1、结 论 20致谢词 21参考文献 22摘 要 仪表系统是汽油发动机重要的组成部分,对发动机的性能有着决定性的影响。随着汽车工业的不断发展，汽车电子化程度不断提高 ,汽车的仪表系统泛采用的电子系统。计算机输出的电压脉冲信号加至步进电机的磁场绕组，电枢便步进到规定的步数。当计算机将同样的电压脉冲信号以相反的方向加至到步进电动机的磁场绕组电动机便以相反的方向步进相同的步数，来自车速表的数字信号脉冲，经二分频电路处理，步进电动机接收的信号脉冲频率是车速传感器信号脉冲的一半。当步进电动机的磁场绕组接到计算机的控制信号后，定子产生磁场步进电动机的转子边旋转，里程表的计数器便开始工作。关键词：仪表系统 故障
2、诊断 前 言 随着人们对汽车使用的要求不断提高和计算机技术及控制理论的发展,汽车电子化程度越来越高。一些新型的汽车有一个微处理器，它可以读取油箱中可变电阻器的读数，并将其传送给仪表板中的另一台微处理器。 汽车制造商可以对燃油表的运转稍加调整，他们可以将浮标位置与校准曲线进行比较以根据油箱的形状进行相应的补偿。 这个曲线使浮标的位置与油箱中剩余的燃油量相关。 这使燃油表的读数更准确，特别是在油箱形状复杂的汽车中。 这类系统还会在燃油所剩不多的时候点亮燃油指示灯发出信号。 这些灯大多会在油箱里还剩有几升汽油的时候点亮，从而给您充足的时间停下来加油。 微处理器还能为指针的运动提供一些阻尼。 当汽车转
3、弯或者爬坡时，燃油会涌向油箱的一端，并快速改变浮标的位置。 如果指针对所有这些变化的响应过于敏捷，则会一直摇摆不定。 而软件会计算出最后几个浮标位置读数的平均数。 这意味着，指针位置的变动会更慢一些。 在汽车加油时，您可能已注意到，您加满油以后很久指针才会指向油满的位置。燃油表还很难做到“精确”，因此，为了保险起见，它只能做出保守的判断。第一章 汽车电子仪表板（EIC）的技术原理1.1 真空荧光显示器VFD VFD产生的光就像电视机中的显像管发光一样。一个加热的灯丝发射自由电子，撞击荧光物质产生蓝绿色的光。灯丝实际上就是一个带涂层的电阻丝，电阻丝被电流加热，涂层产生自由电子，这些电子又被加速栅
4、极的磁场加速。由于阳极的电压比栅极高，电子被吸引穿过栅极的金属网孔到达阳极，而阳极的电压只是施加在需要显示字符的区段，而自由电子高速的撞击在这些被施加了阳极高压的显示区段，产生蓝绿色的仪表显示。电子仪表板的计算机通过驱动电路来对需要显示发光的字符区段进行控制。 真空荧光显示器VFD的亮度可以通过增减加速栅极的电压来进行控制，较高的栅极电压会增加仪表的显示亮度。VFD亮度的另一个控制方法就是用一个经过脉宽调制的电压信号来控制显示。当VFD的空占比增加显示变亮，减少VFD的空占比显示亮度就减弱（这种控制方式在美国的克莱斯勒和福特车上都经常的采用）。1.2 液晶显示器（LCD） 这是我们比较熟悉的一
5、种仪表显示方式，在LCD中偏振光原理用于在向列液晶上显示数字和字符。LCD技术是把液晶灌入两个列有细槽的平面之间。这两个平面上的槽互相垂直（相交成90度）。也就是说，若一个平面上的分子南北向排列，则另一平面上的分子东西向排列，而位于两个平面之间的分子被强迫进入一种90度扭转的状态。由于光线顺着分子的排列方向传播，所以光线经过液晶时也被扭转90度。但当液晶上加一个电压时，分子便会重新垂直排列，使光线能直射出去，而不发生任何扭转。LCD是依赖极化滤光器（片）和光线本身。自然光线是朝四面八方随机发散的。极化滤光器实际是一系列越来越细的平行线。这些线形成一张网，阻断不与这些线平行的所有光线。极化滤光器
6、的线正好与第一个垂直，所以能完全阻断那些已经极化的光线。只有两个滤光器的线完全平行，或者光线本身已扭转到与第二个极化滤光器相匹配，光线才得以穿透。LCD正是由这样两个相互垂直的极化滤光器构成，所以在正常情况下应该阻断所有试图穿透的光线。但是，由于两个滤光器之间充满了扭曲液晶，所以在光线穿出第一个滤光器后，会被液晶分子扭转90度，最后从第二个滤光器中穿出。另一方面，若为液晶加一个电压，分子又会重新排列并完全平行，使光线不再扭转，所以正好被第二个滤光器挡住。总之，加电将光线阻断，不加电则使光线射出。 然而，可以改变LCD中的液晶排列，使光线在加电时射出，而不加电时被阻断。但由于计算机屏幕几乎总是亮
7、着的，所以只有“加电将光线阻断”的方案才能达到最省电的目的。LCD工作时只需要很小的电流，但是在黑暗中必须要有背光才能看见它的显示。LCD在一般情况下只用于数字式的电子仪表中。1.3 发光二极管（LED）LED就是发光二极管，由两个半导体P型和N型半导体加中间一个有源层组成，当两端加上正负电压时电子开始移动和空穴（带正电的离子）结合产生辐射光（1）电压：LED使用低压电源，供电电压在6-24V之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。 （2）效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80% 。 （3）适用性：很小，每个单元LED小片是3-5mm的正方形，所以可
8、以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境，它在黑暗中特别的醒目，但是在阳光的直射下不易看清楚。在采用LED的显示器中，LED被排列成字母或是特定的形状由驱动电路控制LED的工作。 （4）稳定性：10万小时，光衰为初始的50%。 （5）响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级 。 （6）对环境污染：无有害金属汞。 （7）颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。如小电流时为红色的LED，随着电流的增加，可以依次变为橙色，黄色，最后为绿色。 （8）价格：LED的价格比较昂贵，较之于白炽灯，几只LED的价格就可以与一只白炽灯的价格相当
9、，而通常每组信号灯需由上300500只二极管构成。1.4 阴极射线管显示器（CRT） 阴极射线管（CRT）亦称显像管或是电子管束，其结构原理与电视显像管、微机显示系统相同。它有一个发射电子的阴极和一个吸收电子的阳极，电子轰击到那个点上那个点便发亮，偏转板控制电子束的方向。阴极射线管CRT显示器首次在汽车应用是在1986年的别克车上阴极射线管CRT屏幕是触摸式的，通过触摸屏幕上的按钮便能更变显示的内容。第二章 汽车仪表组成和功用及特性特点2.1 汽车仪表组成和功用 汽车仪表随时监测和显示汽车发动机、汽车底盘等零部件的工况和运行状态，是驾驶员了解和掌握汽车各系统、各部件的工作状态，保证汽车可靠安全
10、行驶的得力助手。通过仪表盘显示数字、指针转动程度、符号显示和故障声光报警等手段，提醒驾驶员及时处理可能出现的汽车故障，有效防止了灾难性的汽车事故的发生。 在汽车运行中，各种液体的温度和压力、气体的温度和压力、零部件工作状态等都要及时显示出来，因此汽车仪表最少包括以下5种仪表。 （1） 电流表，显示蓄电池工作状态。 （2） 机油压力表，显示润滑油工作状态。 （3） 冷却液温度表，显示发动机和润滑油冷却状况。（4） 燃油表，显示燃料能让汽车继续运行的大致时间。（5） 车速里程表，显示汽车行驶速度和汽车累计运行公里数，作为判断汽车是否需要保养修理的依据。相应的传感器即机油压力传感器、冷却液温度传感器
11、、燃油量传感器和车速传感器等是汽车正常行驶的最基本装置。2.2 汽车仪表的环境特性 汽车是一种要求能在各种环境条件下安全运行的交通工具，而要在各种环境条件下反映汽车各系统和零部件工作状态，对汽车仪表本身质量就有很高的要求。 （1） 汽车仪表在-40+55的环境温度范围内能正常工作。（2） 潮湿空气会使汽车仪表生锈，造成电气绝缘性能下降甚至漏电。潮湿空气还可能使仪表毛细管内的水分凝聚，产生错误指示结果甚至堵塞失效，因此要求汽车仪表能在相对湿度为90的环境条件下正常工作。对汽车仪表零部件表面进行防锈处理，如电镀、表面氧化、喷漆等可有效防锈。防锈的最好途径是汽车仪表非金属化，如全部以高强塑料件制造。
12、所有汽车仪表出厂前要通过耐潮湿试验和绝缘强度试验。（3） 汽车运行中，汽车车身和发动机的振动会波及汽车仪表，不仅会影响仪表使用寿命，而且会影响仪表指示的准确性，因此汽车仪表要具备耐振动性能。在仪表盘与汽车车身间加装橡胶减振垫和在仪表盘与仪表间加橡胶垫圈是一种减振的措施。（4） 雨水侵蚀、灰尘油污污染、阳光辐射、霉菌腐蚀、沿海盐雾空气腐蚀和冰霜冻结等，都会影响汽车仪表的寿命和工作精度，因此汽车仪表要能经受得住上述环境条件的考验。（5） 随着汽车电子的大量应用，汽车电子系统对汽车仪表产生的电磁干扰也不能忽视。除汽车电子系统要采取措施，减少电磁干扰外，汽车仪表应具备抗干扰特别是高频振荡干扰的能力。2
13、.3 汽车电子仪表的特点汽车电子仪表能提供大量复杂的图文信息，且显示灵敏适时性好，显示精度高并具有一表多用的功能。电子仪表还具有结构简单、质量轻、安装布置方便，故障率低等特点。目前汽车上常使用的电子仪表有以下几种。 （1） 数字钟数字钟可采用液晶显示和数码管发光显示，数码管显示更明亮清晰。数字钟在点火开关接通时显示，汽车关机后仍然用蓄电池提供微弱电流来保证时钟工作。若是液晶显示式数字钟，使用纽扣电池就能保持数字钟长期工作。图1为汽车仪表盘上的数字钟。（2） 仪表盘符号显示用数字或符号显示被监控系统的工作状态，直观、醒目。目前汽车仪表盘上采用符号显示的设计较多，图2就是一种指针和符号显示的电子组
14、合仪表。（3） 电子式车速里程表磁电脉冲式电子里程表从安装在传动部分的速度传感器取得转速信号，驱动脉冲电动机使累计仪工作来指示车速里程，图3是一种安装了电子式车速里程表的仪表盘。（4） 发动机转速表发动机在一定输出功率下，输出转矩与转速成反比关系，在合理匹配条件下换挡，可以保证汽车获得最佳动力性能和最佳经济性能。使用自动变速器的汽车，一般有监测发动机转速的指针式发动机转速表。如广州本田雅阁轿车，发动机电子式转速表的机芯采用十字绕线磁感应式，它将转速传感器送来的脉冲信号，转换成电流信号输入十字交叉线圈。电流信号变化使线圈的磁场强度变化，从而使磁钢在变化磁场中产生相应地偏转，带动指针也随之偏转。（
15、5） 组合仪表 如广州本田雅阁轿车的组合仪表盘，该组合仪表盘安装在驾驶员前方的仪表台上，显示汽车各重要部位的状态参数及汽车运行参数，同时对汽车操作状态进行辅助显示。 组合仪表盘用集成电路采集汽车每次行驶里程和累计里程，并通过液晶数字显示。每次行驶里程和累计里程两挡可自由切换，每次行驶里程公里数可方便归零。当汽车行驶时，如发动机、防抱死制动系统等出现故障，相应指示灯会点亮，还能闪烁表示故障代码，便于查找检修。仪表盘照明配光均匀，并可进行亮度调节。该组合仪表盘显示的信息内容比传统机械式仪表盘要丰富得多，从而提高了汽车行驶的安全性与可操作性。第三章 汽车电子仪表的工作原理3.1 车速表 电子式车速表
16、所采用的车速传感器有三种，磁脉冲式、霍尔效应式和光电开关式。以磁脉冲式车速传感器为例，当转子旋转时，信号线圈便产生微弱的交变电压，交变电压信号送至发动机的控制模块BCM（即发动机ECU）与车速计算机控制模块BCM（即车身计算机ECU）。交变电压信号经发动机控制模块ECM先被放大，然后被整形为数字信号，在经车身计算机控制模块BCM中的中央处理器进行计算，由输出接口的驱动电路将信号提供给电子仪表的车速传感器，数字仪表板IPC的车速显示器便开始显示车速。 每次将点火开关置于ACC或RUN档计算机控制系统便对数字仪表板IPC自检一次，每次自检大约3秒，自检顺序是： （1）所有显示字符段都发亮 （2）所
17、有显示字符段都熄灭 （3）显示0km/h3.2 里程表 和数字式车速表配合使用的里程表有两种：步进电动机的机电式和集成电路IC芯片的电子式。步进电动机的电枢内部有一个永久磁铁，定子部分是由两个或四个磁场绕组组成。IC芯片式里程表，采用一片非易失RAM芯片。非易失RAM芯片 接受来自车速表或计算机控制系统的行驶里程信息，计算制系统每1/2秒刷新一次里程表显示值。 许多数字仪表板又能同时显示短程行驶里程数和累计行程数，驾驶员必须做出选择。当驾驶员按下“行程里程复零”按钮时，便送给计算机系统一个搭铁信号，计算机便清除储存器里的行程里程表读数而恢复显示为零，开始计数短程行驶里程。这时行程里程表仍能继续
18、储存累计行程里程数。如果里程表电路发生故障，显示器会以特殊的信息提示驾驶员。3.3 转速表在计算机控制的电子仪表中，转速表有两种显示方式；一种是数字仪表板上有单独的转速显示器；另一种是由一个可顺序显示多项内容的多用仪表来显示发动机的转速。（1）单独的转速显示器，转速信号取至直接点火系统。（DIS）模块至发动机的控制模块（ECM）的点火信号。此信号沿串行数据口，从发动机（ECM）传输到车身计算机模块（BCM），数字信号板（IPC）用此基准信号计算出发动机转速并显示计算机结果。（2）多用仪表显示发动机的转速，转速表接收来自点火系统的信号，并以光条图显示计算结果。有些多用仪表由内装电池，它为仪表系统
19、提供5V基准信号。有的多用仪表还加入了监视电路。3.4 电子燃油表燃油表主要由两部分组成： 测量油箱中燃油液位的发送器和将测量结果显示给驾驶员的燃油表。 首先，让我们来了解典型的发送器的工作原理发送装置位于汽车的油箱里。 它由连接到一根细金属杆的浮标组成，浮标通常用泡沫塑料制成。 金属杆的末端安装到一个可变电阻器上。 电阻器是一种用于阻止电流通过的装置。电阻越大，通过的电流越小。在油箱中，可变电阻器由一个一端接地的电阻材料片组成。 连接到燃油表的滑臂沿着电阻材料片滑动，从而将电流从燃油表传导到电阻器。 如果滑臂接近电阻片的接地端，那么电流通过的电阻材料就减少，因此电阻变小。 如果滑臂位于电阻片
20、的另一端，那么电流通过的电阻材料就增多，因此电阻变大。当浮标接近油箱顶部时，可变电阻器上的滑臂靠近接地（负极）端，这意味着电阻变小，相对较大的电流会通过发送装置回到燃油表。 当油箱中的液位下降时，浮标就会下沉，带动滑臂移动，电阻增大，因此回到燃油表中的电流就相对减少。在显示油箱为空的情况下行驶当指针指向空的时候，油箱中燃油的实际剩余量可能会让您感到惊讶。 若要知道实际的剩余量，请查阅车辆使用手册中标明的油箱的确切容积。 然后，当下次指针指向空的时候，在最近的加油站加满油。 用使用手册上标明的容积中减去您加满油箱所用的燃油量，这样您就可以计算出，当指针指向空时，您还能再行驶多远。 这一机制是燃油
21、表不准确的原因之一。 您可能已经注意到这个问题，为什么在加满油之后的相当长一段时间内，燃油表会一直显示油箱是满的。 当油箱充满时，浮标位于它的最大上升位置，其上浮既受所连接的金属杆的限制又受油箱顶部的限制。 这意味着，浮标会浸没在燃油中，只有在燃油液位差不多下降到浮标底部时，浮标才会开始下沉。 而燃油表的指针只有在浮标开始下沉时才会跟着移动。 当浮标接近油箱底部时，会出现类似的情况。 通常，由于运动的范围不会延伸到油箱的最底部，因此当油箱中还剩余一些燃油时，浮标就已经达到其行程的最底部了。 这便是为什么在大多数汽车的油箱中还有剩余汽油时，指针便指向空并最终停止不动了。 造成燃油表不准确的另外一
22、个可能的原因是油箱的形状。 当今汽车上的油箱是使用塑料制成的，其造型可以适应汽车上非常紧凑的空间需要。 通常，油箱可能会配合车身或框架的各个部分而改变造型。 这就意味着，当浮标到达油箱的中间高度时，油箱中剩余的燃油量有可能多于或少于油箱容积的一半，具体情况取决于油箱的形状。 燃油表也是一个很简单的装置。 从发送器流出的电流通过一个电阻器，这个电阻器可能环绕在一个双金属片周围，也可能位于其附近。 双金属片通过一个连杆与燃油表的指针相连。当电阻增大时，通过加热线圈的电流变小，因此双金属片会冷却下来。 随着金属片的冷却，金属片会伸直，从使燃油表从满指向空。 双金属片是由两种不同种类的金属压合而成的一
23、块金属片。 构成金属片的金属随着加热或冷却而膨胀或收缩。 每种金属都有其特定的膨胀率。 构成金属片的这两种金属经过了特别的挑选，它们的膨胀率和收缩率是不同的。 当金属片加热时，由于一种金属的膨胀度小于另一种金属，因此金属片会发生弯曲，并且外侧是膨胀度大的金属。 这个弯曲的动作便是使指针转动的原因。 一些新型的汽车使用了微处理器来读取电阻器的输出并与仪表板进行通信，这样就不必再将电流直接输送到燃油表。 这些系统真正有助于改进燃油表的准确性。 让我们看看其中的一个系统。 一些新型的汽车有一个微处理器，它可以读取油箱中可变电阻器的读数，并将其传送给仪表板中的另一台微处理器。 燃油表还很难做到“精确”
24、，因此，为了保险起见，它只能做出保守的判断。3.5 水温表 点火开关接通后，电流流过水温指示表和传感器。当冷却水温度较低时，传感器内热敏电阻的阻值较大，流经线圈L1和L2的电流相差不多，但L1匝数多，产生的磁场强，使衔铁带动指针向左偏转，指针指向低温刻度。当冷却水温度升高时，热敏电阻的阻值减小，线圈L2中的电流明显增大，电磁力也增大，使衔铁带动指针向右偏转，水温表的指针指向高温刻度 当点火开关转到点火档时，接通水温表电路，其电路路径为：蓄电池（+）极点火开关稳压器指示表加热线圈传感器（感温塞）接线柱热敏电阻外壳电源总开关蓄电池（-）极。 当发动机冷却水温度较低时，传感器的热敏电阻的阻值大，流过
25、水温表电路的电流的平均值小，指示仪表加热线圈的发热量小，则双金属片弯曲变形就小，指针偏移也就小，而指向低温位置。 当冷却水温度升高时，热敏电阻的阻值变小，流过水温表电路的电流的平均值变大，指示表加热线圈的发热量大，因此，双金属片弯曲变形量增大，使指针偏移得多，而指向高温位置。第四章 传统仪表系统故障诊断4.1 电流表故障的诊断 （1）指示值不准 指示值不准是由永久磁铁磁性消失而引起的。磁性消失的原因之一是磁钢质量不佳，有时是因为铜质板条上通过了强电流改变了永久磁铁的磁化方向。出现上述故障应换用新表。 （2）指针摆动不灵 指针摆动不灵活或有阻滞现象，多是由于接线柱上的接线松动，接触不良所致。应将
26、接触面上的锈斑除掉，拧紧螺母将其压牢。又是指针论锈蚀弯曲，也会出现阻滞现象应换用新表。（3）短路短路故障也是常见的电流表故障，这是绝缘板或是绝缘垫片损坏或漏装造成的。若发现指针摆角很小，即使在启动发动机后，表针指向充电方向的数值也不大，就应该检查表背面的两线接柱之间是否有短路现象，电流表是个不可拆结构一般只做更换4.2 燃油表的故障诊断 电阻线圈式燃油表的故障诊断表的常见故障有指示值不准、指针发卡、指针摆动无规律等（1）指示值不准 造成.指示值不准的主要原因有浮子臂弯曲，导线绝缘层破损表内线圈固定螺钉松动，使线圈位移。应效正浮子臂换掉破损的连接导线重新调整燃油表。（2）指针卡滞 指针卡滞是由于
27、导线接触不良，并非表盘与表针相碰。应检查各接线柱、传感器、电阻线圈有无接头松脱和短线等故障。（3）指针无规律摆动 引起指针无规律摆动的原因可能是传感器电阻线圈松脱和串位，触点臂变形失去压向电阻线圈的弹力造成的。可拆下传感器检查与修复。若电阻线圈断丝或其零件损坏，应更换传感器也可能是表头损坏更换镖头即可。4.3 水温表的故障诊断 最常用的水温表为双金属片电热式，这种水温表的故障较少只有表针不动或无规律摆动。前者是短线造成的后者是导线接触不良造成的。可将水温表直接接在蓄电池上，若表针指向最左端，而不接蓄电池时表针停留在最右端可认为水温表无故障，若表针不动则说明加热线圈以断应换用新表。 用万用表电阻
28、档检查传感器接线柱与外壳间是否短线，若用若万用表针不动说明已断线，应换用新传感器。 若怀疑水温表指示值不准，可从气缸盖上拆出传感器，插入一杯热水中，用玻璃温度计检查其偏差。注意只将传感器前部深入热水中，而接线柱及导线不得沾水，再用一根导线将其螺纹部与气缸盖接好。将玻璃温度计也差在热水中，水温表指示数与玻璃温度计指示数差别若不不大于5摄氏度，可继续使用，若相差太多，应换用新传感器。若在杯中加入沸水和冰水混合物。表针应分别指100和0摄氏度，则不必使用温度计校正。4.4 机油压力表的故障分析及诊断 双金属片式机油压力表及传感器的常见故障有指示值不准，表针不动，表针摆动无规律。 其原因之一是传感器感压膜片因受过大压力而变形，会使指示数值偏高；另一原因是传感器内触点表面烧蚀，氧化使接触电阻变大，表针指示数偏低， 出现上述故障，均应换用新传感器。（2）指针不动 表指针不动，这是因为加热线圈被烧断，致使表指针永远停在零位上。可用万用表电阻档测表背面的接线柱间电阻值，若表指针不动，可断定为表内加热线圈断路，须更换机油压力表。若表内线圈未断，可检查传感器接线柱与外壳间的电阻，若为开路，应更换传感器。（3）指针摆动无规律，这是连接导线接触不良造成的，检查各接线柱是否有锈蚀、松脱等现象，各段导线有无断线的故障。4.5 车速里程表的故障诊断 车速里程表的常见故障有以
