汽车仪表显示与报警系统

学习目标

1. 能够熟练说明汽车仪表系统的作用、 类型。

2. 能够熟练说明常见的常规仪表的作用。

3. 能够熟练说明电子仪表的特点及典型仪表的工作原理。

4. 能够独立对汽车仪表进行检修及故障诊断、 排除。

任务分析

汽车仪表显示系统是驾驶员随时获得汽车工作状态的重要装置， 对驾驶员正确判断汽车的运行状态起着重要的作用。 汽车上装有各种随时监测汽车运行参数及重要部位状态的参数的仪表， 这些仪表为安全行车提供了一定的保障。 这里主要介绍汽车仪表的作用、 类型、 工作原理、 检修、 故障诊断与排除情况。

基础知识

一、 仪表显示系统的作用

汽车仪表显示系统随时监测汽车行驶状态和运行参数， 并把这些数据通过数字、 文字等形式显示在仪表上， 以便驾驶员随时掌握汽车的状况， 做出正确的操作。

二、 汽车仪表的类型

1. 按工作原理划分

按照工作原理， 汽车仪表可分为机械式仪表、 电气式仪表、 模拟电路电子式仪表和数字式仪表。

机械式仪表、 电气式仪表和模拟电路电子式仪表统称为传统仪表。 机械式仪表就是基于机械作用力而工作的仪表。 电气式仪表就是基于电子原理， 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。 模拟电路电子式仪表的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 (为汽车仪表专门设计的集成电路)。 数字式仪表由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。 数字式仪表性能完善，必将在汽车上普及使用。

2. 按安装方式划分

按安装方式， 汽车仪表可分为组合式和分装式。

三、 常规仪表

不同的车装有的仪表也不尽相同， 但是有一些仪表是所有车都必须装有的， 用来满足驾驶员行车的需要。 汽车驾驶室的各种计量、 测量仪表在仪表板上的布置如图7-1所示。 汽车常规仪表主要有车速里程表、 发动机转速表、 燃油表、 水温表、 机油压力表、 电流表、电压表、 空气压力表等。

图7-1 仪表板总成

四、 报警装置

现代汽车为了保证行车安全和提高车辆的可靠性， 安装了许多报警装置。 如在制动系统气压过低、 真空度过低、 机油压力过低、 燃油储存量过少、 冷却水温度过高以及当汽车制动液液面高度不足等时便发出报警信号。 报警装置的正确识别及使用对于正确使用汽车有着非常重要的作用。

报警装置一般均由传感器和红色警告灯组成。

1. 制动系统低气压报警装置

对采用气压制动的车辆来讲， 当制动系统内的气压过低时， 就会使制动机构失灵， 造成交通事故。 为了能使驾驶员注意到气压过低而避免行车事故， 在汽车上安装了制动低压报警灯。 当气压低于某一数值时， 报警灯亮， 以引起驾驶员注意。

2. 真空度报警装置

为了保证行车安全， 减轻驾驶员的劳动强度， 有些汽车上装置了真空增压器， 使作用于车轮的制动力增大数倍。 为了指示真空筒内的真空度， 在仪表板上装有一个红色真空度警告灯， 它由装在真空筒上的真空度报警传感器控制。 当真空筒内的真空度下降到0.0532MPa (400mmHg) 时， 红色真空度警告灯发亮。

3. 机油压力报警装置

在某些汽车上， 除装有油压表外， 还装有机油压力报警装置。 其目的是使驾驶员能注意到润滑系统中的机油压力降低到了允许下限， 从而提醒驾驶员迅速采取措施。

4. 燃油油量报警装置

当燃油箱内燃油减少到某一规定值时， 为告知驾驶员， 以引起注意， 便在有些汽车上装有燃油油量报警装置。 当燃油箱内燃油量多时， 警告灯处于熄灭状态。 当燃油减少到规定值以下时， 警告灯发亮， 以示警告。

5. 水温报警装置

水温报警装置的作用是当冷却系统水温升高到一定限度时， 警告灯自动发亮， 以示警告。

6. 制动液液面过低报警装置

当制动液液面过低时报警灯亮， 用以警示驾驶员制动液液面过低， 要及时处理。

五、 电子显示仪表

1. 电子显示仪表概述

随着汽车制造技术的进步， 现代汽车应用微处理器控制的电子仪表越来越普遍。 电子仪表的作用与前面介绍的常规机电模拟式仪表基本相同， 都是从各种传感器接收信号， 并将信号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、 冷却液温度等信息。 区别在于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、 光柱曲线图、 光条图等形式在显示器上显示出来。 其大体组成包括各种传感器、 微处理器、 A/D转换器和集成电路以及显示器等。 这些电子仪表比常规模拟仪表的读数更直观、 更精确， 外观更漂亮。

大多数电子仪表都具有自检程序， 可对车辆进行故障自诊断。 通常情况下， 只要同时按下驾驶员信息系统中微机上的两个按钮， 即可开始对车辆进行自检， 也有些车上专门设有自检按钮。 若有故障， 在显示器上就会出现故障代码。

自检程序首先对信息系统本身的各个传感器进行检查， 若没有问题， 会显示 “OK” 等信息； 若有问题， 就会显示检测的警告图形或故障代码。 例如: 对于废气再循环电磁阀电路故障， 克莱斯勒车就会出现故障代码34。 除此之外， 还能和车上其他ECU， 如发动机ECU交换信息， 将发动机的故障读取并显示。 故障的显示是循环显示， 若要停止显示， 按复位按钮即可。

对不同的车型， 故障码是不同的， 显示器上显示的形式也不一样， 有代码显示的， 也有字母显示的。 不管是怎样显示， 只要和本车携带的维修手册对照查找， 就可方便、 顺利地查到系统的故障原因和解决的方法。

2. 常用汽车电子仪表

1) 车速/里程表

汽车车速/里程表主要用来指示汽车时速和累计行驶里程。 一般都将车速表和里程表组合使用。 车速表通常采用电磁式， 主要由永磁转子、 带有轮和指针的感应磁碗、 盘形弹簧和刻度盘组成。 里程表则为一个车轮转速计数器， 需要车轮转很多圈才能累计一个数， 由蜗轮蜗杆和计数轮等组成。 电子式车速/里程表的结构框图如图7-2所示。

图7-2 通用汽车公司电子式车速/里程表的结构框图

电子电路将车速传感器送来的具有一定频率的电信号转变为有用的方波电压信号， 以控制车速电路驱动里程表的步进电动机， 电子电路如图7-3所示。 该电路用密封的触点来控制， 即将密封的触点产生的脉冲信号输入施密特触发器2， 然后再控制多谐振荡器3。 而多谐振荡器既控制着电流发生器， 也控制着分压器8和滤波器9以及电压比较器K。 工作时，集成电路的接线端能够获得与输入信号频率成正比的平均输出电流， 以使车速表正常工作而测量出车速。 分压器是一个五级两挡分压器， 可使输入频率在1～32变化， 输出频率为0～10Hz， 用于控制步进电动机。 步进电动机的每一转角都对应于汽车所通过的行驶里程，而与汽车行驶速度和方向无关， 以保证计数器与汽车转动部分的几何参数协调一致， 从而实现里程表计数并累计汽车行驶里程。

图7-3 电子式车速/里程表电子电路

1—输入端；2—施密特触发器；3—多谐振荡器；4—信号发生器；5—输出极；6—集成电路；7—接线端；8—分压器；9—滤波器；10、11—输出端；12—步进电动机 (里程表)；13—车速表

2) 发动机转速表

多数发动机转速表以柱状图形来表示发动机转速的大小， 并可通过发动机点火线圈的前沿触发信号来测量 (脉冲信号时间反比于发动机转速)， 这种前沿脉冲信号通过中断口输入到微处理器。 为减小计算误差， 脉冲的周期通常采用四个周期的平均值来计算。 显示的时间随脉冲周期大小变化而不同， 并随发动机的转速由大到小按比例缩短， 以便与人的感觉相同。 转速表控制电路如图7-4所示。

图7-4 转速表控制电路

3) 电子燃油表

汽车的燃油表一般采用柱状或其他图形方式来提醒驾驶员油箱内可用的剩余燃油量。图7-5 (a) 所示是一种广泛应用的燃油传感器结构， 由一个随燃油液面高度升降的浮子、一个带有电阻器的机体和一个浮动臂组成。 机体固定在油箱壁上， 当浮子随燃油液面的高度升降时， 带动浮动臂使接触片在电阻器上滑动， 从而使检测回路产生不同的电信号。 当在电阻外部接上固定电压时， 燃油高度可根据接触片相对搭铁线的电压变化测出。

图7-5 (b) 所示为燃油表控制系统。 ECU对燃油传感器施加＋5V电压， 并将燃油传感器输出的电压通过A/D转换后交由微处理器处理， 控制显示电路以柱状图形显示处理结果。为了在系统第一次通电时加快显示，通常A/D转换大约每0.4s进行一次。在一般的运行环境下，为防止浮子因汽车行驶过程中振动等因素造成的突然摆动而导致显示不稳定， ECU将A/D转换的结果平均每26s一次。 另外， 鉴于仅靠平均办法还不足以使显示准确， 系统控制显示器只允许在更新数据时每次仅升降一段，并且显示结果经数次确认后才显示出来。

图7-5 电子式燃油表

(a) 结构图； (b) 控制系统

4) 其他数字仪表

用于显示温度、 机油压力和充电电压的仪表， 大多采用光条图显示 (如图7-6所示)，显示的每一条分度线都代表不同的显示值。 还有一种流行的显示方式是用浮动光标， 如图7-7所示。

图7-6 光条图式电子仪表

1—机油压力表和充电电压表显示器；2—车速、 里程和发动机转速显示器；3—水温表和燃油表显示器；4、6—指示灯；5—按钮式控制器

图7-7 浮动光标式电子仪表

温度表一般接收来自NTC (负温度系数) 热敏电阻的输入。 当发动机冷的时候， 热敏电阻的阻值高， 将低电压输入给微处理器。 此输入信号在仪表上表现为低的温度读数。 热敏电阻阻值随着发动机冷却液升温而下降。 当冷却液温度到达预定值时， 微处理器便发出发动机温度超温的报警， 提醒驾驶员注意。

充电电压表通过仪表板模块供电电压与基准电压信号进行比较， 算出充电电压。 机油压力表的工作原理与常规模拟仪表相似， 采用压敏传感器。

数字仪表执行自检验。 若发现故障， 便向驾驶员显示报警信号， “CO” 表示电路开路，“CS” 表示电路短路， 这些信号直到故障排除后才消失。

3. 电子显示仪表显示器

电子显示仪表显示器在驾驶员信息系统中担负着重要的角色， 直接影响和制约驾驶员信息系统的应用和发展。 目前， 汽车上使用的显示器主要有液晶显示器 (LCD)、 荧光显示器 (VFD)、 发光二极管 (LED) 和阴极射线管显示器 (CRT) 等。

4. 平视显示装置

平视显示装置 (Head Up Disp1ay， HUD)， 最早是航空器上的飞行辅助仪器。 意即飞行员不需要低头就能够看到他需要的重要资讯， 降低飞行员需要低头查看仪表的频率， 避免注意力中断以及丧失对状态意识的掌握。 因为HUD的方便性以及能够提高安全性， 部分汽车制造商也以类似的装置将仪表的内容投射在前挡风玻璃上。1988年上市的日产西尔维亚轿车首次对速度表应用这种方式。

如图7-8所示， 仪表图像是由荧光显示器投影到挡风玻璃上的。 在前挡风玻璃上设置有反光膜， 高亮度荧光显示管把图像投射到反射膜上。

图7-8 平视显示装置结构示意

六、 组合仪表

组合仪表就是将各仪表组合安装在一起，主要由仪表、 指示灯、 报警灯、 照明灯和报警蜂鸣器等组成。 分装仪表就是将各仪表单独安装。 组合仪表又分为可拆式和整体不可拆式两种。 可拆式仪表的仪表、 指示灯、 报警灯和照明灯等部件可单独更换。 整体不可拆式仪表需整体更换。

下面以中华H530组合仪表为例进行说明，如图7-9所示。

1. 液晶屏为点阵液晶屏

图7-9 H530组合仪表

2. 点火开关关闭时， 液晶屏显示门开信息和文字提示信息

3. 点火开关打开时， 液晶屏显示主界面

(1) 室外温度显示: 显示范围为-40℃～＋50℃； 当室外温度传感器未接时， 液晶屏不显示室外温度。

(2) 挡位显示: 显示车辆当前挡位， 包括P、 R、 N、 D、 M1、 M2、 M3、 M4、 M5 (手动挡车型无此信息显示)。

(3) 当车辆有门开或有文字提示时， 此图标出现。

(4) 多功能显示:瞬时油耗、平均油耗、续航里程(通过多功能方向盘OK按键切换)。

(5) 车辆行驶总里程:0～999999km。

(6) 小计里程:0～999.9km， 通过长按方向盘开关返回键即可对其清零。

(7) 车辆状态提示: 包括门开状态和文字提示信息。

4. 组合仪表背光调节

通过多功能方向盘按键调节。

5. 舒适性设置

通过多功能方向盘按键调节， 通过仪表进行设置， 由BCM控制， 默认状态框起来。

1) 门开启

(1) 遥控解锁仅驾驶员侧车门。

(2) 遥控解锁所有车门。

2) 确认信号

(1) 遥控上锁时转向灯闪烁功能。

(2) 遥控解锁时转向灯闪烁功能。

3) 内部中控锁

(1) 如果没有车门开启， 中控自动重锁。

(2) 车速达到24～30km/h时， 中控自动上锁功能。

(3) 停车熄火后， 中控自动解锁功能。

4) 舒适模式

(1) 遥控上锁时自动关窗功能。

(2) 遥控解锁时自动开窗功能。

6. 注意事项

(1) 仪表所有车型通用， 仪表被拆卸后， 起动按钮功能将部分失效。

(2) 例如已经起动的发动机不能正常熄火， 熄火的发动机不能被起动。

(3) 强制应急关机: 长按起动按钮3s。

(4) 强制应急启车:按起动按钮切换到ACC挡，长按15s即可(空挡位、踏刹车/离合)。

实施与考核

一、 技能学习

1. 汽车仪表拆卸注意事项

(1) 拆卸组合仪表时， 应先拆下蓄电池负极电缆， 以免手触摸仪表板后面时造成线路短路。

(2) 拆卸转向柱护罩上的固定螺钉， 取下护罩， 卸掉装饰板固定螺钉， 有的车型可能要先拆下汽车音响按钮， 然后再取下装饰面板。

(3) 拆组合仪表装饰面板时， 由于固定螺钉一般是隐蔽的， 因此要仔细查找固定螺钉，否则强行拆卸将会损坏装饰面板， 从前面绕到仪表板背面， 卸下车速表软轴； 从仪表板上稳妥地取下仪表。

(4) 拆卸组合仪表时， 应注意仪表板后面的线束插接器及车速里程表软轴接头， 一般都带有锁止机构， 切忌强拆。

(5) 从电路板上拆下仪表表芯、 电源稳压器、 照明及指示灯时， 注意不要损坏印制电路。

2. 汽车仪表安装时注意事项

(1) 电磁式仪表的接线柱有极性之分， 不得接错。

(2) 单独更换表芯或仪表传感器时， 注意仪表与传感器必须配套使用。

(3) 拆装仪表及传感器时， 注意动作要轻， 不要敲打。

(4) 电热式机油压力传感器安装时有方向要求。

(5) 仪表与传感器的接线、 传感器的搭铁必须可靠。

3. 数字仪表的检测方法

对于汽车仪表装置的故障诊断， 除了依靠车载计算机自诊断系统进行自诊断以外， 还可以使用专门的检测设备， 对其进行检测和诊断。 这些检测设备属于外接设备， 可以直接插入汽车微机的相应插槽内使用。

现代汽车上的电器仪表的作用越来越大， 随之产生的故障也相应增多， 现介绍几种诊断故障的简易方法。

1) 短接法

在其他电器仪表工作均正常、 只有与稳压器相连的仪表 (如燃油表、 电磁式水温表等)不工作时， 可利用短接法进行检查。 用导线将稳压器的输入、 输出端短接， 这时与稳压器相连的仪表指针若立即偏转， 则为稳压器内部存在故障。

2) 对比法

电器仪表读数不准时， 可采用对照比较法进行校验检查。 在相同的工况条件下， 比较被校验的仪表与标准仪表的读数， 从而可判断被校验仪表的技术状况。 例如: 检验汽车电流表时， 可将被试电流表与标准电流表及可变电阻串联在一起， 接通蓄电池电流， 逐渐调小可变电阻， 比较两个电流表的读数， 若相差超过20％， 则为电流表存在故障， 应予以修复或更换。

3) 搭铁法

当汽车电器仪表读数异常， 通过分析、 推断可能是传感器搭铁不良或损坏， 以及传感器与指示仪表间的导线存在断路故障时， 常采用搭铁法进行检查。 通过导线将有关接线柱搭铁， 可判断故障的原因及部位。 接通点火开关后， 对于电磁式燃油表无论油箱存油多少，燃油表指针均指向 “1”； 对于双金属片式燃油表， 燃油表指针则均指向 “0”， 以上情况均说明相应仪表传感器可能搭铁不良、 损坏， 或者是传感器与指示仪表间的导线存在断路故障， 此时， 可利用搭铁法进行检查。 首先， 将传感器与导线相连的接线柱搭铁， 若指针转动， 说明传感器损坏或搭铁不良； 若指针不转动， 可用导线将指示仪表上接传感器的接线柱搭铁， 若指针转动， 则为传感器与指示仪表间的导线存在断路故障； 若指针仍不转动，则说明指示仪表内部损坏或其电源线断路。

4) 拆线法

当汽车电器仪表读数异常， 通过分析、 推断可能是传感器内部或传感器与指示仪表间的导线存在搭铁故障时， 常采用拆线法进行检查。 即通过拆除有关接线柱上的导线， 来判断故障的原因及部位。 以电磁式燃油表为例， 当传感器内部搭铁或浮子损坏， 以及传感器与燃油表间的导线搭铁时， 无论油箱内油量多少， 接通点火开关后， 燃油表指针总指向“0”， 此时可采用拆线法进行检查。 首先， 拆下传感器上的导线， 若此时燃油表指针向“1” 处移动， 则为传感器内部搭铁或浮子损坏； 若指针仍指向 “0”， 则应拆下燃油表上的传感器接线柱导线， 若仪表指针向 “1” 移动， 为燃油表至传感器间的导线搭铁； 若指针仍不动， 则可能是燃油表内部损坏或其电源线断路。

4. 仪表的故障诊断

1) 传统仪表故障诊断

(1) 单个仪表不工作。 首先检查传感器的接线是否完好， 如正常， 可将传感器的接线断开， 用万用表检测传感器的接线是否有电。 如没有电， 应检查传感器到仪表及蓄电池的电路； 如有电， 以燃油表为例， 检测线路如图7-10所示。

图7-10 燃油表检测连接线路

(2) 两个或两个以上仪表同时不工作。 首先检查熔丝； 若熔丝正常， 再检查电源稳压器， 如图7-11所示。

2) 数字仪表的故障诊断

一般来说， 使用电子化仪表的汽车都采用电子控制， 其中包括对电子化仪表系统的控制， 即来自各种传感器信号处理和仪表的显示都是由微机控制的。 使用微机控制的汽车一般都具有故障自诊断系统， 利用该系统， 可以对电子化仪表系统进行自检， 检查电子仪表系统功能是否正常， 并对其故障进行诊断。 对于多数车辆来说， 只要按下计算机上的相应按钮， 即开始对汽车进行自检， 若有故障， 就可以读出故障码。 通过查阅有关手册， 就可以了解故障码代表的故障原因， 找出相应的处理方法。

图7-11 电源稳压器的电路

二、 任务实施与考核

1. 学生完成工作单的填写

每4个学生组合为一组， 各组分别对汽车仪表显示系统进行检测、 拆装及故障排除。在充分掌握上述知识与技能的前提下， 完成工作单 (在配套教学资源包下载)。

2. 教师完成考核表的填写

学生根据汽车仪表检修、 拆装及故障排除实训项目填写工作单。 教师根据完成的情况完成考核表 (在配套教学资源包下载)。

思考与练习

1. 汽车仪表显示系统的作用如何?

2. 汽车上有哪些常见仪表， 各自的作用如何?

3. 汽车仪表有哪些类型?

4. 电子式车速里程表是如何工作的?

5. 驾驶员信息系统的作用如何?

6. 汽车仪表的拆装注意事项有哪些?

7. 数字式仪表的检测方法有哪些?

8. 数字化仪表如何进行故障诊断?

9. 汽车报警装置的作用如何?

10. 汽车上有哪些常见的报警装置?