汽車電子電氣系統(tǒng)概述

課程描述：

隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，汽車已經(jīng)不再是單純的運輸工具，它正向著高速、安全、經(jīng)濟、舒適、環(huán)保以及智能化、人性化發(fā)展。汽車電氣設(shè)備是汽車重要組成部分，其性能的好壞直接影響汽車的動力性、經(jīng)濟性、可靠性、舒適性及環(huán)保性。（60年代）紅旗轎車（20世紀(jì)50年代以前）舊款老爺車汽車電氣設(shè)備的發(fā)展：（70年代）奧迪轎車（80年代）大眾帕薩特新領(lǐng)馭（21世紀(jì)后）豐田普銳斯電動轎車3汽車電子電氣系統(tǒng)組成電子電火蓄電池前小燈散熱風(fēng)扇前霧燈指示燈開關(guān)喇叭電動倒車鏡儀表板尾燈后窗加熱除霜起動機保險絲盒發(fā)電機音響1.1汽車電子技術(shù)發(fā)展概述1.2汽車電氣技術(shù)概論1.3電動汽車技術(shù)發(fā)展概論1.4現(xiàn)代汽車電子與電氣的目的和方法汽車電子發(fā)展概況汽車電子控制理論發(fā)展概況汽車電子技術(shù)的應(yīng)用汽車電子的發(fā)展方向1.1汽車電子技術(shù)發(fā)展概述第一階段（1974年以前）：初級階段。發(fā)展獨立性的零部件。第二階段（1974年～1982年）：迅速發(fā)展階段。廣泛應(yīng)用集成電路和16位以下微處理器。第三階段（1982年～1990年）：微機在汽車上應(yīng)用日益成熟并向智能化發(fā)展階段。第四階段（1990年以后）：向智能化發(fā)展的高級階段，開發(fā)了各種車輛整體的電子控制系統(tǒng)，進入汽車電子時代。發(fā)動機電子控制噴油系統(tǒng)電子點火系統(tǒng)智能可變氣門正時系統(tǒng)電控自動變速器ECT防抱死制動系統(tǒng)ABS電子轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)自適應(yīng)懸掛系統(tǒng)定速巡航自動控制系統(tǒng)安全，環(huán)保，節(jié)能傳感器不斷提高，數(shù)量增加處理器升級換代汽車系統(tǒng)升壓數(shù)據(jù)總線應(yīng)用日益普及智能汽車，智能交通ITS開始應(yīng)用嵌入式軟件，硬件的設(shè)計開發(fā)新技術(shù)在汽車電子產(chǎn)品的應(yīng)用1.2汽車電氣技術(shù)概述汽車電氣設(shè)備的組成現(xiàn)代電氣設(shè)備種類及數(shù)量繁多，但總的來說可以大致分為三大部分：電源、用電設(shè)備、汽車電氣線路。電源系統(tǒng)又稱為充電系統(tǒng)，由蓄電池、發(fā)電機、調(diào)節(jié)器及充電指示裝置組成。發(fā)動機不工作時由蓄電池供電，發(fā)動機啟動后，轉(zhuǎn)由發(fā)電機供電。當(dāng)發(fā)電機端電壓高于蓄電池端電壓時，在向用電設(shè)備供電的同時，又向蓄電池充電。調(diào)節(jié)器的作用是在發(fā)電機工作時，保持其輸出電壓的穩(wěn)定。圖蓄電池1、電源系統(tǒng)圖發(fā)電機

圖電壓調(diào)節(jié)器2.用電設(shè)備（1）起動系統(tǒng)

啟動系主要包括起動機及控制電路（啟動繼電器等），用來啟動發(fā)動機。圖常見起動機結(jié)構(gòu)

點火系的作用是來產(chǎn)生電火花，適時可靠地點燃?xì)飧字锌扇蓟旌蠚猓▋H用于汽油機汽車上）。主要包括點火線圈、分電器總成（點火信號發(fā)生器）、點火器、火花塞等。分電器點火線圈火花塞照明包括車外和車內(nèi)的照明燈具，其作用是確保車輛內(nèi)外一定范圍內(nèi)合適的照度，提供車輛夜間安全行駛必要的照明。信號裝置包括音響信號和燈光信號兩類，用來提供安全可靠行車所必需的信號。圖前照燈的結(jié)構(gòu)用來監(jiān)測汽車的各種工作情況，使駕駛員能夠通過儀表、報警裝置及顯示裝置，及時發(fā)現(xiàn)發(fā)動機及汽車的各種參數(shù)及異常情況，確保汽車正常運行。主要包括電流表（電壓表）、水溫表、燃油表、機油壓力表、車速里程表、發(fā)動機轉(zhuǎn)速表、氣壓表、各種報警燈等（電子顯示裝置）。用來為駕駛員和乘客提供良好的工作條件和舒適的乘坐環(huán)境。主要包括擋風(fēng)窗玻璃及洗滌刮水器、電動車窗、電動座椅、后視鏡、空調(diào)裝置、音響設(shè)備、衛(wèi)星導(dǎo)航和定位系統(tǒng)及防盜裝置?，F(xiàn)代汽車電氣線路主要包括中央控制盒、保險裝置、繼電器、電線束及插接件、電路開關(guān)等，電路構(gòu)成一個統(tǒng)一的整體。

隨著現(xiàn)代汽車技術(shù)的發(fā)展，電子控制系統(tǒng)采用的越來越多，所占的比重日益加大。各電控系統(tǒng)由獨立變成了相互聯(lián)系，構(gòu)成了汽車局域網(wǎng)絡(luò)。3.汽車電氣線路

二、汽車電氣系統(tǒng)的特點現(xiàn)代汽車電器與電子設(shè)備雖然種類繁多，功能各異，但其線路都應(yīng)遵循一定的原則，了解這些原則對進行汽車電路分析是很有幫助的。

汽車電氣系統(tǒng)的主要特點如下：1.低壓

汽車電氣系統(tǒng)的額定電壓主要有12V和24V兩種。汽油車普遍采用12V電源，柴油多采用24V電源（由兩個12V蓄電池串聯(lián)而成）。

現(xiàn)代汽車發(fā)動機是靠電力啟動機啟動的，啟動機由蓄電池供電，而蓄電池充電又必須用直流電源，所以汽車電系為直流系統(tǒng)。2.直流

圖單線制3.單線制單線連接是汽車線路的特殊性，它是指汽車上所有電器設(shè)備的正極均采用導(dǎo)線相互連接，而所有的負(fù)極則直接或間接通過導(dǎo)線與車架或車身金屬部分相連，即搭鐵。任何一個電路中的電流都是從電源的正極出發(fā)經(jīng)導(dǎo)線流入用電設(shè)備后，再由電器設(shè)備自身或負(fù)極導(dǎo)線搭鐵，通過車架或車身流回電源負(fù)極而形成回路。由于單線制導(dǎo)線用量少，線路清晰，接線方便，因此廣為現(xiàn)代汽車所采用。4.并聯(lián)連接各用電設(shè)備均采用并聯(lián)，汽車上的兩個電源（蓄電池與發(fā)電機）之間以及所有用電設(shè)備之間，都是正極接正極，負(fù)極接負(fù)極，并聯(lián)連接。

由于采用并聯(lián)連接，所以汽車在使用中，當(dāng)某一支路用電設(shè)備損壞時，并不影響其他支路用電設(shè)備的正常工作。圖用電設(shè)備并聯(lián)

5.負(fù)極搭鐵

圖負(fù)極搭鐵

采用單線制時，蓄電池一個電極需接至車架或車身上，俗稱“搭鐵”。蓄電池的負(fù)極接車架或車身稱之為負(fù)極搭鐵；蓄電池的正極接車架或車身稱之為正極搭鐵。負(fù)極搭鐵對車架或車身金屬的化學(xué)腐蝕較輕，對無線電干擾小。我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定汽車線路統(tǒng)一采用負(fù)極搭鐵。為了防止因短路或搭鐵而燒壞線束，電路中一般設(shè)有保護裝置，如熔斷器、易容線。6.設(shè)有保險裝置

7.汽車線路有顏色和編號特征

為了便于區(qū)別各線路的連接，汽車所有低壓導(dǎo)線必須選用不同顏色的單色線或雙色線，并在每根導(dǎo)線上編號。42V汽車電氣技術(shù)超級電容+蓄電池起動/發(fā)電一體化技術(shù)激光點火技術(shù)道路無污染，噪聲低能源效率高，能源多樣化結(jié)構(gòu)簡單，使用維修方便純電動汽車混合動力電動汽車燃料電池電動汽車動力蓄電池和管理系統(tǒng)1.動力電池技術(shù)指標(biāo)：安全性，能量，比功率，壽命，循環(huán)價格，能量轉(zhuǎn)換率。2.要求：大功率放電能力，更高比功率；

高效充電放電能力；

相對穩(wěn)定性。電池管理系統(tǒng)要求：1.基本的管理能力2.較強的熱量管理能力3.高壓管理能力4.車載CAN通信能力5.較好的電磁兼容EMC能力傳統(tǒng)內(nèi)燃機限制：高效產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩時的轉(zhuǎn)速限制在窄范圍，電動機寬廣的速度范圍內(nèi)高效產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，行駛過程中不需要換擋，操作方便，噪聲低。電機驅(qū)動控制系統(tǒng)是新能源汽車車輛行駛的主要執(zhí)行結(jié)構(gòu)，驅(qū)動電機和其控制系統(tǒng)是新能源汽車的核心之一。分類：直流有刷、無刷，永磁、無磁。電動汽車隊驅(qū)動電機系統(tǒng)的要求:1.基速以下輸出大轉(zhuǎn)矩，以適應(yīng)車輛的起步、加速、負(fù)荷爬坡、頻繁起停等復(fù)雜工況。2.基速以上為恒功率員運行，以適應(yīng)最高車速，超車等需要。3.全轉(zhuǎn)速運行范圍內(nèi)的效率最優(yōu)化，以提高車輛的需駛里程。4.結(jié)構(gòu)堅固、體積小、質(zhì)量輕、環(huán)境適應(yīng)性良好、可靠性高。5.低成本電池管理系統(tǒng)功能：數(shù)據(jù)采集，剩余容量的估算，電氣控制，熱管理，安全管理，數(shù)據(jù)通信。影響電動汽車推廣應(yīng)用主要因素;動力電池安全性和使用成本（延長使用壽命）在控制策略方面，變結(jié)構(gòu)控制，模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，專家系統(tǒng)逐漸應(yīng)用到驅(qū)動系統(tǒng)。目前存在問題：1全運行范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速控制精度、效率最優(yōu)化。2系統(tǒng)的可靠性、耐久性3動力總線裝置集成度4關(guān)鍵材料和關(guān)鍵元器件依靠進口5尚未形成完整的、滿足汽車工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的供應(yīng)商體系一電池技術(shù)發(fā)展方向存在問題:1.制造的一致性問題2.原材料的篩選問題3.可靠性、安全性驗證問題4.成本與壽命問題BMS研究方向：數(shù)據(jù)采集的可靠性、SOC的估算精度，安全管理。1.技術(shù)困難：數(shù)據(jù)采集數(shù)量大，精度要求高；電池的非線性制約SOC的預(yù)測精度；內(nèi)部電路復(fù)雜，安全性差，抗干擾能力要求高。2.研究重點：電池內(nèi)部的變化規(guī)律，有效算法估算SOC，減小SOC誤差。3.BMS安全管理和控制功能模塊，電池自身安全問題，均衡充電，高壓和高電流漏電4.通用性的BMS車用驅(qū)動電機系統(tǒng)尚需提高的方面：電機與控制系統(tǒng)的集成化，高性能電機控制策略，電機效率優(yōu)化，系統(tǒng)熱管理；系統(tǒng)失效模式分析，系統(tǒng)可靠性，耐久性預(yù)測與快速評估方法；系統(tǒng)電磁兼容，環(huán)境適應(yīng)性研究及試驗驗證，電機系統(tǒng)成本控制。設(shè)計目的：根據(jù)實際需要，建立模型，進行性能分析與仿真，以及軟硬件的設(shè)計。本書主要：汽車電子調(diào)理電路和驅(qū)動電路的設(shè)計、汽油機燃油噴射電子控制系統(tǒng)設(shè)計、點火控制系統(tǒng)設(shè)計、汽車低速防撞裝置設(shè)計、基于CAN總線的汽車照明控制系統(tǒng)設(shè)計、再生ABS電機控制系統(tǒng)設(shè)計汽車電子控制共性問題，傳感器、控制器、執(zhí)行器。系統(tǒng)共同點：對于所有的電子控制系統(tǒng)，一般情況需要建立系統(tǒng)的動態(tài)模型，建立數(shù)學(xué)模型，設(shè)計控制器。實現(xiàn)對被控對象的精確控制，通過傳感器裝置測量被控對象的變化信息。汽車電氣的共性問題。1.系統(tǒng)工作2.硬件工作（1）系統(tǒng)規(guī)范分析與系統(tǒng)設(shè)計（2）底層設(shè)計與分析（3）印刷電路板設(shè)計（4）樣件調(diào)試與測試（5）經(jīng)驗總結(jié)3軟件工作流程：需求確認(rèn)、概念設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計、編碼、單元測試、集成測試、系統(tǒng)測試與維護。底層軟件設(shè)計包括子系統(tǒng)設(shè)計與代碼實現(xiàn)。理想軟件設(shè)計;應(yīng)用層，完成功能規(guī)范客戶定義的功能服務(wù)層，完成信號處理的工作，包括網(wǎng)絡(luò)管理、診斷功能、輸入信號處理、部分頂層驅(qū)動的管理。驅(qū)動層，直接驅(qū)動通信芯片與輸入、輸出操作等。4測試工作項目前期軟件測試和硬件測試。中期搭建測試臺架，完成設(shè)計驗證和產(chǎn)品驗證。5結(jié)構(gòu)工作目的：為電子模塊選擇合適外殼材料、設(shè)計匹配外殼、保證機械特性和設(shè)計模塊子啊車內(nèi)的安裝方式。V形設(shè)計開發(fā)流程V形設(shè)計驗證逆向設(shè)計

了解汽車電氣設(shè)備常用工具量具與儀器的正確使用。任務(wù)二汽車電氣系統(tǒng)常用工具的使用（1）一字起子（如右圖），又稱一字形螺釘旋具、平口改錐，用于旋緊或松開頭部開一字槽的螺釘。一、拆裝工具1.起子（螺絲刀）

圖一字起子（2）十字形起子（如右圖），又稱十字槽螺釘旋具、十字改錐，用于旋緊或松開頭部帶十字溝槽的螺釘，材料和規(guī)格與一字形起子相同。圖十字形起子

圖一字起子與十字起子規(guī)格解析（1）套筒扳手

套筒扳手的材料、環(huán)孔形狀與梅花扳手相同，適用于拆裝位置狹窄或需要一定扭矩的螺栓或螺母。套筒扳手主要由套筒頭、手柄、棘輪手柄、快速搖柄、接頭和接桿等組成，各種手柄適用于各種不同的場合，以操作方便或提高效率為原則，常用套筒扳手的規(guī)格是10～32mm。在汽車維修中還采用了許多專用套筒扳手，如火花塞套筒、輪轂套筒、輪胎螺母套筒等。2.扳手

圖套筒扳手

（2）梅花扳手

梅花扳手其兩端時環(huán)狀的，環(huán)的內(nèi)孔由兩個正六邊形互相同心錯轉(zhuǎn)30°而成。使用時，扳動30°后，即可換位再套，因而適用于狹窄場合下操作，與開口扳手相比，梅花扳手強度高，使用時不易滑脫，但套上、取下不方便。

圖梅花扳手（3）開口扳手

開口扳手（如下圖）是最常見的一種扳手，又稱呆扳手。其開口的中心平面和本體中心平面成15°角，這樣既能適應(yīng)人手的操作方向，又可降低對操作空間的要求。圖開口扳手（4）活動扳手

活動扳手（如下圖）其開口尺寸能在一定的范圍內(nèi)任意調(diào)整，使用場合與開口扳手相同，但活動扳手操作起來不太靈活。圖活動扳手（5）內(nèi)六角扳手

內(nèi)六角扳手（如下圖）是用來拆裝內(nèi)六角螺（螺塞）用的。規(guī)格以六角形對邊尺寸S表示，有3～27mm尺寸的13種，汽車維修作業(yè)中使用成套內(nèi)六角扳手拆裝M4～M30的內(nèi)六角螺栓。圖內(nèi)六角扳手（6）扭力扳手

扭力扳手是一種可讀出所施扭矩大小的專用工具。其規(guī)格是以最大可測扭矩來劃分的。圖扭力扳手（1）鉗工錘（如右圖），又稱圓頭錘。其錘頭一端平面略有弧形，是基本工作面，另一端是球面，用來敲擊凹凸形狀的工件。3.手錘和鉗

圖鉗工錘（2）尖嘴鉗，因其頭部細(xì)長，所以能在較小的空間工作，帶刃口的能剪切細(xì)小零件，使用時不能用力太大，否則鉗口頭部會變形或斷裂。圖尖嘴鉗測試燈由一個12V的燈泡和導(dǎo)線組成，用于線路短路、斷路、通路的檢測，結(jié)構(gòu)如圖所示。切勿用測試燈檢測電控單元（ECU）及其電路。另外還有一