Информационно-измерительная система автомобилей


А. В. Пузаков









ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА АВТОМОБИЛЕЙ

Учебное пособие










Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2019

УДК 629.33(075.8)
ББК 39.33-04я73
     П88

                      Рекомендовано учёным советом ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный университет» для обучающихся по образовательной программе высшего образования по направлению подготовки 23.03.03 «Эксплуатация транспортнотехнологических машин и комплексов»


Рецензент:



доцент, кандидат технических наук Р. X. Хасанов



       Пузаков, А. В.


П88 Информационно-измерительная система автомобилей : учебное

    пособие / А.В. Пузаков. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2019. -152 с. : ил., табл.
           ISBN 978-5-9729-0343-6


        Рассмотрены устройство и принцип работы контрольно-измерительных приборов современных автомобилей. Предложено описание основных систем бортового контроля агрегатов и автомобиля в целом, предупреждающих наступление аварийных режимов.
        Для студентов, обучающихся по направлению подготовки 23.03.03 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов». Может также быть использовано в рамках специальности 23.05.01 «Наземные транспортно-технологические средства».
УДК629.33(075.8)
ББК 39.33-04я73

ISBN 978-5-9729-0343-6

© ПузаковА. В., 2019

                            © Издательство «Инфра-Инженерия», 2019
                            © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2019

            ОГЛАВЛЕНИЕ



Введение..............................................6
Глава 1. Обзор информационно-измерительной системы автомобилей...........................................9
Глава 2. Характеристика информации, предоставляемой водителю.............................................14
Глава 3. Комбинации приборов  автомобилей............16
Глава 4. Контрольно-измерительные приборы автомобилей..........................................24
     § 4.1. Общие сведения...........................24
     § 4.2. Приборы для измерения температуры........28
     § 4.3. Приборы для измерения давления...........30
     § 4.4. Приборы для контроля уровня топлива......34
     § 4.5. Приборы для контроля зарядного режима и электрических величин........................37
     § 4.6. Приборы для контроля частоты вращения и скорости.....................................41
Глава 5. Указатели автомобильных контрольно-измерительных приборов....................46
     § 5.1. Импульсные указатели.....................46
     § 5.2. Электромагнитные указатели...............50
     § 5.3. Логометрические указатели................52
     § 5.4. Указатели, приводимые шаговым двигателем..55

3

Глава 6. Датчики автомобильных контрольно-измерительных приборов............61
     § 6.1. Датчики температуры........................61
     § 6.2. Датчики давления...........................63
     § 6.3. Датчики уровня топлива.....................67
     § 6.4. Датчики спидометров и тахометров...........70
Глава 7. Датчики аварийных режимов.....................73
     § 7.1. Аварийные датчики температуры..............74
     § 7.2. Аварийные датчики давления.................77
     § 7.3. Датчики аварийного уровня эксплуатационных жидкостей......................................78
Глава 8. Бортовая система контроля.....................81
     § 8.1. Блок индикации бортовой системы контроля...83
     § 8.2. Оценка уровня моторного масла..............86
     § 8.3. Оценка уровня мочевины.....................89
     § 8.4. Определение температуры забортного воздуха.96
     § 8.5. Определение износа тормозных накладок......97
     § 8.6. Определение целостности ламп системы освещения......................................97
     § 8.7. Предупреждение об ослаблении крепления колеса............................................98
     § 8.8. Системы определения давления в шинах....100
Глава 9. Испытание датчиков и указателей информационно-измерительной системы.........109
     § 9.1. Испытание комбинации приборов автомобиля.109

4

     § 9.2. Оценка чувствительности датчиков информационно-измерительной системы автомобиля.....................................112
         9.2.1. Оценка чувствительности датчика уровня топлива....................................112
         9.2.2. Оценка чувствительности датчика температуры охлаждающей жидкости.......................114
         9.2.3. Оценка чувствительности датчика температуры воздуха....................................116
  § 9.3. Оценка погрешности измерительных приборов автомобиля........................................118
         9.3.1. Оценка погрешности спидометра.......118
         9.3.2. Оценка погрешности тахометра........120
Контрольные вопросы.................................123
Тесты для самоконтроля..............................129
Ответы к тестовым заданиям..........................132
Список использованных источников....................133
Приложение А. Индикаторы приборной панели автомобилей.........................................135
Приложение Б. Глоссарий.............................144

5

ВВЕДЕНИЕ


      Действия водителя во время движения автомобиля неразрывно связаны с процессами приёма и переработки информации, которую он получает с помощью анализаторов (зрительного, слухового и др.) от внешних раздражителей. Водитель принимает конкретные решения и управляет автомобилем на основе полученной и переработанной информации. Однако в определённых условиях он не успевает переработать необходимую ему информацию, пропускает часть её и принимает решение слишком поздно, в результате чего возникает ДТП. Такой же результат возможен, когда в поле зрения водителя отсутствует достаточное количество информации, требуемой по условиям сложившейся дорожнотранспортной ситуации. Следовательно, безопасность движения во многом зависит как от количества, так и от качества воспринимаемой водителем информации, в том числе информации, источником которой является автомобиль.
      Современные контрольные приборы в зависимости от параметров, подлежащих контролю, можно разделить на несколько групп.
      К первой группе относятся устройства, с помощью которых осуществляется комплексный контроль параметров автомобиля, его агрегатов и систем. Большинство таких устройств предназначены для контроля за состоянием систем и агрегатов автомобиля, непосредственно обеспечивающих безопасность движения. Они, как правило, включают в себя датчики, размещённые в различных узлах автомобиля, электронную схему, обеспечивающую получение и усиление сигналов от датчиков, и индикаторы. В качестве индикаторов чаще всего применяют световые сигнализаторы и дополняют их звуковыми сигнализаторами. Принципиально новыми здесь являются индикаторы, в которых информация выводится на дисплей.
      Ко второй группе относят новые конструкции спидометров и устройств, сигнализирующих о превышении допустимой скорости. В качестве источника информации об этом предлагается использовать световые и звуковые сигнализаторы.

6

Введение

     Скорость, как правило, может задаваться водителем с помощью специальных клавиш. К этой же группе следует отнести новые конструкции спидометров, выводящих скорость и пробег автомобиля на приборную панель в цифровом виде. Предлагается конструкция спидометра с блокирующим устройством, которое при резком замедлении в результате ДТП фиксирует стрелку спидометра, что позволяет определить скорость автомобиля в момент аварии.
     К третьей группе относятся устройства, с помощью которых осуществляется контроль за исправностью тормозной системы автомобиля (давление в системе гидропривода, уровень тормозной жидкости, предельная степень износа тормозных накладок).
     В четвёртую группу входят устройства, контролирующие исправность внешнего светового оборудования. В одних случаях меняется частота проблесков контрольных ламп (для сигналов поворота), в других при выходе из строя контролируемой лампы или разрыве цепи загорается световой сигнализатор на панели. Предлагаются системы, информирующие водителя о необходимости выключить наружное освещение при выходе из автомобиля, а также о необходимости включить его в нужное время.
     В пятую группу входят приборы для контроля за расходом топлива и его остатком. Эти приборы работают по принципу сравнения количества топлива, протекающего по трубопроводу в единицу времени, со скоростью движения. Результат выдаётся на дисплее либо в среднем расходе в литрах на 100 км пути, либо в мгновенном расходе топлива в литрах на 100 км пути, либо в расстоянии, которое может пройти автомобиль с данной скоростью на топливе, оставшемся в баке.
     Существует группа устройств, сигнализирующих о безопасной дистанции до различных объектов, что помогает водителю предотвратить столкновение автомобилей и наезды на препятствия. Все устройства данной группы состоят из излучателей (УКВ, ультразвук, инфракрасные лучи и пр.), приёмников и логических устройств, сравнивающих параметры движения автомобиля и расстояние

7

Пузаков А. В. Информационно-измерительная система автомобилей

до препятствия. При приближении к критическому значению этого расстояния водителю подаётся световой и (или) звуковой сигнал.
      Предлагается ряд приборов, отслеживающих состояние и поведение водителя . Они предотвращают засыпание водителя за рулём и управление автомобилем в состоянии опьянения или сильного утомления. Предлагается несколько принципов действия таких приборов, основанных на анализе выдыхаемого водителем воздуха, правильной последовательности действий водителя при запуске двигателя и трогании автомобиля с места, сравнении числа поворотов рулевого колеса на единицу пути, подаче сигнала водителю, на который он должен отреагировать. Если водитель не выполняет данные условия, двигатель автомобиля отключается, и возобновление движения возможно только через определённое время.
      Существует группа устройств, позволяющих информировать водителя о состоянии дорожного покрытия: датчики гололёда, срабатывающие при понижении температуры воздуха и высокой влажности; устройства, информирующие о понижении коэффициента сцепления шин с дорогой по проскальзыванию колеса.
      В отдельную группу собраны устройства, которые контролируют отдельные параметры автомобиля, которые сегодня контролируются только в исключительных случаях: давление в шинах в процессе движения, состояние запоров дверей капота и багажника, предельное содержание вредных веществ в салоне автомобиля и др.

8

            ГЛАВА 1.
            ОБЗОР ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ АВТОМОБИЛЕЙ


     Вся деятельность водителя мобильной машины (шофёра, тракториста, механизатора) состоит из получения, переработки информации и принятия исходя из неё каких-то решений. По напряжённости работа оператора мобильной машины стоит на третьем-четвёртом месте после лётчика, авиадиспетчера, диспетчера энергосистем и т. п.
     По назначению информацию можно разделить на внешнюю (дорожная, производственная обстановка для транспортно-технологических машин), внутреннюю (режимы работы агрегатов машины, их техническое состояние) и дополнительную (общение с пассажирами, аудио- и видеоинформация и т. п.); по степени важности - на оперативную, требующую постоянного контроля, вспомогательную , требующую контроля, но не требующую немедленных решений, и развлекательную ; по объёму - достаточную, избыточную и недостаточную.
     К системе получения, передачи и переработки информации предъявляют следующие требования:
      - достаточная, но не избыточная информация;
      - быстродействие датчиков, скорость передачи и качественное отображение информации;
      - простота восприятия информации, минимизация усилий человека по её восприятию и переработке;
      - точность воспроизведения (погрешность приборов) при преобразовании реальной информации электрическими, электронными средствами;
      - согласование сигналов электроники с возможностями восприятия человека;

9

Пузаков А. В. Информационно-измерительная система автомобилей

       - минимально достаточное время для считывания информации человеком с приборов, экрана дисплея, звуковых раздражителей;
       - минимальная частота обращения (перевод взгляда) от внешнего контроля (через лобовое стекло) обстановки на приборный блок.
      Итак, с одной стороны, постоянно растёт поток информации, с другой стороны, данных не должно быть слишком много. Многие фирмы идут по пути создания нескольких каналов передачи и показа информации для водителя. Какой канал вызвать в данный момент, решает сам водитель, но при их появлении соблюдают правило иерархии в предъявлении этих каналов:
       - 1-й канал - обязательная информация, которая связана в первую очередь с безопасностью движения: спидометр, тахометр, видимость впереди и сзади, километраж общий и контрольный, часы, эконометр топлива;
       - 2-й канал - сигналы о нарушениях в системах управления машиной: рабочем процессе транспортно-технологических машин, нарушениях безопасной дистанции впереди, сзади, с боков;
       - 3-й канал - информация навигационного характера: местоположение, пробег, а также запас топлива, масла, тормозной жидкости ит.д.;
       - 4-й канал - вопросы технического состояния агрегатов машины, в том числе и необходимость проведения технического обслуживания, остаточный ресурс деталей того или иного механизма;
       - 5-й и другие каналы - представление параметров и информации по усмотрению завода-изготовителя, включая системы комфорта (аудио- и видеосистемы, климат-контроль).
      Человек воспринимает окружающую обстановку главным образом посредством органов зрения. Оценка других участников дорожного движения, их положения, их ожидаемого поведения, дороги и траекторий движения, наличия объектов на ней проводится при помощи органов зрения и имеющихся развитых способностей обработки и анализа изображения; факторы выбираются и оцениваются с точки зрения их важности и прогноза развития при помощи дополнительных способностей мозга.

10

Глава 1. Обзор информационно-измерительной системы автомобилей

     Даже оценка инфраструктуры дорожного движения в первую очередь опирается на визуальный канал. Дорожные знаки содержат предписания и указания направления движения, разметка разграничивает полосы движения, указатели направления обозначают изменения направления движения, стоп
сигналы подают предупреждения о транспортных средствах, замедляющих

скорость. Поэтому визуальный канал крайне важен при вождении.

Рис. 1.1. Каналы передачи информации между водителем и транспортным средством

     Для общения с другими участниками движения, в частности, для подачи и восприятия сигналов об опасности, водители и системы повышения безопасности используют акустический канал. Водитель также использует этот канал в собственном транспортном средстве для ввода голосовых команд и получения звуковых и речевых предупреждений и информации от системы повышения безопасности.
     Ввод голосовых команд не требует от водителя изменять направление взгляда, но занимает часть его внимания.
     Восприятие информации на слух не требует от водителя изменять направление взгляда, но при этом пространственная и сложная информация (например, описание ситуации на пересечениях дорог) может передаваться в неудовлетворительной форме.


11

Пузаков А. В. Информационно-измерительная система автомобилей

      Тактильный канал даёт водителю обратную связь при всех действиях по управлению двигателем, когда задействованы переключатели, а также при рулении и торможении.
      Подача предупреждений водителю путём кратковременного затягивания ремней безопасности и вибрации сиденья в случае неизбежности ухода транспортного средства с полосы движения уже внедрена в серийно выпускаемых автомобилях. Имеется также возможность привлечь внимание водителя вибрацией рулевого колеса. Увеличение сопротивления педали акселератора может дополнять подсказку относительно рекомендуемой скорости движения, а изменение усилия на руле, воспринимаемое водителем, может служить подсказкой относительно рекомендуемого изменения направления движения для того, чтобы остаться в пределах полосы движения или совершить маневр уклонения.
      Даже кинестетический канал, при помощи которого водитель воспринимает ускорения, уже используется в серийных автомобилях для привлечения внимания водителя, например путём подачи короткого толчка при торможении.
      Тактильный канал постоянно используется при управлении автомобилем, а дополнительные действия (например, набор номера на клавиатуре сотового телефона) могут ухудшить восприятие и контроль.
      Автомобильная информационно-измерительная система является составной частью современного автомобиля и предназначена для сбора, обработки, хранения и отображения информации о режиме движения и техническом состоянии автомобиля, а также окружающих его внешних факторах. Для этой цели на автомобиле устанавливаются контрольно-измерительные приборы (КИП) и различные дополнительные устройства: бортовая система контроля (БСК), система встроенных датчиков (СВД), маршрутный компьютер (МК), навигационная система.
      Контрольно-измерительные приборы 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 информируют о возникновении

12

Глава 1. Обзор информационно-измерительной системы автомобилей

аварийных режимов: в системе смазки двигателя - о падении давления масла, в системе охлаждения - о перегреве охлаждающей жидкости.
     В задачи бортовой системы контроля входит информирование водителя о ряде параметров систем и агрегатов автомобиля, изменение состояния которых не создаёт аварийного режима работы и не требует немедленного вмешательства, а предупреждает о необходимости принятия мер по техническому обслуживанию. С помощью бортовой системы контроля возможен автоматизированный контроль уровня эксплуатационных жидкостей в заправочных ёмкостях, состояния тормозных накладок, исправности ламп приборов светосигнальной аппаратуры, состояния фильтров.
     В последнее время на автомобилях стали использоваться устройства, предоставляющие водителю дополнительную информацию, связанную со скоростью движения, расходом топлива, пройденным расстоянием и временем. Подобные устройства получили название маршрутных (бортовых) компьютеров.
     Современные требования к информационно-измерительной системе предполагают наличие не только оперативной и контрольно-диагностической информации о режиме движения и состоянии автомобиля, но также внешней информации о состоянии дорог (обледенения, заторы, ремонт), карте дорог, оптимальном маршруте следования и погодных условиях. Эта информация поступает в информационно-измерительную систему извне (от системы датчиков, размещённых вдоль автомагистрали на всём её протяжении, специальных радиопередающих станций, по спутниковой связи либо из специально записанной в память системы базы данных).

13