汽车电子电气第05章仪表、照明及信号系统

1、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

2、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

3、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

4、 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11双金属片8校正电阻12指针10、13调节齿扇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

5、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

6、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

7、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图 5-8 水温指示表等效电路电磁式水温指示表的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

8、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

9、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

10、箱为半满时，指针 4指在“12”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

11、路RX燃油传感器（可变电阻）VDL接电源正极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。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7 75.1.6 车速里程表n 车速里程表是用来指示汽车行驶速度和

12、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。n 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/里程表结构图车速传感器汽车变速器电子电路指示表机构步进电动机步进电动机指针累计里程表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。

13、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

14、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）5. 尾灯7

15、. 倒车灯9. 牌照灯11. 仪表灯4. 转向信号灯6. 制动信号灯8. 停车灯10. 顶灯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200m250m。（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

16、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0.6mm0.8mm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

17、。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，然后充以约96的氩和约4的氮的混合惰性气体。但灯丝的钨仍然会蒸发并沉积在灯泡上，使灯泡发黑。n 卤钨灯泡是在灯泡内所充的惰性气体中渗入某种卤族元素，目前灯泡使用的卤族元系

18、一般为碘或溴，使用这两种元素的灯泡分别称为碘钨灯泡和溴钨灯泡。我国目前生产的是溴钨灯泡。n 卤钨灯泡是利用卤钨再生循环反应的原理制成的，可有效防止钨的蒸发和灯泡的发黑。前照灯的卤钨灯泡1近光灯丝 2远光灯丝 3定焦盘4配光屏 5凸缘 6插片n 前照灯按光学组件的结构不同可分为可拆式、半封闭式和全封闭式三种。全封闭式前照灯1配光镜 2一反射镜 3一接头 4灯丝2. 前照灯的分类3.前照灯的防眩目措施（1 1）采用双丝灯泡）采用双丝灯泡功率较大的远光灯丝位于反射镜的焦点，功率较小的近光灯丝在焦点上方。夜间迎面会车时，通过变光开关将远光改为近光，经反射镜反射的光线绝大部分投向路面，从而具有一定的防止

19、眩目的作用。a)远光b)近光（2）在近光灯丝下方设配光屏）在近光灯丝下方设配光屏n 在近光灯丝的下面装有一金属配光屏，它挡住了灯丝1射向反射镜下半部的光线，从而消除了近光灯光束向斜上方照射的部分，使防眩目效果得到进一步提高。具有配光屏的双丝灯泡工作情况1近光灯丝 2配光屏 3远光灯丝（3）采用非对称近光光形）采用非对称近光光形n 配光屏安装时偏转一定的角度，与新型配光镜配合使用后，其近光的光形分布不对称，符合欧洲经济委员会制订的ECE配光标准，可将车前路面和右方人行道照亮。这是一种比较理想的配光。非对称近光配光图4. 前照灯的检验与调整n 前照灯的检测是对前照灯光束的照射方向和照射距离（发光强

20、度）进行检验。n 目前的检验方法有两种，即仪器检验法和屏幕检验法。前照灯的屏幕检验法n 不合要求时，可松开前照灯的紧固螺母，扳动前照灯进行调整，或通过前照灯的上下、左右调整螺钉进行调整前照灯调整螺钉1左、右调整螺钉 2上、下调整螺钉5.2.3闪光继电器n 闪光继电器简称闪光器，其作用是使转向信号灯按一定的频率闪烁，以指示转弯方向。n 闪光器目前常用的有电热式、电容式和晶体管式三种类型。1. 电热式闪光器1铁芯 2线圈 3固定触点 4动触点 5-镶铬丝6调节片 7玻璃球 8附加电阻9电池接线柱10开关接线柱 11转向指示灯 12指示灯 13转向开关电热式闪光器工作原理：n 当车辆转弯时（例如右转

21、向），将转向开关板向右侧，接通右转向灯电路 由于附加电阻接r入转向信号灯电路，故电流小，灯光暗。n 通电一定时间后，镍铬丝受热膨胀而伸长，使触点闭合此时附加电阻及镍铬丝被短路隔除，线路中电阻小，电流大，灯光较亮。n 又经一段时间后，镍铬丝冷却复原，使触点重新打开，电流又流经附加电阻，灯光变暗。n 如此循环，触点反复开闭，附加电阻不断被接人和短路，使通过转向信号灯丝的电流忽大忽小，转向信号灯和指示灯就发出一明一暗的闪烁光。2.电容式闪光器n 电容式闪光器根据衔铁线圈接法不同分为电流型和电压型。所谓电流型，就是衔铁线圈与转向信号灯泡串联。电压型是闪光器的衔铁线圈与转向信号灯并联。n 根据触点数量的

22、不同，电容式闪光器又可分为单触点式和双触点式两种。n 以单触点电流型电容闪光器为例说明其工作过程。1触点 2弹簧片3串联线圈 4并联线圈5灭弧电阻 6铁芯7电解电容器8转向信号灯开关9左转向信号灯和指示灯10右转向信号灯和指示灯11电源开关3.晶体管式闪光器n 晶体管式闪光器又称电子闪光器，分有触点式和无触点式两种。有触点式闪光器工作时继电器触点可以发出有节奏的响声，借以判断工作是否正常，所以使用较多。n 有触点式晶体管闪光器的电路如下图所示，它主要由晶体管开关电路和继电器所组成。n 有触点式晶体管闪光器电路工作过程分析5.3 指示灯系统5.3.1 指示灯系统的组成及要求n 主要用来指示汽车的

23、一些参数的极限情况或非正常工况，如冷却液温度、机油压力、充放电状况、燃油液位、制动液位及制动管路失效等。n 报警装置一般均由传感器和红色警告灯组成。5.3.2 机油压力过低指示灯图 5-34 机油压力指示灯1弹簧片 2触点开关 3薄膜n 当机油压力正常时，机油压力推动薄膜向上拱曲，推杆将触点打开，指示灯不亮；当机油压力过低时，薄膜在弹簧压力作用下下移，从而触点闭合，红色指示灯亮，以示警告。5.3.3 气压过低报警灯n 在采用气制动的汽车上，当制动系气压过低时，气压过低报警信号灯便发亮报警。n 报警装置由安装在制动系贮气筒或制动阀压缩空气输入管路中的气压过低报警灯开关（即传感器）和安装在仪表板上

24、的报警灯组成。连接电路如后图所示。n 气压过低报警灯开关的构造如后图所示。图 5-36制动系气压过低报警灯开关1调整螺钉2锁紧螺母3回位弹簧4膜片5动触点6固定触点7滤清器图 5-35 制动系气压过低报警信号电路1电源总开关 2熔断丝 3报警灯 4报警灯开关工作过程分析：n 电源总开关接通后，当制动系贮气筒内的气压降低到0.34MPa0.37Mpa，由于作用在气压报警灯开关膜片4上的压力减小，膜片4在回位弹簧3的作用下移动，接通了报警灯电路，令其发光报警。当贮气筒中的气压升高到0.4MPa以上时，警告灯开关中膜片4上所受的气体压力增加，压缩回位弹簧3，使触点5与触点6分开，将电路切断，气压过低

25、警告灯熄灭，表明气压在正常范围。5.3.4 制动液面报警灯图 5-37 制动液面传感器1舌簧开关外壳2接线柱3舌簧开关4永久磁铁工作过程分析：n 制动液面报警信号装置的作用是当制动液面过低时，发出报警信号。n 外壳1内装有干簧管继电器，接线柱与液面指示灯相连，浮子4上固定着永久磁铁。当浮子随着制动液面下降到规定值时，永久磁铁3使干簧管触点闭合，接通指示灯，发出警告，当制动液面上升时，浮子上升，吸力减弱，干簧管触点靠自身弹力张开，指示灯熄灭。5.3.5 制动信号灯监视电路图 5-38制动灯监视电路1保险丝 2制动踏板 3制动灯开关 4干簧管继电器工作过程分析：n 当踩下制动踏板时，电源经保险丝，

26、线圈L2到制动信号灯搭铁成回路，制动灯亮；但流过L2线圈所产生的磁场，还不足以闭合干簧管继电器触点。但在点火开关接通的情况下，经可调电阻R、L1线圈、搭铁成回路，使L1中也产生磁场。这两个磁场叠加时，干簧管继电器触点才闭合，12V电压加在指示灯上，表示制动灯的工作正常。当一只制动灯损坏 时，流过L2的电流减小一半，磁场减弱，干簧管继电器触点不闭合，指示灯不亮，表示制动灯有故障。5.3.6 手制动器未松警告灯n 当驻车制动器处于制动位置时，若接通点火开关，则指示灯亮（通常用自闪灯），提醒驾驶员在挂档起步之前，松开驻车制动器，当松开驻车制动后，指示灯即熄灭。图 5-39制动指示灯系统1触点2活塞3平衡弹簧4密封5手制动手柄5.3.7 制动蹄片磨损警告灯n 当接通点火开关后，电子控制装置8便向摩擦片内理设的导线通电数秒钟进行检查，若摩擦已磨损到使用极限厚度，并且埋设的导线被磨断，电子控制装置则使报警灯9发出报警，表示制动摩擦片需要更换。图 5-40 制动蹄片磨损警告装置1摩擦片衬块 2制动盘 3、9警告灯