摩托車儀表顯示屏振動故障分析及優化設計

雷 鵬，黃國鵬，賈志超，歐欣然

（隆鑫通用動力股份有限公司，重慶 400052）

0 引言

儀表顯示屏作為駕駛員與車輛進行信息交流的重要窗口，清晰明了地顯示行車基礎信息，使駕駛員充分的了解車輛的運行工況，是車輛安全行駛的重要保障[1]。刷新頻率是指顯示屏每秒鐘圖像被刷新的次數。目前，主流的儀表液晶顯示屏主要由兩片很薄的平板玻璃封接而成，其刷新頻率一般設定值為60 Hz[2]。由于液晶顯示屏在顯示平面方向對振動非常的敏感，車載或機載環境強烈的振動會嚴重影響液晶顯示屏顯示圖像的質量[3]。同時，如果發生共振現象，既影響車輛的振動舒適性，又極易造成車上儀表零部件的松脫落動或者結構斷裂損壞，影響車輛的行駛安全性[4]。因此，對儀表液晶顯示屏采取一定的措施，提高顯示屏的抗振水平非常有必要。吳金華等[5]以大面積TFT液晶顯示屏為研究對象，分析了在振動情況下應力對顯示質量的作用機理；曹允等[6]基于溫度、光源等角度，討論了外部環境對顯示屏顯示效果的影響。上述文獻對車輛儀表液晶顯示屏顯示問題的討論與研究，基本都僅局限于液晶屏的機械性能結構和液晶材料的光電特性兩個方面，鮮有從振動角度去分析。

某摩托車在行駛過程中，其儀表顯示屏會出現“顯示模糊，重影發白”的頻閃問題，對整車的行駛帶來較大的安全隱患。為了解決這一問題，基于振動控制，采取測試分析的技術手段，對引起儀表顯示屏的顯示異常問題的根本原因進行分析與診斷，有針對性地對儀表的安裝結構進行調整與優化，解決其顯示故障問題，改善了顯示屏的顯示效果，滿足用戶的使用要求。

1 測試分析與原因診斷

1.1 儀表盤的振動測試

為了能夠清楚地了解儀表顯示屏顯示異常的情況，將結果用數據量化，采用LMSTest.Lab數據采集和分析系統，對摩托車的儀表進行振動測試與分析[7]。由于儀表的液晶顯示屏在顯示平面方向對振動非常的敏感，因此選擇在該處布置振動加速度傳感器，通過勻加速（摩托車靜置空擋，發動機轉速2000 r/min~8000 r/min的勻加速過程）試驗采集振動測試信號，并對其垂向加速度進行階次跟蹤[8-9]。圖1為儀表顯示屏的測點位置。

圖1 儀表盤測點位置圖

圖2為儀表顯示屏的振幅曲線圖，圖3是垂向加速度階次跟蹤圖。從圖2和圖3中可以看出：儀表本身，在3500 r/min存在1階共振激勵，存在明顯的共振特征，對應的頻率為58 Hz；在6800 r/min存在0.5階共振激勵，存在明顯的共振特征，對應的頻率為56 Hz。

圖2 儀表顯示屏測點位置圖

圖3 垂向加速度階次跟蹤圖

1.2 原因診斷

目前主流的儀表液晶顯示屏，其刷新頻率預設值為60 Hz[10]。根據上述圖2和圖3可知，儀表盤顯示屏本身存在0.5階共振激勵和1階共振激勵，其頻率分別為56 Hz、58 Hz，該固有頻率與液晶顯示屏的刷新頻率設定值60 Hz非常接近。同時，儀表和車架轉向立管通過螺栓剛性連接，在發動機的激勵下，發生共振，顯示屏圖像的閃爍和抖動也就越厲害，進而導致出現“顯示模糊，重影發白”的現象，嚴重影響其顯示效果。

2 改進設計

提高儀表顯示屏顯示質量的關鍵技術包括機械性能加固、高低溫工作性能設計、光學設計等[5]。上述優化措施，無論是機械機構的調整，還是液晶材料的光、電特性分析，均需涉及對液晶顯示屏機械結構設計、相關材料以及內部的電路原理進行分析與改進。這可能引起新的故障，且成本高昂、周期較長，不利于儀表顯示屏的生產應用。

從方案實施的操作便捷性，企業開發周期及成本控制等角度考慮，將儀表顯示屏和車架的剛性連接改為柔性連接，減弱車身自身振動對儀表的影響。采取的優化設計方案如圖4所示，具體為：采用“工字橡膠+T型襯套”（T型襯套略高于工字橡膠）的安裝方式。通過引入經過硫化處理的橡膠阻尼結構，作為車架儀表系統的耗能構件，吸收儀表顯示屏受到的振動能量，抑制儀表在發動機激勵下產生過大的響應，進而減弱了儀表顯示屏的劇烈振動。同時，橡膠阻尼結構可以有效控制振動頻率，避免發生共振，保證儀表顯示屏的顯示穩定性。

圖4 儀表連接結構柔性優化

3 試驗驗證

對改進設計后的整車儀表顯示屏進行振動測試，并對改進前、后的測試結果進行對比分析。圖5為儀表連接改進前后振幅對比曲線圖。從圖5中可以看出，改進設計后，儀表顯示屏在3500 r/min、6800 r/min的共振特征被消除，在常用轉速段振動線性度控制較好，無其他明顯的共振特征，振幅變化平穩，振動改善效果明顯。

圖5 儀表連接改進前后振幅曲線圖

圖6為優化后儀表顯示屏的信息顯示情況，結合測試結果和駕駛員的主觀目測進行綜合判定，儀表液晶顯示屏“顯示模糊，重影發白”的現象被消除，顯示屏信息顯示清晰自然、工作穩定。優化方案有效地解決了儀表顯示屏的顯示故障問題，且成本較低，易于實施。

圖6 優化后儀表信息顯示圖

4 結論

（1）某摩托車儀表存在0.5階激勵和1階激勵，其固有頻率分別為56 Hz、58 Hz，上述頻率與儀表顯示屏的刷新頻率設定值60 Hz很接近，發生共振，進而導致摩托車儀表顯示屏在行駛過程中出現“顯示模糊，重影發白”的頻閃現象。

（2）采取的優化方案是，把儀表和車架的連接方式由剛性連接調整為“工字橡膠+T型襯套”（T型襯套略高于工字橡膠）的柔性連接。

（3）儀表顯示屏的顯示故障問題被消除，顯示屏信息顯示清晰自然、工作穩定。優化方案經濟、合理，改善了儀表顯示屏的工作環境和顯示質量，為車輛儀表顯示屏的選型和安裝提供理論參考。