全液晶仪表机械结构精益设计方案

张文博

（北京汽车集团越野车有限公司，北京 101300）

随着汽车电子信息技术的飞速发展，整车配置的仪表早已经将传统的机械指针仪表换成了全彩色TFT屏的全液晶仪表。全液晶仪表为了达到炫丽的显示效果，硬件平台必须足够强大，以支撑显示需求。但硬件平台随之带来的问题也就显现出来：12.3inchTFT屏为了显示清晰、亮度高，它的发热量十分大；而主芯片为了驱动色彩丰富和分辨率高的画面，强大的计算能力，它本身的发热量也是十分大。

以市场现有车型为例，为了解决全液晶仪表发热量问题，均采用局部铝制散热模组和电子风扇进行仪表散热，但这样一来，仪表的机械结构设计就较为复杂，装配工艺也会变得繁琐，单件成本增加。

为了简化仪表的机械结构设计，更好地控制整车的成本，提高仪表装配的效率，在某系列车型开发初期，提出了一种全新的仪表灯箱架和后壳结构设计，此设计可以在解决仪表发热量大问题的同时，满足上述所有诉求，下文将以某系列车型全液晶仪表成功应用及开发为例进行阐述。

该方案在某系列车型项目上的成功实施，不但降低了单车成本，简化了仪表装配工艺，有效的降低了零部件的故障率，也为后续车型零部件的机械结构设计开发积累了经验、奠定了基础。

1 全液晶仪表机械结构开发现状

1.1 全液晶仪表机械结构现状

市场上全液晶仪表的机械结构方式大多比较繁琐，下面以某车型全液晶仪表为例进行分析，某车型全液晶仪表结构示意图如图1所示，拆解图如图2所示，PCBA总成如图3所示，拆解明细表见表1。

从表1可以看出，某车型全液晶仪表机械结构设计较为复杂，共含28个零部件。

1.1.1 某车型全液晶仪表散热设计

某车型全液晶仪表的散热部分，由电子风扇和散热模组组成，采取主动式散热的方式，而灯箱架选用的是黑色PPS，仪表主板和TFT屏均安装在灯箱架上，共采用8个螺丝固定，同时，虽然主板和TFT屏的散热量大，但是PPS材质耐高温，热稳定性优良，它的最高连续使用温度达400℃，可以满足使用要求。

图1 某车型仪表示意图

图2 某车型仪表拆解图

图3 某车型仪表PCBA总成图

1.1.2 某车型全液晶仪表装配设计

某车型全液晶仪表在装配上分为如下几个大步骤。

1）对3个显示面板 （报警灯、水温表和燃油表）先进行组装，安装方式：卡接；然后与前框架进行分装，安装方式为螺接。

2）散热模组是通过导热凝胶粘到主芯片上，然后装上电子风扇，与PCBA进行分装，安装方式卡接。

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3）搭铁线连接片与灯箱架进行分装，安装方式：螺接。

4）将TFT屏、仪表主板、灯箱架、前框架与后壳依次进行组装，安装方式：螺接。

表1 某车型仪表拆解明细表

5）最后安装扬声器，安装方式：卡接。

1.1.3 某车型全液晶仪表共搭铁设计

某车型仪表TFT液晶屏，通过5个搭铁线连接片与仪表主板接触，以达到TFT屏与仪表主板共搭铁设计。

通过上述描述，某车型全液晶仪表的机械结构设计，导致它的安装方式较为繁琐，装配效率低。

2 某系列车型全液晶仪表机械结构精益设计方案

2.1 仪表机械结构设计

根据整车配置，针对信息娱乐系统进行系统性规划，其中，仪表与中控主机交互功能如下。仪表结构示意如图4所示，拆解图见图5，拆解明细见表2。

图4 某系列车型全液晶仪表示意图

图5 某系列车型全液晶仪表拆解图

从表2可以看出，某系列车型全液晶仪表机械结构设计较为精益化，共含8个零部件。

1）某系列车型全液晶仪表散热设计

某系列车型全液晶仪表的散热部分，仅由导热硅胶、灯箱架和后壳组成，采取被动式散热的方式，灯箱架和后壳均选用的是铝材，仪表主板和TFT屏均安装在灯箱架上，共采用8个螺丝固定，TFT屏和主芯片的热量通过硅胶传递到灯箱架和后壳，然后将热量散发出去，如图6所示。

2）某系列车型全液晶仪表功率统计

针对主要发热源TFT屏和芯片进行功率统计，结果如下。TFT屏功率计算图如图7所示。

12.3inchTFT屏功率：根据TFT屏提供的规格书，LED总发光功率：PLED=ULED×ILED=34V×93mA×4≈12W。

注：ULED光源两端正向电压；ILED是流过LED的电流。

表2 某系列车型全液晶仪表拆解明细表

图6 某系列车型全液晶仪表散热示意图

图7 TFT屏功率计算图

某系列车型仪表芯片主要以主芯片 （IMX6D）和电源管理芯片发热量大，其中，主芯片功率5.8W，电源管理芯片1.56W，合计7.36W。

3）针对某系列车型全液晶仪表进行热分析校核，外部环境温度为85℃时，在保留传热方面的情况下，可以在需要的地方合理地简化几何形状，将完整的PCB和散热件进行建模分析，结果如图8~图11所示。

图8 灯箱架散热分析图

图9 后壳散热分析图

图10 TFT屏散热分析图

图11 PCBA散热分析图

通过结果可看出，模拟分析得出的各部位温度值满足125℃以下，PCB主板和TFT屏上的所有设备都是热安全的。LCD具有热安全性。

4）某系列车型全液晶仪表装配设计

某系列车型全液晶仪表在装配上分为如下几个大步骤：①将导热硅胶粘贴在灯箱架上；②将TFT屏、仪表主板、灯箱架与后壳依次进行组装，安装方式：螺接；③最后安装前框架组合，安装方式：卡接。

5）某系列车型全液晶仪表共搭铁设计

某系列车型仪表TFT液晶屏，通过灯箱架直接与仪表主板接触，以达到TFT屏与仪表主板共搭铁设计。

通过上述描述，某系列车型全液晶仪表的机械结构设计十分精益化，步骤少，装配效率较高。

2 散热效果验证

针对某系列车型全液晶仪表和某车型全液晶仪表进行散热对比试验，如下。

1）试验条件：①环境温度：26℃；②试验电压：13.5V；③运行时间：2h；④测试设备：热电偶。

2）实验结果：①某系列车型全液晶仪表实测：表面温度36.4℃~36.7℃，如图12所示。②对某车型全液晶仪表进行实车测试，环境温度：26℃，运行2h后，表面温度40.7℃。

图12 某系列车型仪表测试图

综上所述，某系列车型全液晶仪表采用的被动式散热，散热效果是满足使用要求的。

3 结论

该方案在某系列车型项目上的成功实施，不但满足了仪表散热要求，还简化了仪表装配工艺，提高仪表装配的效率，有效降低了零部件的故障率，降低了单车成本，也为后续车型零部件的机械结构设计开发积累了经验、奠定了基础。