范雷云，汪　超

(奇瑞汽車河南有限公司，河南 開封 475000)

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淺談汽車車速里程表設(shè)計

范雷云，汪超

(奇瑞汽車河南有限公司，河南 開封 475000)

摘要：車速里程表是汽車必備儀表之一，是為駕駛員提供車輛當前車速及里程信息的重要儀表。按照工作原理車速里程表可分為機械式和電子式兩種，隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，市場上大多數(shù)車速里程表為電子式。本文主要以某種輕卡上用的車速里程表為例分析了電子式的車速里程表的工作原理、速比的計算方法及顯示要求等。

關(guān)鍵詞：車速里程表；工作原理，速比計算

汽車的車速信息是駕駛員正常安全行駛的一個必要信息，因此車速里程表也是汽車標配儀表。車速里程表由車速表和里程表組成，可以指示汽車行駛的當前車速、汽車的行駛總里程及本次行駛的里程即里程小計等信息。按照工作原理可以分為機械式和電子式，由于機械式現(xiàn)已經(jīng)應(yīng)用較少，本文重點介紹電子式車速里程表的工作原理及相關(guān)參數(shù)的計算方法。另簡單介紹了車速里程表的顯示要求。

1車速里程表的組成及工作原理

1.1機械式車速里程表

車速及里程信號通過一根軟軸由變速箱傳遞給車速里程表。車輛行駛時，變速箱輸出端部分的轉(zhuǎn)速變化帶動軟軸使車速表中永磁鐵磁場變化驅(qū)動儀表指示位置變化，通過車速標定常數(shù)指示相應(yīng)車速；里程表由軟軸傳動使里程表中的數(shù)字輪組轉(zhuǎn)動來累計行駛里程。

1.2電子式車速里程表

電子式車速里程表車速信號由安裝在變速箱上的車速傳感器提供，傳感器將從變速箱處感應(yīng)到的轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換成儀表中單片機可以處理的脈沖信號。車速里程表單片機再把脈沖信號計算處理后驅(qū)動儀表顯示機構(gòu)顯示當前車速及里程。車速表一般為指針指示，里程表為數(shù)碼顯示，里程小計是可以人為清零的，但里程總計記錄該車出廠后行駛的總里程不可以清零。

車速傳感器按照安裝方式分為接觸式和非接觸式。由于接觸式傳感器容易損壞現(xiàn)在車上較為常見的為非接觸式車速傳感器，即傳感器安裝在變速箱主動輪齒圈外部。傳感器感應(yīng)面與齒圈齒頂保持規(guī)定的間隙一般為(1.4±0.6)mm，距離過大或者過小，傳感器信號都不能正常的輸出。非接觸式車速傳感器安裝示意圖如圖1所示。

圖1　非接觸式車速傳感器安裝示意圖

輸出信號的脈沖數(shù)通常與被感應(yīng)齒輪的齒數(shù)一致，即如果被感應(yīng)齒輪為8個齒的，那么主動輪轉(zhuǎn)1圈傳感器輸出8個脈沖。現(xiàn)在也有對輸出脈沖數(shù)有要求的，傳感器輸出的脈沖數(shù)與齒數(shù)不一致，經(jīng)傳感器電路調(diào)整轉(zhuǎn)換按照特定的比例系數(shù)輸出信號，例如16齒的主動輪轉(zhuǎn)1圈傳感器可以輸出8個脈沖或者是4個脈沖等。

接觸式傳感器安裝在變速箱輸出軸上感應(yīng)從動輪的轉(zhuǎn)速，傳感器軸頭隨輸出軸同步轉(zhuǎn)動，輸出脈沖數(shù)與傳感器內(nèi)布置的磁鋼數(shù)相關(guān)。信號的輸出脈沖的高低電平基本與接觸式傳感器是一致的，但接觸式傳感器可靠性比非接觸式傳感器低，傳感器軸頭容易老化損壞。

車速傳感器信號一般為兩路輸出，一路輸入車速里程表，另一路輸入發(fā)動機ECU，兩路信號相差半個周期示意圖如圖2。

圖2　車速里程傳感器雙路信號示意圖

2車速里程表速比計算

2.1速比定義

速比為汽車車速為1 km/h時變速箱上車速里程傳感器的感應(yīng)齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)。例如某輕卡的速比為1∶2 133，即為車速為1 km/h，變速箱齒輪轉(zhuǎn)速為2 133 r/h。

2.2速比計算方法

速比計算實際就是先計算出車速為1 km/h時汽車輪胎的轉(zhuǎn)數(shù)，再用此轉(zhuǎn)數(shù)乘以后橋主減速比得到變速箱傳動軸在經(jīng)后橋減速前的轉(zhuǎn)數(shù)，用該轉(zhuǎn)數(shù)再除以內(nèi)部傳動系統(tǒng)的一個比例系數(shù)即變速箱蝸輪組件的傳動比得出變速箱主動輪(從動輪)的轉(zhuǎn)數(shù)，即得出了車速速比。

具體速比計算公式為：

K=1：[(k1/k2)×1 000/(2πR)] .

式中：K為理論速比；k1為后橋主減速比；k2為變速箱蝸輪組件的傳動比；R為輪胎的滾動半徑。

舉例如下：

某輕卡相關(guān)參數(shù)為：后橋主減速比k1為4.875，如果安裝的是接觸式的車速傳感器，由于安裝位置與非接觸式傳感器不同k2一般為一個小于1的比值；此輕卡變速箱上安裝的為非接觸式車速傳感器，k2值為1，輪胎型號為215/75R16LT 8PR，輪胎滾動半徑為364 mm=0.364 m。

K=1：[(k1/k2)×1 000/(2πR)]=

1：[(4.875/1×1 000/(2×3.14×0.364)]≈1∶2 133 .

該速比即為所求的理論速比值。

如果按照理論速比設(shè)計車速表，那么指示值會有超差現(xiàn)象，不滿足國標《GB 15082-2008汽車用車速表》要求。國標要求車速表指示車速V1(單位：km/h)與實測車速V2(單位：km/h)之間應(yīng)符合：0≤V1-V2≤(V2/10)+4，要求指示值要比實際車速高才可以，不能有指示低于實際車速的情況。按照國標計算指示車速和實際車速對照表如表1。

表1　國標要求的指示車速和實際車速對照表

為了使儀表指示符合要求，要選擇一個合適的速比，滿足0≤V1-V2≤(V2/10)+4。此處按照實際車速V2為80 km/h，儀表指示車速V1為85 km/h計算，假設(shè)該速比為K0。實際車速為80 km/h時對應(yīng)的頻率為：

f=K×8×V2/3600=2 133×8×80/3 600≈379 Hz .

注：上述公式中的“8”為車速傳感器感應(yīng)的變速箱上齒輪的齒數(shù)，即齒輪轉(zhuǎn)1圈傳感器輸出8個脈沖。同樣的頻率車速表指示85 km/h，即

379=K0×8×V1/3 600

K0=379×3 600/(8×V1)=379×3 600/(8×85)≈2006

按照此速比可以推算出實際車速V2為20 km/h、40 km/h、60 km/h、100 km/h、120 km/h、140 km/h時的指示車速分別為21.2 km/h、42.5 km/h、63.8 km/h、106.3 km/h、127.6 km/h、148.9 km/h，車速的各個指示值都滿足國標誤差要求，故可以選擇2006的速比。但這個速比并不是唯一滿足要求的，在規(guī)定誤差的范圍內(nèi)也可以選擇其他速比值。車企生產(chǎn)中對車速指示的誤差要求一般會更高一些，具體為0≤V1-V2≤(V2/20)+4，車速誤差對照表如表2。

表2　企標要求的指示車速和實際車速對照表

可以按照上表計算出滿足生產(chǎn)的合適速比。

車速里程表另一個重要功能就是里程累計，該功能一般是按照理論速比計算的，即單片機接口讀取傳感器發(fā)來的脈

沖數(shù)，根據(jù)脈沖計數(shù)來累加里程。以1∶2 133的速比為例，車輛行駛1 km的脈沖數(shù)為2 133×8=17 064，那么單片機讀取17 064個脈沖后便累加1 km里程。對于里程表的指示誤差，由于累計里程與車輛的使用壽命、保養(yǎng)間隔相關(guān)所以里程表誤差不能太大，車企對里程表的誤差要求為當里程小計為10.0 km時，對比實際里程，要求誤差為±2%，里程表允許出現(xiàn)負偏差。

3車速里程表設(shè)計其他要求

3.1車速表盤面刻度的要求

車速表盤面可指示的車速范圍應(yīng)包容整車廠對該車給出的最高車速。在20 km/h以上至上限刻度值之間，分度值應(yīng)標示成1、2、5、10 km/h中的任一種，如果盤面上的最高數(shù)值未超過200 km/h，刻度值應(yīng)以不超過20 km/h的間隔顯示；如果盤面上的最高數(shù)值超過200 km/h，刻度值應(yīng)以不超過30 km/h的間隔顯示。標度盤上標示的車速值的間隔可以不均勻。下面是某輕卡車型的車速表表盤：

圖3　車速表盤面示意圖

當車速平穩(wěn)變化時，車速表指針運動要平穩(wěn)，不能有卡頓現(xiàn)象。除了指針式的車速表，也有以數(shù)碼形式顯示車速表，數(shù)顯車速表數(shù)字在跳動過程中的保留時間為(1±0.2)s，在任意恒定的車速下，車速表顯示值的變化不能超過1 km/h。

3.2里程表顯示要求

里程表包括里程總計和里程小計，具體顯示要求如下：

里程總計顯示范圍：0～999 999 km，里程累計顯示每1 km刷新一次，在里程表斷電的情況下，里程總計要有記憶功能，整車出廠時里程表的顯示值小于10 km。

里程小計顯示范圍：0～999.9 km，里程小計顯示每0.1 km刷新一次，在里程表斷電的情況下里程小計可以沒有記憶功能。

參考文獻

[1]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會 .GB15082-2008汽車用車速表[S].北京:中國標準出版社，2008-01-18.

[2]奇瑞汽車股份有限公司.Q/SQR.04.189—2011乘用車電子組合儀表[S].2011.

[3]奇瑞汽車股份有限公司.Q/SQR.04.1265—2009汽車用電子車速里程傳感器試驗規(guī)范[S].2009.

Introduction to the Car Speed Odometer Design

Fan Leiyun, Wang Chao

(CheryAutomobileHenanCo.,Ltd,KaifengHenan475000,China)

Abstract:The speedometer is one of the essential instruments and the important instrument to show the current vehicle speed and mileage information for driver. According to the working principle of speedometer, it can be divided into two kinds which are mechanical and electronic. Along with the development of automobile technology, most speedometers used in market are electronic. Taking the speedometer used in a light truck as example, this paper mainly analyzes the working principle of electronic speedometer, calculation method of speed ratio and display requirements.

Key words:speedometer; working principle; speed ratio calculation

收稿日期：2016-02-29

作者簡介：范雷云(1983- )，男，工程師，研究方向為汽車電子電器產(chǎn)品控制。

文章編號：1674- 4578(2016)03- 0020- 02

中圖分類號：U463.7l；TP 273

文獻標識碼：A