Система бортового контроля автомобиля

Устройство автомобилей

Контрольно-измерительные приборы (КИП)

Общие сведения о КИП

Автомобильный транспорт, как впрочем, и любая другая техника, непрерывно совершенствуется с целью повышения комфортности, дорожной и экологической безопасности, экономичности и универсальности автомобильных перевозок. При этом конструкторы стараются минимизировать участие человека в выполнении отдельных операций по управлению автомобилем и транспортным процессом в целом, доверяя различные контрольно-управленческие функции многочисленным автоматическим системам, устройствам и механизмам и упростить контроль над работой отдельных систем и элементов конструкции автомобиля.
Это особенно актуально для легковых автомобилей общего пользования, поскольку водители таких транспортных средств, чаще всего, не имеют достаточной квалификации по устройству, работе и способам технического обслуживания собственного автомобиля.

Этот процесс сопровождается существенным усложнением конструкции автомобилей и прицепных автотранспортных средств, широким внедрением средств компьютерного, электронного и электрического управления отдельными узлами, механизмами и устройствами. При этом безусловным является требование поддержания на должном уровне связи между человеком (водителем) и автотранспортным средством с целью информирования о текущем состоянии наиболее важных систем и устройств автомобиля, особенно, влияющих на надежность работы элементов конструкции и безопасность его движения.

Система информации и диагностировании на автомобиле предназначается для контроля режима движения и технического состояния автомобиля. С этой целью на автомобиле устанавливают контрольно-измерительные приборы, бортовую систему контроля и диагностическую систему встроенных датчиков.

Контрольно-измерительные приборы (КИП) информируют водителя о скорости движения автомобиля, частоте вращения коленчатого вала двигателя, напряжении бортовой сети, количестве топлива в баке, температуре охлаждающей жидкости, давлении масла.
Кроме того, КИП следят за возникновением аварийных режимов: в смазочной системе двигателя — падения давления масла, в системе охлаждения – перегрев охлаждающей жидкости, в тормозной системе – о падении уровня жидкости или давлении воздуха и т. п.

Учитывая условия эксплуатации автомобилей, к системе информации и диагностирования предъявляются высокие требования: приборы и датчики, входящие в систему, должны выдерживать вибрации и тряски, оставаться работоспособными при значительных перепадах температуры, выдерживать воздействия агрессивной окружающей среды, обладать малой чувствительностью к пульсациям и изменения напряжения в бортовой сети автомобиля. При этом приборы и датчики должны системы информации и диагностирования должны выполнять свои функции с необходимой степенью точности и минимальной погрешностью.

Современные автомобили обязательно оборудуются следующими контрольно-измерительными приборами:

Контроль над перечисленными параметрами обычно осуществляется водителем по показаниям приборов (стрелочным или электронным табло), однако каждый измеряемый параметр, как правило, контролируется дополнительным (аварийным) датчиком, подающим в необходимых случаях световой или звуковой сигнал о необходимости обратить внимание на работу какой-либо системы.

Эксплуатация контрольно-измерительных приборов

В процессе эксплуатации возможны различные нарушения в работе контрольно-измерительных приборов. Ремонт приборов и датчиков считается нецелесообразным, поскольку для выполнения работы требуется квалифицированный специалист, а после ремонта элементы подлежат обязательной поверке.
Поэтому в большинстве случаев дешевле заменить вышедший из строя прибор или датчик на новый или заведомо исправный.

Наиболее вероятной причиной отказов могут быть срабатывания термобиметаллического или перегорания плавкого предохранителя в результате короткого замыкания. Если между выводами сгоревшего предохранителя включить контрольную лампу, то в случае короткого замыкания она светится полным накалом. Последовательно отключая потребители, находят неисправный.
Если предохранитель исправный, место обрыва ищут контрольной лампой, один конец которой соединяют с корпусом, а другой последовательно переносят к местам соединений, либо шунтированием – соединяя питающий вывод предохранителя с выводом прибора отрезком провода.

Свидетельством неисправности указателя является отсутствие его реакции на отключение питания. Любой указатель при отключенном питании должен возвращаться в исходное положение.
Если указатель при изменении состояния контролируемой среды находиться в исходном положении, возможен также обрыв провода от указателя к датчику. Проверку обрыва провода производят электрощупом или вольтметром, который присоединяют между концом провода со стороны датчика и корпусом автомобиля.
Отсутствие показания вольтметра свидетельствует об обрыве провода.

Контрольно-измерительные приборы в принципе не нуждаются в техническом обслуживании, за исключением спидометров, снабженных масленкой, и гибкими валами.
В масленке спидометров необходимо через каждые 50…100 тыс.км. пробега автомобиля, или один раз в год, заливать 3…5 капель вазелинового приборного масла. Замену смазочного материала в гибких валах рекомендуется производить через каждые 50…60 тыс.км. пробега автомобиля.
Для технического обслуживания гибкий вал вынимают из оболочки и промывают в керосине.
Затем наносят на него слой смазки и вставляют в оболочку.

Бортовая система контроля автомобилей

Для комплексного информирования водителя о состоянии отдельных агрегатов, механизмов и систем автомобиля используется бортовая система контроля (БСК). В функции БСК входят информирование водителя о ряде параметров систем и агрегатов автомобиля, изменение состояния которых не создает аварийного режима работы и не требует немедленного вмешательства, а предупреждает о необходимости принятия мер по техническому обслуживанию.
С помощью БСК возможен автоматизированный контроль уровня эксплуатационной жидкости в заправочных емкостях, состояния тормозных накладок, исправности ламп приборов светосигнальной аппаратуры, состояния фильтров.

Смысл введения БСК состоит в том, что за счет периодических проверок непосредственно на контролируемом объекте отказывающие системы обслуживаются задолго до их профилактического контроля и технического обслуживания. Это позволяет значительно повысить уровень надежности автомобиля и уменьшить вероятность непредвиденных отказов и поломок.

Появление на автомобилях БСК относится к началу 70-х годов. Их разработкой и производством занимаются практически все автомобилестроительные компании Западной Европы, США и Японии. Как правило, современные БСК разрабатывают на основе микропроцессорной техники, что дает возможность автоматизировать процесс контрольно-диагностических работ. Внедрение БСК может быть реализовано за счет оснащения автомобиля встроенными в соответствующие системы датчиками с выводом информации (обычно — в виде контрольных лампочек) водителю на панель приборов. При этом БСК способна решать следующие задачи:

— контролировать исправность основных систем и агрегатов автомобиля с целью освобождения водителя от наблюдения за их техническим состоянием и концентрации его внимания на дорожном движении. Так, например, БСК способна информировать водителя о недостаточном уровне масла в поддоне картера двигателя и агрегатах трансмиссии, уровне жидкости в системе охлаждения и стеклоомывателе, износе накладок тормозных колодок, открытой двери кузова, включенном внешнем освещении при открытой двери и выключенном двигателе, не пристегнутых ремнях безопасности, неисправности ламп сигнализаторов торможения или поворота, засоренности фильтрующих элементов и т. п.

— при возникновении неисправностей оценивать их важность и в соответствующей форме (обычно – цветом сигнальных ламп) предупреждать водителя;

— сообщать водителю о необходимости проведения технического обслуживания.

В состав простейшей БСК входят датчики контролируемых параметров, блок управления и средство отображения информации.
Среди отечественных автомобилей бортовая система контроля впервые была установлена на модели ВАЗ-2109, и последующие модели этого автозавода комплектуются такими системами.

Система встроенных датчиков

Для снижения трудоемкости и уменьшения времени диагностирования автомобили оборудуются системой встроенных датчиков (СВД), имеющих выводы на штекерный разъем. К штекерному разъему при диагностировании подключается диагностическая аппаратура, что дает существенное преимущество по сравнению с традиционными способами подключения с помощью зажимов и фиксаторов.
При наличии на борту автомобиля диагностического прибора, подсоединенного к СВД водитель может самостоятельно с минимальными затратами времени оценить техническое состояние автомобиля, его отдельных агрегатов и систем.

Впервые в отечественном автомобилестроении СВД стала использоваться на моделях ВАЗ-2105 и ВАЗ-2108. В комплект использованных на этих моделях автомобилей СВД входили (рис. 1):

• 12-полюсный штекерный разъем;
• датчик положения коленчатого вала двигателя (ДПКВ или датчик ВМТ);
• датчик высокого напряжения;
• датчик опорного цилиндра;
• жгут проводов для коммутирования датчиков и контрольных точек.

Система встроенных датчиков позволяет определять:

• регулируемое напряжение;
• исправность диодов выпрямителя генератора;
• напряжение на катушке зажигания – при включении замка зажигания и при включении стартера;
• падение напряжения на контактах прерывателя;
• угол замкнутого состояния контактов прерывателя при контрольных значениях частоты вращения коленчатого вала;
• асинхронность искрообразования по цилиндрам;
• угол опережения зажигания при контрольных значениях частоты вращения коленчатого вала двигателя;
• падение частоты вращения коленчатого вала при отключении цилиндров;
• напряжение аккумуляторной батареи – без нагрузки, под нагрузкой (включен стартер) и при заторможенном стартере.

В настоящее время системы встроенных датчиков, используемые на современных автомобилях, значительно сложнее, и их функционально-диагностические возможности значительно расширились и изменились в связи с применением инжекторных систем питания вместо карбюраторных, а также благодаря развитию электронных и компьютерных технологий.

Маршрутные компьютеры

Удобным для водителя элементом контроля являются маршрутные компьютеры, появившиеся не так давно и широко используемые на современных автомобилях. Их основное назначение – выдавать водителю информацию о параметрах, характеризующих движение автомобиля по маршруту.

Несмотря на имеющиеся различия между маршрутными компьютерами, разрабатываемыми различными фирмами, все они выполняют в основном сходные функции. Эти функции связаны с измерением, расчетом, индикацией, а иногда и управлением совокупности четырех параметров: скорости движения, расхода топлива, расстояния и времени. Иногда к ним добавляется возможность измерения температуры воздуха в салоне и за бортом автомобиля.
Функции, выполняемые маршрутным компьютером, можно подразделить на основные и расширенные.

Основная система (система минимальной конфигурации) может включать часы, счетчики пройденного пути и времени, измерять среднюю скорость, мгновенный и средний расход топлива.

Расширенная система может проводить измерения времени, расстояния, времени за рулем, контроль скорости, индикацию расстояния до цели, оценку времени прибытия и расстояния, которое можно пройти на остатке топлива, сигнализацию при попытке угона и т. д.
С помощью звукового сигнала бортовой компьютер предупреждает водителя о превышении максимальной скорости и о понижении температуры окружающей среды ниже 3 °С и опасности гололеда.

Бортовой компьютер может также выполнять функции противоугонного устройства. Водитель выбирает код, состоящий из четырех цифр; если же перед пуском двигателя набрать неправильную комбинацию цифр, двигатель не заведется и будет включен звуковой сигнал.
Расширенный вариант маршрутного компьютера может также иметь устройства поддержания заданной скорости (спидостаты, темпостаты).

Однако разнообразие функционального назначения и конструктивного исполнения маршрутных компьютеров не вносит существенных изменений в их структурную схему. Это связано с тем, что в подавляющем большинстве случаев в качестве основного элемента такого компьютера используется микропроцессор, поэтому структура маршрутного компьютера — это структура микро ЭВМ.

В настоящее время прослеживаются два основных направления в разработке маршрутных компьютеров — разрабатываемые для конкретной модели автомобиля и универсального применения. Например, фирма «Chrysler» («Крайслер») ориентируется на разработку специализированных маршрутных компьютеров, а фирма «General Motors» («Дженерал Моторс») — на маршрутных компьютерах универсального применения. Имеются разработки маршрутных компьютеров конкретного функционального назначения (расходомеры, оптимизаторы скорости и др.).

Обычно маршрутный компьютер размещаются в салоне автомобиля рядом с панелью приборов или интегрируются в неё. Иногда маршрутный компьютер размещают на рулевом колесе автомобиля.

Следует знать, что при выключении зажигания отключается индикатор маршрутного компьютера, но накопленная информация и ход часов сохраняются. В случае отключения аккумуляторной батареи происходит потеря всей накопленной информации.
Потеря информации возможна и при падении напряжения в бортовой сети ниже 6 В.

Широкие возможности информирования о маршруте дают водителю системы навигации, которые могут быть встроенными в панель приборов автомобиля, так и используемыми в качестве дополнительного средства информации, приобретаемого отдельно. В настоящее время автомобилисты широко используют GPS-навигаторы, получающие информацию от спутников и позволяющие получить подробные сведения о маршруте и его текущем состоянии.

Панели приборов

Водитель получает информацию о режиме движения и техническом состоянии автомобиля с помощью контрольно-измерительных приборов и индикаторов, размещенных на панели приборов.

Панель приборов современного легкового автомобиля содержит от 3. 6 стрелочных приборов и 5-7 световых индикаторов, размещение которых основывается на следующих принципах:

• группировка в центре панели средств отображения информации, связанных с безопасностью дорожного движения;
• размещение приборов и индикаторов тем ближе к центру панели, чем выше частота обращения к ним водителя;
• использование цветовой гаммы индикаторов для быстрой оценки уровня возникшей проблемы — красный цвет — необходимо срочное вмешательство, оранжевый — неисправность не критичная, зеленый — система исправна;
• группировка в единые блоки функционально связанных приборов и индикаторов.

Общий вид и размещение приборов панели приборов автомобиля ВАЗ-2108 приведен на рис. 2.

Рис. 2. Панель приборов управления и контроля автомобиля ВАЗ-2108: 1 — переключатель наружного освещения; 2 — выключатель передних противотуманных фар с контрольной лампой; 3 — комбинация приборов; 4 — выключатель противотуманного света с контрольной лампой; 5 — выключатель обогрева заднего стекла с контрольной лампой; 6 — выключатель освещения приборов реостатного типа; 7 — датчик-сигнализатор иммобилизатора; 8 — рычаг переключателя очистителей и омывателей стекол; 9 — центральные сопла системы вентиляции и отопления салона; 10 — выключатель рециркуляции воздуха в салоне; 11 — рычаг управления заслонками системы отопления; 12 — выключатель кондиционера; 13 — рукоятка установки температуры; 14 — рукоятка управления вентилятором отопителя; 15 — выключатель аварийной сигнализации; 16 — выключатель очистителей и омывателей фар; 17 — сопло обдува стекла передней двери; 18 — боковые сопла системы вентиляции и отопления салона; 19 — часы (цифровые или стрелочные); 20 — блок индикации бортовой системы контроля; 21 — крышка гнезда магнитолы; 22 — прикуриватель; 23 — патрон подключения переносной лампы; 24 — выключатель зажигания; 25 — выключатель звукового сигнала; 26 — крышка монтажного блока; 27 — кнопка замка монтажного блока; 28 — выключатель привода замка багажника; 29 — гидрокорректор фар; 30 — рычаг переключателя указателей поворота и света фар

Развитие и внедрение в автомобилестроение электроники дало возможность конструкторам и дизайнерам создать электронную панель приборов, в которой вместо привычных электромеханических приборов устанавливаются электронные информационные устройства и индикаторы.
Электронные индикаторы, кроме функций, выполняемых электромеханическими приборами, способны предоставлять водителю информацию в цифровой, графической и текстовой формах. С помощью электронных устройств возможны синтез человеческой речи, индикация показателей, для определения которых требуются сложные вычисления, анализ целесообразности передачи информации водителю.

Электромеханические приборы, как правило, предназначены для отображения только одного параметра, так как при использовании нескольких шкал ухудшается возможность считывания с них показаний. Кроме того, они имеют значительные габаритные размеры, что делает сложным их размещение на панели приборов.
Электронные индикаторы при меньших размерах могут информировать о значениях не одного, а нескольких параметров, передавать разнообразные сообщения и поэтому позволяют резко увеличить информативность панели при тех же габаритах.

Необходимо также отметить, что электронные информационные устройства предоставляют водителю более достоверные данные. Это связано как с повышением точности приборов, так и с цифровым представлением информации.

Использование электронных индикаторов открывает широкие возможности для художественного конструирования панели приборов с учетом требований эргономики и инженерной психологии, так как позволяет варьировать цветом, формой и яркостью свечения индикаторов.
Например, электронная панель приборов, разработанная для автомобиля ВАЗ-2109, предназначена для измерения, контроля и отображения информации о скорости движения автомобиля, частоте вращения коленчатого вала двигателя, общем пробеге, уровне топлива в баке, температуре охлаждающей жидкости, а также для выдачи аварийных и предупредительных сигналов.

Информация в систему поступает от следующих датчиков, выключателей и устройств автомобиля:

• датчика уровня и резерва топлива;
• датчика температуры охлаждающей жидкости;
• датчика аварийного давления масла;
• датчика уровня тормозной жидкости;
• датчика уровня масла;
• датчика уровня охлаждающей жидкости;
• датчика уровня омывающей жидкости;
• датчика износа тормозных накладок;
• датчика скорости автомобиля;
• прерывателя указателей поворотов;
• реле контроля исправности ламп;
• реле пристегнутого состояния ремней безопасности;
• выключателя аварийной сигнализации;
• выключателя ручного тормоза;
• переключателя света фар;
• выключателя габаритных огней;
• выключателя задних противотуманных фонарей;
• замка зажигания;
• датчика холодного пуска двигателя;
• электронной системы зажигания;
• напряжения бортовой сети автомобиля.

Панель приборов включает в себя плату вакуумно-люминесцентных индикаторов (ВЛИ), плату аварийных и предупредительных сигнализаторов на светоизлучающих диодах (СИД), а также электромеханический счетчик полного пробега и ламповые индикаторы включения дальнего света, габаритных огней, сигналов поворота и холодного пуска двигателя.

Четыре вакуумно-люминесцентных индикатора зеленого цвета свечения отображают информацию о скорости движения автомобиля, частоте вращения коленчатого вала двигателя, уровне топлива и температуре охлаждающей жидкости.

На индикаторе спидометра отображается информация о скорости движения от 0 до 199 км/ч (либо миль/ч в зависимости от положения переключателя английских/метрических единиц).

На индикаторе тахометра отображается информация о частоте вращения коленчатого вала двигателя в дискретно-аналоговой форме. Шкала тахометра содержит 30 сегментов: один сегмент — 0. 500 мин -1 , четыре сегмента — 500. 1000 мин -1 с шагом 100 мин -1 и 25 сегментов — 1000. 7000 мин -1 с шагом 250 мин -1 .

Информация об уровне топлива и температуре охлаждающей жидкости отображается в дискретно-аналоговой форме. Шкалы содержат по девять сегментов. Для индикатора уровня топлива нижний сегмент индицирует нулевой уровень, а остальные восемь сегментов имеют массу 1/8 объема бака.
Для индикатора температуры охлаждающей жидкости нижний сегмент индицирует температуру менее 60 °С, а остальные восемь сегментов имеют массу по 10 °С каждый.

Двенадцать сигнализаторов БСК выполнены на светоизлучающих диодах красного и оранжевого цветов свечения.

Сигнализирующие лампы включаются путем подачи на соответствующий вход устройства напряжения бортовой сети автомобиля. Сигнализатор пуска холодного двигателя загорается, когда датчик пуска холодного двигателя подключает его вход к корпусу автомобиля.

В блок цифровой и аналоговой обработки информации входят электронные схемы формирователей информации, защиты и фильтрации, а также три специализированные большие интегральные схемы (БИС): БИС спидометра, БИС тахометра и БИС анализаторов информации.

Схема анализаторов информации представляет собой двухканальный аналого-цифровой преобразователь и предназначена для преобразования аналоговых сигналов от датчиков температуры охлаждающей жидкости и уровня топлива в цифровой код. Значения аналоговых сигналов могут изменяться в диапазоне +2,7 В. +4,4 В.
Схемы спидометра и тахометра формируют сигналы, пропорциональные соответственно скорости движения автомобиля и частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Блок обработки информации включает в себя и входной формирователь сигнала для электромеханического одометра, выполненный на таймере одометра и формирующий необходимую длительность сигнала одометра (0,1 с).

Для обеспечения оптимальной видимости отображаемой информации в блоке обработки информации предусмотрена схема регулировки яркости. С включением габаритных огней индикаторы панели приборов автоматически переходят на пониженную яркость свечения. Кроме того, имеется регулировка яркости свечения индикаторов для условий повышенной и пониженной освещенности, учитывающая индивидуальные возможности водителя.

Однако широкое применение электронных информационных устройств и индикаторов ограничивается рядом причин. Прежде всего, большинство электронных индикаторов не только дороже электромеханических приборов, но и обладают меньшей надежностью, устойчивостью к ударам, вибрациям, температурным воздействиям, имеют недостаточную долговечность. Для обеспечения работы индикаторов некоторых типов требуется дополнительный источник высокого напряжения и т. д.
Несмотря на указанные недостатки, электронные информационные устройства и индикаторы находят все большее применение и являются неотъемлемой частью современного автомобиля.

Источник статьи: http://k-a-t.ru/mdk.01.01_elektro/66-pribory_1/index.shtml