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汽车电器基础知识 目录 一 汽车电器系统汽车供电系统起动系统点火系统组合仪表照明信号与辅助电器系统汽车电路二 发动机电子控制技术发动机电子控制技术汽车防抱死系统安全气囊与安全带控制系统电子控制力动力装向系统CAN总线技术 汽车供电系统 汽车电源系统汽车供电系统的作用是向车载各用电设备提供电能 由蓄电池和发电机并联组成 在发动机工作时 由发动机带动发电机向汽车用电设备提供电能 并向蓄电池充电 目前内燃机汽车整车电压一般为汽油机12V 柴油机为24V两种 20世纪80年代以来 随着人们对汽车乘做舒适性 燃油经济性 排放环保性要求的日益提高 汽车上的新装置 新技术不断增多 能耗量不断增加 人们已经开始研究42V汽车电气系统 以满足不断增大的功耗 供电系统总成 蓄电池蓄电池是一种可逆直流电源 在汽车上与发电机并联 蓄电池的种类很多 根据电解液的不同 有酸性和碱性之分 由于铅酸蓄电池内阻小 电压稳定 在短时间内能提供较大的启动电流 而且结构简单 价格较低 所以在汽车上得到广泛应用 蓄电池构造见下图 它主要由极板 隔板 电解液及壳体等部分组成 蓄电池额定容量C20 根据GB T5008 起动用铅酸蓄电池技术要求 的规定 C20是指完全充足电的蓄电池 在电解液温度为25 时 以20h放电率连续放电到蓄电池端电压下降至10 5V 0 05 蓄电池所输出的电量 单位为A h 汽车电源系统 为了保持蓄电池良好的技术状态 普通蓄电池在使用过程中需要定期进行液面高度检查 补充蒸馏水和补充充电等工作 为了免除或减少这些烦琐的维护工作 世界各国都在竞相研制免维护蓄电池并获得成功 在20世纪70年代后期进入国际市场 取得了迅猛发展 免维护蓄电池在汽车合理使用过程中不需要添加蒸馏水 可用3 5年 4年不必加蒸馏水 同时电桩腐蚀轻 自行放电少 在车上储存时不需要补充充电 汽车电源系统 发电机发电机是汽车上的主要电源装置 由发动机驱动 它在正常工作时 对除起动机以外的所有用电设备供电 并向蓄电池充电 以补充蓄电池在使用中的消耗 发电机通常由转子 定子 整流器 前后端盖 带轮及风扇组成 结构见下图 起动系统 起动系统起动系统的作用是将蓄电池的电能转变为机械能 驱动发动机使其起动 起动系统一般由蓄电池 起动机 点火开关 起动继电器等组成 起动机起动机由直流电动机 传动机构和控制装置组成 直流电动机以蓄电池为动力电源产生电磁转矩 在控制装置的作用下 通过传动机构将电磁转矩传递给发动机 点火系统 点火系统作用 适时提供足够能量的电火花 使发动机能及时 迅速地作功 传统点火系统的组成 电源 蓄电池 发电机点火开关点火线圈附加电阻分电器火花塞高压线阻尼电阻 点火系统 点火系统 点火系统发展1 1886年 磁电机点火系2 1908年 蓄电池点火系统 传统 3 60年代 有触点电子点火系统 过渡产品 4 70年代 无触点电子点火系统 IC控制 5 80年代 微机控制电子点火系统 ECU控制 组合仪表 组合仪表组合仪表一般由仪表和报警指示灯组成 组合仪表 1 汽车仪表不同汽车仪表板的仪表不尽相同 但是一般汽车的常规仪表有车速里程表 转速表 机油压力表 水温表 燃油表等 车速里程表它表示汽车的时速 单位是km h 公里 小时 车速里程表实际上由两个表组成 一个是车速表 另一个是里程表 传统的车速表是机械式的 随着电子技术的发展 现在普遍轿车仪表已经使用电子车速表 常见的一种是从变速器上的车速传感器获取信号 通过脉冲频率的变化使指针偏转或者显示数字 转速表转速表一般在组合仪表内与车速里程表对称的放在一起 它通过计算点火线圈输送过来的电压脉冲来驱动指针来显示发动机转速或者通过曲轴位置传感器来采集发动机转速信号 水温表显示冷却液温度的仪表 单位是 它的传感器是一种热敏电阻式的传感器 用螺纹固定在发动机冷却水道上 组合仪表 燃油表燃油表是显示油箱内的油量的仪表 单位是L 指针指向 F 表示满油 指向 E 表示无油 燃油表内有两个线圈 分别在 F 与 E 一侧 传感器是由一个浮子高度控制的可变电阻 阻值变化决定两个线圈的磁力强弱 也决定了指针的偏转方向 机油压力表机油压力表是显示机油压力的仪表 单位是kPa 千帕 机油压力传感器是一种压阻式传感器 用螺纹固定在发动机机油管路上 目前有许多汽车的机油压力表用指示灯表示 如果发动机运转时它仍然亮着 就表示发动机润滑系统可能不正常了 2 报警指示灯根据上图中的标号说明如下 安全气囊报警指示灯 每次点火时 该灯会亮起 表示车载电脑正在检测安全气囊的状态 几秒后 该指示灯熄灭则代表检测成功无异常 如果点火后此灯长亮不灭则代表安全气囊系统出了故障 组合仪表 发动机故障指示灯该指示灯代表发动机系统的故障 如在点火后或行驶过程中该灯常亮不灭或闪动 则代表管理系统检测到了发动机故障 水温报警指示灯点火启动时车载系统会检测冷却液的状态 无问题时此灯迅速熄灭 制动系统故障指示灯该灯如果亮起不灭 则代表前轮刹车片已磨损至该更换的程度 或者制动液不足 油量报警指示灯该灯亮起表示油量不足 需尽快加油 机油压力报警指示灯点火启动时车载系统会检测机油的状态 无问题时此灯迅速熄灭 车门未关报警灯有车门未关时灯亮起 危险警告灯当汽车发生故障或遇其他紧急情况时 用来向周围行人 车辆或交警报警 接通报警灯开关 所有的转向信号灯均同时闪烁 组合仪表 ABS系统报警指示灯点火启动时车载系统会检测ABS状态 无问题时此灯迅速熄灭 远光指示灯当将大灯切换为远光时该灯点亮 充电指示灯正常时在启动时此灯会亮起 发动机点火成功后熄灭 安全带指示灯驾驶员侧安全带未系时 灯亮 左转向指示灯打左转向灯时 指示灯亮 右转指示灯打右转向灯时 指示灯亮 前雾灯指示开前雾灯时 指示灯亮 后雾灯指示开后雾灯时 指示灯亮 照明信号与辅助电器系统 5 照明信号与辅助电器系统1 照明系统汽车上常用的照明灯主要有 前照灯前照灯作用是用来照明前方道路 可以分为远光灯和近光灯 远光灯是用于照明车辆前方远距离道路 近光灯是照明车辆前方道路 对来往车辆驾驶员和其他道路使用者不会造成眩目 根据国家法规要求 前照灯汽车必须配备 并且必须配备接通指示器 远光灯与近光灯的光色为白色 照明信号与辅助电器系统 雾灯雾灯分为前雾灯和后雾灯 前雾灯用于改善在雾 雪 雨或尘埃情况下道路照明的灯具 后雾灯的作用是在大雾天气下 从车辆后方观察 使得车辆更为易见的灯具 根据国家法规要求 后雾灯为必装件 而且必须配备接通指示器 前雾灯为选装件 且前雾灯的光色为白色或黄色 后雾灯的光色为红色 在国外 法国和德国的车辆必须安装雾灯 但在能见度好的情况下 绝对不允许使用雾灯 美国 日本 韩国等国家对于安装雾灯不做强制规定 装不装完全由用户决定 前雾灯 后雾灯 照明信号与辅助电器系统 前位灯从车辆前方观察表明车辆存在和宽度的灯目前市场上有很大一部分的车都把远光灯 近光灯 前转向灯 位置灯集成在一起 形成前组合灯 转向灯 位置灯 近光灯和远光灯 照明信号与辅助电器系统 内部照明灯内部照明灯包括顶灯 阅读灯及仪表照明灯等 阅读灯 顶灯 照明信号与辅助电器系统 牌照灯用于照明后牌照板空间的装置 根据国家法规要求为必装件 光色为白色 照明信号与辅助电器系统 2 信号系统转向灯用于向其他道路使用者表明车辆将向左或向右转向的灯具 根据国家法规要求转向灯和接通指示器为必装件 并且在车辆同一侧的所有转向灯应由一个开关控制同时打开或关闭 并通过闪光器同时闪烁 转向灯可以分为前转向灯 侧转向灯和后转向灯 根据国家法规要求为必装件 光色为琥珀色 目前市场上汽车侧转向灯比较常见的安装形式有两种 一种是安装在翼子板上 还有一种是和后视镜集成在一起 照明信号与辅助电器系统 2 信号系统尾灯目前市场轿车基本上都是组合型尾灯 把制动灯 后转向灯 倒车灯和后位灯组合在一起 制动灯的光色为红色 后转向灯的光色为琥珀色 后位灯的光色为红色 倒车灯的光色为白色 转向灯 倒车灯 制动灯与位置灯 辅助位置灯 照明信号与辅助电器系统 回复反射器通过外来光源照射后的反射光 向位于光源附近的观察者表明车辆存在的装置 根据国家法规要求汽车必须配装非三角型回复反射器 反射器可以单独安装 可以和后雾灯组合在一起安装 也可以和后尾灯组合在一起安装 照明信号与辅助电器系统 危险警告灯危险警告灯是在紧急情况下能发出闪光报警信号的灯具 通常由转向灯兼任 方法是同时打开车上所有的转向灯 向其他车辆使用者表明 车辆暂时具有某种特殊危险 高位制动灯高位制动灯也称为第三制动灯 它一般装在车尾上部 以便后方车辆能及早发现前方车辆而实施制动 防止发生汽车追尾事故 由于汽车已有左右两个制动灯 因此人们习惯上也把装在车尾上部的高位制动灯称为第三制动灯 辅助电器设备 3 辅助电器设备刮水系统刮水器的作用是用来清扫风窗玻璃上的雨水 雪 或灰尘 以保证驾驶员良好的视野 辅助电器设备 洗涤系统洗涤器由洗涤液壶 包括洗涤泵 喷嘴和连接管组成 洗涤液壶安装在发动机舱内 其内储有同水 酒精或洗涤剂等配置的清洗液 喷嘴安装在发动机舱盖上 洗涤器的组成如图 1 喷嘴 2 洗涤管 3 三通接头 4 洗涤液壶盖 5 洗涤液壶 6 洗涤泵 7 衬垫 辅助电器设备 后除霜装置在后风窗玻璃内表面均匀间隔的镀有数条导电膜 形成电热丝 需要通电时 接同后除霜开关 电热丝将通电加热风窗玻璃 即可防止结霜 电动后视镜现在轿车上大多装备了电动后视镜 电动后视镜主要由镜面玻璃 双电动机 连接件 传递机构及壳体组成 控制开关由旋转开关 摇动开关和线束组成 辅助电器设备 电动玻璃升降器现代轿车大多数都装用了玻璃升降器 结构如下图 当玻璃升降器中的永磁直流电动机电路接通时 转轴输出转矩 经蜗轮蜗杆减速后 再由缓冲连轴器带动卷丝筒旋转 使钢丝绳拉动安装在玻璃托架上的滑动支架在导轨中上下运动 达到玻璃升降的目的 辅助电器设备 音响系统虽然音响设计对于轿车来讲 只是一种辅助行设备 对车子的运行性能没有影响 但随着人们对享受的要求越来越高 汽车制造商也日益重视轿车的音响设备 并将它作为评价轿车舒适性的依据之一 目前汽车音响的音质处理已经朝数码技术发展 高级汽车音响带有SAT数码音响 DSP 数码信号处理器 MP3技术 形成了数字化 逻辑化 大功率的立体声系统音响系统一般由主机 扬声器和天线组成 辅助电器设备 操纵部件操纵部件用于控制车上各种电器 主要指的汽车各种开关 像点火开关 组合开关及各种翘板开关 组合开关 点火锁 汽车电路设计 1 电源分配设计整车电气系统电源分配设计基本上由三个部分组成蓄电池直接供电系统 一般称常电或者30电 这部分的电源所接负载一般都是汽车的安全件或重要件 主要目的是在为这些件提供电能时尽量少的加以控制 确保这些件件即使汽车发动不起来也能短暂正常工作 以方便到站点维修等 如发动机ECU及诊断接口等 点火开关控制的供电系统 一般称为IGN1电 这部分电器件基本上是在发动机工作运转的情况下才使用 取自发电机的电源 如仪表电源 安全气囊电源等 发动机起动时卸掉负载的电源 一般为ACC电或者IGN2电 这部分电器件一般所带的负载较大 且在汽车起动时不必工作 一般有点烟器电源 空调电源 收放机电源 刮水器电源等 汽车电路设计 2 线束线束是汽车电气系统的传输介质 有连接器和电线及外装保护材料组成 形象的讲 发动机好比汽车的心脏 而线束则是整车的神经统 线束是我们汽车电器设计里产出的最重要产品之一 整车线束根据其在整车的位置一般可以分为发动机线束 发动机舱线束 仪表板线束 车身线束 顶棚线束 和车门线束 汽车电路设计 1 线束的包裹材料一般有波纹管 PVC管 胶带等波纹管在线束包扎中一般占到60 左右 甚至更多 主要的特点就是耐磨性较好 在高温区耐高温性 阻燃性 耐热性都很好 波纹管的耐温在 40 150 之间PVC管的功用和波纹管差不多 PVC管柔软性和抗弯曲变形性比较好 而且PVC管一般为闭口 所以PVC管主要用于线束拐弯的分支处 以便使导线圆滑过渡 胶带在线束中起到捆扎 耐磨 绝缘 阻燃 降噪 做标记等作用 线束用胶带一般分为PVC胶带 气绒布胶带和布基胶带3种 PVC胶带耐磨性 阻燃性较好 耐温在80 左右 价格便宜 但降噪性不好 绒布胶带的包扎性和降噪性最好 耐温在105 左右 布基胶带的耐磨性最好 耐温最好150 左右 绒布胶带和布基胶带共有的缺点是阻燃性不好 价格昂贵 汽车电路设计 2 线路的保护设计线路保护就是要对导线加以保护 兼顾对回路电器件的保护 保护装置主要有熔断器 断路器和易熔线 熔断器俗称保险丝 可分为快熔式和慢熔式 快熔式熔断器的主要部件是细锡线 其中片式熔断器结构简单 可靠性和耐振性好 易检测 所以被广泛应用 慢熔式熔断器主要部件是锡合金片 这种结构的熔断器一般连接在感性负载的电路中 如电机电路熔断器 发动机ECU ABS等对整车性能及安全影响较大 或者易受其他用电设备干扰的电器件必须单设熔断器 保险丝的选择原则 对于长期工作的用电设备 熔断丝的容量是用电设备额定负载电流的1 25倍 Ir 1 25Ie对于短期工作的用电设备 熔断丝的容量是用电设备额定负载电流的0 8倍 Ir 0 8Ie 汽车电路设计 对于电阻性用电设备熔断丝的容量选择 熔断丝的容量是额定负载电流的1 25倍 Ir 1 25Ie对于灯泡负载熔断丝的容量选择 熔断丝的容量是额定负载电流的2 0倍 Ir 2 0Ie对于有冲击电流的用电设备熔断丝的容量选择 熔断丝的容量是额定负载电流的2 5倍 Ir 2 5Ie断路器断路器最大的特点是可恢复性 但其成本较高 现在的断路器一般采用PTC固体材料作为过电流保护元件 它是一种正温度系数的电阻 根据电流或温度的高低断开和接通 易熔线易熔线的特点是当线路通过极大的电流时 易熔线在一定时间内 一般 5s 熔断 从而切断电源 防止恶性事故 易熔线一般接在蓄电池直接引出的电路中 汽车电路设计 为了满足汽车不用功能的需要和控制的方便灵活性 在整车电气构成中采用了很多继电器和控制器 为了保护各功能电路中的过载 短路 所以在电路中装配了很多过载保护继电器和保险丝 为了使这么多的电器件在汽车上的布置既合理又便于维修 在现代轿车电路设计中均采用了中央配电盒 汽车电路设计 线束布置时的注意事项 保持简单 线束走向应简单直接 避免混淆和错误装配需有防误功能 设计的零部件只有一种方法可让其装到车上 避免线束走向在焊接点附近尽量避免走向在板金件之锐边附近一般情况电线固定点之间的距离应小于300mm 对于相对安全的直的区域里 这一距离可增加确保线路和附近的零部件 油 管线 管件等等维持足够的距离 一般来说 零部件应保持最小6mm的距离 除非电线固定在那些零部件上 与移动之零部件 在移动的零部件和电线之间有阻隔物 保持相同的距离 在最大公差条件下远离移动零部件19mm或更大的距离 与油管线保持至少25mm 远离一般的客户维护项目 机油尺量油计 加油管 等等 至少100mm以上要求针对小车 对于大型车辆 如公交之类的 要求可放宽 二 汽车电子控制技术 汽车电子控制技术是伴随着汽车法规 油耗法规 排放法规 安全法规 要求的提高和电子技术的进步而逐步发展到当今水平的 其发展过程大致可分为分立电子元件控制 集成电路控制和微型计算机控制3个阶段 电子控制系统都是由传感器 电子控制单元ECU ElectronicControlUnit 和执行器3部分组成 传感器的功用是采集各种信息 ECU的功用是分析处理传感器采集到的各种信息 并向受控装置 即执行器或执行元件 发出控制指令 执行器的功用是根据电子控制单元的指令完成具体的操作动作 根据汽车总体结构 汽车电子控制系统可分为发动机电子控制系统 底盘电子控制系统和车身电子控制系统 根据控制功能 汽车电子控制系统可分为动力行 经济性与排放性 安全性 舒适性 操纵性 通过性 娱乐与信息控制系统等7种类型 发动机电子控制系统 1 发动机电子控制系统发动机电子控制系统的主要功用是控制发动机喷油时间 即喷油量 和点火时刻 除此之外 还有控制发动机起动 怠速转速 极限转速 排气再循环 闭缸工作 二次空气喷射 爆震等 从而提高发动机的动力性 经济性 和排放性能 发动机电子控制系统常用的传感器有空气流量传感器 进气温度压力传感器 曲轴位置传感器 凸轮轴位置传感器 节气门位置传感器 冷却液温度传感器 氧传感器 爆震传感器和车速传感器电控单元 ECU 是发动机控制系统的核心部件 主要作用是接收各种传感器和控制开关输入的发动机工况信号 根据电控单元ECU内部预先编制的控制程序和存储的实验数据 通过科学计算和逻辑判断确定适应发动机工况的喷油时间和点火提前角等参数 并将这些参数转换为电信号控制各种执行元件动作 从而使发动机保持最佳运行状态 发动机电子控制系统 发动机电子控制系统 汽车防抱死系统 2 汽车防抱死系统汽车在光滑路面上行使紧急制动时 将会造成侧滑 甩尾和失去方向控制 为了提高汽车行使速度和制动时的安全 稳定性能 在现在轿车上均装用了制动防抱死系统 ABS ABS的作用是在汽车制动过程中 对车轮的运动状态进行迅速 准确而又有效的控制 使车轮的纵向 横向都保持较高的附着系数 从而保证驾驶员对汽车的转向能够控制 使汽车在最短的距离内停车和减少轮胎磨损 ABS的组成 ABS是在常规制动基础上 又增设如下装置 车轮轮速传感器 电子控制单元 制动压力调节器 ABS警告灯 ABS的优点 1 保持汽车制动时的方向稳定性2 保持汽车制动时的转向能力 防抱死系统 3 缩短制动距离 ABS能保证汽车在雨后 冰雪及泥泞路面上获得较高的制动效能 防止汽车侧滑甩尾 松散的沙土和积雪很深的路面除外 4 减少制动时的轮胎的磨损 ABS能防止轮胎在制动过程中产生严重的拖痕 提高轮胎的使用寿命 5 减少驾驶员的疲劳强度 安全气囊与安全带系统 3 安全气囊与安全带系统安全气囊系统SRS的功用是 当汽车遭受碰撞导致减速度集聚变化时 气囊迅速膨胀 在驾驶员 乘员与车内构件之间迅速铺垫一个气垫 利用气囊排气节流的阻尼作用来吸收人体惯性力产生的动能 从而减轻人体遭伤害的程度 正面气囊主要保护驾驶员和乘员的面部和胸部 侧面安全气囊的主要作用是保护驾驶员和乘员的头部与腰部 安全气囊系统是座椅安全带的辅助装置 只有在使用安全带的条件下 该系统才能充分发挥保护驾驶员和乘员的作用 各车型汽车安全气囊系统采用的控制部件的结构 数量和安装位置各有不同 但其基本组成大致相同 主要由左前与右前碰撞传感器 电控单元 气囊组件和指示灯组成 控制电路由备用电源电路 故障记忆电路 故障诊断与监测电路和点火引爆电路组成 电子控制动力转向系统 4 电子控制动力转向系统现代汽车上应用的动力转向系统按照其转向能源的不同可分为机械转向系统和动力转向系统两类 机械转向系统是依靠驾驶员操纵转向盘的转向力来实现车轮转向 动力转向系统则是在驾驶员的控制下 借助于汽车发动机工作中产生的液体压力或利用电动机产生的驱动力来实现车轮转向 所以动力转向系统也称为转向动力放大装置电子控制力动力转向系统 EPS 根据动力来源不同又可分为液压式和电动式两种 液压式是在传统的液压动力转向系统的基础上增设了控制液体流量的电磁阀 车速传感器和电子控制单元等 电子控制单元根据检测到的车速信号 控制电磁阀 使得转向动力放大倍率连续可调 从而满足高 低速时的转向助力要求 电动式是利用直流电动机作为动力源 电子控制单元根据转向参数和车速等信号 控制电动机扭矩的大小和方向 电动机扭矩由电磁离合器通过减速机构减速增扭后 加在汽车的转向机构上 使之得到一个与工况相适应的转向作用力 电子控制动力转向系统 CAN总线技术