汽車組合儀表指針的動平衡設(shè)計

王沐晗，梁晨

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110000）

汽車組合儀表指針的動平衡設(shè)計

王沐晗，梁晨

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110000）

以步進電機驅(qū)動指針顯示車速、轉(zhuǎn)速、燃油、水溫等信息的汽車組合儀表為基礎(chǔ)，幫助工程師在組合儀表指針設(shè)計時更好地完善其動平衡性能。文章主要介紹了汽車組合儀表指針動平衡的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，使指針的動平衡性能達到最佳，指針在運行過程中平滑順暢，及時向用戶傳達相關(guān)車輛信息，提升駕乘體驗。

汽車組合儀表；指針；動平衡

引言

目前除少部分車型匹配全彩色液晶屏組合儀表，大部分車型上的組合儀表仍然采用步進電機驅(qū)動指針的方式來顯示車速、轉(zhuǎn)速、燃油、水溫等車輛信息。汽車組合儀表不僅僅用來顯示相關(guān)車輛信息，也是人機交互的主要窗口，為提升科技感及用戶的駕乘體驗，組合儀表指針的設(shè)計也變得越來越復(fù)雜，越來越美觀。有時由于汽車組合儀表的外形尺寸以及各車輛信息（車速、轉(zhuǎn)速、燃油、水溫等）的顯示效果制約了指針的外形尺寸，給指針的設(shè)計帶來了一定程度的約束，使得部分指針的設(shè)計不滿足動平衡的要求導(dǎo)致指針在運行的過程中出現(xiàn)不同程度的抖動[1-4]。

目前出現(xiàn)的指針基本可以分為兩類：一類指針的針體為貫穿式，另外一類指針的針體為非貫穿式。一般組合儀表中的車速表和轉(zhuǎn)速表的指針較長，質(zhì)量的不對稱不均勻就會影響物體旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，這樣就需要考慮到指針的動平衡設(shè)計。本文詳細闡述了汽車組合儀表指針動平衡的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。

1 指針結(jié)構(gòu)介紹

組合儀表指針由針帽裝飾圈、針帽、針體、動平衡塊、導(dǎo)光柱等構(gòu)成，位于儀表盤發(fā)光元件LED上方。導(dǎo)光柱由導(dǎo)光材料制成，可將發(fā)光元件發(fā)出的光線聚集和導(dǎo)出到指針帽下方，指針帽為遮光結(jié)構(gòu)，導(dǎo)光柱導(dǎo)出的光線能夠被指針帽罩住。針帽側(cè)面和針體連通處的缺口可透光，導(dǎo)出的光線射入到指針針體可將指針點亮。本文挑選一款較復(fù)雜的指針進行分解，其爆炸圖如圖1所示：

圖1 指針分解爆炸圖

2 非貫穿式指針及其動平衡結(jié)構(gòu)設(shè)計

任何物體各部位質(zhì)量都會有差異，在靜態(tài)和低速旋轉(zhuǎn)下，質(zhì)量的不均勻就會影響物體旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)速越高，抖動就會越大。平衡塊作為一種配重部件可以幫助物體在靜態(tài)及轉(zhuǎn)動過程中保持動平衡。非貫穿式指針的針體部分和針帽部分結(jié)構(gòu)相互獨立可拆裝，對于非貫穿式指針，由于整個指針的重心偏離導(dǎo)光柱的正中央，因此需要在針帽內(nèi)部背離針尖方向增加動平衡塊以調(diào)整整個指針的重心位置，使得整個指針的重心回到指針導(dǎo)光柱的正中央，以保證指針的動平衡性能，詳見圖 2：

圖2 非貫穿式指針

需要注意的是，在計算配重平衡塊的大小時，將原始記錄、加試重記錄以及試重塊數(shù)據(jù)準(zhǔn)確輸入計算器。配重平衡塊加在指定位置后，一定要牢固，防止在指針轉(zhuǎn)動過程中掉落。

3 貫穿式指針及其動平衡結(jié)構(gòu)設(shè)計

貫穿式指針的針體部分和針帽部分合為一個整體，不可拆分，見圖 3。對于貫穿式指針我們除了可以在針帽內(nèi)部背離針尖方向增加動平衡塊外還可以在設(shè)計時將針體的尾端加大，以維持指針的動平衡性能。但是一般貫穿式指針動平衡塊的布置位置要極為注意，因為對于貫穿式指針還要考慮整個針體的導(dǎo)光性能，所以對于這樣的指針一般將動平衡塊布置在針體尾端的兩側(cè)或是U型設(shè)計，以保證整個指針的導(dǎo)光性能。

圖3 貫穿式指針

4 指針動平衡驗證方法

如果指針的動平衡設(shè)計的非常好，整個指針的重心應(yīng)該在導(dǎo)光柱的正中間，一個比較好的驗證方式就是指針可以立在水平位置上而不發(fā)生傾斜，詳見圖4。

圖4 指針動平衡驗證

另外也可以將組合儀表模擬安裝在車輛上的角度和位置并驅(qū)動指針運行，觀察指針在運行過程中是否存在抖動現(xiàn)象，抖動越小動平衡設(shè)計的越好。如果發(fā)現(xiàn)存在抖動，該抖動現(xiàn)象在指針處于水平位置時尤其明顯。原因很簡單，當(dāng)指針處于水平位置時，扭矩是最大的（力是相同的，但在水平位置時的力臂最大），因此抖動現(xiàn)象也是最明顯的。

5 結(jié)論

汽車組合儀表是人機交互的主要窗口，盡管液晶顯示技術(shù)目前已經(jīng)非常成熟，但汽車儀表盤還是普遍使用指針式儀表，不僅因其制造成本相對低廉、適用性廣泛更重要的是可以反應(yīng)車速、轉(zhuǎn)速等參數(shù)的變化趨勢。在組合儀表指針設(shè)計時通過在針帽內(nèi)部背離針尖方向增加動平衡塊同時考慮將針體的尾端加大，以調(diào)整整個指針的重心位置，使得整個指針的重心位于指針導(dǎo)光柱的正中央，以保證指針的動平衡性能，減少指針抖動，帶給用戶更好的駕乘體驗。

[1] 劉斐,孫宇.基于人機工程的汽車組合儀表設(shè)計研究[J].遼東學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2010,17(02):124-128.

[2] 錢方,王師.淺談汽車組合儀表的設(shè)計[J].汽車實用技術(shù),2015,3:40-42.

[3] 王翥.基于CAN總線的電子式汽車組合儀表的研究[A].電子測量與儀器學(xué)報雜志社,2007,5.

[4] 唐志勇,暴宏志.汽車儀表指針控制技術(shù)[J].汽車電器,2007,7:1-2 +8.

Design of Automobile Instrument Panel Cluster pointer dynamic balance

Wang Muhan, Liang Chen
( Brilliance Automotive Engineering Research Institute, Liaoning Shenyang 110000 )

Based on the stepping motor drived pointer used to indicate vehicle speed, engine speed, fule level, coolant temperature, in order to help the engineer to perfect pointer’s dynamic balance performance during the design process. This paper mainly introduces the structure design method of Automobile Instrument Panel Cluster pointer, making the pointer reach its best dynamic balance performance, the pointer moves smoothly, convey relative Automobile messages to the customer promptly, improve customer’s driving experience.

Automobile IPC; pointer; dynamic balance

U462.1

A

1671-7988 (2017)21-82-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.21.028

CLC NO.: U462.1

A

1671-7988 (2017)21-82-02

王沐晗，女，工程師，就職于華晨汽車工程研究院，研究領(lǐng)域：汽車組合儀表，胎壓監(jiān)測系統(tǒng)，車載時鐘，網(wǎng)關(guān)等。

梁晨，男，助理工程師，就職于華晨汽車工程研究院，研究領(lǐng)域：汽車組合儀表，胎壓監(jiān)測系統(tǒng)，車載時鐘，網(wǎng)關(guān)等。