汽车组合仪表氛围灯结构设计与开发

摘要：组合仪表是汽车内饰中重要的组成部分，在汽车行驶过程中，为驾驶员提供各种信息和数据。随着科技发展，驾驶员对组合仪表的结构造型要求越来越高，希望提供高科技显示效果和更舒适的驾驶体验。文章对汽车各种组合仪表氛围灯结构设计进行研究，最终通过对透明上盖、前框、导光板、黑膜、RGB-LED 等结构进行分析，设计一种组合仪表隐藏式氛围灯结构，解决了汽车组合仪表氛围灯颜色单一、背光不均匀、成本高等难题，提升了汽车组合仪表氛围灯显示效果，提升驾乘体验。同时为汽车组合仪表结构设计提供有效的借鉴，从而实现一种时尚、高档的汽车内饰显示效果。

关键词：汽车组合仪表；氛围灯；结构设计与开发

随着科技的发展和汽车功能的日益丰富，人 们将有越来越多的时间在汽车内度过，甚至多于 在家里的时间。在这样的背景下，汽车内饰部件 的功能性、舒适性、美观性设计变得越来越重要。“可居住性”是未来汽车发展的主流趋势。

1.汽车组合仪表氛围灯结构类型及分析

（1）组合仪表表盘丝印指定颜色+硬件印制电路板（PrintedCircuitBoard,PCB）焊接白色LED灯。

组合仪表表盘通过丝网印刷技术[1]在指定区域印刷冰蓝色或其他特定颜色，并利用网板上的小圆点通过印刷疏与密，使在指定区域颜色由内向外形成一种颜色渐变效果，当组合仪表在工作状态下，焊接在PCB板上的白色LED灯通过中框导光孔将白光投射到表盘上，使整个表盘形成一种特定颜色的氛围灯效果。

但在组合仪表表盘上印刷指定颜色，只能印刷为一种指定颜色，氛围灯颜色不可更换，且当组合仪表在熄灭状态下，表盘上印刷的颜色不可消失，在整个组合仪表不工作状态下显得很突兀，降低了组合仪表的档次。

（2）组合仪表表盘局部透明+硬件PCB焊接指定颜色LED灯。

组合仪表表盘通过丝网印刷技术在车速表、转速表、燃油表、水温表指示刻度后保留透明状态，当组合仪表在工作状态下，焊接在PCB上的指定颜色的LED灯通过中框导光孔将光投射到表盘刻度上，使整个表盘形成一种特定颜色的氛围灯效果。

（3）组合仪表3D表盘+硬件PCB焊接指定颜色LED灯。

组合仪表表盘为3D表盘，表盘上车速表、转速表刻度采用聚甲基丙烯酸甲酯（PolyMethylMethAcrylate,PMMA）材料立体结构，当组合仪表在工作状态下，焊接在PCB上的指定颜色LED灯通过中框导光孔将光投射到表盘立体刻度上，利用PMMA材料较好的透明性，使整个表盘形成一种特定颜色的氛围灯效果。

但在组合仪表PCB上焊接不同颜色的LED灯，只能选择一种颜色LED灯进行焊接，LED灯颜色不可更换，组合仪表氛围灯颜色只能为一种。且不管是表盘刻度为PMMA材料立体结构还是透明表盘刻度，LED光通过中壳透光孔直接打在透明材料上，存在亮度不均匀问题，组合仪表背光很难达到背光标准要求。

（4）组合仪表界面（UserInterface,UI）设计[2]不同风格和颜色。

组合仪表为全液晶仪表，全液晶仪表在UI设计过程中，根据需求设计不同风格和颜色的显示效果。组合仪表通过接收多功能方向盘开关硬线阻值信号或接收控制器局域网络（ControllerAreaNetwork,CAN）总线“主题显示”报文指令对组合仪表显示风格和颜色进行切换，以达到不同氛围灯显示效果。

组合仪表如为全液晶仪表，组合仪表UI风格和颜色可以根据需求设计和变换，显示颜色多样化、显示内容充实、显示效果高档。但全液晶仪表成本高是目前主机厂不可忽视的一个问题，在成本压力下，很多主机厂选择在高端项目或高端配置上配置全液晶仪表。

（5）组合仪表两侧嵌入隐藏式[3]透明导光板+硬件PCB焊接红黄蓝（Red,Green,Blue,RGB）三基色LED灯。

组合仪表中间布置一块小尺寸液晶屏（以7寸液晶屏为例），两侧为表盘结构，在组合仪表表盘两侧嵌入透明导光板，导光板卡接固定在中壳上，压在表盘上的导光板隐藏在组合仪表前框和透明上盖两侧内，在组合仪表导光板下PCB上焊接RGB三基色LED灯。组合仪表微控制单元通过接收外部控制器发送的氛围灯开启、关闭、亮度值、颜色值信号控制，实现不同亮度、不同颜色的氛围灯显示。

此种模式解决了组合仪表氛围灯颜色单一、背光不均匀、成本高等问题，进而提高汽车组合仪表氛围灯显示档次，提升汽车内饰氛围灯显示效果。

本设计根据组合仪表氛围灯隐藏式、多亮度、多颜色功能需求，将组合仪表氛围灯结构设计与硬件PCB设计技术相结合，满足显示多样化、低成本、高可靠性的设计规范，整体设计方案主要包括以下内容。

2.1结构设计模块

本文阐述的汽车组合仪表隐藏式氛围灯结构，通过表 1 中的护套、透明上盖、前框、压框、 导光板、黑膜、表盘、7 寸薄膜晶体管（Thin Film  Transistor, TFT）屏、中壳、RGB 三基色 LED、PCB 组件、3×6 元机带平垫和弹垫、1 底壳、13×10 自 攻螺丝等零部件的互相拼接，完成组合仪表隐藏式氛围灯结构设计。

注：压框表面采用烫金处理，RGB 三基色灯焊接在 PCB 组件上；黑膜透明度 50%。

2.2结构安装步骤

（1）将8个RGB-LED分别焊接在PCB组件两侧，每侧焊接4个，单侧上下端各焊接2个，焊接RGB-LED位置为导光板和中壳卡接的端点位置。

（2）将7寸TFT屏放入中壳中间位置，首先将7寸TFT屏排线穿过中壳排线孔，其次将7寸TFT屏排线和PCB组件翻盖式排插结构连接，然后将PCB组件板卡入中壳上的四个卡爪内（上下左右各一个），最后用4个3×6元机带平垫和弹垫通过安装孔将PCB组件、中壳和7寸TFT屏固定（拧紧力矩为1.0±0.2Nm）。

（3）利用底壳和中壳结构周边的9个塑料卡接限位结构，将底壳和中壳卡接牢固。

（4）将表盘放置在中壳上，并保证表盘4个定位孔和中壳4个定位柱吻合，将黑膜放置在中壳上，并保证黑膜4个定位孔和中壳4个定位柱吻合（注意：黑膜光版面贴表盘面，黑膜磨砂面向上）。

（5）将2个导光板两端分别卡入中壳两端上的导光板卡孔内，并要求导光板压紧黑膜两侧。

（6）通过热铆技术将压框和前框连接牢固，通过超声波焊接技术将透明上盖和前框连接牢固。

（7）利用前框和中壳结构周边的9个塑料卡接限位结构，将前框和中壳卡接牢固，使2个导光板隐藏在压框两端卡槽内。

（8）将6个护套套在透明上盖的5个塑料限位结构上（上3下2）。

（9）最后用4个规格为3×10的自攻螺丝，通过底壳和中壳、前框上的安装孔将底壳、中壳和前框紧固（拧紧力矩为1.0±0.2Nm）。基于表1设计的各零部件，通过安装组合形成一种隐藏式氛围灯汽车组合仪表结构，如图1所示。

2.3硬件设计及控制原理

通过点亮 RGB-LED，亮光导入透明导光板， 使整个导光板点亮，光线透过压框卡槽，使组合仪表周边产生氛围灯。如图 2—图 3 所示，组合仪表接收 CAN 总线发送的氛围灯控制信号，响应“开启、关闭、颜色、亮度”的设置。基于红、绿、蓝三基色的加性混光原理，对红光、绿光和蓝光进行混光，得到不同的照明色彩，实现光源颜色的变化，又用脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation, PWM）驱动相应红绿蓝三基色发光管来决定显示何种颜 色。通过氛围灯_BATT_CTRL 引脚用 PWM控制三基色发光管的上拉电源，改变 PWM 上拉电源的电压会得到不同的照明亮度，实现光源亮度变化， 便可得到用户需求的颜色和亮度。

总之，本文在设计几个零部件的基础上，通过拼接组成一种汽车组合仪表隐藏式氛围灯结构，运用一定的控制策略和原理，实现组合仪表氛围灯“开启、关闭、颜色、亮度”的设置，并解决了现有组合仪表氛围灯结构上存在的颜色单一、背光不均匀、成本高等缺陷，同时在组合仪表熄灭状态下，以驾驶员视角观看组合仪表，氛围灯导光管隐藏在压框卡槽两侧，且利用表盘上覆盖的透明度 50%黑膜结构，给用户一种一体屏视觉体验，进而提高汽车组合仪表氛围灯显示档次，提升汽车内饰氛围灯显示效果。

【参考文献】

[ 1 ] 麻友良。汽车电器与电子控制系统[M].2 版。北京：机械工业出版社，2015.

[ 2 ] 李国林。电子电路与系统基础[M].4 版。北京：清华大学出版社，2012.

[ 3 ] 邱国华，余梅，张觉慧，等。汽车内外饰设计[M].2 版。北京：机械工业出版社，2016.

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