现代组合仪表最突出的特点是功能的模块化、系统化、集成化,通常要组装一块仪表,只需将几个功能模块在定制PCB的基础上联合起来,就可以得到一个完整的系统。目前,汽车组合仪表以指针式仪表为主,各个表头(最常见的有车速表、转速表、温度表、燃油表)都是独立的模块,提示/警告灯由PCB板上的灯泡或者发光二极管实现。组合仪表上显示的数据、信号来源及显示方式如表7-1所示。
表7-1 组合仪表显示内容
目前主流品牌汽车上主要使用的是第三代电子式组合仪表和第四代采用CAN总线的电子式组合仪表(第一代机械式组合仪表和第二代电磁式组合仪表逐步被取代)。
第三代电子式组合仪表:各个表头均采用步进电动机驱动;背景光照明和提示/警告灯一般均采用发光二极管;里程显示采用液晶显示屏(LCD,逐点或段码显示);各信号进入仪表后,由单片机处理后驱动步进电动机转动从而带动指针转动。LCD中还可以显示平均油耗、油箱余油量可行驶里程数、档位,做成一个较简单的行车电脑。第四代采用CAN总线的电子式组合仪表,与第三阶段主要区别在于信号均通过CAN总线进行通信。除具备第三阶段的优点外,由于采用了CAN通信,故大大减少了线束,在这方面降低了成本。整车根据功能、系统划成了几个节点,使整车系统简单化、明朗化。
电子组合仪表的基本控制如图7-5所示。
图7-5 电子组合仪表电路示意图
电源芯片:将点火开关电源稳压到(5±0.1)V,为主芯片提供工作电源。如图7-6所示,其中470μF电容的主要作用:①蓄电池掉电时,供电给组合仪表保存累计里程;②吸收波动大的干扰。两个0.01μF电容的主要作用:滤波,滤掉高频干扰。如电源芯片TLE4275,驱动电流可达到500mA。
输入电路(信号采集电路):车速、转速信号采集电路如图7-7所示,其中C1—1000pF电容主要是考虑到ESD(电磁冲击);C6—0.01μF是滤波电容,需要根据信号的有效频率进行调整,可从0.01μF~470pF;R13—100K电阻是保证当输入信号是高电平时,A点电压在3.5~5V。
图7-6 电子组合仪表电路电源电路
图7-7 电子仪表车速、转速信号采集电路
冷却液温度、油量信号采集电路:如图7-8所示,其中100K的电阻是当Rx开路、IGN加载到MCU上时,对MCU的保护,由MCU能够承受的漏电流值决定。MCU将采样到的V2与VDD比较得到A,将采样到的V1与VDD比较得到B。A、B已知后根据公式计算出Rx,查表得到对应的冷却液温度或油量。V2、V1与VDD的比较都是通过程序实现的。
图7-8 电子仪表冷却液温度、油量信号采集电路
输出电路(如输出车速信号给其他系统):如图7-9所示,Q4 BCW66的作用:当T1导通,而接收电路短路到点火开关电源时,A点为高电平,Q4 BCW66导通。Q4 BCW66导通后,B点变为低电平,T1截止,防止ce极被击穿。
图7-9 电子仪表输出电路
驱动电路(此部分电路可集成在主芯片中):主要是驱动步进电动机。步进电动机的运行是依靠单片机提供脉冲给它,单片机对其输出脉冲并不是连续不断地一直输出,而是输出一些脉冲后停一段时间。另外还有其他电路,如内部照明电路如图7-10所示,指示电路如图7-11所示。
图7-10 内部照明电路
图7-11 指示电路
电子式组合仪表已经有了成熟的平台,故很多厂家都有一套成熟的程序。针对不同的仪表,软件工程师一般只需在程序中修改信号频率(车速、转速)、信号采样值(冷却液温度、燃油)等。
多功能显示器一般是电脑控制的各种发光二极管LED,其显示代表的区域由仪表板上的各种图标或文字来表示,显示的内容由图标或文字以及LED的亮灭情况来表示;有的还带有由电脑直接控制的显示屏,如图7-12所示。(www.xing528.com)
仪表板除了前面讲过的仪表显示之外,还集中了各种控制单元控制的LED信号指示的显示。随着汽车电控技术的发展,仪表板上的LED信号指示也越来越多,如图7-13所示。这些信号指示给驾驶人驾车时和驾驶中提供着十分重要的提示。下面介绍几种新增加的信号显示。
图7-12 奥迪A6组合仪表上由电脑直接控制的显示屏
(1)发电机指示显示 直流发电机指示灯发亮,表示充电系统的电压过低。如果电脑检测到充电系统的电压低于规定值时,将接通仪表板上的发电机指示灯。
(2)换档指示显示(手动变速器) 使用手动变速器的车上设置了换档指示灯,也称档位指示灯或升档指示灯。该灯是为了通知驾驶人应及时换档,即升入高档。
在装有手动变速器的车型上,仪表板的左侧安装有一个换档指示灯。该指示灯在点火开关转至接通位置时被打开,在汽车起动时灯关闭。在发动机运行期间,为了使汽车行驶时具有最佳的经济性和动力性,电脑根据传感器输入的信息和存储在存储器中的参考数据(MAP值),计算出换入高一档的信息;及时输入并控制换档指示灯发亮,通知驾驶人应该换入下一个高档位。
如果驾驶人未换入高档位,3~5s以后,电脑将关闭此灯,以后换档指示灯保持关闭状态直到停止加速且恢复换档指示灯的工作范围。
(3)摄像显示 Cam Car摄像机系统使用了铅笔大小的前后摄像机,装在汽车的前后两侧,提供绕过障碍物的视野。覆盖角可达22°,在300m的距离上相当于116m宽的视场。
仪表板上的两个附加显示屏一般显示侧面的后向视野,但如果驾驶人想绕过障碍物了解前面的情况,可以按下一个按键,将显示切换到两个前向摄像机摄取的画面,这样驾驶人就能绕着弯地看到前面的东西了,减少了视线受到封堵的情况和可能出现的严重的安全隐患。
图7-13 汽车的指示标识信号与符号
(4)警告灯显示 汽车在正常行驶时,警告灯亮或是蜂鸣器叫,是在警告驾驶人该部件将要发生故障,需要及时补充或修理,但短时间内汽车仍能行驶。一般情况下,汽车起动时,打开点火开关,各指示警告灯亮,此时电脑控制系统先进行自检,如果各系统正常,警告灯就熄灭;如果某一个警告灯继续亮着则表示此系统有故障。
(5)发动机故障警告灯显示 发动机故障警告灯在打开点火开关时点亮,起动发动机后立即熄灭,此时表示发动机各项功能正常,否则就表示发动机控制系统中有故障。发动机故障诊断系统同时负责检查发动机的各个电子控制系统,并把它的各种故障用故障码存储起来,随时可以用专用仪表检测出来,以便于检修。如果发动机故障警告灯灯光闪烁,则说明三元催化转换器可能损坏,如果继续行驶就应降低速度,需要及时送修理厂检修。
(6)机油压力警告灯显示 机油压力过低,会使需要润滑的各部件严重磨损,因此,机油压力警告灯亮时就要及时检查机油压力降低的原因。如果是油量不足,就要补充机油,并检查供油系统有无泄漏;如果机油量足够,警告灯仍亮着,那就可能是机油滤清器或油路堵塞,应送汽修厂清理。
(7)燃油量警告灯显示 在油箱储量接近下限时燃油量警告灯亮,这时必须添加燃油。切忌把油箱内的燃油用尽,因为电动输油泵就安置在油箱底部,并且靠燃油冷却。一旦燃油用尽,就会把空气吸入,在油路中形成气阻,以后即使灌满了燃油,也会因气阻而不能把燃油送往发动机,而且电动油泵没有燃油在周边冷却,也容易因温度过高而发生危险。
(8)冷却液液面警告灯显示 冷却液液面过低,冷却液液面警告灯亮。因冷却液液面过低,散热器会过热,甚至“开锅”,影响发动机工作,此时必须立即添加冷却液。但一定要使用同一牌号规格的冷却液。如果在行车途中发生冷却液液面警告灯亮,作为临时措施,也可以添加常用的食用蒸馏水。注意:千万要等散热器冷却以后再打开盖子,以免烫伤。
(9)充电警告灯显示 充电警告灯亮应及时检查电气线路,查明和消除故障。如果在发动机运行时突然闪亮,应立即停车并关闭发动机,检查发电机的传动带是否松脱或断裂。如果传动带已有破损那么就要小心驾驶,并立即开到修理厂更换传动带。
(10)制动液警告灯显示 制动液警告灯一般为驻车制动和制动液液面指示共用。正常时打开点火开关,拉紧驻车制动杆,警告灯亮;松开驻车制动杆后警告灯应熄灭。如果警告灯常亮着就表示驻车制动杆没有放松到底,或是制动液不足,必须添加制动液,否则汽车制动时就要加倍用力。
(11)制动片磨损限量警告灯显示 现代的乘用车和轻型车上采用了前盘后鼓的制动结构,在制动片(摩擦片)磨损到一定限度时,制动片磨损限量警告灯就会点亮,提醒驾驶人及时更换制动片,否则就会造成制动失灵。
(12)ABS警告灯显示 当ABS警告灯在发动机起动后不熄灭,或是在行驶中突然闪亮,就表示ABS系统出了故障。这时ABS系统不工作,但常用的制动系统仍能发挥作用,要按不带ABS的汽车制动方式操作,随后应去修理厂检修。
(13)安全气囊警告灯显示 当点火开关打开时安全气囊警告灯应点亮,数秒后该灯应立即关闭。如果不关闭或行驶时该灯开始闪亮,则表示安全气囊有故障。此时并不影响汽车的运行,但是安全气囊将有可能不工作,应去特约维修点检查。
(14)正时传动带警告灯显示 正时传动带一旦断裂会给发动机运行带来严重的后果,因此有的汽车上装有正时传动带警告灯。当汽车行驶到一定里程需要更换时,正时传动带警告灯亮,表示正时传动带需要更换。
(15)保养灯显示 2003款丰田和雷克萨斯车系的机油保养灯“MAINT REQD”有三种显示状态:行驶里程在8045km(5000mile)以下时,如果点火开关转到“ON”,保养灯点亮3s后熄灭,表示灯泡及线路正常;行驶里程超过8045km(5000mile)但少于11263km(7000mile)时,如果打开点火开关,保养灯点亮3s后,将闪烁12s再熄灭,提醒驾驶人已经到了保养里程,应更换机油;行驶里程超过11263km(7000mile)时,如果打开点火开关,保养灯持续点亮,警告驾驶人车辆已经超过保养里程。
雅阁(2.4L、3.0L)乘用车仪表板上设置的保养灯,当行程表里程达9600~12000km时,打开点火开关,保养灯亮2s。而超过12000km时若车辆仍未进行保养,打开点火开关后保养灯会一直闪亮,以提示车主及时保养。
(16)柴油滤清器警告灯显示 柴油滤清器警告灯仅在柴油车上使用。当柴油滤清器沉积杯内积水达到约200mL时,警告灯亮,要停车把积水排出。柴油中有水会影响发动机的运行并加速高压油泵的磨损。
应该说明,并不是每一种汽车仪表板都有上述各种信号显示灯,而在一些高档乘用车上会有更多的信号显示灯,检查维护应视配置不同而异。
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