全液晶儀表機械結構精益設計方案

張文博

（北京汽車集團越野車有限公司，北京 101300）

隨著汽車電子信息技術的飛速發展，整車配置的儀表早已經將傳統的機械指針儀表換成了全彩色TFT屏的全液晶儀表。全液晶儀表為了達到炫麗的顯示效果，硬件平臺必須足夠強大，以支撐顯示需求。但硬件平臺隨之帶來的問題也就顯現出來：12.3inchTFT屏為了顯示清晰、亮度高，它的發熱量十分大；而主芯片為了驅動色彩豐富和分辨率高的畫面，強大的計算能力，它本身的發熱量也是十分大。

以市場現有車型為例，為了解決全液晶儀表發熱量問題，均采用局部鋁制散熱模組和電子風扇進行儀表散熱，但這樣一來，儀表的機械結構設計就較為復雜，裝配工藝也會變得繁瑣，單件成本增加。

為了簡化儀表的機械結構設計，更好地控制整車的成本，提高儀表裝配的效率，在某系列車型開發初期，提出了一種全新的儀表燈箱架和后殼結構設計，此設計可以在解決儀表發熱量大問題的同時，滿足上述所有訴求，下文將以某系列車型全液晶儀表成功應用及開發為例進行闡述。

該方案在某系列車型項目上的成功實施，不但降低了單車成本，簡化了儀表裝配工藝，有效的降低了零部件的故障率，也為后續車型零部件的機械結構設計開發積累了經驗、奠定了基礎。

1 全液晶儀表機械結構開發現狀

1.1 全液晶儀表機械結構現狀

市場上全液晶儀表的機械結構方式大多比較繁瑣，下面以某車型全液晶儀表為例進行分析，某車型全液晶儀表結構示意圖如圖1所示，拆解圖如圖2所示，PCBA總成如圖3所示，拆解明細表見表1。

從表1可以看出，某車型全液晶儀表機械結構設計較為復雜，共含28個零部件。

1.1.1 某車型全液晶儀表散熱設計

某車型全液晶儀表的散熱部分，由電子風扇和散熱模組組成，采取主動式散熱的方式，而燈箱架選用的是黑色PPS，儀表主板和TFT屏均安裝在燈箱架上，共采用8個螺絲固定，同時，雖然主板和TFT屏的散熱量大，但是PPS材質耐高溫，熱穩定性優良，它的最高連續使用溫度達400℃，可以滿足使用要求。

圖1 某車型儀表示意圖

圖2 某車型儀表拆解圖

圖3 某車型儀表PCBA總成圖

1.1.2 某車型全液晶儀表裝配設計

某車型全液晶儀表在裝配上分為如下幾個大步驟。

1）對3個顯示面板 （報警燈、水溫表和燃油表）先進行組裝，安裝方式：卡接；然后與前框架進行分裝，安裝方式為螺接。

2）散熱模組是通過導熱凝膠粘到主芯片上，然后裝上電子風扇，與PCBA進行分裝，安裝方式卡接。

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3）搭鐵線連接片與燈箱架進行分裝，安裝方式：螺接。

4）將TFT屏、儀表主板、燈箱架、前框架與后殼依次進行組裝，安裝方式：螺接。

表1 某車型儀表拆解明細表

5）最后安裝揚聲器，安裝方式：卡接。

1.1.3 某車型全液晶儀表共搭鐵設計

某車型儀表TFT液晶屏，通過5個搭鐵線連接片與儀表主板接觸，以達到TFT屏與儀表主板共搭鐵設計。

通過上述描述，某車型全液晶儀表的機械結構設計，導致它的安裝方式較為繁瑣，裝配效率低。

2 某系列車型全液晶儀表機械結構精益設計方案

2.1 儀表機械結構設計

根據整車配置，針對信息娛樂系統進行系統性規劃，其中，儀表與中控主機交互功能如下。儀表結構示意如圖4所示，拆解圖見圖5，拆解明細見表2。

圖4 某系列車型全液晶儀表示意圖

圖5 某系列車型全液晶儀表拆解圖

從表2可以看出，某系列車型全液晶儀表機械結構設計較為精益化，共含8個零部件。

1）某系列車型全液晶儀表散熱設計

某系列車型全液晶儀表的散熱部分，僅由導熱硅膠、燈箱架和后殼組成，采取被動式散熱的方式，燈箱架和后殼均選用的是鋁材，儀表主板和TFT屏均安裝在燈箱架上，共采用8個螺絲固定，TFT屏和主芯片的熱量通過硅膠傳遞到燈箱架和后殼，然后將熱量散發出去，如圖6所示。

2）某系列車型全液晶儀表功率統計

針對主要發熱源TFT屏和芯片進行功率統計，結果如下。TFT屏功率計算圖如圖7所示。

12.3inchTFT屏功率：根據TFT屏提供的規格書，LED總發光功率：PLED=ULED×ILED=34V×93mA×4≈12W。

注：ULED光源兩端正向電壓；ILED是流過LED的電流。

表2 某系列車型全液晶儀表拆解明細表

圖6 某系列車型全液晶儀表散熱示意圖

圖7 TFT屏功率計算圖

某系列車型儀表芯片主要以主芯片 （IMX6D）和電源管理芯片發熱量大，其中，主芯片功率5.8W，電源管理芯片1.56W，合計7.36W。

3）針對某系列車型全液晶儀表進行熱分析校核，外部環境溫度為85℃時，在保留傳熱方面的情況下，可以在需要的地方合理地簡化幾何形狀，將完整的PCB和散熱件進行建模分析，結果如圖8~圖11所示。

圖8 燈箱架散熱分析圖

圖9 后殼散熱分析圖

圖10 TFT屏散熱分析圖

圖11 PCBA散熱分析圖

通過結果可看出，模擬分析得出的各部位溫度值滿足125℃以下，PCB主板和TFT屏上的所有設備都是熱安全的。LCD具有熱安全性。

4）某系列車型全液晶儀表裝配設計

某系列車型全液晶儀表在裝配上分為如下幾個大步驟：①將導熱硅膠粘貼在燈箱架上；②將TFT屏、儀表主板、燈箱架與后殼依次進行組裝，安裝方式：螺接；③最后安裝前框架組合，安裝方式：卡接。

5）某系列車型全液晶儀表共搭鐵設計

某系列車型儀表TFT液晶屏，通過燈箱架直接與儀表主板接觸，以達到TFT屏與儀表主板共搭鐵設計。

通過上述描述，某系列車型全液晶儀表的機械結構設計十分精益化，步驟少，裝配效率較高。

2 散熱效果驗證

針對某系列車型全液晶儀表和某車型全液晶儀表進行散熱對比試驗，如下。

1）試驗條件：①環境溫度：26℃；②試驗電壓：13.5V；③運行時間：2h；④測試設備：熱電偶。

2）實驗結果：①某系列車型全液晶儀表實測：表面溫度36.4℃~36.7℃，如圖12所示。②對某車型全液晶儀表進行實車測試，環境溫度：26℃，運行2h后，表面溫度40.7℃。

圖12 某系列車型儀表測試圖

綜上所述，某系列車型全液晶儀表采用的被動式散熱，散熱效果是滿足使用要求的。

3 結論

該方案在某系列車型項目上的成功實施，不但滿足了儀表散熱要求，還簡化了儀表裝配工藝，提高儀表裝配的效率，有效降低了零部件的故障率，降低了單車成本，也為后續車型零部件的機械結構設計開發積累了經驗、奠定了基礎。