Информационно-измерительная система автомобиля

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

«Магнитогорский государственный технический университет  им. Г.И Носова»

Кафедра «Электротехники и электротехнической системы» 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат

по дисциплине: «Электротехника»

на тему: «Информационно-измерительная система  автомобиля» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил: ст. гр. ТСА-08

Прыткова  Л.С.

                                                                                         Проверил: к.т.н.

Мугалимов Р.Г. 
 
 
 
 
 
 
 
 

г. Магнитогорск, 2011

    Содержание

    Введение

   Основной  функцией информационно-измерительной  системы является обеспечение водителя информацией о режим  движения, работоспособности или состоянии  агрегатов автомобиля и автомобиля в целом. В этом смысле информационно-измерительная система подобна системе освещения и световой сигнализации, так как у обеих систем существует общая задача – обеспечение водителя необходимой информацией.

   Для этой системы важна информативность,  оцениваемая временем, необходимым  для правильного  считывания информации, или количеством ошибок в считывании информации при ограниченном времени считывания. Уровень информативности обеспечивается конструкцией как самих приборов, так и компоновкой их на приборном щитке. При размещении приборов на приборном щитке используется зонально-функциональный принцип – наиболее важные, связанные с безопасностью движения, например приборы контроля скоростного режима работы двигателя и автомобиля, размещаются в центральной зоне, приборы, обращение к которым производится достаточно редко, например информирующие о расходе топлива, состоянии системы электроснабжения – устанавливаются в зонах меньшей информативности.

   Информативность приборного щитка  может быть повышена отображением показаний приборов на ветровом стекле, что позволяет водителю считывать их показания, не отрывая глаз от дороги. Шкалы приборов должны выполняться так, чтобы считывание показаний не вызывало затруднений. Этому способствует расцветка шкал по зонам – нормально – зеленый цвет, предупреждение – желтый, аварийные величины – красный с оцифровкой в конце зон.

    1. Виды приборов информационно-измерительной системы

   Приборы информационно-измерительной системы  предназначены для контроля за состоянием и действием отдельных систем и механизмов автомобиля. По способу отображения информации  приборы информационно-измерительной системы делятся на указывающие и сигнализирующие. Указывающие приборы имеют шкалу, на которой высвечиваются, указываются стрелкой, световым индикаторным столбиком или другим способом значения измеряемой величины, сигнализирующие приборы снабжают воителя информацией обычно об одном, как правило, аварийном значении измеряемого параметра, причем информируют об этом звуковым или световым сигналом. Количество сигнализирующих приборов на автомобиле непрерывно увеличивается, так как они облегчают управление автомобилем.

   По  своему конструктивному исполнению приборы делятся на механические и электрически. Отдельный класс составляют электронные измерительные системы. В механических приборах используют для передачи воздействия на стрелку от места измерения сложные механические, пневматические или иные передачи.

   Электрические измерительные приборы состоят  из датчика и указателя (приемника), соединенных между собой проводами. Датчик устанавливается в месте  измерения и преобразует измеряемую физическую величину в электрический сигнал. В приемнике этот сигнал испытывает обратное преобразование с помощью стрелки и шкалы, отградуированной в единицах физической измеряемой величине.

   По  своему назначению приборы информационно-измерительной системы делятся на термометры, измерители давления, измерители уровня топлива, измерители зарядного режима аккумуляторной батареи (амперметры, вольтметры), измерители скорости автомобиля и пройденного пути (спидометры, одометры), измерители частоты вращения коленчатого вала двигателя (тахометры).

   К информационно-измерительным  приборам относятся также тахографы, вычерчивающие на контрольном диске  условия движения, и эконометры, позволяющие подобрать режим  движения, оптимальный по расходу  топлива.

    2. Датчики электрических приборов

   Процесс управления заключается в приеме информации о состоянии объекта  управления, ее контроле и обработке  центральным устройством и выдачи им управляющих сигналов на исполнительные устройства. Для приема информации служат датчики. Таким образом, контролируется температура, механические перемещения, наличие или отсутствие предметов, давление, расходы жидкостей и газов, скорость вращения и т.п.

   2.1. Реостатные датчики

      Реостатные датчики применяются  там, где в электрической части измерительной системы используется для замеров метод сопротивлений. По этому методу величина сопротивления на выходе реостата изменяется в связи с изменением физической величины. По своей сути реостатный датчик является датчиком перемещения - сопротивление на выходе реостатного датчика изменяется с перемещением его ползунка в соответствии с выражением 

   R=R0+JX,

      где R0- начальное значение сопротивления  на выходе датчика;

      J - крутизна изменения сопротивления.

      Чем выше крутизна J, тем чувствительнее датчик, однако слишком большая величина чувствительности связана с ростом общего сопротивления датчика и, следовательно, с протеканием по нему малых значений силы тока, которые трудно измерить достаточно грубым и дешевым автомобильным измерителем.

   Ранее реостатные датчики выполнялись  исключительно намоткой провода  с высоким удельным сопротивлением (нихром, константан) на каркас (рис. 2.1.1, а). Однако такое исполнение датчика приводит к наличию на его выходе зоны нечувствительности при перемещении ползунка в пределах диаметра провода.

   Поэтому последние реостатные датчики выполняются  намазными из проводящих паст на подложке (рис. 2.1.1, б). Реостатный датчик может быть выполнен не обязательно с изменением выходного сопротивления по линейному закону, нелинейность обеспечивается созданием соответствующего профиля проводящей дорожки.

Рис. 2.1.1. Реостатный датчик 

      Обычно реостатный датчик совмещают  с датчиком, превращающим измеряемую  величину в перемещение ползунка. Например, мембрана датчика давления перемещает ползунок, и на выходе совмещенного датчика возникает электрический сигнал в соответствии с измеряемым давлением. Недостатком реостатного датчика является возникновение в нем дополнительной погрешности при изменении температуры окружающей среды.

   2.2. Терморезистивные датчики

      Чувствительным элементом терморезистивного  датчика является полупроводниковое  термосопротивление, отличительная  особенность которого состоит  в том, что изменение температуры  вызывает значительное изменение  его сопротивления. Конкретная связь температуры и сопротивления зависит от материала и размеров чувствительного элемента, поэтому величина сопротивления при заданной температуре имеет довольно широкий разброс. Терморезистивный датчик выполняется в виде латунного баллона с резьбой и шестигранником под ключ для ввертывания в место измерения.

   "Таблетку" терморезистора прижимает к основанию  баллона пружина, осуществляющая  одновременно подвод напряжения  к "таблетке". Пружина изолируется  от стенок баллона изоляционной  втулкой, конец ее соединен с выводом датчика. Внутренняя полость баллона герметизирована, что делает конструкцию датчика неразборной.

   2.3. Термобиметаллические датчики

      Термобиметаллические датчики применяются  как в сигнализирующих, так  и указывающих приборах импульсной системы.

      Основной частью термобиметаллического  датчика является тонкая двухслойная  пластинка (термопара), выполненная  из двух слоев металлов с  разными значениями температурного  коэффициента линейного расширения, соединенных методом плакирования. Активный слой имеет больший коэффициент линейного расширения и выполняется обычно из инвара, пассивный, с меньшим коэффициентом линейного расширения - из хромоникелевой или молибденевой стали. При нагреве биметаллическая пластинка прогибается в сторону пассивного слоя тем сильнее, чем больше температура окружающей среды. При этом может замыкаться или размыкаться контактная пара, подвижный контакт, которой закреплен на конце пластины.

      Датчики допускают регулировку  температуры включения винтом  перемещения неподвижных контактов. Термобиметаллический датчик указывающих приборов снабжен нагревательной спиралью, включенной последовательно с контактами датчика. Включение датчика зависит от суммарной температуры окружающей среды и развиваемой нагреваемой спиралью, т.е. от величины силы тока, протекаемого в спирали. Такие датчики применяются только с указателями импульсной системы. Устройство термобиметаллических датчиков представлено на рис. 2.3.1., а, б и в.

Рис. 2.3.1. Термобиметаллические датчики: а –  с плоским термобиметаллом; б  – со спиралью; в – с фигурным термобиметаллом; 1 -  корпус; 2 – термобиметалл; 3 – подвижный контакт; 4 – неподвижный  контакт; 5 – нагревательная спираль.

   2.4. Датчики давления

      Обязательным элементом датчика давления является мембрана - плоская или гофрированная пластина, выполненная из бронзы или какого-либо иного упругого материала, жестко зажатая по краям. Герметичная полость, расположенная под мембраной, должна соединяться через штуцер с полостью измерения давления. В большинстве случаев мембрану снабжают жестким центром, на котором укрепляют устройство, связывающее мембрану с передающим механизмом. С изменением давления мембрана прогибается и ее жесткий центр перемещается. Отличие датчиков давления друг от друга в основном состоит в том, как в них перемещение жесткого центра преобразуется в электрический сигнал. Это зависит от системы измерения, в которой используется датчик.

    3. Измерители системы

   3.1. Измерители давления

   Измерители давления применяются для определения давления в системе смазки, пневмосистеме тормозов, системе централизованной подкачки шин. В них используются магнитоэлектрические логометрические указатели давления с мембранными датчиками и реостатным выходом или указателями и датчиками импульсной системы. Последние на современных автомобилях применяются редко.

   3.2. Измерители уровня топлива

      В измерителях уровня топлива  используется реостатный датчик, помещенный в топливный бак  (рис. 5.13). С выработкой топлива поплавок перемещается и через рычаг воздействует на ползунок реостата, который соответственно меняет свое положение. Если автомобиль имеет два бака, то датчики помещают в каждый бак, при этом водитель с помощью переключателя может определить уровень топлива в каждом баке. Специальные контакты, установленные в некоторых типах датчиков, замыкаются при снижении уровня топлива до минимального уровня, позволяющего проехать ограниченное расстояние. Контакты включают контрольную лампу на щитке приборов, т.е. образуют сигнализирующий прибор выработки топлива. В указателях уровня топлива используются магнитоэлектрические приборы (логометры) или, реже, электромагнитные указатели.

   3.3. Измерители зарядного режима  аккумуляторной батареи

      Зарядный режим батареи определяется напряжением, которое создает на ее выводах система электроснабжения, силой тока, который батарея способна при этом принять. Поэтому в качестве измерителей зарядного режима аккумуляторной батареи используются амперметры, вольтметры и индикаторы заряда аккумуляторной батареи. Последние фактически контролируют работоспособность генераторной установки. Амперметры на современных моделях отечественных и, зарубежных автомобилей не устанавливаются, так как последовательное включение их в цепь батареи создает дополнительное падение напряжения в этой цепи, что неблагоприятно сказывается на зарядном режиме.

      Конструкции амперметра и вольтметра  аналогичны - это приборы магнитоэлектрической  системы, в которых измеряемая  величина подводится к обмотке,  магнитный поток которой воздействует на постоянный магнит. Конструкция может выполняться с подвижным магнитом, связанным со стрелкой или подвижной катушкой. Основное отличие амперметра от вольтметра состоит в том, что измерительная катушка амперметра подключена к шунту, установленному в приборе или вне его, по которому протекает измеряемый ток, измерительная же цепь вольтметра включается непосредственно в место измерения напряжения.

      Шкала вольтметра в двенадцативольтовой  системе электрооборудования имеет  пределы от 8 до 16 В и снабжена разноцветными секторами, красным (напряжение 8-11 В, батарея не заряжается), белым (11-12 В, батарея недозаряжается), зеленым (12-15 В, заряд батареи и работа генераторной установки нормальный), красным (15-16 В, перезаряд батареи, неисправна генераторная установка).

      В двадцатичетырехвольтовой системе  электрооборудования указанные  выше цифры удваиваются. Вольтметр,  как правило, встраивается в  комбинацию приборов.

   3.4. Спидометры и тахометры

   Спидометры  дают водителю информацию о скорости движения автомобиля и о пройденном пути. Соответственно спидометр состоит из двух узлов - скоростного (собственно спидометра) и счетного узла, который иногда называют одометром, указывающего пробег автомобиля. Наиболее просты механические спидометры. Приводятся от трансмиссии «гибким валом» – особым тросиком, хорошо передающим вращение. Так как одинаковые спидометры бывают на разных авто, в их приводе применяют простейший редуктор, передаточное число которого подобрано к автомобилю. Механический спидометр устроен просто: поверх магнитного диска 1, приводимого тросом, расположен с небольшим зазором вращающийся на оси алюминиевый колпак (картушка) 2 со стрелкой и возвратной пружиной 3 (см. рис. 3.4.1.). Когда диск вращается, его магнитные силовые линии возбуждают в картушке токи, создающие свое магнитное поле. При взаимодействии двух полей картушка увлекается за диском, но пружина ограничивает ее поворот углом, зависящим от скорости вращения диска. Циферблат отградуирован в соответствии с тарировкой прибора, зависящей от жесткости возвратной пружины. Любое изменение ее жесткости недопустимо – показания спидометра окажутся искажены.

Рис. 3.4.1. Механический спидометр

   Одометр – набор барабанчиков с цифрами (еще их называют «декадами»). Каждый связан с соседним зубчатой передачей с отношением 1:10. С началом движения крайний – километровый отсчитывает единицы километров, когда он сделает один оборот, соседний 10-километровый покажет в своем окошке единицу. Через 100 км первый оборот завершит 10-километровый барабанчик. И так далее.

   Тахометр  – это устройство, используемое для определения количества оборотов двигателя автомобиля, его вращающихся  деталей. Измерение происходит в  единицу времени, либо согласно линейной скорости движения.

   Основная функция тахометра – это облегчение выбора правильной передачи, что позволяет продлить ресурс двигателя. Т.е. когда стрелка тахометра приближается к красной зоне, категорически советуется переключаться на повышенную передачу. Используется для регулировочных работ, как на холостом ходу, так и для оперативного контроля частоты вращения вала двигателя во время движения.

   Принцип работы тахометра состоит в регистрации  числа импульсов, которые поступают  от датчиков, порядка их поступления, а также пауз между данными импульсами. При этом подсчет импульсов может осуществляться различными способами: в прямом, в обратном и в обоих направлениях.

   Измеренные  показатели, как правило, трансформируются в определенные величины. Такой величиной  могут быть часы, минуты, секунды, метры и так далее. Устройство тахометров предусматривает возможность обнуления собранных значений. Точность данных показаний очень условна, около 500 об/мин, самые лучшие электронные тахометры измеряют с точностью до 100 об/мин.

   Сейчас  наиболее распространены аналоговые тахометры, включающие в свою конструкцию следующие элементы: микросхема; магнитная катушка; провода считывания информации с коленчатого вала; градуированная шкала; стрелка.

   Работа  такого тахометра осуществляется по электронному принципу. Сигнал от вала передается по проводам на микросхему, которая в свою очередь задает движение стрелки по градуированной шкале.

   3.5. Тахографы

   Тахографы устанавливаются в соответствии с рекомендациями Европейской экономической  комиссии на автомобилях, совершающих дальние междугородние и международные рейсы. Цель – установления тахографа - контроль за режимом работы автомобиля и его водителя, объективное расследование обстоятельств в случае возникновения дорожно-транспортного происшествия.

    Определяющими факторами в понятии тахографа являются принципы контроля: постоянный, автономный, объективный и, самое главное, обеспечивающий неотвратимость наказания. Особое внимание уделяется именно двум последним принципам: - объективности и неотвратимости наказания.

   Поскольку тахографы используются при международных  перевозках и контролируются на территории различных стран, а эксплуатируются  водителями различных национальностей, то прибор имеет наднациональный  интерфейс общения:  в тахографе  используются пиктограммы, а не национальный язык того или иного государства. Пиктограммы — это графические изображения режимов работы, событий и команд, которые позволяют пользователю управлять прибором, даже не зная языка общения, установленного в данном приборе ранее.

    Заключение

   Для контроля за режимом движения, техническим  состоянием автомобиля и отдельных  систем служит бортовая система информации и диагностирования. Бортовая система  контроля информирует водителя о  скорости движения автомобиля, частоте  вращения вала двигателя, напряжении бортовой сети, количестве топлива в баке, температуре охлаждающей жидкости, давлении масла. С помощью бортовых систем возможен автоматизированный контроль уровня эксплуатационных жидкостей в заправочных емкостях, состояния тормозных накладок, исправности ламп приборов светосигнальной аппаратуры, состояния фильтров. К системе контроля и диагностирования предъявляются высокие требования: приборы и датчики должны выдерживать вибрации и тряски; работоспособность при значительных перепадах температур; выдерживать воздействие агрессивной окружающей среды; быть малочувствительными к пульсациям и изменению напряжения в бортовой сети; быть надежными, долговечными и простыми в обслуживании.

    Список используемых источников

1. Вахламов  В.К. Автомобили: Основы конструкции: Учебник для студ. высш. учеб. заведений. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 528 стр.
2. Акимов С.В., Чижков Ю.П. Электрооборудование автомобилей. Учебник для ВУЗов. – М.: ЗАО КЖИ «За рулем», 2004. – 384 с.
3. Ютт В.Е. Электрическое и электронное оборудование автомобилей –   М.Транспорт 1983г.
4. http://www.referat.ru/referats/view/27797 (датчики электрических приборов)
5. http://amastercar.ru/articles/electrical_equipment_of_car_3.shtml (спидометр)
6. http://amastercar.ru/articles/electrical_equipment_of_car_2.shtml (тахометр)
7. http://tachomaster.ucoz.ru/publ/chto_takoe_takhograf/1-1-0-1 (тахограф)
8. http://www.avtomasterskie.ru/articles/articles_731.html (датчики)
9. http://www.zr.ru/ (указатели системы)