現(xiàn)代車(chē)輛儀表系統(tǒng)及其檢修方法

楊月海， 任振瑩， 王彥欽

（中國(guó)人民解放軍31620 部隊(duì)， 安徽 六安 237010）

1 引言

隨著車(chē)輛電子技術(shù)、車(chē)載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及電子顯示技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代車(chē)輛廣泛采用指示準(zhǔn)確、信息量大且高度智能化的數(shù)字式儀表系統(tǒng)。數(shù)字式儀表系統(tǒng)以電子控制器為核心，不僅能精確顯示機(jī)油壓力、冷卻液溫度、油箱燃油儲(chǔ)存量、車(chē)速、行駛里程、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、電壓、電流等一些直接參數(shù)，以及轉(zhuǎn)向指示、遠(yuǎn)光指示、安全帶警示等聲光信息，還具有記憶、運(yùn)算處理功能，可顯示經(jīng)過(guò)計(jì)算處理后的瞬時(shí)油耗量、平均油耗、平均車(chē)速、續(xù)駛里程、行駛時(shí)間等間接參數(shù)。而且，還可通過(guò)總線系統(tǒng)獲取車(chē)輛各個(gè)控制系統(tǒng)的故障信息、倒車(chē)?yán)走_(dá)監(jiān)測(cè)的信息等，可提供更多、更復(fù)雜的車(chē)輛狀態(tài)信息，且可靠性和精確度更高，顯示形式多樣。一些參數(shù)采用數(shù)字化、條線圖形、聲光顯示與報(bào)警等，可使駕駛員更加方便、全面地掌握車(chē)輛的運(yùn)行狀況，特別是發(fā)動(dòng)機(jī)的各種工作參數(shù)是否正常，更高的儀表性能會(huì)更適合現(xiàn)代車(chē)輛的使用要求。

2 現(xiàn)代車(chē)輛儀表系統(tǒng)的基本組成

現(xiàn)代車(chē)輛儀表系統(tǒng)由軟件和硬件兩大部分組成，控制軟件就是存儲(chǔ)在微處理器只讀存儲(chǔ)器中的各種控制程序，用來(lái)完成對(duì)傳感器輸入信號(hào)的處理和對(duì)儀表各種功能進(jìn)行控制。儀表系統(tǒng)硬件主要包括儀表電路及其組成部件，常用儀表一般由傳感器和顯示部分（指示表） 組成。采用各種傳感器將車(chē)輛的各種狀態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸送給儀表的電子控制器，電子控制器運(yùn)用控制軟件對(duì)輸入的各種信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、處理和邏輯運(yùn)算，然后驅(qū)動(dòng)顯示系統(tǒng)（指示表或液晶屏）、報(bào)警裝置顯示出各種信息。儀表系統(tǒng)硬件通常是由傳感器與開(kāi)關(guān)檢測(cè)電路、電子控制器、信息顯示系統(tǒng)和執(zhí)行電路等構(gòu)成，儀表系統(tǒng)基本組成如圖1所示。

圖1 儀表系統(tǒng)的基本組成

2.1 傳感器與開(kāi)關(guān)檢測(cè)電路

在現(xiàn)代車(chē)輛儀表系統(tǒng)中，傳感器檢測(cè)電路將發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度與轉(zhuǎn)速、機(jī)油壓力、燃油箱儲(chǔ)油量、車(chē)輛行駛速度等參數(shù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸送給儀表的電子控制器，還有各種開(kāi)關(guān)式傳感器用來(lái)監(jiān)視機(jī)油壓力、冷卻液溫度、燃油箱液面等極限狀況。儀表系統(tǒng)所用的一些傳感器（如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)溫度傳感器、車(chē)速傳感器等） 信號(hào)與發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)、自動(dòng)變速器電子控制系統(tǒng)及其它車(chē)輛電子控制系統(tǒng)共享。此外，一些控制開(kāi)關(guān)也實(shí)時(shí)地將檢測(cè)到的車(chē)輛的各種狀態(tài)信息提供給儀表電子控制器，如轉(zhuǎn)向燈開(kāi)關(guān)、變速器擋位開(kāi)關(guān)、車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)等。

2.2 電子控制器

現(xiàn)代車(chē)輛儀表系統(tǒng)的電子控制器（ECU） 主要由微處理器、輸入接口電路和顯示驅(qū)動(dòng)電路等組成。

2.2.1 微處理器

微處理器為單片大規(guī)模集成電路，由CPU（中央處理器）、ROM（只讀存儲(chǔ)器）、RAM（隨機(jī)存儲(chǔ)器）、總線接口部件等構(gòu)成。它是儀表系統(tǒng)的控制核心，主要作用是接收傳感器與開(kāi)關(guān)信號(hào)，并對(duì)這些輸入信號(hào)進(jìn)行分析與邏輯運(yùn)算，計(jì)算出控制指令輸出到顯示驅(qū)動(dòng)電路，控制相關(guān)的顯示器或報(bào)警裝置工作。

2.2.2 輸入接口電路

輸入接口電路包括輸入信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)和信號(hào)處理電路等，用于對(duì)傳感器輸入信號(hào)的選擇和對(duì)輸入信號(hào)的處理，信號(hào)處理電路包括A/D（模擬／數(shù)字） 轉(zhuǎn)換器、放大器、濾波器、整形電路等。由于微處理器處理的都是數(shù)字信號(hào)，而各種傳感器檢測(cè)到的信號(hào)都為模擬信號(hào)，所以電路中設(shè)置了A/D（模擬／數(shù)字） 轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換后的信號(hào)要通過(guò)濾波器去除雜波，通過(guò)放大器進(jìn)行信號(hào)放大，往往還要通過(guò)整形電路對(duì)信號(hào)作進(jìn)一步的處理后，再提供給微處理器。此外，輸入接口電路中還設(shè)置了CAN接口電路，用來(lái)接收汽車(chē)上其他電子控制系統(tǒng)檢測(cè)到的各種車(chē)輛狀態(tài)信息，供儀表電子控制器進(jìn)行處理與顯示。采用CAN總線的儀表電路只使用兩根雙絞線作為信號(hào)傳輸線，使儀表導(dǎo)線大大減少，但輸入的信息量卻大大提高。

2.2.3 顯示驅(qū)動(dòng)電路

顯示驅(qū)動(dòng)電路包括信號(hào)選送開(kāi)關(guān)、信號(hào)處理電路和功率放大電路等，用于對(duì)微處理器輸出信號(hào)的選送與處理、D/A（數(shù)字/模擬） 轉(zhuǎn)換，以及信號(hào)的功率放大等。

2.3 信息顯示系統(tǒng)與執(zhí)行電路

現(xiàn)代車(chē)輛儀表的信息顯示系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)不同分為以下兩種：①液晶屏顯示：采用液晶顯示屏直接將各種功能用英文字母、數(shù)字、圖形等形式顯示出來(lái)，直觀、醒目、體積較??；②指針式顯示：采用集成電路控制的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)表盤(pán)指針進(jìn)行顯示?？刂菩阅芎?，抗干擾能力強(qiáng)。車(chē)輛的車(chē)速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、燃油量、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫等信息一般采用這種顯示方式。信息顯示系統(tǒng)是在電子控制器的控制下完成對(duì)各種功能的顯示，主要顯示發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、燃油量、汽車(chē)行駛速度等信息，也可顯示油耗、加速度、續(xù)駛里程等通過(guò)計(jì)算得到的信息；報(bào)警裝置用于發(fā)動(dòng)機(jī)溫度過(guò)高、機(jī)油壓力過(guò)低、燃油液面過(guò)低、制動(dòng)液面過(guò)低等異常情況或極限狀態(tài)的警告，通過(guò)相應(yīng)的報(bào)警燈點(diǎn)亮或閃爍、蜂鳴器鳴響的方式發(fā)出警報(bào)。

3 現(xiàn)代車(chē)輛儀表的類(lèi)型

現(xiàn)代車(chē)輛儀表按照信息顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不同可以分為3種類(lèi)型。

1） 液晶屏與指針組合顯示式。這是目前車(chē)輛上應(yīng)用量較多的一種儀表，它的一種典型外形如圖2和圖3所示。

圖2 液晶屏與指針組合顯示式儀表外形

圖3 車(chē)輛組合儀表板

2） 全指針顯示式。此種儀表全部采用指針顯示方式顯示車(chē)輛運(yùn)行參數(shù)信息，用數(shù)字電路控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)指針指示表盤(pán)刻度進(jìn)行顯示。

3） 全液晶顯示式。此種儀表是采用液晶儀表與寬溫度范圍的模擬指針式儀表組合而成的。LCD全數(shù)字顯示式儀表外形如圖4所示。

圖4 LCD全數(shù)字顯示式儀表外形

4 現(xiàn)代車(chē)輛儀表系統(tǒng)檢修“八項(xiàng)注意”

現(xiàn)代車(chē)輛儀表系統(tǒng)由微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，儀表邏輯印刷電路板是易損件，在檢修時(shí)為確保儀表板安全需要“八項(xiàng)注意”。

1） 必須先斷電，再拆裝儀表板總成；熟悉操作規(guī)程和拆裝順序，嚴(yán)禁敲打振動(dòng)，防止因操作不當(dāng)或用力過(guò)猛而損壞儀表或印刷電路板。

2） 儀表板總成與線束連接的連接器都帶有鎖止裝置，在斷開(kāi)連接器時(shí)，必須先解除鎖止，嚴(yán)禁硬撬，防止損壞連接器的插頭和插座。

3） 為防止靜電感應(yīng)損壞儀表板總成內(nèi)的集成電路，在拆裝儀表板總成時(shí)，應(yīng)選擇在沒(méi)有靜電感應(yīng)的場(chǎng)地，并且不能穿著合成纖維面料的衣服。操作前，最好先戴上橡皮手套或防靜電手腕帶。當(dāng)在工作臺(tái)上操作時(shí)，手腕帶與操作墊板應(yīng)共用一根導(dǎo)線并可靠搭鐵。而在車(chē)上操作時(shí)，手腕帶應(yīng)與車(chē)身可靠連接（搭鐵），以便釋放人體靜電。

4） 拆裝儀表板總成時(shí)，手只能觸碰儀表板的絕緣部位，盡量不要觸碰液晶顯示屏表面，以防液晶顯示屏受損。儀表板備用電子元器件保存時(shí)，應(yīng)用鍍鎳包裝袋封裝，或用錫箔紙包裹。需要更換時(shí)取出，并且手不要觸及元器件引腳，以防靜電損壞元器件。

5） 檢測(cè)儀表板應(yīng)使用高阻抗數(shù)字萬(wàn)用表，車(chē)輛的電源電壓不能直接加在儀表板的任何輸入端。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，嚴(yán)禁斷開(kāi)蓄電池連接線，防止瞬間高壓損壞儀表板。

6） 使用冷陰極管的儀表板總成通電后在冷陰極管連接器上存在高壓交流電，不得接觸這些部位。

7） 儀表系統(tǒng)的電子控制器故障率非常低，系統(tǒng)發(fā)生故障應(yīng)先檢查排除接插件、連接線、焊點(diǎn)等外圍電路故障，確認(rèn)外圍電路沒(méi)問(wèn)題后再更換電子控制器。對(duì)于集成有車(chē)輛防盜功能的儀表板，不管是防盜模塊損壞，還是儀表模塊損壞，都要更換整個(gè)組合儀表板總成。

8） 新儀表板如不能正常工作，則須要重新進(jìn)行編碼，如指示值或顯示值有偏差，則要用檢測(cè)儀進(jìn)行修正。

5 現(xiàn)代車(chē)輛儀表系統(tǒng)故障檢修

車(chē)輛數(shù)字式儀表板的印刷電路板和電子控制器工作可靠性較高，故障率相對(duì)較低，儀表系統(tǒng)的故障部位大多發(fā)生在傳感器、線束連接器、導(dǎo)線、單個(gè)儀表及顯示器。在檢修儀表系統(tǒng)故障時(shí)，要根據(jù)具體故障現(xiàn)象分析故障范圍，優(yōu)先考慮易發(fā)生故障的部位，有的放矢地檢查，以提高檢修效率。

1） 檢修儀表系統(tǒng)時(shí)，可用眼看、手摸或嗅覺(jué)對(duì)儀表系統(tǒng)進(jìn)行必要的基本檢查，以便排除一些明顯的故障。①用肉眼觀察各個(gè)儀表傳感器電路連接狀況，包括各連接器的接觸狀況、導(dǎo)線是否破損、搭鐵、短路或斷路，連接器外觀要齊全完好，應(yīng)無(wú)松動(dòng)或脫落，插頭插座應(yīng)接觸可靠無(wú)銹蝕；②觀察儀表盤(pán)印刷電路板應(yīng)無(wú)明顯脫焊或損毀的部位等，如儀表系統(tǒng)外觀良好，接通點(diǎn)火開(kāi)關(guān)觀察儀表板各個(gè)儀表和指示燈工作情況，在儀表電路接通一段時(shí)間后用手觸摸儀表電路各連接器，應(yīng)沒(méi)有明顯的溫度感覺(jué)，若溫度過(guò)高說(shuō)明該連接器接觸不良，應(yīng)查明原因予以排除；③關(guān)閉點(diǎn)火開(kāi)關(guān)后，觸摸儀表板上電阻、集成塊等元件應(yīng)不燙手，并且無(wú)異味，否則，應(yīng)檢查儀表板的可靠性。

2） 現(xiàn)代車(chē)輛儀表系統(tǒng)一般都具有故障自診斷功能，檢修時(shí)盡可能利用系統(tǒng)自診斷功能通過(guò)讀取故障碼來(lái)確定故障的大概部位或原因，以提高檢修效率。

3） 如果發(fā)現(xiàn)所有的指示燈和儀表均無(wú)法正常工作，則應(yīng)檢查儀表板的總電源電路和搭鐵電路有無(wú)斷路或接觸不良，如果儀表板液晶屏黑屏、指示燈燈光較為暗淡，則應(yīng)重點(diǎn)檢查蓄電池是否嚴(yán)重虧電。

4） 如果個(gè)別指示燈或儀表工作異常，則故障范圍可確定在該指示燈或儀表的電源電路及其傳感器電路中。此時(shí)，可采用斷路或搭鐵法進(jìn)一步縮小故障范圍，接通點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，將該指示燈或儀表傳感器上的導(dǎo)線拆下，即將傳感器斷路，觀察該指示燈或儀表是否有反應(yīng)?；蛟邳c(diǎn)火開(kāi)關(guān)接通情況下，將傳感器上拆下來(lái)的導(dǎo)線直接短時(shí)間搭鐵，觀察故障指示燈或儀表是否有反應(yīng)，如故障指示燈或儀表有反應(yīng)（例如指示燈亮或儀表指針擺動(dòng)），則說(shuō)明該指示燈或儀表自身沒(méi)故障，電源和到傳感器的電路沒(méi)故障，問(wèn)題在傳感器，應(yīng)進(jìn)行下一步的傳感器檢查；如故障指示燈或儀表沒(méi)反應(yīng)，則用萬(wàn)用表逐段檢查故障指示燈或儀表至傳感器的導(dǎo)線有無(wú)斷路或搭鐵故障，并排除；如導(dǎo)線正常，再檢查故障指示燈或儀表的電源有無(wú)故障，并排除；如電源部分確定無(wú)問(wèn)題后，可確定該指示燈或儀表?yè)p壞，可使用相應(yīng)檢測(cè)儀器對(duì)該儀表進(jìn)行檢查，也可采用替換法確定儀表有無(wú)故障。

5） 檢查傳感器時(shí)，對(duì)于各種電阻式傳感器（如水溫傳感器），將傳感器的連接電路斷開(kāi)，拆下傳感器置于加熱器的水中，將傳感器加熱至20℃、80℃和100℃，分別測(cè)量3個(gè)溫度的傳感器阻值與標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)照，若與標(biāo)準(zhǔn)值相符，說(shuō)明傳感器無(wú)故障；若所測(cè)阻值小于標(biāo)準(zhǔn)值，表明傳感器內(nèi)部短路；若所測(cè)阻值為無(wú)窮大，則為傳感器內(nèi)部斷路，傳感器是不可拆卸、不可維修的部件，確定有故障只能更換新件。對(duì)于開(kāi)關(guān)式傳感器（如機(jī)油壓力報(bào)警傳感器），檢查時(shí)拆下傳感器連接導(dǎo)線，在不起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)情況下用萬(wàn)用表測(cè)量傳感器接線端子與發(fā)動(dòng)機(jī)缸體應(yīng)導(dǎo)通，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)后測(cè)量萬(wàn)用表應(yīng)顯示不導(dǎo)通，如測(cè)量結(jié)果與上述不符，說(shuō)明傳感器已損壞，需更換。

6） 檢修儀表顯示器時(shí)，首先檢查故障液晶屏顯示驅(qū)動(dòng)集成電路的引腳是否有接觸不良或脫焊現(xiàn)象，如有，應(yīng)重新焊接；如集成電路引腳無(wú)故障，則可確定液晶顯示屏本身有故障，則應(yīng)更換新的液晶顯示屏。

7） 如果車(chē)輛儀表板上有多個(gè)電控系統(tǒng)報(bào)警燈點(diǎn)亮，說(shuō)明車(chē)輛有多個(gè)電子控制系統(tǒng)存在故障。但車(chē)輛同時(shí)多個(gè)電控系統(tǒng)發(fā)生故障的可能性較小，故障可能是在這些電控系統(tǒng)的公共部分，如公共搭鐵點(diǎn)接觸不良或總線系統(tǒng)故障等。檢修時(shí)，先確定公共搭鐵點(diǎn)是否緊固可靠，如搭鐵沒(méi)問(wèn)題，則應(yīng)重點(diǎn)檢查CAN總線有無(wú)故障。對(duì)于集成有防盜功能的數(shù)字式儀表系統(tǒng)，車(chē)輛防盜鑰匙手柄內(nèi)的轉(zhuǎn)發(fā)器與數(shù)字式儀表之間的通信是時(shí)刻存在的，一旦密碼不對(duì)或通信信息中斷，儀表防盜控制單元就會(huì)發(fā)出控制指令使發(fā)動(dòng)機(jī)被鎖死，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法起動(dòng)。因此，帶防盜功能的儀表控制單元部分出現(xiàn)異常后，有可能會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)不能正常起動(dòng)。

6 結(jié)語(yǔ)

儀表系統(tǒng)是車(chē)輛上比較精密的部件，也是車(chē)輛行駛中駕駛員獲取車(chē)輛信息重要窗口，對(duì)于行車(chē)安全至關(guān)重要。數(shù)字式儀表系統(tǒng)看似復(fù)雜，但在熟悉結(jié)構(gòu)原理后，將它分成單個(gè)模塊、單個(gè)儀表和指示燈電路后就比較簡(jiǎn)單了。掌握科學(xué)實(shí)用檢修方法和技巧，就能快速診斷故障部位，順利地排除故障。