汽车仪表系统

项目六汽车仪表与报警系统任务一汽车仪表的作用、类型及发展任务三汽车报警装置任务二数字仪表的结构、原理一、汽车仪表的作用1、作用：监测汽车的运行状况，使驾驶员随时观察与掌握汽车各系统工作状态的相关信息，故而在驾驶室转向盘的前方台板上装有仪表盘。任务一汽车仪表的作用、类型及发展2、仪表盘包括了发动机转速表、车速表、里程表、燃油表、水温表、机油压力表以及各种报警显示装置等内容。3、要求：各个仪表结构简单、工作可靠、显示数据清晰、准确、指示值受电源的电压波动和环境温度变化的影响小，除此之外，仪表的抗震、耐冲击性能也要好。福美来2代白色仪表盘可读性极高史上最强中文仪表盘二、汽车仪表的类型（一）汽车仪表按工作原理划分：1、机械式仪表：就是基于机械作用力而工作的仪表。2、电气式仪表:就是基于电测原理,通过各类传感器将被测的非电量变换成电信号（模拟量）加以测量的仪表。3、模拟电路电子式仪表:其工作原理与电气式仪表基本相同，只不过是用电子器件（分立元件和集成电路）取代原来的电气器件，现在均采用各种专用集成电路。4、数字式仪表:就是由ECU采集传感器的信号，将模拟量转换为数字量，经分析处理后控制显示装置的仪表。（二）按安装方式划分1、组合式仪表：将各仪表组合安装在一起；2、分装式仪表：将各仪表单独安装。目前汽车上应用较多的是数字式仪表，其具有以下优点：（1）指示精度高。（2）重复性好。（3）分度均匀。（4）响应速度快、无抖动。（5）可靠性有根本改善。（6）产品品质的稳定性和可靠性有根本保证。（7）通用性好。三、汽车仪表的发展(一)过去过去使用的多功能仪表盘以普桑汽车为代表（如图9-1）图9-1多功能仪表盘最初一代汽车的仪表盘，简单的罗盘和指针，甚至没有冷光灯的显示，夜里看仪表盘极其不便。最初的仪表盘只能提供给驾驶者简单的速度、耗油等信息，操作也很机械化，这样的仪表盘现在已被基本淘汰。图9-2电子液晶智能组合仪表盘(二)现在电子液晶智能组合仪表盘以大众速腾汽车为代表，如图9-2所示。被称作组合式的汽车仪表盘，是当代汽车用的最多的仪表盘形式。拥有罗盘和液晶显示屏2大区域，功能齐全，并且能够一目了然，各种不同的设计也给汽车内饰注入很多美的元素。(三)未来数字化仪表盘以荣威550汽车为代表，如图9-3所示。荣威550数字化仪表盘的出现代表了汽车仪表盘又进入了一个新的时代。荣威550数字化仪表盘的油量表水温表及行车电脑亦全部摒弃传统的指针，改用科技感十足的数字量化显示，时速表也采用了全数字液晶屏。图9-3数字化仪表盘四、不同车型的仪表盘仪表盘是驾驶员看得最多的部件，仪表盘变得越来越漂亮，功能越来越多，从实用开始走向时尚、炫目，最终完成实用与时尚的统一。几款不同车型的仪表盘如图6-4所示。奥迪A4仪表盘标志207仪表盘标志307仪表盘本田思域仪表盘宝马X6仪表盘奔驰S600仪表盘1、汽车的燃油表、水温表和机油压力表，虽然测量的参数不同，但均由指示表和传感器两部分组成。2、指示表：在结构上分为电热式和电磁式两种，3、传感器：分为电热式和可变电阻式两种。【传统仪表的结构、原理】4、指示表和传感器的配合类型如下：(1)电热式指示表+电热式传感器(2)电磁式指示表+可变电阻式传感器(3)电热式指示表+可变电阻式传感器一、机油压力表作用：检测和显示发动机主油道的机油压力的大小，以防因缺机油而造成拉缸、烧瓦的重大故障发生。组成：机油压力传感器和机油压力指示表。机油压力指示表分类：电热式、电磁式和弹簧式。目前，一些汽车上的机油压力表已取消，由机油压力故障报警灯代替机油压力传感器分类：双金属片式和可变电阻式两种。常用：电热式机油压力指示表配双金属片式机油压力传感器和电磁式机油压力指示表配可变电阻式机油压力传感器。下面以电热式机油压力表与电热式机油压力传感器为例加以介绍。1、结构也称双金属片式机油压力表，其与电热式传感器的基本结构如图9-4所示。图9-4电热式机油压力表与电热式传感器2、原理当点火开关置ON时，电流流过双金属片的加热线圈，双金属片受热变形，使触点分开；随后双金属片又冷却伸直，触点重又闭合。如此反复，电路中形成一脉冲电流，其波形如图9-5所示。图9-5电热式机油压力表加热线圈中电流的波形图当油压降低时，传感器膜片变形小，触点压力小，闭合时间短，打开时间长，变化频率低，电路中平均电流小，双金属片弯曲变形小，指针偏摆角度小，指向低油压；反之，当油压升高时，指针偏摆角度大，指向高油压。3、使用在安装传感器时，必须使传感器外壳上的箭头(安装记号)向上，不应偏出垂直位置30。发动机低速运转时，机油压力不应小于0.15MPa，发动机高速运转时，机油压力不应超过0.5MPa,正常压力应为0.2Mpa～0.4Mpa。二、冷却液温度表作用：检测和显示发动机水套中冷却液的工作温度，以防因冷却液温度过高而使发动机过热。冷却液温度指示表分类：电热式、电磁式和动磁式。冷却液温度传感器分类：双金属片式和热敏电阻式。常用：电热式冷却液温度指示表配双金属片式传感器、电热式冷却液温度指示表配热敏电阻式传感器和电磁式冷却液温度指示表配热敏电阻式传感器三种。下面以电热式冷却液温度表与热敏电阻式传感器为例加以介绍。1、结构基本结构如图9-6所示。热敏电阻式传感器的主要元件为负温度系数的热敏电阻。图9-6电热式冷却液温度表、热敏电阻式传感器与稳压器2、原理当点火开关ON，电流从蓄电池正极→点火开关→电源稳压器→双金属片的加热线圈→传感器接线柱→热敏电阻→传感器外壳→搭铁→蓄电池负极。当发动机冷却液温度较低时，传感器的热敏电阻阻值大，电路中电流的平均值小，温度表的双金属片弯曲变形小，指针指向低温。反之，当冷却液温度升高时，热敏电阻阻值小，电路中电流的平均值大，温度表的双金属片弯曲变形大，指针指向高温。3、电源稳压器仪表稳压器是当电源电压变化时稳定仪表电压，避免仪表的指示误差。适用范围：电热式水温表或电热式燃油表配用可变电阻式传感器的电路。组成：双金属片、一对常闭触点、电热线圈、座板和外壳等部分，如图9-7所示。图9-7电源稳压器的电压波形电压波形如图9-7所示。当电源电压变化时，输出电压平均值保持稳定。该电源稳压器的输出电压为8.64V土0.15V。图9-7电源稳压器的电压波形三、燃油表作用：指示燃油箱内燃油的储存量。分类：电磁式、动磁式和电热式三种，传感器均为可变电阻式。下面以电磁式燃油表与可变电阻式传感器为例加以介绍。1、结构如图9-8所示。图9-8电磁式燃油表与可变电阻式燃油量传感器四、车速里程表作用：指示汽车行驶速度和累计行驶里程数。组成：车速表和里程表两部分。分类：磁感应式和电子式两种，下面以电子式车速里程表为例加以介绍。电子式车速里程表主要由车速传感器、电子电路、车速表和里程表四部分组成。如图9-9所示为奥迪100型轿车的电子式车速里程表车速传感器。图9-9奥迪100型轿车电子式车速里程表车速传感器1、车速传感器作用：产生正比于车速的电信号。组成：一个舌簧开关和一个含有4对磁极的转子。变速器驱动转子旋转，转子每转一周，舌簧开关中的触点闭合、打开8次，产生8个脉冲信号，该脉冲信号频率与车速成正比。2、电子电路作用：将车速传感器送来的电信号整形、触发，输出一个电流大小与车速成正比的电流信号。基本组成：稳压电路、单稳态触发电路、恒流源驱动电路、64分频电路和功率放大电路。如图9-10所示。图9-10奥迪100型轿车电子式车速里程表电子电路3、车速表：是一个电磁式电流表，当汽车以不同车速行驶时，从电子电路接线端输出的与车速成正比的电流信号便驱动车速表指针偏转，即可指示相应的车速。4、里程表：由一个步进电动机和六位数字的十进位数字轮组成。车速传感器输出的信号，经64分频后，再经功率放大器放大到足够的功率，驱动步进电动机，带动数字轮转动，从而记录行驶的里程。五、发动机转速表作用：指示发动机的运转速度。分类：常用的有机械式和电子式两种。电子式转速表获取转速信号的方式有三种，即取自点火系、发动机的转速传感器和发电机。如图9-11所示为桑塔纳轿车取自点火系的转速表电路原理图。图9-11桑塔纳轿车电子式转速表电路原理图工作原理如下：当点火控制器使一次侧电路导通时，三极管VT处于截止状态，电容C2被充电。其充电电路为：蓄电池正极→R3→C2→VD1→蓄电池负极，构成回路。当点火控制器使初级电路截止时，三极管VT的基极得正电位而导通，此时C2便通过导通的三极管VT、电流表A和VD1构成放电回路，从而驱动电流表。图9-11桑塔纳轿车电子式转速表电路原理图1、是由ECU采集传感器的信号，将模拟量转换为数字量，经分析处理后控制显示装置的电子仪表。2、显示装置是用来向驾驶员指示汽车上各个主要系统工作情况的。2、目前显示方式主要有：指针指示、数字显示、声光和图形辅助显示等。任务二数字仪表的结构、原理一、汽车常用电子显示器件的种类和要求1、最常用：数字式、图形或指针式。2、按自身能否发光分：发光型和非发光型两大类。（1）发光型：自身发光，容易获得鲜艳的流行色显示，主要有真空荧光管（VFD）、发光二极管（LED）、阴极射线管（CRT）、等离子显示器件（PDP）电致发光显示器件（ELD）等几种；（2）非发光型：靠反射环境光显示，有液晶显示器件（LCD）、电致变色显示器件（ECD）等。对汽车用电子显示器件的要求见表9-1。表9-1汽车用电子显示器件的要求名称要求工作温度-30～+85℃响应时间500ms(-30℃)对比度10：1视角范围±45°亮度1713cd/颜色红、绿、蓝工作电压5v显示面积100mm×200mm寿命h二、汽车常用电子显示器件1、电子仪表显示器件：一般情况下用真空荧光管（VFD）和液晶显示器件（LCD）为好，其性能和显示效果都比较好。2、信息终端显示：用阴极射线管（CRT）更好，但其体积太大。3、目前在汽车上使用的显示装置主要有发光二极管显示装置(LED)、荧光屏显示器（VFD）及液晶显示器（LCD）等。（一）发光二极管（LED）1、把电能转换成光能，固态发光器件，也是一种晶体管,是应用最广泛的低压显示器件，如图9-12所示。图9-12发光二极管2、一般都是用半导体材料，如砷化镓（GaAs）、磷化镓(GaP)、磷砷化镓(GaAsP)和砷铝化镓（GaAlAs）等制成。3、可通过透明的塑料壳发出红、绿、黄、橙等不同颜色的光。4、可单独使用，也可用于组成数字、字母或光条图。5、优点：响应速度较快、工作稳定、可靠性高、体积小、重量轻、耐振动、寿命长。6、缺点：在环境暗的情况下，效果较好，在阳光直射下很难辨别；若要增大其亮度，则需要相当大的电流，功率消耗较大，故使用受到限制。（二）荧光管（VFD）1、是一种低压真空管，是最常用的数字显示器，如图9-13所示，2、当阴极灯丝通电时，灯丝发热，释放电子，电子被电位较高的栅格吸引，并穿过栅格，均匀地打在电位最高的屏幕字符段上。凡是由电子开关控制通电的字符段受电子轰击后发亮，而未通电的字符段发暗。这样通过控制字符段通电状态，就可形成不同的显示数字，如图9-14所示。图9-14真空荧光管（VFD）的工作原理数字式车速表的真空荧光管显示屏（三）液晶显示器（LCD）1、液晶是一种有机化合物，由长形杆状分子构成。2、液晶显示器需要外来光源，因为其自身不能发光，只能起到吸收、反射或透光的作用。3、是最常用的非发光型显示器，结构如图9-15所示。图9-15液晶显示器（LCD）的结构4、液晶显示的数字或光条是透过垂直偏光镜观看的。图9-16液晶显示器（LCD）的工作原理（四）阴极射线管（CRT）1、也称显象管或电子束管，它是一种特殊的真空管。2、特点：全彩色显示、图象显示的灵活性大、分辨率和对比度高等。且具有-50～100℃的工作温度范围，有微秒级以下的响应速度。3、是目前显示图象质量最高的一种显示器件。三、汽车电子仪表的显示方法（一）字符段显示法1、常是真空荧光管、发光二极管或液晶显示器采