汽车组合仪表指针的动平衡设计

王沐晗，梁晨

（华晨汽车工程研究院，辽宁 沈阳 110000）

汽车组合仪表指针的动平衡设计

王沐晗，梁晨

（华晨汽车工程研究院，辽宁 沈阳 110000）

以步进电机驱动指针显示车速、转速、燃油、水温等信息的汽车组合仪表为基础，帮助工程师在组合仪表指针设计时更好地完善其动平衡性能。文章主要介绍了汽车组合仪表指针动平衡的结构设计方法，使指针的动平衡性能达到最佳，指针在运行过程中平滑顺畅，及时向用户传达相关车辆信息，提升驾乘体验。

汽车组合仪表；指针；动平衡

引言

目前除少部分车型匹配全彩色液晶屏组合仪表，大部分车型上的组合仪表仍然采用步进电机驱动指针的方式来显示车速、转速、燃油、水温等车辆信息。汽车组合仪表不仅仅用来显示相关车辆信息，也是人机交互的主要窗口，为提升科技感及用户的驾乘体验，组合仪表指针的设计也变得越来越复杂，越来越美观。有时由于汽车组合仪表的外形尺寸以及各车辆信息（车速、转速、燃油、水温等）的显示效果制约了指针的外形尺寸，给指针的设计带来了一定程度的约束，使得部分指针的设计不满足动平衡的要求导致指针在运行的过程中出现不同程度的抖动[1-4]。

目前出现的指针基本可以分为两类：一类指针的针体为贯穿式，另外一类指针的针体为非贯穿式。一般组合仪表中的车速表和转速表的指针较长，质量的不对称不均匀就会影响物体旋转的稳定性，这样就需要考虑到指针的动平衡设计。本文详细阐述了汽车组合仪表指针动平衡的结构设计方法。

1 指针结构介绍

组合仪表指针由针帽装饰圈、针帽、针体、动平衡块、导光柱等构成，位于仪表盘发光元件LED上方。导光柱由导光材料制成，可将发光元件发出的光线聚集和导出到指针帽下方，指针帽为遮光结构，导光柱导出的光线能够被指针帽罩住。针帽侧面和针体连通处的缺口可透光，导出的光线射入到指针针体可将指针点亮。本文挑选一款较复杂的指针进行分解，其爆炸图如图1所示：

图1 指针分解爆炸图

2 非贯穿式指针及其动平衡结构设计

任何物体各部位质量都会有差异，在静态和低速旋转下，质量的不均匀就会影响物体旋转的稳定性，转速越高，抖动就会越大。平衡块作为一种配重部件可以帮助物体在静态及转动过程中保持动平衡。非贯穿式指针的针体部分和针帽部分结构相互独立可拆装，对于非贯穿式指针，由于整个指针的重心偏离导光柱的正中央，因此需要在针帽内部背离针尖方向增加动平衡块以调整整个指针的重心位置，使得整个指针的重心回到指针导光柱的正中央，以保证指针的动平衡性能，详见图 2：

图2 非贯穿式指针

需要注意的是，在计算配重平衡块的大小时，将原始记录、加试重记录以及试重块数据准确输入计算器。配重平衡块加在指定位置后，一定要牢固，防止在指针转动过程中掉落。

3 贯穿式指针及其动平衡结构设计

贯穿式指针的针体部分和针帽部分合为一个整体，不可拆分，见图 3。对于贯穿式指针我们除了可以在针帽内部背离针尖方向增加动平衡块外还可以在设计时将针体的尾端加大，以维持指针的动平衡性能。但是一般贯穿式指针动平衡块的布置位置要极为注意，因为对于贯穿式指针还要考虑整个针体的导光性能，所以对于这样的指针一般将动平衡块布置在针体尾端的两侧或是U型设计，以保证整个指针的导光性能。

图3 贯穿式指针

4 指针动平衡验证方法

如果指针的动平衡设计的非常好，整个指针的重心应该在导光柱的正中间，一个比较好的验证方式就是指针可以立在水平位置上而不发生倾斜，详见图4。

图4 指针动平衡验证

另外也可以将组合仪表模拟安装在车辆上的角度和位置并驱动指针运行，观察指针在运行过程中是否存在抖动现象，抖动越小动平衡设计的越好。如果发现存在抖动，该抖动现象在指针处于水平位置时尤其明显。原因很简单，当指针处于水平位置时，扭矩是最大的（力是相同的，但在水平位置时的力臂最大），因此抖动现象也是最明显的。

5 结论

汽车组合仪表是人机交互的主要窗口，尽管液晶显示技术目前已经非常成熟，但汽车仪表盘还是普遍使用指针式仪表，不仅因其制造成本相对低廉、适用性广泛更重要的是可以反应车速、转速等参数的变化趋势。在组合仪表指针设计时通过在针帽内部背离针尖方向增加动平衡块同时考虑将针体的尾端加大，以调整整个指针的重心位置，使得整个指针的重心位于指针导光柱的正中央，以保证指针的动平衡性能，减少指针抖动，带给用户更好的驾乘体验。

[1] 刘斐,孙宇.基于人机工程的汽车组合仪表设计研究[J].辽东学院学报(自然科学版),2010,17(02):124-128.

[2] 钱方,王师.浅谈汽车组合仪表的设计[J].汽车实用技术,2015,3:40-42.

[3] 王翥.基于CAN总线的电子式汽车组合仪表的研究[A].电子测量与仪器学报杂志社,2007,5.

[4] 唐志勇,暴宏志.汽车仪表指针控制技术[J].汽车电器,2007,7:1-2 +8.

Design of Automobile Instrument Panel Cluster pointer dynamic balance

Wang Muhan, Liang Chen
( Brilliance Automotive Engineering Research Institute, Liaoning Shenyang 110000 )

Based on the stepping motor drived pointer used to indicate vehicle speed, engine speed, fule level, coolant temperature, in order to help the engineer to perfect pointer’s dynamic balance performance during the design process. This paper mainly introduces the structure design method of Automobile Instrument Panel Cluster pointer, making the pointer reach its best dynamic balance performance, the pointer moves smoothly, convey relative Automobile messages to the customer promptly, improve customer’s driving experience.

Automobile IPC; pointer; dynamic balance

U462.1

A

1671-7988 (2017)21-82-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.21.028

CLC NO.: U462.1

A

1671-7988 (2017)21-82-02

王沐晗，女，工程师，就职于华晨汽车工程研究院，研究领域：汽车组合仪表，胎压监测系统，车载时钟，网关等。

梁晨，男，助理工程师，就职于华晨汽车工程研究院，研究领域：汽车组合仪表，胎压监测系统，车载时钟，网关等。