单元四汽车仪表和报警系.docx

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单元四汽车仪表和报警系

单元四汽车仪表和报警系

学习目标

知识目标：

1.正确描述普通仪表系统的组成、电路及工作原理；

2.正确描述普通仪表的传感器的结构和工作原理；

3.简单叙述各警报指示灯装置的结构、工作原理；

4.简单叙述电子仪表系统的组成、电路及工作原理。

技能目标：

会分析、排除仪表系统的故障。

1概述

 为了使驾驶员随时掌握车辆的各种状况，并及时发现和排除潜在的故障，汽车上在驾驶员座位前方的仪表板上装有各种测量仪表。

一般计量、测量仪表及报警指示灯在仪表板上的布置如图4－1所示。

                图4－1仪表板总成

由于传统的仪表为驾驶员提供的数据信息已远远不能满足现代汽车新技术的发展要求，所以电子显示组合仪表逐渐成为汽车仪表发展的主流。

它相对于传统仪表具有易于辨认、精确度高、可靠性好及显示模式的自由化等特点，能够利用各种传感器传来的信号并根据这些信号进行计算，以确定车辆的行驶速度、发动机转速、发动机冷却液温度、燃油量及车辆其它情况的测量数据，并将这些数据以数字或条形图形式显示出来。

图4－2电子显示组合仪表板

2常规仪表

2.1机油压力表及传感器

机油压力表显示发动机内的机油压力，使驾驶员易于检测润滑系统的故障，是一种双金属片型的仪表，一般安装主油道或机油泵上，其结构如图4－3所示。

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 图4－3机油压力表电路

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“双金属片”通常是指热膨胀系数不同的两种金属或合金结合成的金属条。

温度改变时，由于两金属的伸缩程度不同，便会翘曲。

很多仪表都是由双金属片元件与电热丝组成。

   机油压力表的工作有三种情况，其一是当无机油压力时，传感器中的双金属元件上的触点断开，此时接通点火开关，也无电流经过触点，故指针保持在0位不动，如图4－4所示。

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图4－4无机油压力时的工作情况

   其二是当机油压力低时，此时膜片会推动触点而产生轻微接触，使电流经过传感器和显示器中的电热丝。

由于触点的接触压力很小，所以极弱的电流便可使传感器的双金属元件发生翘曲而断开触点，显示器的双金属元件的温度便不会上升，只会轻微翘曲，结果指针偏转量很微小。

   其三是当机油压力高时，此时膜片会强力推动触点，使双金属元件与触点的接触压力增大，要通过很强的电流才能断开，所以整个线路的平均电流增大，使显示器的双金属元件的温度上升，翘曲度增大，从而带动指针大幅度偏转，如图4－5所示。

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图4－5机油压力高时的工作情况

2.2燃油表及传感器

燃油表是用来显示油箱中的剩余燃油量的，有两种类型，双金属片电阻型和交叉线圈型。

大多数新型的丰田汽车都使用交叉线圈型燃油表（单向型）。

2.2.1双金属片电阻型燃油表

   该燃油表的显示器与机油压力表类似，也装有一个双金属片元件，当电热丝发热时发生变形，带动表针摆动一定的角度以显示油量，如图4－6所示。

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图4－6双金属片电阻型燃油表

   流经电热丝电流大小取决于传感器中浮子式滑线电阻器浮子的位置，如图4－7所示，该变阻器的输出阻值依赖于浮子的位置，当油量多时，浮子的位置高，输出电阻小，电流大，当油量少时，浮子位置低，输出电阻大，电流小。

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图4－7燃油表传感器

2.2.2稳压器

   蓄电池电压的波动会对双金属片型仪表产生影响，从而造成仪表示值误差。

为了避免发生这种误差，燃油表内装置了双金属片型稳压器，使电压保持在恒定水平（约7伏）。

稳压器是由带触点的双金属片元件和电热丝组成。

稳压器的原理如图4-8所示，当电流经过稳压器中触点及双金属片元件而流至燃油表和水温表时，电热丝使双金属片发热弯曲，此时触点随之断开，电流停止流经燃油表和水温表。

同时，电流也不会再流经稳压器电热丝。

当电流停止流经电热丝时，双金属片元件冷却，触点再次接通。

如果蓄电池电压低，流经发热丝的电流量也小，使双金属片元件的加热速度也会减慢，这样，触点就会推迟断开，也就是说，触点要长时间接通。

反之，如果蓄电池电压高，电流量也大，使触点的接通时间变得很短。

通过这种方法，即使在蓄电池电压波动时，电流量也保持在实际上恒定的水平，如图4－9所示。

                                 图4－8稳压器的工作过程

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图4－9稳压器的稳压原理

2.2.3交叉线圈型燃油表

这种燃油表的传感器与电热式燃油表相同，只是在接收器中使用了交叉线圈型显示器，如图4－10所示。

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图4－10交叉线圈型燃油表

表针与一磁性转子相连，在磁性转子的外面按四个方向绕上线圈，相邻两线圈之间的夹角为90度。

当线圈有电流通过时，四个线圈在四个方向上产生磁场，合成为某一方向的磁场，使磁性转子处于一定的位置，当电流发生变化时，合成磁场的方向也发生变化，从而使得磁性转子的位置发生变化，指示相应的燃油量值。

在转子下面的空隙里填满了硅酮油，以防止车辆振动而造成指针震颤。

这种交叉线圈型仪表与双金属片型相比具有显示值精度高、指针偏转角较大、随动特性优良和无需稳压电路等特点。

在某些车上使用单向型仪表，这种仪表即使在断开点火开关后，仍可显示出燃油剩余量。

线圈具体的缠绕如图4－11所示，线圈L1和L3沿相反方向缠绕在同一轴线上，线圈L2和L4缠绕在另一轴线上，两轴线间的偏置角为90度，方向相反。

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图4－11交叉线圈的缠绕方向

线圈的连接关系如图4－12所示，当点火开关闭合时，电流的方向为：

蓄电池“+”极→L1→L2→L3→L4→搭铁→蓄电池“-”极，行成回路，另外还可由蓄电池“+”极→L1→L2→传感器→搭铁→蓄电池“-”极，构成另一回路。

而电压Vs将随燃油量传感器输出电阻，即随燃油液面高度不同而发生变化，使流经L1、L2的电流I1和流经L3、L4的电流I2发生变化，使四个线圈在各自方向上引起的磁场强度发生变化，引起磁性转子旋转带动指针摆动。

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图4－12交叉线圈型燃油表的线路连接图

线圈合成磁场的方向和大小与油箱的油面高低有关，当油箱满时，燃油传感器输出电阻最小，流经L1、L2的电流I1大，流经L3、L4的电流I2很小，合成磁场如图4－13所示。

图4－13油箱满时的合成磁场

当油箱半满时，燃油传感器输出的电阻增大，流经LI、L2的电流I1有所减小，流经L3、L4的电流有所增大，合成磁场如图4－14所示（注：

L3线圈匝数极小，所产生磁场强度也小）

图4－14油箱半满时的合成磁场

当油箱空时，燃油传感器输出电阻最大，流经L3、L4的电流也随之增大，其合成磁场如图4－15所示。

图4－15油箱空时的合成磁场

断开点火开关时，线圈磁力消失，普通型仪表指针在转片的重量作用下回归“0”位，如图4－16所示。

图4－16普通仪表的指针回位

2.3水温表及传感器

水温表是用来显示发动机冷却水套中的冷却液的温度的，有两种类型，为双金属片电阻型和交叉线圈型。

显示器的工作原理与燃油表基本相同，只是水温传感器使用了负系数可变电阻（热敏电阻），即当冷却液温度低时，热敏电阻的电阻值很大，几乎无电流通过，当冷却水温度上升时，热门电阻的电阻值下降，电流增大。

2.4车速里程表

车速里程表是用来指示汽车行驶速度和累计行驶里程的仪表，由车速表和里程表两部分组成，普通车速表一般为磁感应式，其结构如图4-17所示。

车速表主要由永久磁铁、铝罩、护罩、刻度盘和表针等组成，永久磁铁与主动轴紧固在一起，主动轴由来自变速器输出轴的挠性软轴驱动，指针、铝罩固接在中心轴上，刻度盘固定在表外壳上。

不工作时，铝罩在游丝的作用下，使指针位于“0”位。

当汽车行驶时，软轴驱动主动轴带动“U”形永久磁铁旋转，在铝罩上感应出电涡流而产生磁场，这个磁场与永久磁铁的旋转磁场相互作用产生钮矩，使铝罩向永久磁铁旋转方向转过一定角度，直到由游丝的弹力所产生的反方向扭矩与之平衡。

车速越高，产生的扭矩越大，指针在刻度盘上摆动的角度就越大，即指示的车速就越高。

里程表主要由蜗轮蜗杆和数字轮组成，当汽车行驶时，主动轴经三对蜗轮蜗杆驱动数字轮上的最右侧的第一个数字轮（一般为1/10Km），任一个数字轮与左侧相邻的数字轮传动比都为10：

1，这样显示的数字呈十进位递增，便自动累积了汽车总的行驶里程。

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图4-17 永磁式车速里程表

2.5发动机转速表

为了检查调整发动机、监视发动机工作情况，使驾驶员正确地选择换档时机，不少汽车的仪表板上装有发动机转速表。

普通机械式转速表又可分为机械传动磁感应式转速表和电动磁感应式转速表。

机械传动磁感应式转速表的结构和工作原理与上述磁感应式车速表基本相同，电动磁感应式转速表转速表的基本结构如图4－18所示，它是由传感器和指示器两部分组成，传感器实际是一个小型的交流发电机，安装于发电机皮带轮附近，由四个螺钉固定。

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图4－18 电动磁感应式转速表

1-动圈；2-永久磁铁；3-游丝；4-配重；5-指针；6-传感器扁形轴；7-外壳；8-线圈固定罩；9-旋转永久磁铁；10-输出线圈；11-轴承座；12-整流器；13-电阻R1（200Ω）；14-电阻R2（300Ω）

当发动机工作时，发动机的传动机构带动传感器扁形轴转动，与轴相连的永久磁铁随之转动，使磁力线切割线圈而产生交流电。

电压高低随转速快慢而变化，通过整流器转化为直流电，再经绕线电阻和碳电阻输入动圈，此时动圈所产生的磁场与永久磁场相互作用，其结果使动圈偏转。

发动机转速越快，传感器输出的电压也就越大，使动圈的输入电压变大，动圈偏转的幅度越大，指针的偏转角度也越大。

3.1机油压力警告灯

用于提醒驾驶员注意发动机的机油压力异常的低。

机油压力警报装置的报警开关一般装在主油道上，弹簧管式机油压力报警开关如图4－19所示。

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图4－19弹簧管式机油压力报警开关

其传感器为盒式，内有一管形弹簧，一端与接头相连，另一端与动触点相连，静触点与接线柱经接触片与接线柱相连，当机油压力低于0.05MPa—0.09Mpa时，管形弹簧变形很小，动触点和静闭合，电路接通，警告灯点亮；当机油压力高于0.05MPa—0.09Mpa时，管形弹簧变形较大，动触点和静触点分开，电路断开，警告灯熄灭。

3.2放电警告灯

蓄电池放电时，该警告灯点亮，当发电机的电压达到正常充电电压时，该警告灯熄灭。

如果在正常行驶时，该警告灯亮，可以提醒驾驶员充电系统功能有故障。

3.3燃油油位警告灯

用于指示燃油剩余量不足，其结构原理如图4－20所示。

图4－20燃油油量警告灯电路

该装置是由负温度系数的热敏电阻式燃油油量报警传感器和警告灯组成。

当油箱内油量较多时，热敏电阻元件浸没在燃油中，散热快，温度较低，电阻值较大，因此电路中电流很小，警告灯不亮；当燃油减少到规定值以下时，热敏电阻元件露出油面，散热慢，温度较高，电阻值较小，因此电路中电流增大，警告灯点亮。

3.4制动系统监测警告灯

指示已使用驻车制动器或制动液不足，结构如图4－21所示。

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图4－21制动液面报警开关

制动液面警告灯开关装在制动总泵的储液罐内，外壳的外面套装着浮子，浮子上固定有永久磁铁，外壳内部装有舌形开关，舌形开关的两个接线柱与警告灯和电源相连，当制动液面在规定值以上时，浮子浮在靠上的位置，永久磁铁的吸力不足，舌形开关在自身的弹力作用下保持断开的状态；当制动液面下降到一定值时，浮子位置下降，舌形开关在永久磁铁吸力作用下闭合，警告灯点亮。

3.5水温警告灯

水温警告灯的作用是当发动机冷却液温度高到一定程度时，警告灯自动点亮，以示警报。

水温警告灯的通断由温度开关控制，其工作原理如图4－22所示。

当冷却液温度低于95—98℃时，双金属上的触点与固定触点保持分离状态，警告灯不亮；当冷却液温度高至95—98℃时，双金属片受热变形向下弯曲程度变大，使触点和触点接触，将警告灯电路接通，警告灯点亮，提醒驾驶员注意。

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图4－22温度开关

驾驶室内还有其它一些警示灯，例如远光指示灯、转向信号灯、危险警告灯、车门未关指示灯以及与空调和刮水除霜装置相关的指示灯等，其很多指示灯都是和相关的电路连接在一起，由电路控制。

4 电子显示组合仪表

电子显示组合仪表的结构如图4－23所示，主要包括数字式仪表计算机、车速传感器、燃油油位标尺转换开关、短程控制开关、里程表（机械式）等元件，这些元件与真空荧光显示器构成了一个整体。

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图4－23电子显示组合仪表的结构

电子仪表的作用与常规机电模拟式的仪表基本相同，都是从各种传感器接收信号，并将信号经处理后通过显示器显示数据，使驾驶员了解车辆的速度、发动机转速、燃油量、冷却液的温度等。

不同的是：

电子仪表是通过仪表中的微电脑和各种集成电路处理各种传感器的信号，然后以数字形式在真空荧光显示器显示出来，电子仪表的零部件以及功能示意图如图4－24所示，其大体组成可分为各种传感器、微电脑和集成电路和真空荧光显示器等，下面分别介绍。

4.1传感器

4.1.1车速传感器

   车速传感器如图4－25所示，其中有一内置光电耦合器，如图4－26所示，将发光二极管和光敏三极管组合在一起。

在发出光线的二极管和接收这些光线的光敏三极管之间，有一个开有二十条狭槽的转轮旋转。

开槽转轮连接在车速表传动软轴上，其转动速度根据车速的快慢而增减。

当开槽转轮转动时，不停地隔断发光二极管和光敏三极管之间地光线，从而使光敏三极管时通时断，并因此也使晶体管时通时断。

这使晶体管将20各PPR（每转动一周地脉冲数）的信号传输至电脑端子，使电脑得知车速。

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图4－25车速传感器

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图4－26光电耦合器

4.1.2英里/公里转换开关

 在某些国家使用车辆短程控制开关，如图4－27所示，其上装有英里/公里显示转换开关。

按下该开关，便可以在车速表上交替显示出“英里/小时”和“公里/小时”。

当断开英里/公里显示转换开关，也就是断开电脑相应的端子，车速表仅以公里/小时显示车速。

反之，端子闭合时，车速表仅以英里/小时显示车速。

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图4－27短程控制开关

4.1.3短程复位开关

此开关是与短程里程表相配合使用的，按下该复位开关，便接通了复位开关的触点，让相应的端子接地，从而将目前显示的数据复位归零。

松开复位开关，各触点便会断开，短程里程表重新开始计算距离。

4.1.4短程模式转换开关

 此开关也是与短程里程表配合使用的，按下模式转换开关（A/B）便可接通该开关的触点，使相应的端子接地，从而将A模式转换为B模式或从B模式转回A模式（放开模式转换开关时，各触点断开）。

在某些国家使用的车辆上，英里/公里转换开关安装在双制式短程里程表内，按下转换开关，便可将短程表上的英里显示变成公里显示。

转换开关与车速里程表的显示器连接在一起。

4.2各显示表的原理

4.2.1车速表

 车速表的工作原理如图4－28所示，电脑通过在一段预定的时间内从车速传感器传出的脉冲信号来计算车速，然后使真空荧光显示器发光，显示车速，同时可以通过英里/公里转换开关切换单位。

在某些国家使用的车辆上装有车速警报器，当车速达到或超过125公里/小时（78英里/小时）时，电脑内的晶体管便反复接通和断开，使警报器发出警告蜂鸣。

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图4－28车速表的原理示意图

4.2.2双制式短程里程表

 双制式短程里程表的工作原理如图4－29所示，是由微电脑计算车速传感器发出的速度信号，计算出行驶距离，然后将计算结果由真空荧光显示器显示在短程里程表上，可以通过复位开关进行复位归零，还可以通过模式转换开关转换模式。

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图4－29双制式短程里程表原理示意图

4.5仪表故障诊断

  当仪表不工作或工作不良时，应对其线路、机械传动装置和传感器进行检查。

线路的通断情况可用万用表或试灯进行检查；机械传动装置用常规的检查方法检查即可；传感器的检查相对复杂，故本部分以传感器的检查为主。

若线路、机械传动装置及传感器工作正常，而仪表不工作或工作不正常，则应更换仪表。