現代車輛儀表系統及其檢修方法

楊月海， 任振瑩， 王彥欽

（中國人民解放軍31620 部隊， 安徽 六安 237010）

1 引言

隨著車輛電子技術、車載網絡技術及電子顯示技術的不斷發展，現代車輛廣泛采用指示準確、信息量大且高度智能化的數字式儀表系統。數字式儀表系統以電子控制器為核心，不僅能精確顯示機油壓力、冷卻液溫度、油箱燃油儲存量、車速、行駛里程、發動機轉速、電壓、電流等一些直接參數，以及轉向指示、遠光指示、安全帶警示等聲光信息，還具有記憶、運算處理功能，可顯示經過計算處理后的瞬時油耗量、平均油耗、平均車速、續駛里程、行駛時間等間接參數。而且，還可通過總線系統獲取車輛各個控制系統的故障信息、倒車雷達監測的信息等，可提供更多、更復雜的車輛狀態信息，且可靠性和精確度更高，顯示形式多樣。一些參數采用數字化、條線圖形、聲光顯示與報警等，可使駕駛員更加方便、全面地掌握車輛的運行狀況，特別是發動機的各種工作參數是否正常，更高的儀表性能會更適合現代車輛的使用要求。

2 現代車輛儀表系統的基本組成

現代車輛儀表系統由軟件和硬件兩大部分組成，控制軟件就是存儲在微處理器只讀存儲器中的各種控制程序，用來完成對傳感器輸入信號的處理和對儀表各種功能進行控制。儀表系統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輛的各種狀態參數轉換為電信號輸送給儀表的電子控制器，電子控制器運用控制軟件對輸入的各種信號進行轉換、處理和邏輯運算，然后驅動顯示系統（指示表或液晶屏）、報警裝置顯示出各種信息。儀表系統硬件通常是由傳感器與開關檢測電路、電子控制器、信息顯示系統和執行電路等構成，儀表系統基本組成如圖1所示。

圖1 儀表系統的基本組成

2.1 傳感器與開關檢測電路

在現代車輛儀表系統中，傳感器檢測電路將發動機的溫度與轉速、機油壓力、燃油箱儲油量、車輛行駛速度等參數轉換為電信號輸送給儀表的電子控制器，還有各種開關式傳感器用來監視機油壓力、冷卻液溫度、燃油箱液面等極限狀況。儀表系統所用的一些傳感器（如發動機轉速傳感器、發動機溫度傳感器、車速傳感器等） 信號與發動機電子控制系統、自動變速器電子控制系統及其它車輛電子控制系統共享。此外，一些控制開關也實時地將檢測到的車輛的各種狀態信息提供給儀表電子控制器，如轉向燈開關、變速器擋位開關、車門開關等。

2.2 電子控制器

現代車輛儀表系統的電子控制器（ECU） 主要由微處理器、輸入接口電路和顯示驅動電路等組成。

2.2.1 微處理器

微處理器為單片大規模集成電路，由CPU（中央處理器）、ROM（只讀存儲器）、RAM（隨機存儲器）、總線接口部件等構成。它是儀表系統的控制核心，主要作用是接收傳感器與開關信號，并對這些輸入信號進行分析與邏輯運算，計算出控制指令輸出到顯示驅動電路，控制相關的顯示器或報警裝置工作。

2.2.2 輸入接口電路

輸入接口電路包括輸入信號選擇開關和信號處理電路等，用于對傳感器輸入信號的選擇和對輸入信號的處理，信號處理電路包括A/D（模擬／數字） 轉換器、放大器、濾波器、整形電路等。由于微處理器處理的都是數字信號，而各種傳感器檢測到的信號都為模擬信號，所以電路中設置了A/D（模擬／數字） 轉換器，A/D轉換后的信號要通過濾波器去除雜波，通過放大器進行信號放大，往往還要通過整形電路對信號作進一步的處理后，再提供給微處理器。此外，輸入接口電路中還設置了CAN接口電路，用來接收汽車上其他電子控制系統檢測到的各種車輛狀態信息，供儀表電子控制器進行處理與顯示。采用CAN總線的儀表電路只使用兩根雙絞線作為信號傳輸線，使儀表導線大大減少，但輸入的信息量卻大大提高。

2.2.3 顯示驅動電路

顯示驅動電路包括信號選送開關、信號處理電路和功率放大電路等，用于對微處理器輸出信號的選送與處理、D/A（數字/模擬） 轉換，以及信號的功率放大等。

2.3 信息顯示系統與執行電路

現代車輛儀表的信息顯示系統按結構不同分為以下兩種：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、數字、圖形等形式顯示出來，直觀、醒目、體積較小；②指針式顯示：采用集成電路控制的步進電動機驅動表盤指針進行顯示。控制性能好，抗干擾能力強。車輛的車速、發動機轉速、燃油量、發動機冷卻水溫等信息一般采用這種顯示方式。信息顯示系統是在電子控制器的控制下完成對各種功能的顯示，主要顯示發動機轉速、發動機溫度、燃油量、汽車行駛速度等信息，也可顯示油耗、加速度、續駛里程等通過計算得到的信息；報警裝置用于發動機溫度過高、機油壓力過低、燃油液面過低、制動液面過低等異常情況或極限狀態的警告，通過相應的報警燈點亮或閃爍、蜂鳴器鳴響的方式發出警報。

3 現代車輛儀表的類型

現代車輛儀表按照信息顯示系統結構的不同可以分為3種類型。

1） 液晶屏與指針組合顯示式。這是目前車輛上應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輛運行參數信息，用數字電路控制步進電動機驅動指針指示表盤刻度進行顯示。

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全數字顯示式儀表外形如圖4所示。

圖4 LCD全數字顯示式儀表外形

4 現代車輛儀表系統檢修“八項注意”

現代車輛儀表系統由微型計算機進行控制，儀表邏輯印刷電路板是易損件，在檢修時為確保儀表板安全需要“八項注意”。

1） 必須先斷電，再拆裝儀表板總成；熟悉操作規程和拆裝順序，嚴禁敲打振動，防止因操作不當或用力過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，在斷開連接器時，必須先解除鎖止，嚴禁硬撬，防止損壞連接器的插頭和插座。

3） 為防止靜電感應損壞儀表板總成內的集成電路，在拆裝儀表板總成時，應選擇在沒有靜電感應的場地，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。當在工作臺上操作時，手腕帶與操作墊板應共用一根導線并可靠搭鐵。而在車上操作時，手腕帶應與車身可靠連接（搭鐵），以便釋放人體靜電。

4） 拆裝儀表板總成時，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，應用鍍鎳包裝袋封裝，或用錫箔紙包裹。需要更換時取出，并且手不要觸及元器件引腳，以防靜電損壞元器件。

5） 檢測儀表板應使用高阻抗數字萬用表，車輛的電源電壓不能直接加在儀表板的任何輸入端。發動機運行時，嚴禁斷開蓄電池連接線，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） 儀表系統的電子控制器故障率非常低，系統發生故障應先檢查排除接插件、連接線、焊點等外圍電路故障，確認外圍電路沒問題后再更換電子控制器。對于集成有車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，則須要重新進行編碼，如指示值或顯示值有偏差，則要用檢測儀進行修正。

5 現代車輛儀表系統故障檢修

車輛數字式儀表板的印刷電路板和電子控制器工作可靠性較高，故障率相對較低，儀表系統的故障部位大多發生在傳感器、線束連接器、導線、單個儀表及顯示器。在檢修儀表系統故障時，要根據具體故障現象分析故障范圍，優先考慮易發生故障的部位，有的放矢地檢查，以提高檢修效率。

1） 檢修儀表系統時，可用眼看、手摸或嗅覺對儀表系統進行必要的基本檢查，以便排除一些明顯的故障。①用肉眼觀察各個儀表傳感器電路連接狀況，包括各連接器的接觸狀況、導線是否破損、搭鐵、短路或斷路，連接器外觀要齊全完好，應無松動或脫落，插頭插座應接觸可靠無銹蝕；②觀察儀表盤印刷電路板應無明顯脫焊或損毀的部位等，如儀表系統外觀良好，接通點火開關觀察儀表板各個儀表和指示燈工作情況，在儀表電路接通一段時間后用手觸摸儀表電路各連接器，應沒有明顯的溫度感覺，若溫度過高說明該連接器接觸不良，應查明原因予以排除；③關閉點火開關后，觸摸儀表板上電阻、集成塊等元件應不燙手，并且無異味，否則，應檢查儀表板的可靠性。

2） 現代車輛儀表系統一般都具有故障自診斷功能，檢修時盡可能利用系統自診斷功能通過讀取故障碼來確定故障的大概部位或原因，以提高檢修效率。

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

4） 如果個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，可采用斷路或搭鐵法進一步縮小故障范圍，接通點火開關，將該指示燈或儀表傳感器上的導線拆下，即將傳感器斷路，觀察該指示燈或儀表是否有反應。或在點火開關接通情況下，將傳感器上拆下來的導線直接短時間搭鐵，觀察故障指示燈或儀表是否有反應，如故障指示燈或儀表有反應（例如指示燈亮或儀表指針擺動），則說明該指示燈或儀表自身沒故障，電源和到傳感器的電路沒故障，問題在傳感器，應進行下一步的傳感器檢查；如故障指示燈或儀表沒反應，則用萬用表逐段檢查故障指示燈或儀表至傳感器的導線有無斷路或搭鐵故障，并排除；如導線正常，再檢查故障指示燈或儀表的電源有無故障，并排除；如電源部分確定無問題后，可確定該指示燈或儀表損壞，可使用相應檢測儀器對該儀表進行檢查，也可采用替換法確定儀表有無故障。

5） 檢查傳感器時，對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，拆下傳感器置于加熱器的水中，將傳感器加熱至20℃、80℃和100℃，分別測量3個溫度的傳感器阻值與標準值對照，若與標準值相符，說明傳感器無故障；若所測阻值小于標準值，表明傳感器內部短路；若所測阻值為無窮大，則為傳感器內部斷路，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。對于開關式傳感器（如機油壓力報警傳感器），檢查時拆下傳感器連接導線，在不起動發動機情況下用萬用表測量傳感器接線端子與發動機缸體應導通，起動發動機后測量萬用表應顯示不導通，如測量結果與上述不符，說明傳感器已損壞，需更換。

6） 檢修儀表顯示器時，首先檢查故障液晶屏顯示驅動集成電路的引腳是否有接觸不良或脫焊現象，如有，應重新焊接；如集成電路引腳無故障，則可確定液晶顯示屏本身有故障，則應更換新的液晶顯示屏。

7） 如果車輛儀表板上有多個電控系統報警燈點亮，說明車輛有多個電子控制系統存在故障。但車輛同時多個電控系統發生故障的可能性較小，故障可能是在這些電控系統的公共部分，如公共搭鐵點接觸不良或總線系統故障等。檢修時，先確定公共搭鐵點是否緊固可靠，如搭鐵沒問題，則應重點檢查CAN總線有無故障。對于集成有防盜功能的數字式儀表系統，車輛防盜鑰匙手柄內的轉發器與數字式儀表之間的通信是時刻存在的，一旦密碼不對或通信信息中斷，儀表防盜控制單元就會發出控制指令使發動機被鎖死，導致發動機無法起動。因此，帶防盜功能的儀表控制單元部分出現異常后，有可能會導致發動機不能正常起動。

6 結語

儀表系統是車輛上比較精密的部件，也是車輛行駛中駕駛員獲取車輛信息重要窗口，對于行車安全至關重要。數字式儀表系統看似復雜，但在熟悉結構原理后，將它分成單個模塊、單個儀表和指示燈電路后就比較簡單了。掌握科學實用檢修方法和技巧，就能快速診斷故障部位，順利地排除故障。