节能赛车电气系统设计

I 节能赛车电气系统设计 摘要 ： 本田节能赛车电气系统与一般汽车的电气系统基本上是相同的 ,但是因为节能赛车的构造要简单很多 ,所以所包含的内容要少很多 ,基本包括了蓄电池、起动系、点火系。 节能赛车的电气系统在赛车的组成中是很关键的一部分 ,电路的布线影响到赛车是否安全可靠。 这次设计中绘制出原理图、线束图 ,这样就可以根据车身的设计的尺寸结构确定所用的导线的长度 ,在实际生产过程中依照图来布线安装。 此次绘图以 图为主。 本次的节能赛车电气系统设计严格按照本田节能大赛比赛规则制定 ,各个系统都都符合比赛标 准。 关键词 ： 电气系统，线束，可靠 性 s is of to be a so is of is a of of of is so of be to of of is in is AD in to in 录 摘要 . I . 录 . 绪论 . 1 题研究的目的和意义 . 1 能赛车电气系统的特点 . 1 般汽车电气系统主要特点 . 1 田节能赛车与普通汽车电气系统的差别 . 2 1. 3 本田节能赛车电气设备线路 . 2 能赛车线路与线束 . 2 2 节能赛车电气系统总体设计 . 4 气系统总体设计方案 . 4 能赛车中电气系统主要部分的设计 . 5 动部分的设计 . 5 火部分的设计 . 8 3 本田 节能赛车线束的设计 . 16 能赛车线束的设计方法 . 16 田节能赛车线束总成设计 . 17 结 论 . 20 参 考 文 献 . 21 致 谢 . 23 1 1 绪论 题研究的目的和意义 汽车行业的发展越来越快 ,人们的生活中是少不了汽车的 ,但是汽车数量的增加导致了环境恶化和燃油紧缺 ,环保节能的汽车是将来汽车发展开展的必经之路。 本田中国节能竞赛是本田投资有限公司赞助的社会活动。竞赛是看在一升油能够跑多远 ,按照比赛规则赛车必须使用统一的本田 125油发动机 ,在规则选定的赛道内行驶 ,比赛谁得油耗最少。 本田第一次举办节能大赛是 1981 年 ,到现在已经 36 年 ,本田 创办这一比赛的目的是为了让人们认识到节能、环保的重要性 ,。 这项比赛虽然竞技性强但又不失趣味性 。在汽车行业引起很多人的关 注。 赛车 设计将致力于车架轻量化， 整车重心降低， 转向系，制动系，传动 系及高效 紧凑 的整体布局的研究。为赛车的测试和后期改进打下基础，争取在比赛中取得一个优异的成绩。汽车节能是一个系统工程，并不仅仅局限于发动机，汽车底盘 和车身 的优化设计也能大大减少燃油的无效消耗，提高燃油经济性 。 能赛车电气系统的特点 本田 节能赛车电气系统 比起普通的 汽车的电气系统 要简洁很多 。 但是蓄电池 和用电设备 也是其中最关键的部分 ，由于其特殊 参赛比赛环境 ，节能赛车电气系统 有自己的特殊性 。 般汽车电气系统主要特点 1. 低 压 一般的汽车都是使用 12V 的电压，只有少数重卡起动系用的是 24V 电压，采用低压的最主要的有点是安全性能高，而且低压的蓄电池尺寸小，这样又能合理的减轻车身重 量。 2. 直 流 无论是什么汽车都是使用的直流电，蓄电池电能耗光后充电时也是直流电充 电。 3. 单线 制 汽车 上的所有的用电设备全部都是用一根导线并联起来的，从蓄电池正极出发，用车身等金属作为地线形成完整的回路。这样布线的优点是简 单 。 2 4. 负极搭铁 负极搭铁是汽车上的所有用电的元件的负极都是通过汽车上的金属作为回路的，所以蓄电池的负极也是与金属相连的 。 田节能赛车与普通汽车电气系统的差别 节能赛车的电气系统包括点火系，起动系，蓄电池。根据大赛规则所有车辆都必须配备车手能以正常驾驶姿势启动发动机的起动装置，但禁止靠起动机的动力前进。起动装置只有在离合器断开时才能启动。车辆搭载的蓄电池必须是普通市售产品，车辆上不得搭载处测速仪、对讲机、喇叭所使用的内置电池以外的电池 4。 1. 3 本田节能赛车电气设备线路 汽车的线路都是单线制 ,并联最后负极搭铁 ,节能赛车也与汽车的线路相差不多 。 能赛车线路与线束 节能赛车电气设备布线要使用到导线和插接器 ,将相同走向的线路包裹在一起形成线束 。 1. 线 路 1） 导 线 节能赛车电路的形成靠导线连接 ,是最基础的 ,节能赛车导线都是普通导 线。 （ 1） 导线截面积 因为用电设备的电流不同从而决定所用导线的横截面积不同 ,常用的导线的截面积一般大 于 般的低压导线的截面积的载流值如下表所示。 表 线标称截面积 /m 0 13 导线允许载流值 /A 11 14 20 22 25 35 50 60 3 赛车 常用导线推荐如下 表： 表 称截面积 / 用的电路 火线圈初级绕组等电路 源电路 动电路 4 2 节能赛车电气系统总体设计 气系统总体设计方案 节能汽车的电气电子设备是汽车中不可缺少的东西 ,汽车的效率会受到它的影响而且安全性和可靠性也与它相关。 电气系统设计要使电路安全可靠并且经济 ,而且在设计生产中有可行 性。 1. 电气系统总体方案 这次设计本田摩托车的设计车辆电路的电路原理图 ,点火系统应迸发足够的二次电压 ,点火电压可随发动机状态而变化。混合物在点火之后立即燃烧并且燃烧充分需要有高的的点火能量。点火正时必须调整到合适 ,点火正时角度可以调整 ,这样就可以确保发动机内燃烧充分。 起动机发出足够的扭矩和转速 ,这样发动机启动快并且可靠 。 因为以上的需求 ,点火系统不能使用传统点火系统 ,如果使 用电子点火系统 ,这样就能不会有传统点火系统的缺点了 ,传统点火系的缺点有 :工作的时候并不可靠 ,次级电压也不够稳定 ,点火能量不够强 ,火花塞发生积碳会对无线电产生干扰。 这样会对其他的电气设备信号传输有影 响。 2. 电气系统线束设计布置方案 该节能汽车的电气系统更简单 ,因此采用主线设计 ,根据车辆的接线图和电气组装。根据车的原理图、使用合适的导线 ,并且最后包扎成线束 ,并且要把电气系统的作用全部展示出来 ,一般的汽车电源都选用 12V 的 ,最后负极搭铁的位置也很重要。要把所有外露的线束做处理保证安 全 。 电气系统中各个元件和导线的布置不只是关乎到整个系统是否安全可靠 ,而且线束的长短和重量也会受到影响 ,节能赛车要尽可能减轻重量。做出节能赛车的电气系统布置方案如 图 。 5 图 能赛车中电气系统主要部分的设计 点火系和起动系是这次设计中重要改造的部 分。 动部分的设计 1. 起动机的类型 蓄电池的电能带动起动机启动是发动机发动 。起动机有 多种形式。 1） 励磁式起动机和永磁式起动机是 里面都有电动机但是它们产生磁场的 方式不同 3。永磁起动器的磁极由永磁体制成，无励磁 绕组。 2） 普通起动机 的 传动机构 和 减速起动机 的传动机构 不同 。 正常启动器是连接电机和驱动齿轮的单向离合器 ,相对简单。而且还增加了减 速齿轮。减速起动机比起普通起动机结构好处有大小小 、重量校、启动可靠。 3） 按照 驱动齿轮 啮合方式又可以分 成好多种 。 本 次 节能赛车设计 的 发动机为惯性啮合式永磁普通起动机。起动机如 图 示 图 起动电机 6 2. 起动系统的设计方案 本次使用了惯性啮合式永磁普通起动机的电动机使用电磁开关直接驱动驱动电路 ,只有在制动器可以使用启动系统时才与辅助继电器相结合 ,减少车辆的过程意外按下启动按钮 ,导致起动器损坏。起动系统的线路下图 所示。 辅助继电器 是被 子点火器 操控的 ,当制动开关闭合并停止时发动 ,辅助继电器才会工作 ,从形成完整回路 。 图 起动线路图 1） 起动机的检 查 电刷 在电刷固定座中 ,查看电刷有没有破损或者过度磨损 ,假如电刷坏了需要更换。电刷如下图所 示 。 图 电刷 换向 器 看换向器颜色有没有变化、如有过度磨损和损坏 ,假如换向器坏了 , 需要更换一个新的。换向器假如有表面变色的情况 , 需要用砂纸打磨并处理干净。假如磨损过度 , 需要 7 去掉那部分磨损的地方 , 如果 B 和 A 的距离 d 小于等于一点五毫米。 B 与 A 距离如下图所 示。 图 换向器局部 电枢 线圈 检查各节段是否被 接通 ，分段和电枢是否被 接通 。如果段之间或段与轴之间没有连接，则需要更换新电枢。试验的示意图如图 所示 图 电枢线圈的检查示意图 2） 辅助继电器 的检查和 启动继电器的 检查 起动继电 器 12V 电压 加在 起动继电器线圈的正负极 ,万用表用于检测两点。 如果勾选并连接到两点 ,如果没有电压 ,当在这里无法通过 ,如果两个想通 ,那么继电器可用。测量示意图如图所示。注意 : 给继电器上加电压时时间不能长了 ,时间长了有可能造成继电器发热 ,继电器的线圈很可能被烧 坏。 8 （ a） （ b） 图 启动继电器的测试 启动继电器所需的电阻率测量的电阻值在正常范围，如果没有，应更换 。 正常值为 3 - 5 。 起动辅助继电器 起动继电器线圈 上加上常用汽车电压 ， 测量 A、 B 两点 有没有形成通路 。 假如 起动继电器 的 A、 B 两 点发出 响声而且形成了通路 ， 如果 不加电压时 A、 B 两点不 能形成通路 说明 该部件是完好的 。 把 万用表 打 1测量 电阻，辅助继电器 的 电阻 处于正常值就是完好的，正常值 是 90 图 动系统电流会比其他地方的电流大 ,安装时要特别注意是否接对而且牢靠 ,尤其是蓄电池和起动机之间的连接一定要可靠 。 如果发动机的电流不够会有火花 ，接线柱 可能会被烧坏 。 火部分的设计 1. 点火系统的发展概况 9 从汽车产生到现在发张一百多年 ， 点火技术在 汽油发动机 上的应用越来越成熟 。 十九世纪末 ，四循环内燃机 作为 汽车 的动力的技术出世，用了 磁电机点火系统。 二十世界初期 ,第一次在汽车点火系统上加上了蓄电池 ,蓄电池可以提供电能来控制点火线圈的初级电流 ,就有次级产生高压的产生 。 当时的蓄电池点火系统是没有点火提前角自动调节装置的 ， 后来有了 真空离心点火提前装置 ， 这个装置可以比较智能，可以自己控制 点火正时角度 5。 后来点火装置得到了广泛应用 。 现在人们汽车的选择有了更多的要求，对车的动力性等性能有了更高的要求 ， 这种传统点火系统因其触点本身 所一直又得缺点被一直放大 。 后来 晶体管辅助点火系统 问世 ，这 个 点火系统 是在传统点火装置的基础上进行了改造，它多了一个 电子放大器（ 这样点火性能更好更能满足人们的需求 。 虽然晶体管辅助点火系统比起上一代的点火系统有所改善 ,但是缺点是依旧有触点 ,并没有将传统点火系统的缺点改掉 ,所以 ，人们对这种点火系统更加喜爱，所以它很快取代了上一种点火系统 。 一直到现在人们还在使用这种无触点点火系统，所有的汽油发动机基本都是用这种点火方式，传统点火装置基本没有人使用了 。 图 各种点火系统基本组成示意图 后来电子点火系统问世，那种无触点点火方式又被取代 了。 2. 传统触点式点火系统 与 电子点火系统 差别 1） 传统触点式点火系 统 （ 1） 传统触点式点火系统如 下图 所示 。 传统触点点火系统用了 自耦变压器 ,并 添加 额外的电阻 ,它的负极是 断电器的触点搭铁 1。 断路器凸轮的旋转由发动机凸轮轴驱动的分配器的旋转驱动，从而使断路器的触点连续开 闭。 10 图 传统点火系统的原理 当触电闭合的时候我们把他看做是储存能量的过 程。 当 触点张开 后 ，点火线圈 发生 短路， 这种情况的发生会造成发出的电流足够大，当电压也足够大的时候会通过火花塞发出电弧放电。如 图 下图所示 。 然后点燃混合 气 。 图 传统触点式点火系统工电压电流波形 （ 2） 传统触点式点火系统 原理 11 图 线 是 传统触点式点火系统理论 上的特性图 ，但 在实际工作中与理论上是不同的 。 当发动工作慢的时候触点会闭合，触点之间可能会产生火花 ， 所以 点火能量 就会有流失，而且 初级电流的 会缓慢下降 ， 最后就会使 最高次级电压 变低 。在发动机 工作快的时候，触点会不停的飞快闭合 ， 这样会发生震动，这些都会造成与理论值的 差距 。 下图是传统点火系统的理论工作特性和实际工作特 性。 图 传统触点式点火系统工作特性 最高击穿电压 极限转速 2） 电子点火系 统 （ 1） 电子点火系统的基本 组成 图 电子点火系统的基本组成 1 2 34 5 6上图是 电子点火系统 的构 造 。 （ 2） 电子点火系统的基本工作 原理 12 当连接电源开关晶体管时 ,电子点火器 收到信号，紧接着发出 脉冲信号电压 ,然后接通 初级点火线圈 ,这就开始积攒能量 ;把需要的晶体管电子脉冲点火器，点火线圈的初级不能第二次可以产生一个高电压 ,随后 高电压进 入火花 塞线 。 （ 3） 电子点 火器 图 电子点火器的电路原理 3. 电子点火系统的好处 传统点火系 必须要用 断电器触点 接通断开 点火线圈的初级电流， 就一定会出现以下缺 点 。 1） 工作可靠 性差 2） 最高次级电压不稳定 3） 点火能量低 4） 对火花塞积碳敏感 5） 对无线电干扰大 因为以上观点 ， 因为它的 结构原因 ， 安装 无触点的电子点火系统 比较适合 ， 这样就能提高点火能力 。 4. 点火部分的设计方案 这次的点火系统采用了双火花塞点火系统，这种点火方式更加强劲， 电子点火器是由 本田 公司 的 125动机 的 原装点火器。如图 示。 13 图 点火部分的电路原理图 在发动机飞轮处 安装 点火信号发生器， 和 磁电机 安装在 一块，飞轮转动 的时候接收到 脉冲信号， 信号传到 电子点火器后根据刹车开关、输出轴转速的 情况 ， 从而 控制点火时刻， 同时发出 初级点火电流。 当有高压产生时就可 点燃 油气混合体 。 1） 点火线圈初级电压 将火花塞取下 ， 使用一个新的火花塞，把发动机当做负极连接，按照 顺序测量点火线圈的初级电压 ， 万用表的连接按照下图连接 ： + 探针： 绿引线或地 - 探针： 黑 / 黄引线 图 点火线圈初级峰值电压 测量 图 14 注意： 蓄电池的电压一定要合适，各部件的连线一定要牢 靠 。 发动车辆 让曲轴 工作少许工夫 ， 这样就可以测量出 初级峰值电压。 为了避免误差要多测量几次 ， 最后可以得到的 初级峰值电压 应该在理论值内，正常值是 150V 以 上。 假如 峰值电压低于 正常 值， 看 火线圈电阻和触发线圈 是否正 常 。 （ 1） 点火线圈电 阻 按照下图的连线测量出点火线圈的电阻，如果得到的测量值都在正常范围内那么表示正常，初级的电阻应该在零点一到一点五欧姆，次级的应该在一万二到两万二欧 姆。 图 测量点火线圈的初级绕组和次极绕组的电阻 （ 2） 触发线圈峰值电 压 我们还需要测量出触发线圈的峰值电压 ： 把各个部件按照下图连接，连接一定要紧密牢靠 。 图 测量 峰值电压测量示意图 发动车辆，让在工作中的 发动机 保持六七 秒钟， 让后即可以测试峰值电压了 。 为了减少误差多重复几次 ， 这样就能得到 峰值电压 数值 。 合适的数值应该 4 V。 如果不在正常的范围内就说明触发线圈坏 了 。 （ 3） 触发线圈电 阻 15 触发线圈电阻 ： 120测试出电阻值在不在正常范围之内，如果在正常的范围内那么就说明该部件完好，如果不在就是该部件损坏了。 图 电阻测量示意图 2） 火花塞 火花塞的型号为 电极间隙为 。 16 3 本田 节能赛车线束的设计 汽车电气网络由线束连接，电气和电信号通过线束传输，线束由电线、连接器和磁带组成。 能赛车线束的设计方法 我们绘制出原理图并不能直接用于生产中，因为原理图中不能让生产者知道各个元件的大小，该使用多长的导线连接，具体安装在什么位置，所以我们还要绘制出线束图，这样生产者再生产过程中就能清晰明了的知道这些信息了 。 在线束图中的导线全部包扎成里线束 。 1. 汽车线束的设计要求和原 则 整车的线束设计原则是： 在布线过程中要能分清自己线路，可以按照颜色分开，也可以在导线上标注 ， 让自己可以区分 ,适当的线截面积 ,使用短线连接 ,尽可能在导线连接处安装连接器 。 在布线时就规划好怎么把导线包扎成线束 。 而且 还要考虑 到 电器设备 能在合适 的位置可靠地 接地。 最后按照自己规定好的颜色或标注包扎成线束，并且尽量减少走线的长度。包扎成线束以后所有的线路很清晰明了了，而且这样也会减少空间的占用率。 2. 汽车线束的设计流 程 图 线束设计流程图 3. 线束图的设计 在电气原理图中可以让人直接明了的看到各个用电设备的位置和他们之间是怎样连接的 。生产和 安装过程 的 是根据线束图进行的 ， 因此必须要绘制出赛车的线束图 ， 在生产过程中才具有价值 。 17 根据电气原理图中用电设备在哪才能最后确定各个用电设备之间该怎么连接 。 在汽车电气系统中负极在哪个位置搭铁也是很有讲究的，如果搭铁点附近有信号传输不强的其他用电设备那么就会影响到其他设备的工作。而且要设计多个打铁点以供如有不合适时更换时方便。 最后在绘制布线图的时候要按照车身和底盘的世界来绘制，绘制的过程如下 ： 首先要在图中找到合适安放蓄电池的位置，再把发动机和起动机位置标出来，这样基本上大的用电设备就可以确定了；然后再看这些设备需要怎么控制，把控制元件也标出来；接着就要看怎么从蓄电池正极出发连接各个用电设备，这时候就应该按照原理图来确定连接顺序；最后把所有的线路全部连接起来，合 理的把导线包扎成线束并且固定。 线路的保护 有 ： 将所有的线束固定在车身上 ， 因为节能赛车比起真正的汽车还是简陋很多，所以线束的工作环境比较恶劣 ， 会发生线束 与 车身 的摩擦以及 具有 腐蚀性 的 气体 、液体 会腐蚀电线 ，可能会 发生 绝缘体 破损 、 胶带破损 等现象， 如果导线内的铜丝裸露出来容易造成短路还会有火花出现，如果车身上有漏出的汽油容易着火，引起安全事故。所以在生产过程中一定要做牢靠。 田节能赛车线束总成设计 最后的车要根据车身安装所有的用电设备，布置在最合理的位置，因为这节能赛车的电气系统比较简单所以所有的连接只用到了一个线束，下图是本次设计的布置图 18 线束布置 图 在选取导线的时候 要按照用电设备的功率大小来决定所用导线 ，电流通过大的地方选用横截面积更大的导线，小的地方的导线就可以选取稍微细一些的导线，但是也不能选取过细的导线，因为导线太细会出现被不小心扯断等情况出现不安全的 情况。 19 绘制出的线束总成图如 下： 线束总成图 20 4 结 论 本次设计 是对本田节能赛车电气系统的改进，对整车的线路进行可靠地布线连接，主要针对赛车的点火系和起动系进行了改造设计，并且本车的所有用电设备进行布置和线束进行了设计 1. 本车用了 电子点火系统， 这种方式的 可靠性较强。 没有 了传统 触点式 点火系统由于触点 一直存在的缺点而带来的 点火能量低、工作可靠性差等缺点。 2. 起动 系中 增 加 辅助继电器 。 3. 赛车的 电器 依据赛车 车架和 本田 125动机的安装位置 来安装 ，采用 单线制 连接 所有用电器 ， 使用 制规范的 线束图