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        汽車儀表綜合測(cè)試儀的研制

        2022-08-29 08:02:04尹傳華
        汽車電器 2022年8期
        關(guān)鍵詞:故障信號(hào)

        范 麗,焦 然,尹傳華

        (泰安航天特種車有限公司,山東 泰安 271000)

        汽車儀表是駕駛員和汽車的交互界面,它能為駕駛員提供所需的汽車運(yùn)行參數(shù)、故障、里程等信息,是每一輛汽車必不可少的部件,儀表的故障直接影響車輛的正常使用。目前對(duì)儀表的檢測(cè)一般沒(méi)有專用設(shè)備,發(fā)現(xiàn)故障后,主要靠工人的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)手工或使用萬(wàn)用表等簡(jiǎn)單儀器檢查排除。本項(xiàng)目研制一種基于555定時(shí)器的汽車儀表綜合測(cè)試儀,可以模擬傳感器提供儀表所需的頻率信號(hào)(車速表、轉(zhuǎn)速表)、電阻信號(hào)(燃油表、水溫表、油壓表、氣壓表)、各種開(kāi)關(guān)量信號(hào),用來(lái)檢測(cè)、調(diào)試儀表及其線路的故障。

        1 設(shè)計(jì)要求

        設(shè)計(jì)要求:①標(biāo)稱電壓24V DC;②整機(jī)功耗<5W;③方波信號(hào):占空比50%~55%,頻率范圍60~600Hz~6kHz,精度±5%,電壓幅度>9V;④正弦波信號(hào):頻率范圍60~600Hz~6kHz,精度±5%,電壓幅度>400mV;⑤電阻信號(hào):電阻范圍1~1000Ω,精度±2%;⑥開(kāi)關(guān)量信號(hào):高電平>Vcc~0.5V,低電平:<0.5V。測(cè)試儀外形見(jiàn)圖1。

        圖1 汽車儀表綜合測(cè)試儀外形圖

        2 555定時(shí)器簡(jiǎn)介

        2.1 555定時(shí)器電路結(jié)構(gòu)及功能

        555定時(shí)器是一種模擬電路和數(shù)字電路相結(jié)合的集成電路,圖2為其電路結(jié)構(gòu)。555定時(shí)器由電阻分壓器、電壓比較器、基本RS觸發(fā)器、輸出緩沖器、放電開(kāi)關(guān)組成,具有控制、觸發(fā)、電平檢測(cè)比較以及輸出放大和放電功能。

        圖2 555定時(shí)器電路結(jié)構(gòu)

        2.2 555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器

        多諧振蕩器是一種能產(chǎn)生矩形脈沖波的自激振蕩器,電路沒(méi)有穩(wěn)態(tài),只有兩個(gè)暫態(tài)。在工作時(shí),電路的狀態(tài)在這兩個(gè)暫態(tài)之間自動(dòng)地交替變換,輸出連續(xù)的矩形脈沖信號(hào)。

        2.2.1 電路組成

        圖3為555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器。圖中電阻R、R及電容C為振蕩器的定時(shí)元件,決定著輸出矩形波正、負(fù)脈沖的寬度;定時(shí)器觸發(fā)端TR(2腳)和閾值端TH(6腳)與電容C相連;放電端DISC(7腳)接電阻R、R相連處,用以控制電容C的充、放電;U是輸出信號(hào)。

        圖3 555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器

        2.2.2 工作原理

        圖4為多諧振蕩器的工作波形圖。電路接通電源瞬間,電容C來(lái)不及充電,電容C電壓U為0V,輸出電壓U為高電平,定時(shí)器內(nèi)部放電開(kāi)關(guān)T截止,電路進(jìn)入暫態(tài)I狀態(tài),電容C開(kāi)始充電。此后,電路按照以下兩種狀態(tài)周而復(fù)始地循環(huán),產(chǎn)生周期性的輸出脈沖。

        圖4 多諧振蕩器的工作波形圖

        1)暫態(tài)I狀態(tài):電源V通過(guò)電阻R、R對(duì)電容C充電,電容C電壓U按指數(shù)規(guī)律上升。當(dāng)電容C充電至電壓U上升

        2)暫態(tài)Ⅱ狀態(tài):電容C通過(guò)電阻R及放電開(kāi)關(guān)T快速放電,電容C電壓U按指數(shù)規(guī)律下降。當(dāng)電容C電壓U下降到

        由以上分析可知,多諧振蕩器兩個(gè)暫態(tài)維持時(shí)間取決于電容C及電阻R、R值的大小。

        暫態(tài)Ⅰ維持時(shí)間(即輸出高電平寬度):≈0.693(+)

        暫態(tài)Ⅱ維持時(shí)間(即輸出低電平寬度):≈0.693

        振蕩周期:=+≈0.693(+2)

        振蕩頻率:=1/≈1.443/(+2)

        輸出脈沖占空比:D=/=(+)/(+2)

        可見(jiàn)只有在>>條件下,輸出脈沖才為占空比D接近50%的理想方波。

        3 汽車儀表綜合測(cè)試儀的設(shè)計(jì)

        圖5為本項(xiàng)目研制的汽車儀表綜合測(cè)試儀原理圖,該電路由電源電路、多諧振蕩器、積分電路、電阻信號(hào)電路、開(kāi)關(guān)量信號(hào)電路組成。電阻R、穩(wěn)壓管DW、電容C組成電源電路,為多諧振蕩器電路提供12V電源,D為電源極性接錯(cuò)保護(hù)二極管,發(fā)光二極管LED用作電源指示;555定時(shí)器和電阻R、R、R、電容C或C構(gòu)成多諧振蕩器,電容C為干擾抑制電容,電容C為信號(hào)輸出耦合電容,開(kāi)關(guān)SA為頻段選擇開(kāi)關(guān);電阻R、R、R及電容C、C、C組成積分電路;電阻R組成電阻信號(hào)電路;開(kāi)關(guān)SB、SB組成開(kāi)關(guān)量信號(hào)電路。

        圖5 汽車儀表綜合測(cè)試儀原理圖

        555定時(shí)器和電阻R、R、R、電容C或C構(gòu)成典型的多諧振蕩器,由于電阻R、R的阻值之和遠(yuǎn)大于R,所以555定時(shí)器3腳輸出信號(hào)基本上為方波,通過(guò)調(diào)節(jié)電阻R的阻值可以改變振蕩器的頻率,頻段選擇開(kāi)關(guān)SA可使頻率增大10倍。方波信號(hào)經(jīng)過(guò)電容C藕合輸出,加至由電阻R、R、R及電容C、C、C組成的積分電路,通過(guò)三次積分變換后,輸出近似的正弦波信號(hào)。

        4 常見(jiàn)故障及排除方法

        當(dāng)儀表出現(xiàn)故障時(shí),應(yīng)根據(jù)故障現(xiàn)象和其電路原理分析故障大致的原因,然后以“由外向內(nèi)”的步驟檢查和排除故障。即先檢查儀表板以外的傳感器、開(kāi)關(guān)、熔斷器、線路及插接器等可能故障部位,待這些可能故障原因排除后,若儀表還不能恢復(fù)正常,再拆檢儀表。

        4.1 汽車儀表系統(tǒng)常見(jiàn)故障診斷

        4.1.1 油壓表、燃油表、氣壓表、水溫表故障診斷

        油壓表、燃油表、氣壓表的結(jié)構(gòu)及電氣特性基本相同,其傳感器電氣特性也大致一樣。即儀表指示零位時(shí),傳感器電阻值為數(shù)歐,儀表在滿刻度位置時(shí),傳感器電阻值為200Ω左右。一般來(lái)講,正常情況下,點(diǎn)火開(kāi)關(guān)閉合后,油壓表的指針應(yīng)動(dòng)一下,起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)后,油壓表指針慢慢指示發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力值,燃油表則應(yīng)指示實(shí)際油量位置,氣壓表則應(yīng)指示儲(chǔ)氣筒內(nèi)的氣壓。如果在點(diǎn)火開(kāi)關(guān)閉合后,儀表指針均不動(dòng)作,這一般是供電電路的問(wèn)題,應(yīng)檢查儀表熔斷器及電源線。如果儀表電源線有電,則是儀表本身的問(wèn)題。

        如果點(diǎn)火開(kāi)關(guān)閉合后,儀表指針指示最高位置,則可用儀表與傳感器的連接導(dǎo)線直接搭鐵,若儀表指針回落,則說(shuō)明故障在傳感器,如果指針仍保持高位不動(dòng),說(shuō)明故障在儀表內(nèi)部。

        水溫表的電氣特性與上述3種儀表正好相反,當(dāng)傳感器出現(xiàn)短路搭鐵時(shí),水溫表應(yīng)指示高位;若傳感器完全斷路時(shí),水溫表指示低位。水溫傳感器是一個(gè)負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻,在0℃時(shí)其電阻為1kΩ左右;在100℃時(shí),其電阻值為38Ω左右。

        綜上所述,根據(jù)儀表及傳感器電氣特性不難判斷它們的故障位置。國(guó)產(chǎn)重型汽車常用傳感器基本參數(shù)詳見(jiàn)表1~表4。

        表1 油壓表指示值與傳感器對(duì)應(yīng)電阻值

        表2 燃油表指示值與傳感器對(duì)應(yīng)電阻值

        表3 氣壓表指示值與傳感器對(duì)應(yīng)電阻值

        表4 水溫表指示值與傳感器對(duì)應(yīng)電阻值

        4.1.2 車速表故障診斷

        車速表信號(hào)取自霍爾式車速傳感器,傳感器輸出方波信號(hào),占空比30%~70%,高電平≥4V,低電平≤0.8V。

        用萬(wàn)用表檢查儀表供電電路,如果儀表電源線有電,再進(jìn)一步檢查儀表傳感器供電端12V輸出電壓,如輸出電壓偏差較大,說(shuō)明儀表內(nèi)部電源電路故障,須檢修車速表。如輸出電壓正常,可用方波信號(hào)源給車速表輸入信號(hào),若車速表能指示車速,說(shuō)明故障在車速傳感器或傳輸導(dǎo)線;若車速表不能指示車速,說(shuō)明儀表本身問(wèn)題。

        4.1.3 轉(zhuǎn)速表故障診斷

        轉(zhuǎn)速表信號(hào)取自發(fā)電機(jī)W端或者磁電式轉(zhuǎn)速傳感器,其信號(hào)源為正弦波信號(hào)。

        用萬(wàn)用表檢查儀表供電電路,如果儀表電源線有電,可用正弦波信號(hào)源給轉(zhuǎn)速表輸入信號(hào),若轉(zhuǎn)速表能指示轉(zhuǎn)速,說(shuō)明故障在信號(hào)源部分或傳輸導(dǎo)線;若轉(zhuǎn)速表不能指示轉(zhuǎn)速,說(shuō)明儀表本身問(wèn)題。

        4.1.4 信號(hào)燈故障診斷

        信號(hào)燈分為指示信號(hào)、警告信號(hào)兩大類,它們通常由油壓、氣壓、溫度等各種指示(報(bào)警)開(kāi)關(guān)控制,可用信號(hào)燈與指示(報(bào)警)開(kāi)關(guān)的連接導(dǎo)線直接搭鐵,若信號(hào)燈點(diǎn)亮,則說(shuō)明故障在指示(報(bào)警)開(kāi)關(guān);如果信號(hào)燈不亮,說(shuō)明故障在供電電源、信號(hào)燈及控制線。

        4.2 汽車儀表綜合測(cè)試儀應(yīng)用

        根據(jù)汽車儀表系統(tǒng)常見(jiàn)的信號(hào)特征,本項(xiàng)目研制的汽車儀表綜合測(cè)試儀可模擬頻率、電阻、開(kāi)關(guān)量等信號(hào),能夠完成儀表指示、照明、信號(hào)燈等功能測(cè)試,通過(guò)旋轉(zhuǎn)模擬旋鈕改變頻率和電阻信號(hào)的輸出值,基本滿足汽車儀表故障診斷工作需求。

        4.2.1 電路連接

        按照?qǐng)D6所示,先將測(cè)試儀與24V電源正負(fù)極連接,再將要測(cè)試的儀表與測(cè)試儀連接。

        圖6 汽車儀表綜合測(cè)試儀接線圖

        4.2.2 檢測(cè)操作

        1)接通測(cè)試儀上電源開(kāi)關(guān),電路接通。

        2)轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)試儀上旋鈕,儀表指針擺動(dòng),對(duì)照儀表參數(shù)表,觀察儀表指針擺動(dòng)是否與其一致。

        4.3 應(yīng)用效果

        實(shí)踐證明,本項(xiàng)目研制的汽車儀表綜合測(cè)試儀不僅提高了生產(chǎn)效率,還提高了產(chǎn)品的可靠性,同時(shí)也大大減少了故障的維修時(shí)間。通過(guò)檢測(cè)方式的改進(jìn),使生產(chǎn)效率提高了30%左右,保證了產(chǎn)品總體數(shù)量的有序上升。

        5 結(jié)束語(yǔ)

        該儀器電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、性能可靠、體積小巧、便于攜帶、用途廣泛,既可檢測(cè)汽車儀表,又可作為多用途信號(hào)源。

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