HỆ THỐNG THÔNG TIN TRÊN ÔTÔ
TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN TRÊN ÔTÔ
Lý thuyết về hệ thống thông tin trên ôtô
Bảng đồng hồ giúp tài xế và người sửa chữa biết được thông tin về các hệ thống chính trong xe. Bảng đồng hồ sử dụng các đồng hồ và các đèn để hiển thị, báo hiệu sự hoạt động của một số bộ phận quan trọng trên ôtô. Bảng đồng hồ ở buồng lái thường bố trí các loại đồng hồ sau:
- Đồng hồ tốc độ xe.
- Đồng hồ tốc độ động cơ.
- Vôn kế.
- Đồng hồ áp suất dầu.
- Đồng hồ báo nhiên liệu.
- Đồng hồ nhiệt độ nước làm mát.
Ngoài các đồng hồ trên, trên táplô còn có các đèn cảnh báo các thông số quá mức, các chức năng của thiết bị điện và sự hoạt động không bình thường của các hệ thống. Nhìn chung chúng bao gồm các đèn sau:
- Đèn báo áp suất dầu thấp.
- Đèn báo sạt.
- Đèn báo pha, cốt.
- Đèn báo rẽ.
- Đèn báo đèn cảnh báo (giống như đèn báo xi nhan).
- Đèn báo xăng sắp hết.
- Đèn báo hệ thống phanh.
- Đèn báo mở cửa.
Đèn báo phanh T-BELT Đèn báo thắt dây an toàn chưa đúng vị trí.
Đèn báo nhắc thắt dây an toàn.
Đèn báo lọc nhiên liệu bị bẩn, nghẹt.
Đèn báo sạt.
Đèn báo mực nước làm mát thấp.
Đèn báo áp lực dầu thấp.
Đèn báo rẽ.
Đèn báo mực nhớt động cơ.
Đèn báo nguy hiểm
Đèn báo động cơ hoạt động không bình thường.
Đèn báo xông.
Đèn báo cánh cửa chưa đóng.
Đèn báo pha.
Các loại đồng hồ chỉ thị bằng kim và các ký hiệu trên bảng đồng hồ.
Cấu tạo đồng hồ táplô loại hiện số.
Cấu trúc tổng quát và phân loại hệ thống thông tin trên ôtô:
Cấu trúc tổng quát:
Bao gồm các đồng hồ sau:
a- Đồng hồ tốc độ xe:
Nó bao gồm đồng hồ tốc độ để chỉ tốc độ xe, đồng hồ quãng đường để chỉ quãng đường xe đi được từ lúc xe bắt đầu hoạt động và đồng hồ hành trình.
b- Đồng hồ tốc độ động cơ.
Chỉ thị tốc độ động cơ theo v/p (vòng/phút) hay tốc độ trục khuỷu động cơ.
c- Vôn kế.
Chỉ thị điện áp Accu hay điện áp ra của máy phát.
d- Đồng hồ áp lực nhớt.
Chỉ thị áp lực nhớt của động cơ.
e- Đồng hồ nhiệt độ nước làm mát.
Chỉ thị nhiệt độ nước làm mát động cơ.
f- Đồng hồ báo nhiên liệu.
Chỉ thị mức nhiên liệu có trong bình.
g- Đèn báo áp suất dầu thấp.
Chỉ thị rằng áp suất dầu động cơ thấp dưới mức bình thường.
h- Đèn báo Accu phóng điện.
Chỉ thị rằng hệ thống nạp hoạt động không bình thường.
i- Đèn báo pha, cốt.
Chỉ thị rằng đèn đang ở chế độ bật pha, cốt.
j- Đèn báo xi nhan.
Chỉ thị đèn báo rẽ phải hay trái.
k- Đèn báo nguy hoặc ưu tiên.
Chỉ thị rằng cả đèn báo xi nhan phải và trái đang chớp.
l- Đèn báo mức nhiên liệu thấp.
Chỉ thị rằng nhiên liệu trong thùng nhiên liệu sắp hết.
m- Đèn báo hệ thống phanh.
Chỉ thị rằng đang kéo phanh tay, dầu phanh không đủ hay bố thắng quá mòn.
n- Đèn báo cửa mở.
Chỉ thị rằng có cửa chưa được đóng chặt.
Phân loại:
Hệ thống thông tin trên ôtô có hai dạng:
a. Thông tin dạng tương tự:
Thông tin dạng tương tự (Analog) trên Ôtô là các loại đồng hồ chỉ báo bằng kim.
b. Thông tin dạng số:
Thông tin dạng số: (Digital) là loại đồng hồ hiển thị sử dụng các tín hiệu từ các cảm biến khác nhau và tính toán dựa trên các tín hiệu này để xác định tốc độ xe, rồi hiển thị chúng ở dạng số hay các đồ thị dạng thanh.
Các yêu cầu của hệ thống thông tin trên Ôtô:
Do đặc thù trong hoạt động của ôtô nên hệ thống thông tin trên ôtô ngoài yêu cầu đòi hỏi tính mỹ thuật phải đảm bảo:
- Độ bền cơ học.
- Chịu được nhiệt độ cao.
- Chịu được độ ẩm.
- Có độ chính xác cao.
Sơ đồ của một tap-lo loại tương tự
THÔNG TIN DẠNG TƯƠNG TỰ (ANALOG)
Đây là hệ thống các đồng hồ và các đèn hiệu để kiểm tra và theo dõi hoạt động của một số bộ phận quan trọng của động cơ cũng như toàn xe.
Đồng hồ chỉ thị bằng kim.
Đồng hồ và cảm biến báo áp suất dầu:
Đồng hồ áp suất dầu báo áp suất dầu trong động cơ giúp phát hiện hư hỏng trong hệ thống bôi trơn. Đồng hồ áp suất dầu là kiểu đồng hồ lưỡng kim.
Cấu tạo.
Toàn bộ cơ cấu đồng hồ thường gồm hai phần: bộ cảm biến, được lắp vào carte của động cơ hoặc nắp ở bộ lọc dầu thô và đồng hồ (bộ phận chỉ thị), được bố trí ở bảng đồng hồ trước mặt tài xế. Đồng hồ và bộ cảm biến mắc nối tiếp với nhau và đấu vào mạch sau công tắc máy.
Bộ cảm biến làm nhiệm vụ biến đổi tương đương sự thay đổi của áp suất dầu nhờn thành sự thay đổi của các tín hiệu điện để đưa về đồng hồ đo. Đông hồ là bộ phận chỉ thị áp suất nhớt ứng với các tín hiệu điện thay đổi từ bộ cảm biến. Thang đo đồng hồ được phân độ theo đơn vị Kg/cm2.
Trên các ôtô ngày nay có thể gặp bốn loại đồng hồ áp suất dầu nhờn: loại đồng hồ nhiệt điện, loại từ điện, cơ khí đơn thuần và loại điện tử. Ở đây chỉ giới thiệu hai loại là đồng hồ nhiệt điện và loại từ điện.
Đồng hồ áp suất nhớt kiểu đồng hồ nhiệt điện.
Cấu tạo:
Đồng hồ áp suất dầu.
Nguyên lý của loại đồng hồ này là cho môt dòng điện đi qua một phần tử lưỡng kim được chế tạo bằng cách liên kết hai loại kim loại hoặc hợp kim có hệ số giãn nở nhiệt khác nhau.
Nhờ hệ số giãn nở nhiệt khác nhau, nên các phần tử lưỡng kim bị cong khi nhiệt thay đổi. Rất nhiều đồng hồ bao gồm một phần tử lưỡng kim kết hợp với một dây may so. Phần tử lưỡng kim có hình dạng như hình 1.6. Khi phần tử lưỡng kim bị cong do ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường không làm tăng sai số của đồng hồ.
Hoạt động của phần tử lưỡng kim.
Nguyên lý hoạt động:
Áp suất dầu thấp/không có áp suất dầu.
Phần tử lưỡng kim ở bộ phận áp suất dầu gắn một tiếp điểm và độ dịch chuyển kim đồng hồ tỉ lệ với dòng điện chạy qua dây may so. Khi áp suất dầu bằng không, tiếp điểm mở, không có dòng điện chạy qua khi bật công tắc máy. Vì vậy, kim vẫn chỉ không.
Khi áp suất dầu thấp, màng đẩy tiếp điểm làm nó tiếp xúc nhẹ. Sau đó có một dòng điện chạy qua dây may so của cảm biến và bộ báo áp suất dầu.
Vì áp suất tiếp xúc của tiếp điểm nhỏ, tiếp điểm lại mở do phần tử lưỡng kim bị uốn cong do có dòng điện nhỏ chạy qua.
Do tiếp điểm phía bộ cảm nhận áp suất dầu mở khi dòng điện chạy qua trong một thời gian rất ngắn, nhiệt độ của phần tử lưỡng kim trong bộ chỉ thị không tăng nên nó bị uốn ít. Vì vậy, kim sẽ lệch nhẹ.
Hoạt động của đồng hồ nhiệt điện
khi áp suất dầu thấp/không có dầu.
Áp suất dầu cao.
Khi áp suất dầu tăng, màng đẩy tiếp điểm mạnh nâng phần tử lưỡng kim lên. Vì vậy, dòng điện sẽ chạy qua trong một thời gian dài, tiếp điểm sẽ mở chỉ khi phần tử lưỡng kim uốn lên trên đủ để chống lại lực đẩy của dầu. Do dòng điện chạy qua bộ báo áp suất dầu trong một thời gian dài cho đến khi tiếp điểm phía cảm biến áp suất dầu mở, nhiệt độ phần tử lưỡng kim phía bộ chỉ thị tăng làm tăng độ cong của nó. Khiến kim đồng hồ lệch nhiều.
Như vậy, độ cong của phần tử lưỡng kim trong bộ chỉ thị tỉ lệ với độ cong của phần tử lưỡng kim trong bộ cảm nhận áp suất dầu.
Hoạt động của đồng hồ nhiệt điện khi áp suất dầu cao.
Đồng hồ áp suất dầu loại từ điện.
Cấu tạo:
Như hình vẽ dưới đây:
Đồng hồ áp suất dầu nhờn loại từ điện.
Chú thích hình vẽ 1.9:
a) Sơ đồ chung.
b) Véctơ từ thông tổng và vị trí kim đồng hồ ứng với các vị trí khác nhau.
c) Sơ đồ nguyên lý đấu dây.
1- Buồng sáp suất 11- Lá đồng tiếp điện
2- Chốt tì 12- Dây dẫn đồng
3- và 7- Vít điều chỉnh 13- Lò xo.
4- Màng 14- Cần đồng hồ hạn chế kim đồng hồ.
5- Vỏ bộ cảm biến 15- Rãnh cong.
6- Tay đòn bẩy 16 và 20- Nam châm vĩnh cửu
8- Con trượt 17- Khung chất dẻo
9- Nắp bộ cảm biến 18- Kim.
10- Cuộn điện trở của biến trở 19- Vỏ thép của đồng hồ.
Rcb- Điện trở của bộ cảm biến.
Hoạt động:
Khi ngắt công tắc máy, kim chỉ thị lệch về phía của vạch 0 trên thang số đồng hồ. Kim đồng hồ được giữ vị trí này do lực tác dụng tương hỗ giữa hai nam châm vĩnh cửu 6 và 20.
Khi bật công tắc máy (đồng hồ làm việc) trong các cuộn dây của đồng hồ và bộ cảm biến xuất hiện những dòng điện chạy theo chiều mũi tên như hình vẽ 1.9.a và 1.9.c. Cường độ dòng điện and cũng như từ thông trong các cuộn dây phụ thuộc vào vị trí con trượt trên biến trở 10. Cường độ dòng điện cực đại trong mạch đồng hồ và bộ cảm biến 0,2A.
Khi trong buồng áp suất 1 của bộ cảm biến có trị số áp suất P = 0 thì con trượt 8 nằm ở vị trí tận cùng bên trái của biến trở 10 (theo vị trí của hình vẽ), tức là điện trở Rcb có giá trị cực đại. Khi đó cường độ dòng điện trong cuộn W1 sẽ cực đại, còn trong các cuộn dây W2 và W3 cực tiểu. Từ thông 1 và 2 của các cuộn W1 và W2 tác dụng ngược nhau, nên giá trị và chiều từ thông của chúng xác định theo hiệu 1 - 2.
Từ thông 3 do cuộn dây W3 tạo ra sẽ tương tác với hiệu từ thông 1 - 2 dưới một góc lệch 90o.
Từ thông tổng của cả 3 cuộn dây sẽ xác định theo qui luật hình bình hành. sẽ định hướng quay và vị trí của đĩa nam châm 16, cũng có nghĩa là xác định vị trí của kim đồng hồ trên thang số.
Khi bật công tắc mà áp suất trong buồng 1 bằng 0 và thì từ thông tổng sẽ hướng dĩa nam châm trục quay đến vị trí sao cho kim đồng hồ chỉ vạch 0 của thang số. Khi áp suất trong buồng 1 tăng, màng 4 càng cong lên, đẩy cho đòn bẩy 6 quay quanh trục của nó. Đòn bẩy thông qua vít 7 tác dụng lên con trượt 8 làm cho nó dịch chuyển sang phải. Trị số điện trở của biến trở (hay Rcb) giảm dần, do đó cường độ dòng điện trong các cuộn dây W1 và W2 cũng như từ thông do chúng sinh ra 1 và 2 tăng lên. Trong khi đó, dòng điện trong cuộn dây W1 và từ thông 1 của nó giảm đi. Trong trường hợp này, giá trị và hướng của từ thông tổng thay đổi, làm cho vị trí của đĩa nam châm 16 cũng thay đổi và kim đồng hồ sẽ lệch về phía chỉ số áp suất cao.
Trong trường hợp áp suất P = 10 kg/cm2, con trượt sẽ ở vị trí tận cùng bên phải của biến trở 10, tức là điện trở của bộ giảm biến Rcb = 0 (biến trở bị nối tắt) thì cuộn dây W1 cũng bị nối tắt và dòng điện trong cuộn dây sẽ bằng 0, kim đồng hồ sẽ lệch về ranh giới phải của thang số.
1.2.2. Đồng hồ và cảm biến báo nhiên liệu:
Đồng hồ nhiên liệu có tác dụng báo cho người tài xế biết lượng xăng (dầu) có trong bình chứa. Có hai kiểu đồng hồ nhiên liệu, kiểu điện trở lưỡng kim và kiểu cuộn dây chữ thập.
a. Kiểu điện trở lưỡng kim
Một phần tử lưỡng kim được dùng ở đồng hồ chỉ thị và một biến trở trượt kiểu phao được dùng ở bộ cảm nhận mức nhiên liệu.
Biến trở trượt kiểu phao bao gồm một phao dịch chuyển lên xuống cùng với mức nhiên liệu. Thân bộ cảm nhận mức nhiên liệu có gắn với điện trở trượt, và đòn phao nối với điện trở trượt. Khi phao dịch chuyển vị trí của tiếp điểm trượt trên biến trở thay đổi làm thay đổi điện trở. Vị trí chuẩn của phao để đo được đặt hoặc là vị trí cao hơn hoặc là vị trí thấp hơn của bình chứa. Do kiểu đặt ở vị trí thấp chính xác hơn khi mức nhiên liệu thấp, nên nó được sử dụng ở những đồng hồ có dãy đo rộng như đồng hồ hiển thị số.
Khi bật công tắc máy ở vị trí ON, dòng điện chạy qua bộ ổn áp và dây may so ở bộ chỉ thị nhiên liệu và được tiếp mass qua điện trở trượt ở bộ cảm nhận mức nhiên liệu. Dây may so trong bộ chỉ thị sinh nhiệt khi dòng điện chạy qua làm cong phần tử lưỡng kim tỉ lệ với cường độ dòng điện. Kết quả là kim được nối với phần tử lưỡng kim lệch đi một góc.
Bộ cảm nhận mức nhiên liệu dạng biến trở trượt kiểu phao.
Khi mức nhiên liệu cao, điện trở của biến trở nhỏ nên cường độ dòng điện chạy qua lớn hơn. Do đó nhiệt được sinh ra trên dây may so lớn hơn, do đó phần tử lưỡng kim bị cong nhiều làm kim dịch chuyển về phía Full. Khi mực xăng thấp điện trở của biến trở trượt lớn nên chỉ có một dòng điện nhỏ chạy qua. Do đó phần tử lưỡng kim bị uốn ít và kim dịch chuyển ít, kim ở vị trí E (empty).
Đồng hồ nhiên liệu kiểu điện trở lưỡng kim.
Ổn áp:
Đồng hồ kiểu điện trở lưỡng kim bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của điện áp cung cấp. Sự tăng hay giảm điện thế trên xe sẽ gây ra sai số chỉ thị trong đồng hồ nhiên liệu. Để tránh sai số này, một ổn áp lưỡng kim được gắn trong đồng hồ nhiên liệu để giữ áp ở một giá trị không đổi khoảng 7V.
Ổn áp bao gồm một phần tử lưỡng kim có gắn tiếp điểm và dây may so để nung nóng phần tử lưỡng kim. Khi công tắc ở vị trí ON, dòng điện đi qua đồng hồ nhiên liệu và đồng hồ nhiệt độ nước làm mát qua tiếp điểm của ổn áp và phần tử lưỡng kim. Cùng lúc đó, dòng điện cũng đi qua may so của ổn áp và nung nóng phần tử lưỡng kim làm nó bị cong. Khi phần tử lưỡng kim bị cong tiếp điểm mở và dòng điện ngừng chạy qua đồng hồ nhiên liệu và đồng hồ nhiệt độ nước làm mát. Cùng lúc đó dòng điện cũng ngừng chạy qua dây may so của ổn áp. Khi dòng điện ngừng chạy qua dây may so phần tử lưỡng kim sẽ nguội đi và tiếp điểm lại đóng.
Nếu điện áp Accu thấp chỉ có một dòng điện nhỏ chạy qua dây may so và dây may so sẽ nung nóng phần tử lưỡng kim chậm hơn, vì vậy tiếp điểm mở chậm lại điều đó có nghĩa là tiếp điểm sẽ đóng trong một thời gian dài. Ngược lại, khi điện áp Accu cao, dòng điện lớn chạy qua tiếp điểm và làm tiếp điểm đóng trong khoảng một thời gian ngắn.
Trong thực tế, ta có thể sử dụng IC 7807 cho mục đích ổn áp.
Hoạt động của đồng hồ kiểu điện trở lưỡng kim khi tiếp điểm ổn áp đóng/mở.
b. Kiểu cuộn dây chữ thập.
Đồng hồ nhiên liệu kiểu cuộn dây chữ thập là một thiết bị điện từ trong đó các cuộn dây được quấn bên ngoài một roto từ theo bốn hướng, mỗi hướng lệch nhau 90o. Khi dòng điện qua cuộn dây bị thay đổi bởi điện trở cảm nhận mức nhiên liệu, từ thông được tạo ra trong cuộn dây theo bốn hướng thay đổi làm roto từ quay và kim dịch chuyển.
Khoảng trống phía dưới roto được điền đầy dầu silicon để ngăn không cho kim dao động khi xe bị rung.
Đồng hồ nhiên liệu kiểu cuộn dây chữ thập.
Đặc điểm của đồng hồ kiểu cuộn dây chữ thập (so sánh với kiểu lưỡng kim):
- Chính xác cao.
- Góc quay của kim rộng hơn.
- Đặc tính bám tốt.
- Không cần mạch ổn áp.
- Chỉ thị được lượng nhiên liệu khi khoá điện đã tắt.
Hoạt động:
Các cực bắc (N) và cực nam (S) được tạo ra trên roto từ. Khi dòng điện chạy qua mỗi cuộn dây, từ trường sinh ra trên mỗi cuộn dây làm roto từ quay và kim dịch chuyển.
Cấu tạo đồng hồ nhiên liệu kiểu cuộn dây chữ thập.
Cuộn L1 và L3 được quấn trên cùng một trục nhưng ngược hướng nhau, cuộn L2 và L4 được quấn ở trục kia lệch 90o so với trục L1, L3 (L2 và L4 cũng được quấn ngược chiều nhau).
Khi công tắc ở vị trí ON, dòng điện chạy theo hai đường:
- Accu L1 L2 Bộ cảm nhận mức nhiên liệu mass.
- Accu L1 L2 L3 L4 mass.
Điện áp Vs thay đổi theo sự thay đổi điện trở R của cảm biến mức nhiên liệu làm cường độ dòng điện I1, I2 thay đổi theo.
Khi thùng nhiên liệu đầy:
Do điện trở của bộ cảm nhận mức nhiên liệu nhỏ, nên có một dòng điện lớn chạy qua bộ cảm nhận mức nhiên liệu và chỉ có một dòng điện nhỏ chạy qua L3 và L4. Vì vậy từ trường sinh ra bởi L3 và L4 yếu. Từ trường hợp bởi L1, L2, L3 và L4 như hình 1.15.
Hình biểu diễn từ trường tổng khi thùng nhiên liệu đầy
Khi thùng còn một nữa nhiên liệu:
Điện trở bộ báo mức nhiên liệu tăng nên dòng điện qua L3 và L4 tăng. Tuy nhiên, do số vòng dây của cuộn L3 rất ít nên từ trường sinh bởi L3 cũng rất nhỏ. Vì vậy, từ trường tổng sinh bởi các cuộn dây như hình 1.16.
Hình biểu diễn từ trường tổng khi thùng nhiên liệu còn ½.
Khi thùng nhiên liệu hết:
Điện trở bộ báo mức nhiên liệu lớn, nên cường độ dòng điện qua L3 và L4 lớn. Vì vậy từ trường tổng
Đồng hồ và cảm biến báo nhiệt độ nước làm mát:
Đồng hồ nhiệt độ nước chỉ nhiệt độ nước làm mát trong áo nước đông cơ. Có hai kiểu đồng hồ nhiệt độ nước, kiểu điện trở lưỡng kim có một phần tử lưỡng kim ở bộ chỉ thị và một biến trở (nhiệt điện trở) trong bộ cảm nhận nhiệt độ và kiểu cuộn dây chữ thập các cuộn dây chữ thập ở đồng hồ chỉ thị nước làm mát.
a. Kiểu điện trở lưỡng kim.
Bộ chỉ thị dùng điện trở lưỡng kim và bộ cảm nhận nhiệt độ dùng một nhiệt điện trở.
Nhiệt điện trở là một chất bán dẫn, nên thuộc loại hệ số nhiệt âm NTC (Negative Tempeture Constant). Điện trở của nó thay đổi rất lớn theo nhiệt độ. Điện trở của nhiệt điện trở lại giảm khi nhiệt độ tăng.
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát và đặc tuyến.
Đồng hồ nhiệt độ nước kiểu điện trở lưỡng kim có nguyên lý hoạt động tương tự như đồng hồ nhiên liệu kiểu điện trở lưỡng kim.
Khi nhiệt độ nước làm mát thấp, điện trở của nhiệt điện trở trong bộ cảm nhận nhiệt độ nước làm mát cao và gần như không có dòng điện chạy qua. Vì vậy, dây may so chỉ sinh ra một ít nhiệt nên đồng hồ chỉ lệch một chút.
Khi nhiệt độ nước làm mát tăng, điện trở của nhiệt điện trở giảm, làm tăng cường độ dòng điện chạy qua và cũng tăng lượng nhiệt sinh ra bởi dây may so. Phần tử lưỡng kim bị uốn cong tỉ lệ với lượng nhiệt làm cho kim đồng hồ chỉ thị sự gia tăng của nhiệt độ.
Hoạt động của đồng hồ nước làm mát.
b. Kiểu cuộn dây chữ thập.
Cấu tạo và hoạt động của đồng hồ nhiệt độ nước làm mát kiểu cuộn dây chữ thập hầu như giống với đồng hồ nhiên liệu kiểu cuộn dây chữ thập. Một phần roto bị cắt nên kim hồi về đến vị trí nghỉ (phía lạnh) do trọng lượng của roto khi tắt công tắc máy.
Đồng hồ báo tốc độ động cơ:
Với loại này, các xung điện từ cuộn sơ cấp bobine (trong mỗi kỳ xuất hiện tia lửa) 400V, sau khi qua IGNITER (được giảm áp nhờ một điện trở khoảng 2-5K) sẽ tạo nên tín hiệu vào đồng hồ. Tại đây, một mạch đếm xung sẽ tính toán cung cấp tín hiệu để điều khiển kim đồng hồ quay.
Mạch đồng hồ tốc độ động cơ (tachometer)
và tốc độ xe (speedometer)
1.2.5. Đồng hồ và cảm biến báo tốc độ xe:
a. Kiểu cáp mềm.
Khi ôtô làm việc, trục cáp mềm truyền mômen từ trục thứ cấp hộp số đến trục dẫn động kéo nam châm vĩnh cửu quay. Từ thông xuyên qua chụp nhôm làm phát sinh sức điện động, tạo dòng điện phucô trong chụp nhôm. Dòng phucô tác dụng với từ trường của nam châm làm chụp nhôm quay, kéo theo kim chỉ vận tốc tương ứng trên vạch chia của đồng hồ. Mômen quay của chụp nhôm được cân bằng bởi lò xo.
Hình 1.21: Đồng hồ tốc độ xe loại cáp mềm.
Tấm cân bằng nhiệt để giảm bớt sai số do nhiệt của đồng hồ. Khi nhiệt độ tăng, từ trở của tấm cân bằng nhiệt tăng, từ thông qua nó giảm, phần lớn sẽ qua chụp nhôm để giữ cho dòng phucô trong chụp nhôm không đổi.
b. Đồng hồ tốc độ xe chỉ thị bằng kim.
Dựa trên cơ sở cảm biến tốc độ kiểu từ trở hoặc cảm biến Hall.
• Mạch hệ thống:
Cấu tạo đồng hồ tốc độ chỉ thị bằng kim
dựa trên cảm biến từ trở và cảm biến Hall.
• Cảm biến tốc độ.
Cảm biến tốc độ được gắn ở hộp số và được dẫn động ở bánh răng chủ động của công tơ mét. Cảm biến tốc độ bao gồm một mạch tích hợp hoạt động nhờ từ trở và cảm biến Hall gắn bên trong và một nam châm bốn cực.
Khi xe bắt đầu chuyển động và vòng nam châm bắt đầu quay, cảm biến tốc độ sẽ phát ra các tín hiệu xung. Có hai kiểu mạch ra:
- Kiểu điện áp phát ra.
- Kiểu điện trở thay đổi.
Cấu tạo cảm biến tốc độ.
1.2.6. Đồng hồ Ampe:
Để theo dõi việc nạp điện cho accu trên ôtô người ta dùng đồng hồ ampe hoặc đèn báo. Đồng hồ Ampe được mắc nối tiếp với mạch phụ tải và nó cho biết cường độ dòng điện nạp và phóng của accu bằng Ampe(A). Thường các Ampe điện từ được dùng phổ biến.
a. Đồng hồ ampe loại điện từ loại nam châm quay:
Cấu tạo:
Trên khung chất dẻo 3 có quấn cuộn dây 5 bằng loại dây đồng nhỏ. Song song với cuộn dây có mắc một điện trở shunt 1 bằng constant (hợp kim của sắt và nicken). Trên trục của kim nhôm gắn điã nam châm 6 và cần 8 có thể quay quanh trục trong một khoảng giới hạn bởi rãnh cong 9 của khung chất dẻo. Đai chắn từ 4 bảo vệ cho đồng hồ khỏi bị ảnh hưởng của những từ trường bên ngoài.
Nguyên lý làm việc:
Hình 1.24: Sơ đồ các đồng hồ Ampe.
a. Đồng hồ ampe kiểu điện từ loại nam châm quay.
b. Đồng hồ ampe kiểu điện từ loại nam châm cố định.
Khi không có dòng điện qua các cuộn dây, do tác dụng tương hỗ giữa các cực khác dấu của nam châm cố định 2 và điã nam châm 6, kim đồng hồ được giữ ở vị trí số 0 của thang đo. Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây, xung quanh cuộn dây sẽ xuất hiện một từ trường có hướng vuông góc với từ trường của nam châm cố định 2. Tác dụng tương hỗ giữa hai từ trường tạo thành một từ trường tổng hợp có véc tơ xác định theo quy luật hình bình hành. Nam châm 6 và kim sẽ quay hướng theo chiều véc tơ của từ trường tổng hợp. Khi cường độ dòng điện trong cuộn dây tăng thì từ trường do nó sinh ra tăng, làm cho kim quay đi một góc lớn hơn, chỉ giá trị dòng điện không lớn. Khi chiều dòng điện trong cuộn dây thay đổi thì chiều của từ trường do nó sinh ra cũng thay đổi và kim đồng hồ sẽ lệch về phía khác.
b. Đồng hồ ampe kiểu điện từ loại nam châm cố định.
Cấu tạo:
Đồng hồ loại này gồm thanh dẫn 4 (bằng nhôm hay đồng), nam châm cố định 3, thanh thép non 2 gắn chặt với lõi quay và kim 1. Kim đồng hồ có đầu đối trọng, còn ổ trục của kim được bôi trơn bằng loại dầu đặc biệt.
Nguyên lý làm việc:
Nam châm 3 gây nhiễm từ cho thanh thép non 2 với các dấu cực ngược với dấu cực của nam châm. Do tác dụng tương hỗ giữa các cực khác dấu của nam châm và thanh thép non nên thanh thép, lõi quay và kim đồng hồ luôn luôn có xu hướng ổn định ở vị trí trung gian (ứng với vạch 0 của đồng hồ) khi không có dòng điện chạy qua thanh dẫn 4. Khi có dòng điện chạy qua thanh 4, thanh thép non 2 cùng với lõi quay sẽ hướng theo những đường sức sinh ra quanh thanh dẫn mà quay lệch đi một góc, làm cho kim đồng hồ lệch khỏi vị trí 0 và chỉ một giá trị tương ứng của dòng điện. Cường độ dòng điện qua thanh dẫn càng lớn thì từ thông của nó càng mạnh và kim càng quay đi một góc lớn hơn, chỉ dòng điện lớn.
Giá trị và chiều của góc quay kim phụ thuộc vào cường độ và chiều dòng điện trong thanh dẫn. Kim lệch về phía dấu cộng biểu thị accu được nạp, còn lệch về phía dấu trừ biểu thị accu phóng điện.
Trên những ôtô dùng đèn báo nạp thì ở bảng đồng hồ có bố trí một bóng đèn nhỏ mắc với cọc L của máy phát hoặc tiết chế. Nếu máy phát phát điện đèn báo sẽ tắt và ngược lại.
Các đồng hồ Ampe không được mắc nối tiếp vào mạch khởi động và mạch còi điện vì cường độ dòng điện dùng cho các phụ tải điện này lớn.
1.2.7. Các mạch đèn cảnh báo:
Cảm biến báo nguy và đèn hiệu nhằm báo cho lái xe biết tình trạng làm việc của một số bộ phận như áp suất dầu trong hệ thống bôi trơn, nhiệt độ nước làm mát động cơ....
Cấu tạo.
Cơ cấu báo hiệu này bao gồm hai bộ phận chủ yếu: bộ cảm biến báo nguy và đèn báo.
Bộ cảm biến báo nguy là một loại công tắc điện tự động đặc biệt làm nhiệm vụ bật đèn ở bảng đồng hồ khi có sự thay đổi nguy hại đến điều kiện làm việc của động cơ ôtô.
Các cơ cấu báo nguy thường gặp nhất là báo nguy áp suất dầu nhờn trong hệ thống bôi trơn động cơ và báo nguy nhiệt độ nước làm mát động cơ.
Cơ cấu báo nguy áp suất nhớt động cơ.
Cơ cấu này báo hiệu trong trường hợp áp suất nhớt động cơ giảm tới mức có thể hư động cơ. Khi động cơ ôtô làm việc hoặc áp suất trong hệ thống bôi trơn giảm xuống thấp hơn 0,4 - 0,7 Kg/cm2 màng 6 (xem hình 1.25) nằm ở vị trí ban đầu, còn tiếp điểm 4 ở trạng thái đóng, đảm bảo thông mạch cho đèn báo 3.
Khi công tắc 1 đóng, đèn báo 3 ở bảng đồng hồ sẽ sáng báo hiệu sự giảm áp suất dầu tới mức không cho phép.
Khi động cơ ôtô làm việc, dầu từ hệ thống bôi trơn động cơ sẽ qua lỗ của núm 8 vào buồng 7 và khi áp suất dầu trong buồng 7 lớn hơn 0,4 – 0,7 Kg/cm2 thì màng 6 sẽ cong lên, nâng cần tiếp điểm di động và tiếp điểm 4 mở ra, đèn báo 3 tắt.
Cơ cấu báo nguy áp suầt dầu bôi trơn động cơ.
1- Công tắc máy; 2- Nắp; 3- Đèn hiệu; 4- Các má vít bạc; 5- Giá tiếp điểm;
6- Màng áp suất; 7- Buồng áp suất; 8- Núm có ren.
Cơ cấu báo nguy nhiệt độ nước làm mát động cơ.
Cơ cấu này báo hiệu cho tài xế biết nhiệt độ nước quá cao (không cho phép) trong hệ thống làm mát động cơ. Bộ cảm biến nước được vặn vào phía trên của két nước hoặc trên đường nước đi, còn đèn hiệu lắp ở bảng đồng hồ.
Hình 1.26: Cơ cấu báo nguy nhiệt độ nước làm mát động cơ.
1- Chụp đồng 2- Thanh lưỡng kim 3- Vỏ bộ cảm biến
4- Đèn hiệu 5- Vít điều chỉnh.
Cấu tạo của bộ cảm biến báo nguy nhiệt độ nước tương tự như bộ cảm biến của đồng hồ nhiệt độ nước loại xung điện, chỉ khác là trên thanh lưỡng kim không quấn dây điện trở và thanh lưỡng kim được lật ngược xuống sao cho khi bị biến dạng nó sẽ cong về phía dưới (về phía có xu hướng đóng tiếp điểm KK’ lại).
Khi nhiệt độ nước làm mát động cơ thấp thì tiếp điểm KK’ ở trạng thái mở và đèn hiệu 4 tắt. Khi nhiệt độ nước làm mát tăng, thanh lưỡng kim 2 bị nóng nó sẽ biến dạng và ở nhiệt độ 96oC 3oC thì tiếp điểm KK’ đóng, đèn hiệu 4 sáng lên.
1.3. THÔNG TIN DẠNG SỐ (DIGITAL)
1.3.1. Cấu trúc cơ bản
Màn hình hiển thị số trong mỗi đồng hồ thường dùng một VFD (màn hình huỳnh quang chân không), một vài điốt đèn LED phát sáng hoặc một LCD (màn hình tinh thể lỏng). Kiểu VFD được sử dụng phổ biến trong các đồng hồ hiển thị số trong các xe đời mới.
Đồng hồ hiển thị số có các đặc điểm sau:
- Dễ xem.
- Chính xác cao.
- Độ tin cậy cao nhờ hiển thị số, không có chi tiết chuyển động quay.
- Hiển thị tốt nhất cho mỗi đồng hồ.
Dưới đây sẽ mô tả bảng đồng hồ màn hình điện tử kiểu VFD trên xe TOYOTA CRESSIDA.
Hình 1.27: Bảng đồng hồ màn hình điện tử kiểu VFD
trên xe TOYOTA CRESSIDA
1.3.2. Các dạng màn hình:
1.3.2.1. Màn hình huỳnh quang chân không:
Bao gồm 20 đoạn huỳnh quang nhỏ được sử dụng trong đồng hồ tốc độ xe để hiển thị tốc độ xe dưới dạng số.
Cấu tạo.
Màn hình huỳnh quang chân không hoạt động giống như ống triod và bao gồm 3 phần:
- Một bộ dây tóc (ca-tốt).
- 20 đoạn (a-nốt) được phủ chất huỳnh quang .
- Một lưới được đặt giữa a-nốt và ca-tốt để điều khiển dòng điện.
Tất cả các chi tiết này được đặt trong một buồng kính phẳng đã hút hết khí.
Anốt gắn trên tấm kính, các dây điện nối với các đoạn anốt nằm trực tiếp trên mặt tấm kính, một lớp cách điện phủ lênh tấm kính và các đoạn huỳnh quang nằm ở phía trên lớp cách điện.
Các đoạn được phủ chất huỳnh quang sẽ phát sáng khi bị các điện tử đập vào. Phía trên a-nốt là một lưới điều khiển được làm bằng kim loại đặc biệt và phía trên lưới là ca-tốt, một bộ dây tóc làm bằng dây tungsten mỏng được phủ một vật liệu mà phát ra điện tử khi bị nung nóng.
Hình 1.28: Cấu tạo màn hình huỳnh quang chân không.
Hoạt động.
Khi dòng điện chạy qua các dây tóc, dây tóc bị nung tới khoảng 600oC và vì vậy nó phát ra các điện tử.
Hình 1.29: Màn hình huỳnh quang chân không.
Nếu sau đó điện áp dương được cấp cho các đoạn huỳnh quang nó sẽ hút các điện tử từ dây tóc. Các điện tử này sau đó sẽ chạy vào các đoạn huỳnh quang rồi xuống mass, sau đó quay lại các dây tóc kết thúc một chu kỳ.
Khi điện tử từ dây tóc đập vào đoạn huỳnh quang, chất huỳnh quang sẽ phát sáng (phải cấp điện áp dương cho các đoạn huỳnh quang). Nếu không cấp điện áp cho chúng chúng sẽ không phát sáng.
Chức năng của lưới là để đảm bảo các điện tử đập đều lên tất cả các đoạn huỳnh quang. Do lưới luôn có điện áp dương tại mọi thời điểm, nên tất cả các phần tử của nó đều hút các điện tử được phát ra từ dây tóc. Do đó khi điện tử xuyên qua lưới và đập vào anốt chúng sẽ được chia đều.
1.3.2.2. Màn hình tinh thể lỏng:
Dùng LED làm linh kiện hiển thị có nhược điểm là tiêu thụ dòng lớn. Do đó ngày nay người ta dùng các bộ hiển thị tinh thể lỏng. Chúng thuộc loại linh kiện quang điện bán dẫn.
Ở các chất lỏng thông thường, các phân tử sắp xếp một cách ngẫu nhiên. Còn ở tinh thể lỏng, các phần tử được sắp xếp có định hướng. Khi đặt tinh thể lỏng vào trong một điện trường, thì các phần tử của chúng (hình elip) sẽ sắp xếp theo trật tự nhất định. Vì vậy, nếu chiếu ánh sáng vào tinh thể lỏng thì ánh sáng sẽ xuyên qua không bị phản xạ và mắt ta không phát hiện được gì. Khi có dòng điện chạy qua tinh thể lỏng, các hạt dẫn sẽ va chạm với các phần tử làm cho các phần tử bị sắp xếp hỗn loạn, mất trật tự và do đó nếu có ánh sáng chiếu vào thì ánh sáng sẽ bị tán xạ, làm cho tinh thể lỏng sáng chói lên mắt ta phát hiện được.
1.3.2.3. Màn hình ba chiều (HUD) :
Màn hình ba chiều (HUD) có được gọi vì nó cho phép hiển thị những dữ liệu tầm nhìn phía trước đầu của người lái. Màn hình HUD được sử dụng trong ngành công nghiệp máy bay quân sự được hơn 20 năm và gần đây đã sử dụng cho ngành ôtô. Điểm thuận lợi chính của màn hình HUD là người lái không cần quan sát thường xuyên khi bật bảng điều khiển. Nó được sử dụng đầu tiên trong ngành ôtô vào năm 1988 ở kiểu xe Nissan Silvia và nổi bật nhất là kiểu xe Oldsmobile Cutlass Supreme 1988.
Hệ thống làm việc như sau: tốc độ và nguồn cảm biến khác được kích hoạt bởi các electron, sau đó tín hiệu được truyền vào ống huỳnh quang để kích hoạt những phần trong 7 phần số hay kí hiệu đồng hồ trong ống. Sau đó các phần tử quang học sẽ xuất ra ánh sáng từ những phần này đến kính chắn gió của xe. Người lái có thể nhìn thấy hình ảnh thực giống như đang nổi gần phía trước xe.
Hình 1.30: Màn hình ba chiều, hiển thị hình ảnh thực của xe.
1.3.2.4. Ống tia cực đèn hình (CRT).
Những thiết bị màn hình được mô tả trong phần này đều có những giới hạn của nó. Những ký tự trên màn hình chỉ giới hạn trong số các phần tử phát sáng. Do đó, những cảnh báo như “kiểm tra động cơ “ hoặc “ áp lực nhớt” là những thông báo cố định dù có được hiển thị hay không, tùy thuộc vào điều kiện động cơ.
Hình 1.31 mô tả một CRT điển hình. Nó là một ống thuỷ tinh được hút chân không, có một bề mặt phẳng được phủ bằng vật liệu phát quang phosphorescent. Bề mặt này là bề mặt hoặc mặt trên đó hiển thị thông báo. Phần đuôi là một cấu trúc phức tạp gọi là súng phóng electron. Thiết bị này tạo một chùm electron được tăng tốc đến màn hình và hội tụ tại một điểm trên màn hình. Một hệ thống các cuộn dây dưới dạng mạch nam châm tạo nên hiện tượng hội tụ electron và nó được xem như hệ thống hội tụ từ. Dòng electron được hội tụ gọi là “chùm”.
Hình 1.31: CRT và những mạch có liên quan.
Chùm electron tạo nên một điểm sáng trên màn hình. Cường độ ánh sáng tương ứng với dòng hạt của chùm electron. Dòng này được kiểm soát bởi một điện áp (Ve), được gọi là tín hiệu Video, trên một điện cực được đặt gần súng phóng electron.
Trong nhiều ứng dụng, chùm electron được quét trên một hệ thống gọi là một “raster” bởi những nam châm điện được định vị một cách đặc biệt (hình 1.32) từ trường được tạo bởi những cuộn quét sẽ làm lệch hướng chùm điện tử theo chiều ngang và chiều dọc. Độ lệch hướng tương ứng với dòng điện đi qua các cuộn tương ứng.
Trong một đèn hình điển hình, điện áp Video và xung đồng bộ được tạo trong một mạch đặc biệt gọi là bộ kiểm soát CRT. Một sơ đồ khối cho hoạt động hệ thống màn hình CRT với bộ kiểm soát CRT như hình 1.31. Những cảm biến và tableau điều khiển bằng máy tính được thể hiện bên trái của hình ảnh này có cùng chức năng như những thành phần của hệ thống. Đầu ra của máy tính tableau điều khiển màn hình CRT, làm việc thông qua bộ kiểm soát CRT.
Hình 1.32: Táplô ô tô với CRT.
Máy tính của táplô với bộ kiểm soát đèn hình thông qua các bus địa chỉ và dữ liệu (DB và AB), và thông qua một kết nối liên tục dọc một đường dây đánh dấu UART (bộ nhận/truyền bất đồng bộ) dữ liệu được gởi trên DB được lưu trong một bộ nhớ đặc biệt gọi là Video RAM. Bộ nhớ này lưu trữ dữ liệu digital được hiển thị theo kiểu chữ - số hoặc hình ảnh trên màn hình CRT. Bộ điều khiển CRT chứa dữ liệu từ Video RAM và chuyển đổi nó thành tín hiệu Video tương ứng (Vc). Cùng lúc, bộ điều khiển CRT tạo đồng bộ dọc và ngang cần thiết để vận hành bộ phận raster đồng bộ với tín hiệu Video.
1.3.3. Sơ đồ tiêu biểu:
Hình 1.33: Sơ đồ tableau số trên xe Toyota CRESIDA
