汽车电器的现状与发展.doc

上海理工大学论文题目：汽车电器的现状与发展前景学生姓名： 缪寅轩 专业名称： 车辆工程 指导老师： 冯金芝 课程： 汽车电器与电子技术 提交日期： 2010年 6月 17 日汽车电器的现状与发展前景摘要主要阐述了汽车电器系统的历史、组成、现状与发展。着重论述了照明系统的现状与发展。关键字：汽车电器、电源系统、启动系统、点火系统、照明系统、信号系统、仪表系统、辅助电气系统、电子控制系统、现状与发展、绪论汽车电器系统是汽车的重要组成部分之一，它的性能直接影响了汽车的动力性、经济型、排放性、舒适性等性能。电子技术在汽车上的广泛应用使得汽车成为了“机电一体化”的产品。汽车电器的发展史1885年，德国的波徐对马库斯的点火装置略改良后，开始生产低压电磁点火器，这是最早的电气设备。1912年，美国的查尔斯.凯特林发明了第一个可供实用的蓄电池供电的汽车起动机。随着汽车的广泛使用和性能的提高，出现了照明、信号等装置。19世纪60年代，通用公司戴顿工程实验室分部宣布了一重利用电子线路的无触点点火装置。同时，通用公司第一个在民用汽车上应用了交流发电机。1973年，美国三大汽车公司全面使用无触点点火系统。60年代开始，研究和应用汽车电器系统大致可分为三个阶段：（1）19651975年，汽车电子产品是由分立元件和集成电路组成。（2）19751985年，主要发展专用的独立系统，如电子控制汽油喷射、制动防抱死装置等。（3）19851995年，主要开发可完成各种功能的综合系统以及各种车辆整体系统的集中控制汽车电器的主要组成及其现状与发展1.电源系统包括蓄电池、发电机、调节器。其中发电机为主电源，发电机正常工作时，由发电机向全车用电设备供电，同时给蓄电池充电。调节器的作用是使发电机的输出电压保持恒定。蓄电池，蓄电池为可逆的直流电源。在汽车上使用最广泛的是起动用铅蓄电池，它与发动机并联，向用电设备供电。蓄电池的作用是：当发动机启动时，向启动机和点火系供电；在启动机不发电或电压较低的情况下向用电设备供电；当用电设备同时接入较多，发电机超载时，协助发电机供电；当蓄电池存电不足，而发电机负载又较少时，它可将发电机的电能转变为化学能储存起来。因此它在汽车上占有重要位置。如何正确使用和维护保养蓄电池，对延长蓄电池的使用寿命极为重要。所以，汽车修理厂要担负维护、修理及启用新蓄电池等作业项目。现代汽车上使用的铅酸蓄电池已近一个半世纪。1859年，法国物理学家普兰特发明了铅酸蓄电池，为后来汽车用电开辟了道路。他的第一个铅蓄电池有两块卷成螺旋状的铅片，中间用橡皮隔开，浸没在浓度为10硫酸溶液中。在此以前的电池只能使用一次，而普兰特造出的是第一个放电后能重新充电，从而可以反复使用的蓄电池发电机是汽车电系的主要电源，它在正常工作时，对除起动机以外的所有的用电设备供电，并向蓄电池充电，以补充蓄电池在使用中所消耗的电能。发电机,可以说是历史上独一无二的最伟大的电学发明！1831年，英国物理学家法拉第在证明磁能生电以后，发明了第一台转轮式发电机。1912年凯迪拉克轿车使用了直流发电机。1962年通用汽车公司采用了二极管整流的交流发电机。现在，汽车使用的发电机都是交流发电机。汽车所用的发电机有直流发电机、交流发电机。直流发电机是利用机械换向器整流，交流发电机是利用硅二极管整流，故又称硅整流发电机。 汽车用电器都是按照一定的直流电压设计的，汽油机常用12V，柴油机常用24V 。在汽车上，发电机既是用电器的电源，又是蓄电池的充电装置。为了满足用电器和蓄电池的要求对发电机的供电电压和电流变化范围也有一定的限制。直流发电机所匹配的调节器一般都是由电压调节器，电流限制器，截断继电器三部分组成。而交流发电机调节器都可大大简化。由于硅二极管具有单向导电的特性，当发电机电压高于蓄电池动势时，二极管有阻止反向电流的作用，所以交流发电机不再需要截流继电器。由于交流发电机具有限制输出电流的能力因此也不再需要限流器。但它的电压仍是随转速变化而变化的，所以为了得到恒定的直流电压，还必需装有电压解调器。2.启动系统美国物理学家亨利于1831年发现自感现象后，发表了介绍电动机的论文。根据发电机原理，做成与发电机原理相反的电动机（马达），这就是起动机。可以说，发电机技术进步的同时就有了起动机。起动机是用来起动发动机的，它主要由电机部分、传动机构（或称啮合机构）和起动开关三部分组成。在汽车未安装起动装置之前，汽车发动机都必须摇动手柄起动，既费力又危险，起动机就是在一次偶然的事故中产生。1910年利兰德的好友卡顿因为帮助一辆抛锚的凯迪拉克轿车女车主摇起动手柄，发动机产生回火，卡顿被手柄打伤额部，随后因并发症而死。由此利兰德邀请凯特林研究发动机的起动装置。1912年凯迪拉克轿车开始使用了起动装置。 3.点火体统包括点火开关、点火线圈、分电器总成、火花塞等，其作用是产生高压电火花，点燃汽油机发动机汽缸内的混合气。在现代汽油发动机中，气缸内燃料和空气的混合气大多采用高压电火花点火。电火花点火具有火花形成迅速，点火时间准确，调节容易等优点。为了在气缸中产生高压电火花，必须采用专门的点火装置。点火装置按电能的来源不同，可分为蓄电池点火和磁电机点火两大类。4.照明系统包括汽车内、外各种照明灯及其控制装置。用来保证夜间行车安全。主要有前照灯、雾灯、尾灯、制动灯、棚灯、电喇叭、转向灯闪光器等。 1898年，“哥伦比亚”号电动汽车首先把电用于前灯和尾灯。最初的前大灯不能调光，所以汽车在会车时有些晃眼，后来采用了附加光度调节器，并由美国异航灯具公司推广应用。这种前大灯可以在垂直方向上下移动，但驾驶员必须下车搬动夹具装置，非常不方便。1925年，导航灯具公司推广了双丝灯泡，远光和近光的调节通过开关来控制，才把这个问题彻底解决。5.信号系统包括喇叭、蜂鸣器、闪光器及各种行车信号标识灯。用来保证车辆运行时的人车安全。6.仪表系统包括各种电器仪表（电流表、充电指示灯或电压表、机油压力表、温度表、燃油表、车速及里程表、发动机转速表等）。用来显示发动机和汽车行驶中有关装置的工作状况。最早的汽车仪表与信号是由一排外视器组成的，随后出现的仪表是精确计时仪。在1900-1905年间，大多数汽车上的计时仪仅仅是卷簧时钟；后来又出现了速度表、润滑油压、充电电流表、发动机冷却液温度以及燃油液位等各种仪板，并使仪表板配备了夜间照明系统。20世纪80年代，随着电子技术的发展，电子数字式显示仪表板代替了原来的机械仪表，彩色显示甚至阴极射线示波管显示也在汽车仪表上得到应用。汽车仪表的作用是帮助驾驶员随时掌握汽车主要部分的工作情况，及时发现和排除可能出现的故障和不安全因素，以保证良好的行使状态。汽车常用仪表有电流表、水温表、发动机机油压力表、燃油油量表及车速里程表，有的汽车还有发动机转速表和制动系贮气筒气压表等。目前，汽车仪表板总的发展趋势正在向简洁明了的模拟式仪表和模仿模拟式仪表数字式仪表板方向发展。7辅助电器系统 包括电动刮水器、空调器、低温启动预热装置、收录机、点烟器、玻璃升降器等。随着汽车辅助工业的发展和现代化技术在汽车方面的应用，现代汽车装用的辅助电气设备很多，除了汽车用音响设备，通讯器材和汽车电视等服务性装置外，都是一些与汽车本身使用性能有关的电气设备。如电动刮水器，电动洗窗器，电动玻璃升降器，暖风通风装置、电动座位移动机构，发动机冷却系电动风扇、电动燃料泵，冷气压缩机用电磁离合等等。这些辅助电气设备大体可分三类：电机类、电磁离和器类和电动泵类。 双速电动式刮水器双速电动式刮水器一般是由一个直流并激（或复激）电动机和一套减速传动机构组成。 风窗玻璃防冰霜设备冬季风窗玻璃上易结冰霜，用刮水器是无法清除的,有效的办法是将玻璃加热。在空调设备的汽车上，将热风吹向风窗玻璃，就可以避免结冰。在无空调设备的汽车上，风窗玻璃可利用电阻丝来加热，在风窗玻璃的内面贴有三根镍铬丝，通过加热，就可防止冰霜，这种装置耗电量为30-50W,效果很好。国外有些高级轿车上采用电子加热器,通过三级管的控制,使电阻丝通电加热。 电热塞冬季由于进入柴油机内的空气温度较低，压缩混合空气达不到着火的温度，因此，起动比较困难。为了使柴油机冬季易起动，在柴油机燃烧室内装用了电热塞，用来提高汽缸内的空气温度。 晶体管电动汽油泵汽车上一般装用的膜片式汽油泵，虽然结构简单、效能可*，但由于它安装在发动机的机体上，夏季常因为发动机温度高使供油系产生气阻现象，使汽油流通不畅，近年来由于半导体的发展和应用，汽车上已装用电动汽油泵，以代替膜片式汽油泵。 电磁离合器电磁离合器是一种常见的自动控制元件，它具有工作可*，容易实现远距离控制等特点。在汽车上，它常被用做冷气压缩机驱动离合器和发动机冷却系风扇离合器。当汽车空调系统中制冷量过剩时，通过它将传动皮带轮与压缩机主轴脱开；当汽车发动机散热器冷却能力过剩时，可通过它使风扇滑转以减少发动机的动力消耗，在气温较低的季节里，仅风扇离合器一项就可降低汽车的油耗率2%左右。8电子控制系统包括电控燃油喷射装置、电子点火装置、制动防抱死装置、自动变速器等。电子控制系统的出现使得汽车工作过程的控制由传统的机械手段转变为电子控制手段，提高了控制的精度、增加了控制的内容。随着计算机人工智能化的发展，智能控制成为电子控制系统的发展方向。汽车电器系统的特点1低压汽油车多采用12V，柴油车多采用24V。2直流主要从蓄电池的充电来考虑。3单线制单线制即从电源到用电设备使用一根导线连接，而另一根导线则用汽车车体或发动机机体的金属部分代替。单线制可节省导线，使线路简化、清晰，便于安装与检修。4负极搭铁将蓄电池的负极与车体相连接，称为负极搭铁。汽车照明系统的现状与发展目前，汽车照明系统正在经历着重要变革，不仅HID和LED光源得到了更广泛的应用，而且汽车照明系统也日益智能化。并且在智能化的范围不断延伸，例如头灯甚至可以转化任意角度，以便驾驶者看到偏僻的角落，不过这还取决于汽车的行驶速度。另外，汽车内部的照明系统对汽车内环境也有着重要的影响，设计工程师们也正努力的使这一系统与内环境更加的融合。主动式旋转头灯在未来几年中我们可以看到Audi先进的前灯照明系统，从上到下：（1）角灯照明系统和转向锁与速度输入的响应 ；（2）前灯旋转；（3）前灯光束形状随周围环境的变化而变化。其实，部分雪铁龙车型早在几年前就已经开始应用这种旋转头灯，不过这种技术并没有普遍流行。但是现在这种主动式旋转头灯再次被人们提起，并且将会比以前具有更好的应用。Audi先进的头灯照明系统（AFS）在汽车中的应用被寄予厚望。事实上，这一技术的最基本的照明系统（角灯照明系统）已经用在Audi A8豪华汽车和其它的一些汽车上。但是所提到的这种系统更有意思的是：它们甚至在汽车开始拐弯以前就已经可以照到周围的拐角。 在Audi系统中，侧面照明主要取决于转向角，不过，它同时还与汽车的速度有关。例如，当汽车行驶在高速公路上时和在市区时。当相应的输入信号进入到系统（包括GPS），前灯自动的改变光束宽度、角度和范围，目前所销售的豪华汽车几乎都装配了GPS导航系统，因此这一系统非常可行，而且该系统的安全性能是显著的。Audi公司已经推出了转弯照明并且打算推出更先进的主动移动式前灯照明方案，DaimlerChrysler也希望在将来12个月内发布机械移动前灯。通过于Hella的合作，该系统将会在驾驶者转弯和曲线路段行驶时起到重要得作用。该系统是否使驾驶者夜间行驶受益呢？DaimlerChrysler声称，当汽车在直径为190米拐弯时，传统的近光灯可以提供的照明范围仅有30米，而该系统可以达到55米。DaimlerChrysler采用HID照明技术的主动照明系统已经广泛的用于Mercedes汽车上。独立的微控制器，通过处理来自转向角和速度的传感器的即时信息，控制电动机旋转对应的前灯。另外，传统的主动前灯用来减少对驾驶者眩目的机会。美国汽车零配件生产商Valeo也正在致力于类似于DaimlerChrysler的系统的研究，称之为“Bending Light”，它采用了机械化的前灯，旋转的角度由转向角、轮速传感器和GPS系统的输入信息确定。BMW pixel light照明系统BMW象素照明系统（pixel light system），这是德国汽车制造商不久前开始研究的技术，采用480,000个独立控制的显微镜片取代传统的发射镜，光束的形状完全可以通过编程来实现。但是，德国汽车制造商BMW公司正在研究的前灯系统甚至更先进，这就是所谓的“pixel headlights”系统，它采用了采用480,000个独立控制的显微镜片取代了传统的发射镜功能。这种方法形成的前灯光柱形状完全符合驾驶者的驾驶条件，同时还不会产生耀眼的远光照明。并且在拐弯、城市、高速公路和恶劣天气时具有独特的照明效果，另外，它的附属光还可以照亮道路标志。BMW Pixel light前灯系统可以给驾驶者提供特别的提示、警告信息该系统同时还可以给驾驶者提供特别的提示、警告信息，例如左转时光束显示出相应的左转箭头指示信息。不过，对于这些前灯系统技术上的突破，一个非常有意思的障碍就是立法，因为上面所提到的系统在很多国家中事实上是不允许使用的、非法的。旋转的前灯可以明显扩展夜间的可视范围，在这里所提到的系统中，传统的近光灯在曲率半径为190米拐弯时，照射范围为30米，而旋转前灯的照射范围会增加25米，达到了55米。Hella公司智能化前照灯系统Hella运用高压气体放电集成远光的双氙气前照灯批量生产已经成熟。在此基础上，该公司面将来新开发出动态转弯灯。动态转弯灯是智能化前照灯系统的一个重要组成部分，这项新技术极大的提高了驾车的安全性和舒适性。动态转弯灯的特点是在不同的转弯半径下，该前照灯能够在水平+/-150之内摆动，这是的转弯时近光灯照亮区域几乎扩大了1倍，以帮助驾车者更好更快的适应弯道路况。当转弯半径为190米时，普通前照灯可照亮前方弯道30米处，而动态转弯灯可将照亮弯道区域再延长25米。在激活远光灯功能时，动态转弯灯同样发挥作用。尾灯虽然没有象前灯的发展那样引人关注，但尾灯系统同样发生了巨大的变化。其中的一个方面是智能化，就是使汽车尾灯自动的执行工作，改善于其它道路使用者之间的交流功能。例如，如果频繁的忘记关闭或者误用雾灯就会自动的由尾灯取代，不过这还要取决于具体天气条件。用于照明系统中的传感器会探测透镜周围的环境状况、污染物，甚至速度和交通信息。当有汽车尾随时，输入信息经分析后，尾灯的工作方式自动改为“有雾”状态，减少尾灯的亮度，避免车祸的发生。通过采用脉冲宽度调整LED，尾灯的亮度可以很轻易的以低成本的方式实现在很大的范围内的改变。另外一种智能技术是紧急刹车后，自动紧急后灯就会亮起（这种技术在一些汽车中已经实现，不过是在安全气囊打开后）。通过采用LED矩阵，尾灯的形状和亮度可以相应的改变。这种方法还提供白天和夜间的model-to-model改变及软件驱动改变。如果LED矩阵用于尾灯，现在尾灯已确定的形状将来可能不会再延续下去，他们的形状可以由软件命令来确定和改变，这有可能取决于法律的规定（刹车灯和指示灯）。例如，刹车灯与倒车灯可以变成不同形状。 最后，刹车灯的照量范围也可以由汽车行驶速度的快慢来决定。BMW概念车X-Coupe已经采用了该技术，在开始刹车时，刹车灯只有外围亮。随着踏板压力的不断增加，照明的范围逐渐的闲内延伸，全刹车时，整个区域被照亮。目前，红色LED已经开始被用在一系列的汽车刹车灯上，低功耗、快速启点和较长的使用寿命使它们具有了比传统灯更先进的优点。内部照明随着消费者对汽车舒适性要求的提高，汽车制造商不断开发新技术以缓解汽车行驶中的驾驶者和乘客之间的心理压力，内部照明技术也随之更加先进。Audi A8在门套、把手（内、外）、门饰及驾驶者放腿脚的搁脚空间（footwells）等地方都安装了相应的照明灯。不过，事实上，汽车内部的照明系统仍保留在比较初始的阶段，照明的方式和控制通常用手来实现，其它小舱的灯也仅是几个离散的。不过，由于这方面较少的立法限制，这方面的改进也将会很快。除了介绍的彩色的LED，电(场)致发光（electroluminescent (EL) ）foils也可以用来提供形状统一的发光体。这在飞机中已经有了应用，还可以用来作为照明的辅助设备和统一的照明带。Mercedes 和Volvo汽车现在开始安装外部照明入口，