汽车电子电气第05章仪表、照明及信号系统

第5章仪表、照明及信号系统5.1仪表系统5.1.1仪表系统的组成及要求汽车上装有多种检查-测量仪表，较常用的有五种仪表和三种相应的传感器，即电流表、机油压力表、水温表、燃油表及车速里程表等指示仪表和机油压力传感器、水温传感器、油量传感器等。在新型车辆上还装有电压表和发动机转速表。n对汽车仪表的一般要求是：结构简单、工作可靠、显示数据准确、清晰，当电源的电压出现波动和环境温度发生变化时，数据显示的变化应尽可能小，除此之外，仪表的抗震、耐冲击性能也要好。n汽车仪表按其结构形式可分为独立式和组合式两种。组合式仪表为现代汽车广泛采用。5.1.2电流表n电流表多为双向工作方式串接在发电机充电电路中，用于表示蓄电池充电或放电的电流值，同时还检视电源工作是否正常。n指针指向“＋”侧时，表示蓄电池充电；否则，则表示蓄电池放电。n目前国产汽车均装用电流表，但国外汽车大都未装电流表而用充电指示灯。n电流表根据结构型式可分为电磁式和动磁式两种。1．电磁式电流表n如图所示为电磁式电流表的工作原理。图5-1电磁式电流表1、3—接线柱2—指针4—黄铜板条6—永久磁铁7—转轴n无电流通过电流表时，指针2保持在中间位置，示值为零。n当蓄电池放电时，形成合成磁场，使磁场发生偏转，并带动软钢转子偏转同样角度，也就是转到合成磁场的方向。电流越大，合成磁场就越强，指针偏转角度也就越大。n当蓄电池充电时，电流方向相反，磁场方向偏转也相反，带动指针反向偏转指示充电。2．动磁式电流表n动磁式电流表的结构如图所示。动磁式与电磁式的主要区别在于其转子是永久磁铁，相对电磁式而言，电流表量程较大。图5-2动磁式电流表1、3—接线柱2—导电板4—永磁转子5—指针6—磁轭工作原理如下：n当没有电流通过电流表时，永久磁铁转子通过磁轭构成磁回路，使指针保持在中间“0”的位置。当放电电流通过导电板时，在它的周围产生磁场，使浮装在导电板中心的转子和指针向“－”方向偏转，指示出放电电流值。电流越大，偏转越多，则指示出电流值越大。若充电电流通过导电板时，则指针偏向“＋”，指示出充电电流的大小。5.1.3机油压力表n机油压力表由油压传感器和油压指示表两部分组成，用于指示发动机机油压力的大小，以便了解发动机润滑系工作是否正常。n机油压力表按工作原理可分为双金属片式、电磁式和动磁式几种。通常双金属片式油压表与双金属电热脉冲式传感器配套使用；电磁式、动磁式油压表与可变电阻式传感器配套使用。双金属油压表与双金属电热脉冲式传感器的结构图图5-3双金属式油压表1—油腔2—膜片3—弹簧片4—双金属片5—调节齿轮6—接触片7、9、15—接线柱8—校正电阻10、13—调节齿扇11—双金属片12—指针14—弹簧片机油压力表的工作原理：n仪表电路不通，指示表靠双金属片保持在“0”位置。n发动机运转，当润滑油压很低时，膜片2几乎没有变形，作用在触点上的压力较小，电流通过不久，双金属片受热变形，将触点分开、触点分开后，电路被切断，双金属片4又逐渐冷却伸直，使触点又重新闭合，线圈再次通电发热，使其再次变形，触点分开，如此循环，触点处于开闭交替状态。但由于触点接触压力较小，极易分开，故触点闭合时间较短，分开的相对时间较长，使得电路中的有效电流值较小，故油压表内的双金属片11受热变形小，指针的偏转角小，油压指示值就低。n润滑油压力增大时，双金属片变形大，钩动指针向右偏转，指示出较高的油压值。5.1.4水温表n水温表用于指示发动机水套中冷却液的工作温度，它由安装在仪表板上的温度表和安装在发动机气缸盖水套上的水温传感器组成。n温度表结构型式可分为电热式和电磁式，水温传感器有双金属片式和热敏电阻式两种。1．电热式水温表图5-5电热式水温表1—可调触点2—传感器双金属片3—导电片4—接线螺钉5、11—指示表接柱6、9—扇形调整齿7—指示表双金属片8—指针10—弹簧片电热式水温表工作原理：n当电路接通且水温较低时，双金属片2主要依靠线圈来加热变形，故双金属片需经一段较长的时间加热，才能使触点分开。由于水温较低，双金属片2易冷却，触点稍一冷却即很快闭合，所以水温较低时，触点闭合的相对时间长。使得电路中的有效电流值较大，故油压表内的双金属片7受热变形大，指针8的偏转角大，指示较低水温。n当水温升高时，由于温度的影响，水温传感器双金属片2加热所需时间变短而冷却时间加长，即触点的相对闭合时间缩短，使电路中的电流有效值减小，双金属片7变形量减小，指针8偏转角小，指示高温。2．电磁式水温表n图示为电磁式水温表的结构原理图。n传感器一般配用热敏电阻水温传感器，该传感器也可与电热式水温表配用，但同时要增加一电源稳压器。图5-6电磁式水温表1—水温传感器A、B—指示表接线柱n热敏电阻的材料一般具有负温度系数，如图所示是负温度热敏电阻的基本特性曲线。图5-7负温度系数热敏电阻基本特性曲线电磁式水温指示表的等效电路图5-8水温指示表等效电路当水温低时，热敏电阻传感器阻值增大，流经L1和L2两个线圈的电流相差不多，但L1匝数多，产生磁场强，吸引衔铁使指针向低温指示方向偏，指示低温；当水温增高时，热敏电阻阻值减小，分流作用增强，流经L1的电流减小，磁力减弱，衔铁被L2吸引，指针向右偏转指向较高温度。电源稳压器n电源稳压器，其主要作用就是当电源电压波动时，起稳定电路电压的作用，从而保证水温表的读数准确。图5-9稳压器1—触点2—双金属片3—线圈5.1.5燃油表n燃油表用于指示燃油箱中所储存的燃油量。n由装在油箱中的油量传感器和仪表盘上的燃油指示表两部分组成。n燃油指示表通常有电磁式和电热式两种，近年来还出现了新型的电子式燃油表。1.电磁式燃油表图5-10电磁式燃油表1—左线圈2—右线圈3—转子4—指针5—可变电阻6—滑动臂7—浮子8—传感器接线柱9、10—指示表接线柱11—点火开关电磁式燃油表工作原理n当油箱中无油时，浮子7下沉，可变电阻5被滑动臂6短路，右线圈被同时短路搭铁，无电流通过。此时，电源电压直接加到了线圈1的两端，电流达到最大值，使其产生的电磁吸力最强，吸动转子3，使指针4指示在“0”的位置；当油箱中的燃油增加时，浮子7上浮，带动滑动臂6滑动，可变电阻5的阻值变大，使接线柱9处的电位升高，导致左线圈1的电流减小，右线圈2的电流增加，在左、右线圈的合成磁场的作用下，转子3带动指针向右偏转，指示出油箱中的燃油量；当油箱装满燃油时，右线圈2的电磁吸力最大，指针的偏转角度最大，示值为“l”。当油箱为半满时，指针4指在“1／2”的位置。2.电热式燃油表（双金属式燃油表）图5-11双金属式燃油表1—双金属片2—加热线圈3—动触点4—静触点5—指示表加热线圈6—双金属片7—指针8—传感器电阻9—滑片10—浮子电热式燃油表工作原理n当油箱中无油时，传感器浮子7在最低位置，而将传感器可变电阻8全部接入电路，加热线圈5中电流最小，所以双金属片6几乎不变形，指针指在“0”处，表示无油；当油箱的油量增加时，传感器的浮子10上浮，滑片9移动，使部分电阻被接入电路，于是流入加热线圈5的电流增大，双金属片6受热弯曲变形带动指针向“l”移动，指示出油量的多少。3.电子燃油显示器图5-12汽车电子燃油表电路RX—燃油传感器（可变电阻）VDL—接电源正极VD1～VD7—发光二极管，顺序为自下而上电子燃油显示器工作原理n当油箱中无油时，值最大，A点电位最高，的第5脚电压高于第6脚的基准电压，第7脚输出高电位，此时红色发光二极管亮，其余六只绿色发光二极管不亮，表示油量过少，兼有报警作用。当油箱中加满油时，A点电位最低，、中的电压比较器均输出低电位，使六只绿色发光二极管～全亮，而红色发光二极管因其正极电位变低而熄灭，这表明燃油已满。随着油箱中燃油的逐渐减少，发光二极管、、……依次熄灭，燃油越少，绿色发光二极管亮的个数越少。5.1.6车速里程表n车速里程表是用来指示汽车行驶速度和累计行驶总里程数的仪表，由车速表和里程表两部分组成，一般为磁感应式仪表，无电路连接。图5-13磁感应式车速里程表1—永久磁铁2—铝罩3—磁屏4—游丝5—刻度盘6—车速表指针7—数字轮7n目前有些汽车还装有电子车速里程表，由车速传感器（即测速发电机，由变速器驱动）、电子电路、步进电动机、车速表和里程计数器等组成。图5-14电子车速/里程表结构图汽车变速器车速传感器电子电路指示表机构指针累计里程表步进电动机步进电动机累计计数器车速信号输出（到ECU）车速表累计里程指示表行程指示表5.1.7发动机转速表n为了检查调整发动机，并监视发动机的工作状况，更好地掌握换档时机，利用经济车速等，在汽车仪表板上还应装用可直观反映发动机转速的仪表，即发动机转速表。n发动机转速表有机械式和电子式两种。电子式转速表被广泛采用。1.电容放电式转速表图5-15电容充放电型电子转速表工作过程：n当触点闭合时，三极管T无偏压而处于截止状态，电容器被充电。n当触点分开时，三极管T的基极电位接电源正极，T由截止转为导通。此时电容所充满的电荷经电流表M放电，从而驱动电流表。n触点如此开闭，重复以上动作，使电流表示出通过电流的平均值。2．单稳态多谐振荡式转速表图5-16单稳态多谐振荡式转速表3．感应式电子转速表图5-17感应型电子转速表工作过程：n当分电器的触点开闭时，在中就有一个脉动的电流信号产生，同时在绕组的上端就感应出一个脉动的电压信号。n当绕组的A端得到信号呈正时，晶体管便导通，电流表中就有电流通过；n当A端的信号电位低于B端时则晶体管使截止，电流表中也就没有电流通过。n因此通过电流表的电流平均值与绕组中脉动电流信号的频率，即与分电器触点的开比闭数成正比，也就是与发动机的转速成正比。5.2照明系统5.2.1概述n汽车上安装有各种照明设备和灯光信号设备（俗称灯系），主要用于保证汽车夜间行车的安全及提高其行驶的速度。n汽车的灯系按其安装位置和用途不同可分为外部照明设备和内部照明设备。外部照明设备包括前照灯、雾灯、示宽灯、转向信号灯、牌照灯（尾灯）等。内部照明设备包括室内灯（顶灯）、仪表照明灯（仪表灯）、工作灯等。1.前照灯（俗称头灯或大灯）2.雾灯3.示宽灯（俗称前小灯）4.转向信号灯5.尾灯6.制动信号灯7.倒车灯8.停车灯9.牌照灯10.顶灯11.仪表灯12.其它辅助用灯5.2.2前照灯n为了保证夜间行车安全，对于前照灯的基本要求如下：（1）前照灯应保证车前有明亮而均匀的照明，使驾驶员能看清车前100m以内路面上的任何障碍物。随着车辆行驶速度的提高，前照灯的照明距离也相应要求越来越远，现代高速汽车其照明距离应达到200m～250m。（2）前照灯应能防止眩目，确保夜间两车迎面会车时，不使对方驾驶员因眩目而造成交通事故。1.前照灯的构造n前照灯一般由配光镜、灯泡、反射镜、插座及灯壳等组成，如图所示。半封闭式前照灯1－配光镜2－灯泡3－反射镜4－插座5－接线盒6－灯壳（1）反射镜n其作用是尽可能地将灯泡发出的光线聚合成很强的光束射向远方，达到车前一定范围内的光照度要求。n反射镜一般用0.6mm～0.8mm的薄钢板冲压而成，反射镜的表面形状呈旋转抛物面，其内表面镀银（或镀铬、镀铝）并经抛光。n位于反射镜焦点上的灯丝的绝大部分光线向后射在立体角ω范围内，经反射镜反射后将平行于主光轴的光束射向远方，使光度增强几百倍，甚至上千倍。前照灯的反射镜反射镜的聚光作用（2）配光镜n配光镜又称散光玻璃，它是用透明玻璃压制而成，是很多块特殊的棱镜和透镜的组合体。n它将反射镜反射出的集中光束进行折射与散射，使其成为具有一定分布的灯光光束，均匀照亮车前的路面。n它还能保护反射镜及灯泡，防止雨、雪及灰尘的侵蚀。配光镜的几何形状前照灯的光束分布（3）灯泡n前照灯的灯泡有单灯丝和双灯丝两种。对于双灯丝灯泡，功率较大、位于反射镜焦点上的灯丝为远光灯丝，功率较小的灯丝为近光灯丝。n为了拆装方便及保证灯丝在反射镜中的正确位置，灯泡的插头通常制成插片式。前照灯的灯泡结构1－玻璃泡2－插头凸缘3－插片4－灯丝n前照灯的灯泡为充气灯泡，灯丝用钨丝制成。在制造时先将玻璃泡内空气抽出，然后