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汽車電器與電子課程設(shè)計(jì)說明書華夏HX7180轎車汽車電器與電子設(shè)備線路設(shè)計(jì) 2015年6月12號(hào)內(nèi)容摘要：汽車的所有用電設(shè)備均是由蓄電池和發(fā)電機(jī)組合而成的電源系統(tǒng)供電，在此電源系統(tǒng)中，發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，對(duì)用電設(shè)備供電并對(duì)蓄電池充電。當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率不足以給汽車用電設(shè)備所消耗的功率時(shí)蓄電池對(duì)其供電。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)必須保證給蓄電池充足的充電時(shí)間以防止其虧點(diǎn)。發(fā)電機(jī)正常工作時(shí)，發(fā)電機(jī)是否給蓄電池進(jìn)行充電用儀表板上的充電指示燈提示。由于發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化范圍很大，為保證發(fā)電機(jī)發(fā)出的額定電壓不受轉(zhuǎn)速和輸出電流的影響，發(fā)電機(jī)必須裝有電壓調(diào)節(jié)器。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的電源功率全部由蓄電池供給，所以蓄電池必須保證具有足夠的容量才能順利起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。本文是對(duì)華夏HX7180轎車汽車電源系統(tǒng)和啟動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)的設(shè)計(jì)和對(duì)各主要電器設(shè)備的選用，并對(duì)其工作原理進(jìn)行了論述。關(guān)鍵字：蓄電池 發(fā)電機(jī) 發(fā)動(dòng)機(jī) 電壓調(diào)節(jié)器 起動(dòng)機(jī) 充電指示燈一 . 華夏HX7180轎車的相關(guān)數(shù)據(jù)華夏HX7180轎車汽車與電器與電子設(shè)備線路設(shè)計(jì)相關(guān)的基本技術(shù)數(shù)據(jù)見表1-1。表1-1 線路設(shè)計(jì)相關(guān)的基本技術(shù)數(shù)據(jù)車型 華夏HX7180輪距（前/后）mm1480/1485驅(qū)動(dòng)形式42前輪驅(qū)動(dòng)最高車速km/h150自重kg1000功率(kw/r/min)65/5200總重kg1600排量L1.8整車外形尺寸（長(zhǎng)寬高）mm4770 1800 1450發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)/壓縮比481Q/8.5:1軸距mm 2700電源系統(tǒng)電壓V12.起動(dòng)機(jī)和蓄電池的參數(shù)選擇1起動(dòng)機(jī)功率的選擇起動(dòng)機(jī)的選擇應(yīng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、起動(dòng)機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的最佳傳動(dòng)比、蓄電池容量這三個(gè)參數(shù)來確定。起動(dòng)機(jī)必須具有足夠的功率才能保證迅速、可靠地起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。功率的大小由發(fā)動(dòng)機(jī)的最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)阻力矩決定，即。式中：的單位為Nm，的單位為r/min。發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)阻力矩有摩擦力矩、壓縮損失力矩和發(fā)動(dòng)機(jī)附件損失力矩三部分組成。其中摩擦力矩是活塞與缸壁的摩擦、曲軸軸承摩擦及攪油阻力等產(chǎn)生，占起動(dòng)阻力矩的60%。壓縮力矩與氣缸容積和壓縮比有關(guān)，約占起動(dòng)阻力矩的25%。發(fā)動(dòng)機(jī)附件阻力矩是發(fā)動(dòng)機(jī)用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)、分電器、汽油泵、風(fēng)扇、水泵等所消耗的力矩，約占起動(dòng)阻力矩的15%。一般由試驗(yàn)測(cè)定，也可用式Mq=CL來計(jì)算，即Mq=CL=35 1.8=63Nm。 式中：C表示系數(shù)，取3040，L為發(fā)動(dòng)機(jī)排量。發(fā)動(dòng)機(jī)的最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速nq是保證發(fā)動(dòng)機(jī)可靠起動(dòng)曲軸的最低轉(zhuǎn)速。汽油機(jī)在020時(shí)，根據(jù)汽油機(jī)的霧化條件，最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速為應(yīng)3040r/min。為保證低溫起動(dòng)，通常取起動(dòng)轉(zhuǎn)速為5070r/min。即 =6370/9550=0.46kw考慮到要有一定的功率儲(chǔ)備，合理選取為1.0kw2 起動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)比選擇（1）最佳傳動(dòng)比的計(jì)算。所謂最佳傳動(dòng)比，即起動(dòng)機(jī)工作在最大功率時(shí)，對(duì)應(yīng)的起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)能可靠起動(dòng)的曲軸轉(zhuǎn)速之比，即=136/9=15.1式中：表示飛輪齒圈齒數(shù)； 表示起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪 （2）傳動(dòng)比的實(shí)際選擇 根據(jù)計(jì)算的最佳傳動(dòng)比，結(jié)合飛輪齒圈的節(jié)圓直徑和齒輪模數(shù)(m)，一般汽油機(jī)的傳動(dòng)比在13-17范圍內(nèi)選擇，現(xiàn)選擇為15.13 起動(dòng)機(jī)的選用起動(dòng)機(jī)采用長(zhǎng)沙汽車電器廠生產(chǎn)的QD1229型起動(dòng)機(jī)型號(hào)QD1229最大輸出轉(zhuǎn)矩/NM不小于13額定電壓 /V12驅(qū)動(dòng)齒輪齒數(shù)(個(gè))9制動(dòng)電流 /A480壓力角 /()12起動(dòng)電流 /A110模數(shù) 2.1167額定功率 /KW0.95質(zhì)量 /Kg4.74 蓄電池容量的選擇汽車蓄電池的容量主要由起動(dòng)機(jī)的功率確定，一般可按下式來選擇蓄電池的額定容量：式中：為蓄電池的額定容量（Ah）；為起動(dòng)機(jī)的額定功率（kW）；為起動(dòng)機(jī)的額定電壓(V)。則=720 1/12=60Ah選取蓄電池的型號(hào)為：6-Q-60型蓄電池二 充電系統(tǒng)、啟動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算（）充電系統(tǒng)的計(jì)算1汽車用電設(shè)備及其功率汽車上的用電設(shè)備數(shù)量較多,大致可分為起動(dòng)裝置、點(diǎn)火裝置、照明信號(hào)裝置、儀表和輔助裝置以及電子控制裝置等。汽車上的各用電設(shè)備及其功率見表2-1。表2-1 汽車上的各用電設(shè)備及其功率制動(dòng)報(bào)警燈13W其他設(shè)備110W燈泡名稱數(shù)量功 率燈泡名稱數(shù)量功 率前大燈265W油壓報(bào)警燈13W前霧燈275W儀表燈13W倒車燈221W遠(yuǎn)光指示燈13W牌照燈15W開關(guān)照明燈13W前小燈25W制動(dòng)液位指示燈13W前轉(zhuǎn)向燈221W暖風(fēng)/空調(diào)設(shè)備1240W后轉(zhuǎn)向燈221W刮水電動(dòng)機(jī)140W制動(dòng)燈/尾燈221/5W點(diǎn)火系統(tǒng)150W室內(nèi)燈110W音響系統(tǒng)112W示寬燈45W發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)170W充電指示燈13WABS與其它電子控制系統(tǒng)130 W2 整車用電設(shè)備負(fù)載電流的計(jì)算汽車用電設(shè)備按其工作性質(zhì)不同可分為長(zhǎng)期用電負(fù)荷、連續(xù)工作用電負(fù)荷和短時(shí)間歇用電負(fù)荷；按其運(yùn)行條件不同可分為冬季和夏季，白天和夜間，晴天和雨天等情況。因此計(jì)算整車用電設(shè)備負(fù)載電流時(shí)，應(yīng)根據(jù)各個(gè)用電設(shè)備的工作性質(zhì)確定其權(quán)值K（即用電設(shè)備的工作時(shí)間與發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)間之比），然后再進(jìn)行加權(quán)計(jì)算。表2-2列出了部分汽車用電設(shè)備的權(quán)值。 另外，用電設(shè)備標(biāo)定的額定電壓(U)，和其實(shí)際工作電壓（即發(fā)電機(jī)的輸出的電壓）還有差別，所以要計(jì)算每個(gè)用電設(shè)備的負(fù)載電流時(shí)應(yīng)考慮其電壓系數(shù)。綜上所述，整車用電設(shè)備負(fù)載電流的計(jì)算公式為：=14/12652(0.2+0.8)+7520.5+21201+51.0+51.0+2120.1+2120.1+2120.1+521+101.0+541.0+30.1+30.1+30.1+31.0+30.8+31.0+31.0+2400.5+400.3+501.0+120.5+701.0+1300.5+100.1/12=59.01A額定電壓U為12V, 發(fā)電機(jī)的輸出電壓為14V式中：整車用電設(shè)備的數(shù)量；電壓系數(shù)；第個(gè)用電設(shè)備的權(quán)值；第個(gè)用電設(shè)備的額定功率（W）；用電設(shè)備的額定電壓（V）。表2-2 部分汽車用電設(shè)備的權(quán)值負(fù)荷類型部件名稱權(quán)值負(fù)荷類型部件名稱權(quán)值長(zhǎng)期工作點(diǎn)火系1.0連續(xù)工作空調(diào)0.5儀表1.0刮水器0.3發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)1.0ABS與其它電子控制系統(tǒng)0.5夜間長(zhǎng)期工作小燈1.0收音機(jī)0.5前照燈近光0.2短時(shí)間歇工作電喇叭0.1前照燈遠(yuǎn)光0.8轉(zhuǎn)向信號(hào)0.1尾牌照燈1.0制動(dòng)燈0.1輔助前照燈0.3SRS系統(tǒng)0.13發(fā)電機(jī)功率的計(jì)算確定的發(fā)電機(jī)輸出電流即發(fā)電機(jī)功率只是達(dá)到發(fā)電機(jī)供電系統(tǒng)的電能平衡（即=0）但是，為了保證蓄電池可靠地充電，使蓄電池的充、放電達(dá)到平衡，通常取一個(gè)蓄電池的充電系數(shù)，一般取0.15左右。于是發(fā)電機(jī)的輸出電流應(yīng)為：=59.01/0.85=69.42A求取=68.8A，從而所需發(fā)電機(jī)功率為：=69.42*14=0.971Kw4發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)傳動(dòng)比的計(jì)算通過合理確定發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)之間的傳動(dòng)比，使汽車處于怠速時(shí)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速要大于發(fā)電機(jī)的空載轉(zhuǎn)速，并且發(fā)動(dòng)機(jī)在最高轉(zhuǎn)速工作時(shí)，發(fā)電機(jī)不允許超過其最高轉(zhuǎn)速。取發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)的轉(zhuǎn)速為800r/min，發(fā)電機(jī)的最低轉(zhuǎn)速為2000r/min（2000r/min時(shí)發(fā)電機(jī)發(fā)出的電流已經(jīng)超過額定電流的60%）。則 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)以最高轉(zhuǎn)速5200r/min運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速13000r/min在發(fā)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速范圍內(nèi) 故 取2.5時(shí)合理的。發(fā)電機(jī)選擇為：JFZ163Y三 導(dǎo)線與線束1 汽車導(dǎo)線是組成汽車電器線路的基礎(chǔ)元件，汽車導(dǎo)線均采用多股銅線。2導(dǎo)線截面積導(dǎo)線的截面積根據(jù)所接用電設(shè)備的電流值確定。為保證導(dǎo)線有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和電流，導(dǎo)線的截面積最小不能小于0.5平方毫米。汽車低壓導(dǎo)線標(biāo)稱截面積允許截流值導(dǎo)線標(biāo)稱截面積/mm21.01.52.53.04.06.01013導(dǎo)線允許截流量/A11142022253550603 導(dǎo)線的顏色為方便布線和檢修，汽車各條線路的導(dǎo)線均采用不同的顏色，各國(guó)對(duì)汽車導(dǎo)線的顏色有不同的規(guī)定。國(guó)產(chǎn)汽車各電路導(dǎo)線主色的規(guī)定如下：導(dǎo)線主色電路系統(tǒng)名稱導(dǎo)線主色電路系統(tǒng)名稱紅電源系統(tǒng)棕儀表、報(bào)警、電喇叭白點(diǎn)火啟動(dòng)系統(tǒng)紫收音機(jī)電子鐘等輔助電器藍(lán)車外照明系統(tǒng)灰輔助電動(dòng)機(jī)及電器操縱系統(tǒng)綠燈光信號(hào)系統(tǒng)黑搭鐵黃車內(nèi)照明系統(tǒng)四 充電系統(tǒng)、啟動(dòng)系統(tǒng)的工作原理起動(dòng)系統(tǒng)的電路原理是有點(diǎn)火開關(guān)控制，有蓄電池供電，中間又有啟動(dòng)繼電器其主要工作過程是：點(diǎn)火開關(guān)接通電源，由紅/黑色導(dǎo)線從點(diǎn)火開關(guān)上“50”接線柱送至中央線路板B8接點(diǎn)，再接通中央線路板C18接點(diǎn)，接至起動(dòng)機(jī) “50”接線柱。 起動(dòng)系統(tǒng)電路原理 華夏轎車啟動(dòng)系統(tǒng)電路 （一）充電系統(tǒng)1 充電系統(tǒng)的組成汽車電源系統(tǒng)又稱汽車充電系統(tǒng)，由蓄電池、發(fā)電機(jī)、電壓調(diào)節(jié)器和充電指示燈等組成。蓄電池和發(fā)電機(jī)并聯(lián)于汽車電路之中。2 充電系統(tǒng)工作原理(1)發(fā)電及整流原理1.在發(fā)電機(jī)內(nèi)部有一個(gè)由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)）2.磁場(chǎng)外有一個(gè)定子繞組, 繞組有3組線圈(3相繞組)，3相繞組彼此相隔120度3.當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)使固定的電樞繞組切割磁力線（或者說使電樞繞組中通過的磁通量發(fā)生變化）而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。4 t0時(shí)，uA0，uB為負(fù)值，uC為正值，二極管VD5、VD4獲得正向電壓而導(dǎo)通，電流由C相流出VD5RLVD4B相C相，形成電流回路；5 t1t2時(shí)間內(nèi)，A相電壓最高，B相電壓最低，VD1、VD4管獲得正向電壓而導(dǎo)通，形成電流回路；這樣電流從A相繞組出發(fā)，經(jīng)VD1，負(fù)載電阻RL, VD4，回到B相繞組組成回路，A、B相之間的線電壓加在負(fù)載RL上6 t2t3時(shí)間內(nèi)，A相電壓最高，C相電壓最低，VD1、VD6管獲得正向電壓而導(dǎo)通，形成電流回路；7 t3t4時(shí)間內(nèi)，B相電壓最高，C相電壓最低，VD3、VD6管獲得正向電壓而導(dǎo)通，形成電流回路；依此循環(huán)導(dǎo)通 (2)充電系統(tǒng)原理VD1 、VD2、 VD3、 VD4、 VD5、 VD6六只整流二極管組成全波橋式整流電路，VD10、 VD11組成中性點(diǎn)整流輸出電路，VD2、 VD4、 VD6三只負(fù)二極管和VD1、 VD3、 VD5三只正二極管組成勵(lì)磁整流電路。蓄電池、發(fā)電機(jī)還有負(fù)載是并聯(lián)連接的，發(fā)動(dòng)機(jī)正常工時(shí)發(fā)電機(jī)向用電設(shè)備供電并向蓄電池充電，充電指示燈熄滅。當(dāng)用電設(shè)備總功率大于發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率時(shí)蓄電池輔助發(fā)電機(jī)供電，當(dāng)發(fā)電機(jī)不發(fā)電時(shí)充電指示燈點(diǎn)亮。(3)電壓調(diào)節(jié)器的基本原理電子電壓調(diào)節(jié)器利用三極管的開關(guān)特性，將大功率三極管作為一只開關(guān)串聯(lián)在發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電路中，根據(jù)發(fā)電機(jī)輸出電壓的高低，控制三極管導(dǎo)通與截止來調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，使發(fā)電機(jī)輸出電壓穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。發(fā)電機(jī)電子電壓調(diào)節(jié)器工作過程如下：接通點(diǎn)火開關(guān)S ，發(fā)電機(jī)電壓U低于蓄電池電壓時(shí)，蓄電池電壓經(jīng)過點(diǎn)火開關(guān)S加在分壓電阻R1 、R2兩端。由于發(fā)電機(jī)電壓低于調(diào)節(jié)電壓上限值，穩(wěn)壓管VS處于截止?fàn)顟B(tài)，V1基極無電流流過，也處于截止?fàn)顟B(tài)。此時(shí)，蓄電池經(jīng)點(diǎn)火開關(guān)、電阻向三極管V1提供基極電流，V2導(dǎo)通并接通勵(lì)磁電流，其電路為：蓄電池正極點(diǎn)火開關(guān)熔斷器發(fā)電機(jī)端子發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)繞組發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)端子調(diào)節(jié)器磁場(chǎng)端子三極管調(diào)節(jié)器搭鐵端子發(fā)電機(jī)搭鐵端子發(fā)電機(jī)負(fù)極管蓄電池負(fù)極發(fā)電機(jī)電壓隨轉(zhuǎn)速的升高而升高。當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓達(dá)到額定值時(shí)，電阻R2的分壓加在V1、VS、R5上，時(shí)V1導(dǎo)通，此時(shí)V2截止并使V3截止，勵(lì)磁電流為零，發(fā)電機(jī)電壓降低。（二）啟動(dòng)系統(tǒng) 1啟動(dòng)系統(tǒng)組成起動(dòng)系主要由：(1)直流電動(dòng)機(jī)：用于將蓄電池輸入的電能轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械動(dòng)力（電磁轉(zhuǎn)矩）。 (2)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：用于將電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力（電磁轉(zhuǎn)矩）傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪，并在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后自動(dòng)斷開發(fā)動(dòng)機(jī)向起動(dòng)機(jī)的逆向動(dòng)力傳遞。(3)電磁開關(guān)：控制起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪的嚙合與分離以及電動(dòng)機(jī)電路的通斷；2啟動(dòng)系統(tǒng)控制原理永磁起動(dòng)機(jī)控制原理1驅(qū)動(dòng)齒輪 2滾柱式單向離合器 3傳動(dòng)叉 4回位彈簧 5起動(dòng)開關(guān) 6電磁開關(guān) 7磁極 8蓄電池 9電樞 接通起動(dòng)開關(guān)后，吸拉線圈和保持線圈通電，在電磁力的共同作用下，使活動(dòng)鐵心克服彈簧力右移，活動(dòng)鐵心帶動(dòng)撥叉移動(dòng)，將驅(qū)動(dòng)齒輪推向飛輪。當(dāng)驅(qū)動(dòng)齒輪與飛輪嚙合時(shí)，接觸盤也被活動(dòng)鐵心推至與觸點(diǎn)接觸位置，使起動(dòng)機(jī)通電運(yùn)轉(zhuǎn)。接觸盤接通觸點(diǎn)后，吸拉線圈被短路，活動(dòng)鐵心靠保持線圈的電磁力保持其嚙合位置。 四 充電系統(tǒng)、起動(dòng)系統(tǒng)線路設(shè)計(jì)與分析此次設(shè)計(jì)中通過對(duì)發(fā)電機(jī)、起動(dòng)機(jī)的計(jì)算初步選取了華夏HX7180轎車所使用的發(fā)電機(jī)、起動(dòng)機(jī)和蓄電池等。發(fā)電機(jī)采用上海法雷奧汽車電器系統(tǒng)有限公司生產(chǎn)的SA13VI型發(fā)電機(jī)，此發(fā)電機(jī)是內(nèi)裝電壓調(diào)節(jié)器的整體型發(fā)電機(jī)，對(duì)外只有兩個(gè)接線柱D+、B+和外殼打鐵。起動(dòng)機(jī)采用長(zhǎng)沙汽車電器廠生產(chǎn)的QD1229型起動(dòng)機(jī)，此起動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)小齒輪有九個(gè)標(biāo)準(zhǔn)齒，對(duì)外也是有兩個(gè)接線柱30端子、50端子和外殼打鐵。由此初步設(shè)計(jì)華夏HX1780轎車的充電系統(tǒng)、啟動(dòng)系統(tǒng)整體電路如圖所示：發(fā)電機(jī)D+端子通過充電指示燈與有點(diǎn)火開關(guān)控制的15線相連，B+端子接蓄電池正極，蓄電池正極與起動(dòng)機(jī)30端子相連，起動(dòng)機(jī)50端子通過啟動(dòng)繼電器與蓄電池正極相連，啟動(dòng)繼電器由點(diǎn)火開關(guān)控制。當(dāng)發(fā)電機(jī)向用電設(shè)備供電并向蓄電池充電時(shí)，電流由發(fā)電機(jī)B+蓄電池正極蓄電池負(fù)極發(fā)電機(jī)負(fù)極 組成回路。此時(shí)充電指示燈的兩側(cè)電壓相等