智能组合仪表在拖拉机上的应用

智能组合仪表在拖拉机上的应用

张金梅 1，姜子刚 2 ,邹娇蓉 1

1.第一拖拉机股份有限公司大拖公司，河南 洛阳 471004； 2.洛阳拖拉机研究所有限公司，河南 洛阳 471039

摘要：在分析拖拉机用传统组合仪表特点及存在问题的基础上，提出了智能组合仪表在拖拉机上应用，同时介绍了智能组合仪表开发过程中注意事项。智能组合仪表具有功能多、智能化程度高、通用性强、操纵方便、可靠性高等优点，还可以满足用户个性化需求，在拖拉机上具有推广应用价值。

关键词：智能；CAN总线；组合仪表

0 引言

组合仪表是整机工作状态显示的窗口，是信息交流的界面，驾驶员通过组合仪表可以直观、快速的掌握发动机的运转状态、各系统、组件的工作情况，起着非常重要的作用。近年来，随着电子技术的发展，拖拉机的智能化程度在逐步提高，整车上需要监控的信息也在不断增加，越来越多的信息需要通过组合仪表来显示。而拖拉机用的传统组合仪表数字化程度低、显示内容不足、功能相对单一、可靠性低，已无法满足监控更多信息的需求。

随着总线技术在农用机械行业的广泛应用、电子技术的进步，智能组合仪表逐渐在拖拉机上开始应用，已显现出了优势，成为了拖拉机主机的卖点之一。

1. 拖拉机用传统组合仪表功能及存在问题

1.1 拖拉机用传统组合仪表

拖拉机用传统组合仪表是指使用硬线信号进行信息交互的组合仪表，与外界信息交互以线束连接为主，仪表的接插件上每一个针脚都只具有单一的功能定义。在仪表已经定型的情况下，想要扩展功能只能不断增加仪表型号，仪表种类的增加给主机厂的管理带来了一定的负担。

1. 2. 传统组合仪表的功能

传统组合仪表通过导线与拖拉机整机上的传感器、开关、灯具等电气元件连接，并对信号进行转换后显示到组合仪表上，能够显示的信息主要有：发动机转速、发动机水温、发动机工作小时数、燃油油量、机油压力、液压油压力、报警灯、状态指示灯等基本信息。

1. 2. 传统组合仪表常见故障

1）常见液晶屏故障

拖拉机用传统组合仪表档次一般比较低，能实现最基本的功能，考虑到成本因素，在设计时多采用段码式液晶屏（段码式LCD）或者点阵式液晶屏（点阵式LCD），其中段码式液晶屏由7个笔段组成，用于显示数字，优点是反应速度快、成本低，但在使用过程中容易出现缺笔画，字体显示不全的故障现象，影响用户观察效果。

2）其他常见故障

传统组合仪表指针采用步进电机驱动，容易出现的故障有指针卡滞、抖动、不复位等，影响用户判断。仪表上状态指示灯和报警信号灯一般采用LED直观显示，常见的故障有指示灯常亮或者不亮。

1.4 传统组合仪表的缺点

传统组合仪表虽然价格相对来说较为便宜，但是功能相对单一，仪表定型之后无法进行功能拓展，能够监测的数据非常有限并且可靠性差。另外，传统组合仪表设计较为简单明了，外观不够时尚。

2 拖拉机用智能组合仪表的特点及设计注意事项

2.1 智能组合仪表

智能组合仪表是指以微处理器为中央控制元件，完成物理信号的输入输出、信号的转换，按照预定规律控制、计算、处理，与外界进行通信，完成信息交换功能，实现与控制单元互动、与人的互动等功能。与外界的信息交互以总线通讯为主，仪表拓展功能比较多。

2.2 智能组合仪表的特点

与传统组合仪表相比，智能组合仪表信息处理能力更强、显示的内容更加丰富，可以快速将采集到的频率、电压、电流、温度、模拟量等信号进行转换。

智能组合仪表采用CAN总线通讯，内置120Ω的终端电阻，构成CAN通信硬件层，如图1所示。总线通讯遵循SAE J1939协议,通讯速率通常为250kb/s,

CAN总线通讯方式灵活、可靠性高、可扩展性强。

图1 CAN通信拓扑结构

Rt代表120Ω的终端电阻

智能组合仪表多采用液晶彩屏（TFT-LCD），用以显示数字、字符、图片等内容，同时还可以在液晶彩屏内显示拓展功能的信息，例如维修保养信息、发动机运行参数、故障信息、视频信息等。

2.3 智能组合仪表的主要构成

智能组合仪表由发动机转速表、发动机冷却液温度表、燃油油量表以及状态指示灯、报警灯组成，根据需要可以显示车速信息、小计里程、总里程、档位信息、发动机保养信息等，同时仪表预留视频接口，可以通过仪表显示拖拉机后部农具工作状态，通常在仪表上增设多功能按键，通过相互配合，不仅可以实现更多功能设置、显示还可以防止误操作造成的错误显示，如图2及图3所示的智能组合仪表。

图2 智能组合仪表主界面

1.视频进入或菜单界面向上选择键；2.发动机故障查询进入或菜单界面向下选择键；3.消音或菜单界面返回键；

4.菜单进入或菜单确定界面键

图3 智能组合仪表背面

1.视频接口；

2.4 拖拉机用智能组合表设计注意事项

拖拉机用智能组合仪表在设计时应重点从使用对象、需要显示信息的特点、环境因素等方面着手，使仪表既能适应环境又能满足用户需求，最终起到宣传主机增加主机卖点的目的。

1）使用对象

拖拉机用组合仪表的使用对象为农机手，在进行界面设计布局时不宜太复杂，应遵循简单明了的原则，并且主次分明，重要的信息应放在仪表主界面突出位置，方便机手作业过程中观察。例如，发动机转速、发动机冷却液温度、燃油油量、机油压力等信息。对于需要农机手通过仪表自行查阅的故障信息、维修保养等信息时，应设置明显的提示按键，方便用户快速查阅、指导生产。

2）需要显示的信息特点

对于变化比较快或者比较重要的信息，例如发动机转速、发动机冷却液温度、燃油油量等建议采用指针来指示，既直观又符合操作者的视觉习惯，且性价比高。

对于常用状态指示灯和报警信号灯可采用LED（Light Emitting Diode）显示，常用的状态指示灯及信号指示灯有发电机充电指示灯、油中有水状态指示灯、前后工作灯、远光灯、近光灯、左右转向灯、PTO状态指示灯、驻车制动状态指示灯、预热指示灯、发动机故障报警灯、制动液位过低报警指示灯等，同时应保证不同颜色指示灯点亮时显示清晰完整、无窜光现象，并且当指示灯熄灭时应与点亮状态有明显的区别，即对比度良好。

3）考虑环境因素的影响

由于拖拉机的作业环境多样化，在设计时应综合考虑用户的使用场景，保证组合仪表拥有最佳的适应性。拖拉机整机在水田作业时泥水较多，应考充分虑组合仪表的防尘、防水性能；在高寒、高原地区作业时，应充分考虑组合仪表的耐温性能；同时兼顾夜间作业和白天作业时显示效果，保证白天和夜间作业时均能够看清组合仪表上显示内容。

4）考虑拖拉机的配置因素

主机厂为了拓宽产品市场，通常会对同一机型做系列化设计并推出多种配置来提高其产品竞争力，比如推出驾驶室机型、防翻架机型、带遮阳棚机型等。防翻架配置的拖拉机对组合仪表的防尘、防水性能要求比带驾驶室的配置高，要保证用户在白天阳光直射的环境下工作时仪表的照明效果，应能使用户看清仪表的指针、数字、文字符号，且无强光刺目的现象。在设计时应使组合仪表能满足最恶劣的工况，保证在最差的条件下仪表能够正常工作且不影响使用效果。

3 智能组合仪表在拖拉机上的应用情况

由于智能组合仪表拓展功能丰富，可以满足不同配置需求，并且对于机手来说操纵相对简单，各大主机厂已经逐步开始在新机型上推出智能组合仪表。目前拖拉机排放正由国三阶段向国四阶段进行技术升级，国四阶段需增加驾驶员报警灯、再生提醒指示灯、再生状态指示灯、再生禁止灯、机油稀释提醒灯，这些指示灯的信息都可以通过CAN总线通讯实时显示到智能组合仪表上，而不需要额外增加仪表的型号及种类，具有很强的通用性，给设计者提供了很多便利性，只需要进行软件更改，硬件不需要变更便可实现，因此国四阶段应用越来越广泛。如图4所示的某款智能组合仪表主界面设计效果图。

图4 智能组合仪主界面设计效果图

4 智能组合仪表的优点

智能组合仪表采用CAN总线通讯，可以提高组合仪表系统工作的稳定性和抗干扰能力，减少了硬线连接，在一定程度上节约了成本，同时提高了产品的可靠性。

智能组合仪表支持发动机故障码写入程序，可以准确显示发动机故障类型，方便驾驶员了解发动机及整机的运行状态，当驾驶员通过仪表读取当前故障信息后可以反馈给服务站进行维修，有助于服务站售后服务人员快速判断故障原因，提高了拖拉机整机的维修工作效率。

设置多功能按键配合使用防止误操作，仪表预留视频接入口，可以通过液晶彩屏显示驾驶室前后部工作状态情况；仪表预留USB充电器功能，可以满足用户作业时给手机充电的需求。

5 结束语

智能组合仪表解决了拖拉机用传统组合仪表可靠性差、功能单一、显示精度低等问题，它具有可靠性高、反应速度快、功能多、可扩展性强、显示信息量大等优点。随着拖拉机排放水平的升级，需要监控的信息增多，使用智能组合仪表可以满足更多监控需求，在拖拉机上具有推广应用价值。

参考文献：

[1]吉锤.拖拉机CAN总线组合仪表设计[J].轻工科技，2016年12期

[2]钱方.浅谈汽车组合仪表的设计[J].汽车实用技术,2015年3期