Звуковой сигнал вибрационного типа, безрупорный. Включатель с кольцевой кнопкой установлен на рулевом колесе. На автомобиле ВАЗ-2101 устанавливаются два сигнала – низкого и высокого тона.
Сигнал состоит из корпуса, электромагнита 3, якорька 4, контактов 6, мембраны 7 и резонаторного диска 5. При нажатии на кнопку замыкается электрическая цепь, и ток из аккумуляторной батареи поступает по замкнутым контактам 6 в обмотку электромагнита 3. При этом электромагнит притягивает якорек 4, который прогибает мембрану 7 и одновременно размыкает контакты 6.
Электрическая цепь прерывается, электромагнит размагничивается, и якорек под действием упругости мембраны отходит обратно,, вследствие чего контакты смыкаются, снова образуется замкнутая электрическая цепь, якорек вновь притягивается, и процесс повторяется. При этом создаются частые колебания мембраны (до 100 колебаний в секунду) и появляется звук. Тон звука каждого сигнала регулируется винтом 1, расположенным на задней стенке. При вращении винта по часовой стрелке сила звука увеличивается, а при вращении против часовой стрелки – уменьшается.
Рис. Звуковые сигналы:
а – автомобиля Mocквич-412;
б – ВA3-2101;
1 – регулировочный винт;
2 – конденсатор;
3 – электромагнит;
4 – якорёк;
5 – резонаторный диск;
6 – контакты;
7 – мембрана;
ЗВУКОВЫЕ СИГНАЛЫ
ПОКУПАЯ, НЕ ОШИБИСЬ
Серию обзоров автомобильного электрооборудования (см. ЗР, 1997, № 6–9, 12) продолжает статья о звуковых сигналах.
Группа 3721 — «Звуковые сигналы». Принципиально конструкция этих приборов не менялась уже несколько десятилетий. По-прежнему они бывают двух типов — шумовые и тональные.
Схема шумового или безрупорного звукового сигнала показана на рисунке. При подаче напряжения на выводы 10 ток проходит через обмотку 6, сердечник 5 намагничивается и притягивает якорь 2. При этом мембрана 4 прогибается, контакты 1 размыкаются и цепь обмотки обесточивается. Мембрана благодаря своей упругости принимает прежнюю форму, и контакты снова замыкаются. Цикл повторяется 220–510 раз в секунду, вызывая звук. Соответственно, частота звуковых колебаний металлического дискового резонатора 3, закрепленного на стержне мембраны, составляет 220–510 герц (Гц). Чем больше упругость мембраны, тем выше частота, то есть тон сигнала. В небольших пределах частоту, тембр и громкость можно регулировать винтом 9, изменяя момент размыкания контактов.
Тональный или рупорный сигнал работает по аналогичному принципу, только роль резонатора здесь выполняет столб воздуха, заключенный в рупоре. Чем он короче и чем толще мембрана, тем выше тон сигнала. Ради компактности ему придают форму спирали — «улитки» или «змейки» (вспомните духовые музыкальные инструменты).
Почти всегда звуковые сигналы закрепляют на упругой подвеске в виде миниатюрной многолистовой рессорки. Теоретически ее длину можно подобрать так, чтобы обеспечить максимальную амплитуду колебаний корпуса сигнала, а значит, максимальную громкость звука. Но на практике подвеска всегда значительно короче оптимальной — опять-таки ради компактности. По согласованию с автозаводом сигналы иногда выпускают без подвески — тогда резонансные колебания корпуса обеспечивает податливая деталь кузова, на которой закреплен сигнал.
На протяжении полувека шумовые сигналы ставили на малолитражки, грузовики и мотоциклы, тогда как более дорогие, благозвучные и, как правило, более мощные тональные были привилегией солидных легковых автомобилей. Машины среднего класса имели по два рупорных сигнала разного тона, а представительские лимузины — даже три. В последние годы заметен отказ от тональных сигналов в пользу шумовых. Специалисты заключили, что резкий, неприятный звук сигнала эффективнее для экстренного оповещения пешеходов и водителей, нежели чистый музыкальный тон. Недаром на последних моделях «мерседесов» стоят мощные безрупорные сигналы.
Главное свойство звуковых сигналов, интересующее потребителей, — громкость, — принято выражать в децибелах, показывающих уровень звукового давления на расстоянии 2 м. Хотя для большей части сигналов приведен один и тот же разброс громкости — 105–118 дБ, абсолютная величина звукового давления в паскалях (Па) у «близких по громкости» сигналов может отличаться в десятки раз. Скажем, для сигнала 12.3721 от мотоцикла «Восход», больше похожего на зуммер, и «волговского» «ревуна» С302-Г указан одинаковый уровень звукового давления — до 118 дБ, что показывает бесполезность иных табличных данных. Отсюда вывод: сравнить громкость звуковых сигналов потребитель может лишь собственным ухом. Впрочем, для рупорных сигналов косвенным признаком громкости звука служат их размеры. Чем больше диаметр мембраны, тем больше воздуха она загоняет в рупор, а значит, тем выше амплитуда звуковых колебаний. И еще: чувствительность человеческого уха максимальна в диапазоне частот 1000–3000 Гц, поэтому звуковые сигналы «высокого» тона (400–550 Гц) воспринимаются нами как более громкие, нежели сигналы «низкого» тона (220–400 Гц) с одинаковым звуковым давлением.
В России звуковые сигналы для автомобилей выпускает только завод ЛЭТЗ (Лысково, Нижегородская обл.). Его разработки традиционно базировались на передовых зарубежных конструкциях, в частности фирмы «Хелла» (Hella, ФРГ). Большинство выпускаемых заводом моделей сигналов — шумовые. Тональные шли в основном на легковые автомобили ГАЗ и ЗИЛ. «Волговский» комплект сигналов (С302-Г и С303-Г) достаточно популярен у автолюбителей — его нередко ставят на автомобили других марок. Однако лишь на «Волге» они звучат так неподражаемо раскатисто, вызывая резонанс ее кузовных деталей.
Самые слабые из отечественных сигналов — малогабаритные тональные С308 и С309, впервые появившиеся на VAZ 2103. По моде тех лет «жигулям-люкс» полагались сигналы «более высокого класса». Но уже тогда стало ясно, что «трешке» не перекричать пронзительно звенящий голос «копейки». Несмотря на это, С308 и С309 прижились на большинстве моделей ВАЗа и АЗЛК. С середины 80-х годов оба автозавода ограничились установкой единственного хилого С308 или С309 на свои переднеприводные модели. Автолюбители отреагировали немедленно — с прилавков стали исчезать «жигулевские» безрупорные сигналы, а с казенных «волг» — мощные тональные. И только в начале 90-х «Самара» наконец-то получила вполне подходящий ей шумовой сигнал новой разработки — 20.3721.
Ну а лучшими из отечественных сигналов остаются С304 и С305, комплект которых идет на VAZ 2104 и 2105 и которые ЛЭТЗ до сих пор делает в соответствии с первыми, еще фиатовскими ТУ. Даже владельцы «волг» иногда добавляют к своим двум «ревунам» высокотональный С305, придавая голосу машины неповторимый тембр и окраску.
Впрочем, желающим усилить голос своей машины теперь есть из чего выбирать — в продаже появились мощные импортные сигналы. Например, малогабаритный шумовой итальянского производства легко поставить на штатное место любого другого, причем на тех машинах, где не предусмотрено реле включения, оно и не потребуется — потребляемый сигналом ток невелик. А если место позволяет, то можно купить два больших рупорных (хотя бы производства Объединенных Арабских Эмиратов) — их услышит и самый злостный меломан за рулем, оглушенный своей магнитолой. Наиболее частыми объектами для такого тюнинга стали VAZ 2106 и 2107, которые завод до сих пор комплектует слабыми тональными сигналами.
Несколько слов о звуковых сигналах иных типов (не электромагнитных). Пьезоэлектрические, использующие достижения современной электроники, разработки которых проводили японские фирмы, широкого распространения не получили. Гораздо более распространены пневматические сигналы — самые простые по конструкции и самые мощные. Таков С40-В производства ЛЭТЗ — примитивный блок из двух прямых рупоров. Он применяется на полноприводных армейских грузовиках и седельных тягачах. Тем, кто его слышал с близкого расстояния, не надо объяснять, что такое «звуковое давление» — они почувствовали его не только ушами, но и кожей. Кстати, для С40-В таблицы указывают те же 108–118 дБ.
Всем хорош пневматический сигнал, недостаток только один — для его питания нужен компрессор, сжимающий воздух до 6 атмосфер. Для легковых автомобилей, где такого источника сжатого воздуха нет, продают импортные наборы: портативный электрокомпрессор и три-шесть рожков-рупоров разной длины. Стоят такие наборы 350–500 тыс. руб., сила звука у них заметно меньше, чем у пневмоклаксонов грузовиков, да и высокооборотный компрессор долговечностью не отличается. А особо «навороченные» многотональные конструкции, проигрывающие, например, «Ламбаду», «Кукарачу» и т. п., и вовсе незаконны, поскольку пункт 7.8 ПДД прямо запрещает применение сигналов с чередованием тонов.
Применяемость и цены наиболее распространенных 12-вольтовых электромагнитных сигналов приведены в таблице.
Шумовые (безрупорные) сигналы: С311-В-01 (слева) и 20.3721 (справа).
Тональные (рупорные) сигналы: С302-Г и С303-Г.
Схема шумового (безрупорного) звукового сигнала: 1 — контакты; 2 — якорь; 3 — резонатор; 4 — мембрана; 5 — сердечник; 6 — обмотка электромагнита;
7 — стержень мембраны;
8 — искрогасящий конденсатор; 9 — регулировочный винт; 10 — выводы обмотки.
Электрические звуковые сигнализаторы
Звуковые сигнализаторы автомобилей (звуковые сигналы) предназначены для связи водителя посредством звуков с другими участниками дорожного движения с целью оповещения или предупреждения. Кроме того они применяются для информирования водителя о неполадках в рабочих агрегатах автомобиля или его угоне.
На заре автомобилестроения в качестве звуковых сигналов широко использовались ручные клаксоны, которыми водитель мог отпугивать зазевавшихся пешеходов или гуляющих по проезжей части гусей и кур. По мере развития автомобильной техники совершенствовались и звуковые сигнализаторы, которые должны были издавать звуки достаточной мощности, гармоничной тональности и удобно управляться с водительского места.
Звуковые сигналы современного автомобиля характеризуются уровнем звукового давления (в децибелах) и спектральным составом звука. Наиболее хорошо перекрывают шум движения и слышны в кабине обгоняемого автомобиля сигналы, частотный спектр которых находится в пределах 1800…3550 Гц. Поэтому параметры звукоизлучающих деталей сигнала подбирают таким образом, чтобы его основная звуковая энергия была сконцентрирована в этом диапазоне.
Звуковое давление автомобильного сигнала должно быть в пределах 85. 125 дБ.
При конструировании звуковых сигнализаторов учитываются некоторые особенности распространения звука в воздушной среде.
Возникающее при движении автомобиля вихревое перемещение и уплотнение воздуха способно изменить слышимость сигнала и частоту звуковых колебаний. Чем больше скорость автомобиля, тем меньше расстояние, на котором слышен сигнал, и чем больше разница в скорости источника и приемника звука, тем сильнее изменяется звуковой тон (т. е. частота принимаемых звуковых колебаний).
Кроме того, следует учитывать эффект Доплера, который особенно отчетливо проявляется в момент обгона автомобиля, подающего звуковой сигнал. Следствием эффекта Доплера является изменение частоты колебаний подвижного источника звука при прохождении мимо приемника звука, т. е. сила звука и его тон в этот момент резко изменяются.
Цепь электроснабжения звуковых сигналов обязательно защищается предохранителями.
Классификация электрических звуковых сигнализаторов
Звуковые сигнализаторы, устанавливаемые на автомобили подразделяют:
- по характеру звучания – на шумовые и тональные;
- по устройству – на рупорные и безрупорные;
- по роду потребляемого тока – постоянного и переменного тока.
Сигнализаторы также делятся по принципу действия на электрические вибрационные и электропневматические. Последние могут устанавливаться на автомобилях, оснащенных устройствами для получения сжатого воздуха и пневмосистемой. Чаще всего это грузовые автомобили и автобусы.
Шумовые безрупорные звуковые сигналы имеют упрощенную конструкцию и настроены на один звуковой тон. Наиболее широко распространены электрические вибрационные сигналы малой мощности (40…60 Вт), обладающие хорошим звучанием.
Рупорные сигнализаторы, как правило, устанавливаются на автомобили парами (один высокого, а другой – низкого тона) с одновременным включением через дополнительное реле. На автомобилях применяют параллельное включение сигналов высокого и низкого тонов. Чтобы звук этих сигналов гармонично сочетался, разница основных частот звука сигналов высокого и низкого тонов обычно составляет 65…100 Гц.
Общее устройство и принцип действия электрических звуковых сигналов
По устройству и принципу действия шумовые и тональные сигналы незначительно отличаются друг от друга.
Основным их исполнительным элементом является электромагнит, катушка которого подключается к сети питания через контакты прерывателя. Якорь электромагнита связан со звукоизлучающей мембраной.
При протекании тока по катушке электромагнита его якорь притягивается к сердечнику, и мембрана прогибается. Одновременно происходит размыкание контактов прерывателя, в результате чего катушка электромагнита обесточивается, и якорь под действием упругой силы мембраны возвращается в исходное положение, вновь замыкая контакты прерывателя. Процесс повторяется до тех пор, пока водитель нажимает на звуковую клавишу.
Колебания звуковой мембраны вызывают звуковые колебания в воздушной среде, при этом частоту таких колебаний (а значит и звуковой тон) можно изменять подбором параметров электромагнита (катушки с якорем) и звуковой мембраны (размер, толщина, материал, форма и т. п.) От частоты колебаний якоря зависит высота тона излучаемого звука. По основной частоте звука сигналы делят на сигналы высокого и низкого тонов.
Рупорный звуковой сигнализатор С-308
Звуковой сигнализатор С-308 (рис. 1, а) устанавливается на автомобилях ВАЗ-2109 и состоит из корпуса, в котором размещается электромагнит в виде сердечника 10 с обмоткой 11. Внутри электромагнита находится якорь 9 с грузиком 4 и текстолитовой шайбой 13. Якорь жестко прикреплен к мембране 3. В корпусе расположен мостик 5 с подвижным 7 и неподвижным 8 контактами. Для усиления звука имеется составной диффузор (рупор), состоящий из корпуса 2 и крышки 1.
Схема включения сигнализатора С-308 показана на рис. 1, б.
Рис. 1. Звуковой сигнализатор С-308 (а) автомобиля ВАЗ-2109 и его схема включения (б): 1 – крышка; 2 – корпус; 3 – мембрана; 4 – грузик; 5 – мостик; 6 – регулировочный винт; 7 и 8 – контакты; 9 – якорь; 10 – сердечник; 11 – обмотка; 12 – ярмо; 13 – шайба; 14 – контакты реле; 16 – обмотка; 17 – кнопка
Так как рупорные сигнализаторы потребляют ток выше допустимого для механических кнопочных переключателей, в цепи сигналов устанавливается вспомогательное реле. В этом случае при включении сигналов через контакты выключателя проходит ток небольшой силы, потребляемый только обмоткой реле, что позволяет избежать окисления и подгорания контактов.
Рупорные тоновые сигнализаторы
Рупорный тоновый сигнализатор (рис. 2) состоит из электромагнитной системы, создающей колебания мембраны 11, резонатора 10 и корпуса 3. В состав электромагнитной системы входят следующие элементы: обмотка электромагнита 4, сердечник 6, якорь мембраны 5.
Рис. 2. Рупорные сигнализаторы С302-Г и С303-Г: а – устройство (1 – резистор; 2 – электрический вывод; 3 – корпус; 4 – обмотка электромагнита; 5 – якорь; 6 – сердечник; 7 – контакты прерывателя; 8 – регулировочный винт; 9 – рессора; 10 – резонатор; 11 – мембрана); б – схема включения (1 – реле сигналов; 2 – обмотка электромагнита; 3 – выключатель сигналов; 4 – резистор; 5 – звуковые сигнализаторы; 6 – контакты; 7 – аккумуляторная батарея; 8 – указатель тока; 9 – предохранитель)
Резонатором в тональном сигнале является воздух, находящийся в рупоре, конфигурация которого обеспечивает взаимную настройку частот колебаний мембраны и воздуха, тем самым достигается громкость звука определенного тона. На автомобилях марки «ГАЗ» применяется комплект из двух сигнализаторов (С302-Г и С303-Г), устанавливаемых между радиатором и его облицовкой на кронштейнах с рессорной подвеской.
Сигнализаторы электромагнитные вибрационные рупорного типа отличаются только тональностью. Схема включения сигнализаторов С302-Г и С303-Г показана на рис. 2, б.
Поскольку звуковые сигнализаторы потребляют большой ток, для предотвращения подгорания контактов управляющей клавиши в цепь устанавливают дополнительное реле.
Безрупорный шумовой сигнализатор С304
Безрупорные шумовые сигнализаторы способны излучать относительно однотонный шумовой звук и, благодаря простоте и дешевизне, чаще всего применяются на грузовых автомобилях и автобусах. Один из выводов сигнализатора С304 (рис. 3) соединяется с положительной клеммой аккумуляторной батареи, а второй через выключатель, соединяющий цепь питания обмотки 15 электромагнита с сердечником 13, на «массу».
Рис. 3. Безрупорный шумовой сигнализатор: 1 – крышка; 2 – шлиц для регулирования; 3 – прижимная шайба; 4 – шпоночный выступ; 5 – пружинная пластина; 6 – пружина регулировочного винта; 7 – регулировочный винт; 8 – корпус; 9 – контакты прерывателя; 10 – центрирующая пружина; 11 – упор стержня; 12 – стержень; 13 – сердечник электромагнита; 14 – конденсатор; 15 – обмотка электромагнита; 16 – пружинная подвеска; 17 – якорь; 18 – мембрана; 19 – резонатор
При включении электромагнит притягивает якорь 17, вместе с которым перемещается мембрана 18 с резонатором 19. В конце хода якорь нажимает на пружинную пластину 5, размыкая контакты 9 прерывателя. Цепь электромагнита обесточивается, и под действием мембраны якорь движется в обратном направлении, вновь замыкая контакты 9 прерывателя. Вибрация мембраны передается резонатору 19.
От частоты колебаний мембраны и резонатора зависит основной тон сигнала и диапазон частоты излучаемых звуковых колебаний. Качество сигнала и его тон регулируется винтом 7, расположенным на корпусе 8 с внешней стороны. Регулировочный винт изменяет положение контактов 9 прерывателя относительно якоря 17.
Мембрана 18 зажата винтами между корпусом 8 и крышкой 1. Центральной частью мембрана жестко связана с якорем. Подбором прокладок между корпусом и мембраной регулируется зазор между якорем и сердечником, от которого зависит мощность и тон сигнала, а также сила потребляемого сигнализатором тока.
Схемы управления звуковыми сигнализаторами
Принципиальные схемы управления звуковыми сигнализаторами на автомобилях имеют аналогичные элементы, однако многие производители автомобильной техники используют собственные оригинальные решения для придания своеобразного («фирменного») звука сигналам.
На рис. 4 приведены схемы соединения и включения звуковых тональных сигнализаторов автомобилей марки «ВАЗ» различных моделей и модификаций.
Рис. 4. Схемы соединения звуковых сигнализаторов автомобилей: а – ВАЗ-2101, -2102, -21013, -2121; б – ВАЗ-2103, -2106; в – ВАЗ-2105, -2104, -2107; г – ВАЗ-2108, -2109; 1 – звуковой сигнализатор; 2 – блок предохранителей; 3 – выключатель; 4 – блок реле и предохранителей (монтажный блок); 5 – контактная перемычка (в автомобилях ВАЗ-2107 вместо перемычки установлено реле); 6 – реле включения сигнализаторов
Неисправности звуковых сигнализаторов
Причиной отказа в работе звуковой сигнализации может быть неисправность самого сигнализатора или элементов питающей цепи – перегорание предохранителя, обрыв или короткое замыкание проводки, выход из строя реле или выключателя.
Для поиска неисправностей используется тестер или контрольная лампа. Исправность сигнализатора можно оценить прямым подключением его клемм к выводам аккумуляторной батареи.
Неисправности звуковых сигнализаторов и реле сигнализаторов приводят к тому, что сигнал либо вообще не звучит, либо звучит слабо.
Окисление контактов прерывателей звуковых сигналов снижает силу тока в цепи сигнализатора, а иногда вызывает прекращение его работы. Окисление контактов усиливается при обрыве искрогасящего резистора, а также неисправности конденсатора. Для удаления слоя окислов надо зачистить контакты мелкой шлифовальной шкуркой или надфилем и продуть воздухом.
Нарушение регулировки сигнализаторов приводит к изменению силы прижимания контактов прерывателя и силы тока в обмотке, из-за чего изменяется мощность звука. Кроме того, на частоту и мощность звука существенно влияют изменение расстояния между штифтом и упругой пластиной подвижного контакта, между сердечником и якорьком, между торцом штифта и упругой пластиной.
На рис. 5 приведены схемы регулировок сигнализаторов С303 и РС503.
Рис. 5. Комплект (а) из двух сигнализаторов (С303 и РС 503) и схема (б) для их регулировки: 1 – латунная пластина; 2 – якорек; 3 – пружина; 4 – ярмо; 5 – обмотка сердечника, выполненная из 1000 витков провода ПЭЛ диаметром 0,21 мм; 6 – стойка; 7 – контакты реле; 8 – ограничитель; 9 – обмотка; 10 – регулировочные гайки; 11 – пластина неподвижного контакта; 12 – сердечник; 13 – штифт; 14 – контакты; 15 – верхняя пластина; 16 – резистор; 17 – мембрана; 18 – якорь; К, Б и С – зажимы
Реле сигнализаторов можно отрегулировать натяжением пружины якорька. Контакты должны надежно замыкаться при напряжении 8 В и не должны замыкаться при напряжении 6 В. Напряжение замыкания и смыкания контактов контролируется реостатом и вольтметром.
Обрыв обмотки сигнализатора происходит чаще всего из-за разрушения пайки в местах крепления выводов обмотки.
Замыкание на корпус изолированной пластины прерывателя происходит при разрушении текстолитовой пластины, изолирующей упругую пластину крепления контактов прерывателя. При такой неисправности электрическая цепь не размыкается, якорем притягивается к сердечнику со щелчком, прерывание цепи не происходит и сигнал не звучит.
Трещины в мембране являются причиной дребезжащего звука. Неисправность определяется визуально после разборки.
Обрыв обмотки реле сигнализаторов приводит к прекращению работы реле и сигнализаторов.
Окисление контактов реле происходит вследствие ослабления пружины якорька, а также при большой силе тока, потребляемого сигнализаторами. Контакты зачищают мелкозернистой шлифовальной шкуркой и продувают сжатым воздухом.
Сваривание контактов реле возникает при ослаблении натяжения пружины якорька, что приводит к беспрерывному звучанию сигнализаторов. Беспрерывное звучание сигнала может быть и следствием замыкания провода, ведущего к выключателю сигнала, на «массу».
Нарушение регулировки реле сигнализаторов приводит к прекращению звучания или прерывистому звучанию сигнализаторов.
Если звуковой сигнализатор не звучит или звучит прерывисто, необходимо проверить исправность электрической цепи. Проверку цепи сигнала начинают с предохранителя. Затем проверяют провода на обрыв и надежность крепления наконечников проводов на клеммах с помощью контрольной лампы. если в креплении наконечников проводов на клеммах будет плохой контакт, то при вибрации автомобиля нарушается цепь сигнала, что вызывает прерывистое звучание сигнализатора.
