作为汽车电子控制系统的中心的微型计算机在迅速地普及,上述的传感器输出的信号就是送给单片机来处理的,由于单片机具有高可靠性、高控制性能和高运行速度,并能很好地解决仪表中的误差修正和线性化处理等难题,同时便于实现数字信号与模拟信号间的转换,有利于对数据进行计算、控制和存储,易于与仪表模块化模拟指示驱动机构相匹配。这种用单片机技术设计、制造的电子组合仪表,具有集成度高、功能强、体积小、速度快、存储量大、指令丰富、抗干扰性强、性能价格比高、通用性好、推广范围大、工作可靠、指示准确、使用寿命长、标准化系数高等一系列优势和特点。
配合单片机使用的电子组合仪表系统是采用步进电动机驱动的仪表指针显示,这种步进电动机式电子组合仪表由ECU完成各种被测物理量的采集,经过换算后直接控制步进电动机,再由步进电动机驱动指针,在刻度盘上指示被测物理量,同时辅以被测物理量LCD数字显示。
如图7所示,电子组合仪表系统采用精度极高的步进电动机机芯,通过两只励磁线圈和金属磁扼以及定子上的一块永久性两极磁铁来接收电信号,并通过步进电动机内部的传动机构驱动指针。该步进电动机转矩大,精度高,实现了电子仪表的稳定平滑指示。
(1)电子式发动机转速表电子式发动机转速表具有较高的精度、灵敏度,并能自动报警,能在高低温、潮湿、振动等各种恶劣条件下可靠工作,因此得到较多应用。很多发动机转速表还采用真空荧光显示、液晶显示等以图形显示发动机速度。其工作原理如图8所示,正对着飞轮齿圈的转速传感器通过电磁感应将齿圈的转速转化成正弦电压信号。ECU接收到正弦电压信号,并将其转化成规整的矩形波传给仪表。仪表接收到脉冲信号,驱动步进电动机,指针偏转。
(2)电子式车速里程表图9所示为典型车速传感器的结构图及电子式车速里程表。车辆行驶时,变速器输出轴上的主动齿轮带动车速传感器从动齿轮驱动转轴旋转,因为转轴上有磁钢,磁钢上有8对磁极,磁盘旋转使传感器感应到磁通的变化,从而输出随转速变化的脉冲信号。传感器每转一圈,输出8个脉冲信号。这些信号一般先送到发动机控制单元,再经由CAN总线送到组合仪表MCU微控制器处理,然后输出到仪表的步进电动机,驱动指针指示当前车速,同时将车辆里程累计信息传给液晶显示屏显示当前里程。
里程累计表用来综合、存储和显示汽车行驶的距离。这类里程表有两种,一是短距离里程表,驾驶人可调整所需的读数,即为重新记录里程,可随时调零;二是显示车辆行驶总距离的里程表。两种里程表都计算来自车速传感器的脉冲量并将其存储起来。输入脉冲量的微控制器的电源与蓄电池连接,这就是蓄电池支持系统。这种结构即使在点火开关关断时,也能保持存储的数据。甚至如果蓄电池与系统断开,由于采用了电可擦可编程只读存储器和蓄电池支持系统,里程表中的数据也能保持完好。
(3)电子式冷却液温度表图10所示为典型的冷却液温度传感器及冷却液温度表,冷却液温度传感器一般采用热敏电阻式,其工作原理为负温度系数R-T关系,即冷却液温度越低,电阻值越高;冷却液温度越高,电阻值越低。冷却液温度传感器一般安装在缸体上,向发动机控制单元提供冷却液温度信息供发动机管理系统作为燃油修正的依据,同时经由CAN总线送到组合仪表MCU微控制器处理,经冷却液温度表向驾驶人传递冷却液温度信息或报警,以防因冷却液温度过高而使发动机过热。
(4)电子式燃油表如图11所示,燃油液位传感器将燃油液位信息传送给组合仪表,经过模拟信号变换到数字信号,传递给MCU微控制器,再通过显示IC采用柱状或其他图形方式来提醒驾驶人油箱内可用的剩余燃油量或报警。
(5)指示灯及警告灯图12所示为常见的指示灯或警告灯,其点亮规则取决于各控制系统或开关信号。如果组合仪表作为CAN总线中的一个控制单元,则组合仪表收到相关控制信号或报警信息后,控制指示灯或警告灯点亮(图13)。
3.显示系统
随着汽车电子组合仪表大规模使用的指针模拟显示方式的发展,平面仪表板显示技术也得到了充分发展,目前已研制出来或已推广使用的就有LED发光二极管显示屏、LCD液晶显示屏、VFD真空荧光显示屏、CRT阴极射线管显示屏、ELD电致发光显示屏、PDP等离子显示屏和利用虚拟成像技术实现了在前风窗玻璃上形成图像的HUD平视显示系统等。
(1) LED发光二极管显示屏发光二极管是一种固态发光器件,它体积小、结构简单、耐用,使用寿命可超过5万h,故应用广泛。发光二极管发光的颜色有红、绿、黄、橙,可单独使用,也可用来组成数字,其实物和结构如图14所示。在实际应用中,常把发光二极管焊接到印制电路板上,以形成数字显示或带色光杆显示,如图15所示。
如图16所示,利用发光二极管可组成各种不同的显示方式,如七笔显示器、光点矩阵显示、曲线图式等。
用发光二极管制作警告器时,可以显示出完整的英文单词,也可显示国际标准化组织规定的警告图形符号。发光二极管还常用做警告指示灯,如尾灯、前照灯、制动灯灯泡烧坏时,燃油、洗涤液液量过低时等,警告灯就会亮。
(2) LCD液晶显示屏LCD液晶显示屏是一种新型的非发光型平板显示器件,其结构如图17a所示。图17b所示即为反射-透射式LCD结构原理示意图。LCD液晶显示屏的特点有:显示面积大、耗电量小、显示清晰、可显示不同颜色且不受光照的影响。前偏振片
液晶显示是利用偏振光的特性来成像的,这和用手上下振动绳端时,发生的情况相似。手上下振动所产生的纵波,会沿着绳子的方向运动。正常的光线包括多平面振动波,如果让光线通过一个有特殊性能的偏振滤波器,这样就只有在和滤波器轴同一平面的振动光波才能通过,而其余大部分光波则受阻而不能通过。
液晶显示自身则不能发光,它只能起到吸收、反射或透光的作用,因此液晶显示装置需要有光或某种人造光线作为外光源。液晶体自身没有色彩,液晶显示是靠液晶元件后面的透光片来形成彩色的。透光片通常用荧光液来着色,当光线通过时,就能形成所需的颜色。
(3) VFD真空荧光显示屏图18所示为真空荧屏显示屏,其工作原理与电视显像管十分相似。工作时,恒定电压作用于阴极(或灯丝)上,加热到600℃左右时,其表面放出热电子,因栅网和阳极都有较高的正电位,因而使自由电子加速,通过栅网射向阳极。阳极上的荧光物质因电子冲击而受激发光。阳极是由不同的笔画段组成的,在数字电路的开关控制下,能显示不同字母和数字。真空荧光装置可显示两种图形。一种是7个笔画段;另一种是14个笔画段。它可显示全部字母和数字。
(4) CRT阴极射线管显示屏 如图19所示CRT是一种使用阴极射线管的显示器,主要由五部分组成:电子枪、偏转线圈、荫罩、荧光粉层及玻璃外壳。它曾是应用最广泛的显示器之一。