汽车仪表系统

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。
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。
(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。
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。
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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。
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 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9-11 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
任务二 数字仪表的结构、原理
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。
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。
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。
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913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9-5 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。
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 工作温度 响应时间 对比度 视角范围
亮度 颜色 工作电压 显示面积 寿命
要求 -30～+85℃ 500ms(-30℃)
10：1 ±45° 1713cd/ 红、绿、蓝
5v 100mm×200mm
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二、汽车常用电子显示器件
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 宝马X6仪表盘
本田思域仪表盘 奔驰S600仪表盘
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。
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。
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。
图9-2 电子液晶智能组合仪表盘
(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9-12 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。
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。
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9-1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 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。
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。
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 任务二 数字仪表的结构、原理 任务三 汽车报警装置
任务一 汽车仪表的作用、类型及发展
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。
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、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。
【 传统仪表的结构、原理】
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。
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
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。
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）