汽车仪表的工作原理

汽车的仪表盘装有各种显示器和指示灯，使驾驶员能够操作车辆。其中主要包括几个仪表——通常是速度表、里程表、转速表、油压表、 燃油表等。以及系统故障和警告的各种指示器。仪表组为驾驶员提供集中且易于查看的位置，以显示所有关键系统信息。

01仪表的子系统组成

负载驱动器：每个物理（即非图形）仪表由单个步进电机驱动。也几乎所有仪表盘都包含 LED 背光。所有这些设备都需要适当的加载驱动程序以正常运行。仪表盘MCU通常具有集成的步进电机;但是，LED背光驱动器是作为分立IC实现的。

连接系统：作为高完整性串行通信的事实标准，汽车的CAN是 （控制器局域网）总线构成车辆网络的“骨干”。CAN适用于应用必须在节点之间一致地传输大量但很小的数据，以及自我诊断和修复数据错误。同样，LIN（本地互连网络）处理网络 节点内的通信。LIN网络成本低廉且实现起来相对简单，它采用的拓扑结构，有一个主站--通常是一个MCU--和最多12个从站设备。

处理器：汽车应用本质上是安全关键型的，因此处理器或微控制器必须提供足够高的性能水平，以确保可靠的实时控制。另外 除了快速执行代码的能力外，选择微控制器还因为其特定应用的集成外设。仪表盘MCU通常包括一个集成的CAN和/或LIN收发器，用于与位于整个车辆的各种传感器进行通信。如前所述，微控制器还可能具有用于驱动各种仪表的步进电机驱动器。

电源管理： 低压差（LDO）调节器对重载情况特别有用，例如在启动电动启动器时。仪表组可以包括外部存储器、步进电机、一个或多个MCU、CAN接口、LIN接口和LED背光--所有这些都可能在不同的电压水平上运行。由于有这么多不同的电源轨，在设计时需要仔细考虑效率、紧凑性、低成本和低EMI。

02汽车仪表硬件框架图

基于单MCU的入门级虚拟仪表盘:

数字虚拟仪表盘在LCD或TFT屏幕上显示所有驾驶信息。这种数字仪表盘可以编程为根据驾驶员的喜好显示适当的虚拟仪表选择;点阵仪表盘正在迅速被数字虚拟仪表盘所取代。凭借功能丰富的图形引擎和灵活的内存接口，图形MCU可以支持高达1920 x 720的高分辨率的入门级数字虚拟仪表盘。与使用应用处理器和MCU的传统解决方案相比这种基于英飞凌单MCU的仪表板解决方案提供了具有竞争力的系统成本

高级虚拟仪表盘：

高级虚拟仪表盘通常具有大型显示屏，例如 12.3 英寸，分辨率为 19201080。在这种类型的仪表盘中，除了专用的图形应用处理器外，还需要个车辆接口处理器 (VIP) 来管理汽车网络、安全、安保和电源管理。

03车速显示原理

传统的汽车仪表，是一个个独立的模拟表头，用于显示必要的信息(例如车速，转速，水温等等)之后发展成组合仪表，把所有的表头集成到一起。随着科技的发展，LCD开始应用于仪表，丰富了仪表显示的车辆信息

从最开始的段码屏，发展成点阵屏以及单色TFT屏，这时可以设计数字方式显示车速。现如今，仪表中采用彩色TFT，屏幕尺寸越来越大，色彩也越来越丰富，在LCD上显示设计的模拟表头也很有科技感。

指针表: 参考下图中左边的指针

模拟表头，通过控制指针偏转的角度，来达到显示车速的目的。设计上应该保证指针平滑的运动，不能出现抖动或大幅跳动的情况.

机械机构的模拟表头，由步进电机驱动指针，指向表牌上印刷的数字。

LCD中的模拟表头，由软件逻辑控制屏幕上的指针转动，指向圆弧边的数字

数字显示: 参考下图中间LCD上显示的数字 (000 km/h)数字相对于模拟表头来说，看起来更加方便。但是设计上应该考虑数值变化时的连贯性。

一般是都爱看LCD中显示的数字，这样更直观。这也是很多车企做全液晶仪表显示的目的。但是也有部分人喜欢指针仪表，包括很多赛车上仍然是机械指针仪表，甚至仪表左右布满了指针式的小表来显示其他的信息，这也是一种汽车情怀。

车速从哪里来

车身上仪表接收车速信号一般有2种方式:

频率信号: 来自于车速传感器，计算公式为 F= V PPK /3600，其中F: 输入给仪表的频率值，单位Hz

V: 实际车速，单位 km/h

PPK: 每公里脉冲数 (Pulse Per Kilometer)

针对这种传感器，需要主机厂提供相关等效电路，用于仪表端采集电路的设计，避免电路不适配导致频率采集出现问题.

CAN信号: 车身上其他控制器直接采集车速传感器的频率信号，经过计算后，通过CAN信号发给仪表。

对于商用车，一般都遵循标准 SAE J1939，报文为TCO1 (PGN: 65132,SPN 1624)。

对于乘用车，每个主机厂都有自己特殊的定义，请参考他们提供的CAN DBC文件。

04仪表的故障灯是怎么点亮的

首先，点亮发动机故障灯，根本原因是发动机出现了某些故障，所以，故障产生于发动机的ECU。

然后，就以此网路为例，发动机的ECU会把故障信息以CAN信号的方式发送给高速的CAN总线。

第三步，高低速网关会把高速CAN的信息路由给低速CAN，此网关存在的意义是因为高低速CAN的通讯速率不一样没有办法直接通讯，有了网关之后就可以实现高低速CAN的信息共享。

第四步，低速CAN有了发动机故障的信息以后，仪表的ECU就可以在低速CAN获取到发动机的故障信息。

最后，仪表根据获取到的信息点亮相应的发动机故障灯。

这里有的朋友可能会问，如果CAN线上有很多的数据，作为一个节点怎么知道哪些是需要读取的，哪些是不需要的呢，这个就是在车辆开发的时候就已经定义的，对应的节点需要订阅哪些消息是固定的，都是根据功能设计的，然后通过CAN的ID识别自己需要的数据即可。

05仪表的转速表的显示原理

转速表一般设置在仪表板内。与车速里程表对称地放置在一起。转速表是按照磁性原理工作的．它接收点火线圈中初级电流中断时产生的脉冲信号。并将此信号转换为可显示的转速值。发动机转速越快，点火线圈产生的脉冲次数越多，表上显示的转速值就越大。

现在轿车一般都是电子式转速表，有指针式和液晶数字显示式。表内有数字集成电路．它将点火线圈输送过来的电压脉冲经过计算后驱动指针移动或数字显示。另外还有一种转速表是从发电机取出脉冲信号送到转速表电路解释后显示转速值。不过因受发电机皮带打滑等因素影响。数值不太精确。

电动车的是指的电机转速，但是对电动车而言，因为电机扭矩特性，与转速关系不大，所以行车过程中，电机转速多少我们并不关注，一般不会显示在仪表上，仪表取而代之显示的是电池功率输出，输入状态！

06仪表的水温表和燃油表的显示原理

07结束语

以上为大部分内容是机械类仪表的工作原理，目前越来越多的汽车采用全数字液晶显示仪表，直接显示具体数值即可；但显示原理还是不改变的，只不过是减少了步进电机控制指针的过程，直接将CAN总线传递过来的信号转化为数字信号显示在屏幕上，汽车里的各个ECU都是通过CAN和LIN总线连接在一起，现代汽车里的ECU总数已经迅速增加到了几十个甚至上百个之多，整个系统复杂度越来越大，几近上限。

审核编辑：汤梓红