格列出了特性。

机油压力报警特性:
Note1- 经过3秒延迟，LED以1Hz的频率闪烁.这种情况下，当发
动机第一次发动。

行驶前自检结束。

Note 2 - 经过3秒钟的延迟，蜂鸣器发响(~ 2kHz 声调，1Hz 的频率开关) .
这种情况下，发动机刚发动，行驶前自检结束。

在发动机转速达到300rpm后，油压报警被抑制3秒钟.这个是为了当发动机发动后发动机中油压直接升高引起的误报警。

10.4 安全带
安全带报警功能如下:
当安全带在点火前未插上时，点火开关开时，蜂鸣器响，同时报警LED亮。

当汽车点火后，安全带不插时，报警LED亮10.5 LCD显示
此仪表中装备了一个LCD来显示里程总计，里程小计，时钟功能.复位开关用来切换时钟和里程小计功能的显示.
在点火关闭后LCD仍然显示。

它直接由微处理器驱动。

7段LCD显示应用了多路传输率为1：4的正极性模式和TN技术.
LCD 显示和段为–
LCD Display
LCD 颜色必须符合批准图纸中的定义。

可视角度为:
± 45°仪表的一边到另一边。

+ 1° to + 8°从仪表的顶部。

.
所有的LCDs都被定格在温度范围- 20 to + 65 C内能工作,并且在驾驶员的位置观察驶
时没有错误 .
模式:正极性
多路传输率: 1:4
电压: 5V
驱动频率:130 Hz
选通率: 1.732
9.6 里程累计
里程累计显示在LCD的底下一行.显示总里程(0~999,999km).当它达到最大读数(999999km)时, 并保持此值。

由存在EEPROM中PPK值对里程累计进行校准。

里程累计
如果电池电压被断开，为了防止里程大计的值的丢失，如果电池电压被断开，为了防止里程大计的值的丢失，微处理器的内部EEPROM每两公里更新一次来保留当前里程累计值。

如果电池电压断开,最大累计公里丢失值为±1Km.如果发现存于EEPROM中的值有误，“Error”将取代里程大计显示。

当点火电压关闭，只有时钟显示在LCD上。

当点火电压接通时，微处理器检查RAM中的内容。

如果RAM内容丢失，里程累计将从EEPROM中读取内容并显示在LCD上。

在RAM 中里程大计的精度为1km.
如果在蓄电池为仪表提供电源之前，按下复位键，如果持续20秒，里程累计复位(只有当里程累计读数小于256km时).
9.7 里程小计
里程小计显示在LCD的上面一行，并且和时钟功能显示在同一行，它显示的是从上次里程小计清零后或电池电压断开的车行驶总里程。

它的工作范围是从0~999.9kms.精度为0.1km.内容只保留在RAM。

如果仪表点火电压断开但蓄电池电压接通时, 里程小计的值将被清零.
里程小计和里程累计
9.8时钟
时间和时钟符号同时显示在LCD的上面一行。

时间应用24小时制显示。

当点火关闭且照明亮时，只显示时钟，在点火电压关闭后，时间也可以调整。

当点火电压接通时，LCD将显示在点火电压关闭前显示的功能。

在仪表的操作温度范围内，时钟总的精确度好于115ppm.
9.8 里程小计复位和时钟的设置
复位杆可以用作模式杆和复位杆用。

向仪表方向按模式调节杆可以实现显示功能的切换.复位杆必须短时间按下才能调节(>300mS and <2 seconds).
清除里程小计
在里程小计显示方式下，如果长时间按住模式调节杆，里程小计将清零0 (t>2 s).
数字时钟设置
时钟是以24小时方式显示.
长时间按下(>2sec.)调节杆会进入时钟设置模式。

这种模式以时间数字和频率为1Hz 闪烁的冒号组成，定义如下：
T T T s s s Hz
ges ein aus =+=+==
050511,, 当时间设定好后，时间将不闪烁. 小时设置
在小时设定模式下,小时数会随着调节杆短时间按下而增加(>300mSand<2seconds).当调节杆按下时间>2 秒，小时数将会以5小时/秒连续增加。

如果调节杆5秒内没触动，这个单元进入分钟设置模式。

这时显示的是分钟数和以 1Hz 闪烁的冒号，如上定义。

. 分钟设置
分钟设置和小时设置操作一样.如果调节杆5秒内没触动，设置模式将结束。

时钟模无闪烁.
9.9 时钟和里程小计设置流程图
时钟显示
小时设置模式
增加小时数
小时数自动增加
长时间按下
短时间按下
长时间按下
9.10 档位切换指示 (PRND4321)
PRND4321利用LCD 上的9段字符显示自动传送系统选择的档位,8个显示状态为P, R, N, D, 4,3,2,
和1.PRND4321分别对应8个输入端并且高电平有效。

若 没 有信 号 则 显 示，此处无显示 。

里程小计显示
恢复小计
长时间按下
不按下 > 5 sec 注意:
应用下列定义 :
短时间按下 = < 2 Secs but > 300mS
长时间按下 = > 2 Secs
分钟设置
增加分钟数
分钟数自动增加
长时间按下
短时间按下
短时间按下
当点火关闭, 时钟显示在LCD 上.
当点火重新开启，上次的使用功能恢复.
PRNDL 状态LCD 显示电平
P (停车)P Ub
R (倒车)R Ub
N (空档)N Ub
D (行驶)D Ub
4(四档)4Ub
3 (三档)3Ub
2 (二档)2Ub
1 (一档)1Ub
PRND4321 显示模型
10 生产诊断功能
10.1 物理层
制造诊断接口以UART为基础.它和RS232相似,但是电平却是TTL标准.单线配置只支持半双工串行通信. 通信参数为:
•19200 bps
• 1 起始位( 总是逻辑‘0’ )
•8 数据位( 以低标志位开始，设置为‘1’)
•偶效验位( 数据中‘1’ 为偶数)
• 1 停止位( 总是逻辑‘1’ )
最大报文长度, 包括协议框架, 限制在25个字符以内.
仪表硬件地址被硬件编程到15HEX.
10.2 接口电路框图
Transceiver
10.3 通用报文结构
每个报文包括下列部分:
报文发送之间时间应该小于 2 ms.
仪表将在1000ms 内在语法结构上更正报文，因此主机时间输出和在再次发送时的时间输出应相同。