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(yùn)輸工具，它正向著高速、安全、經(jīng)濟(jì)、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(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)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(dòng)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(dòng)倒車鏡儀表板尾燈后窗加熱除霜起動(dòng)機(jī)保險(xiǎn)絲盒發(fā)電機(jī)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(dòng)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(jí)階段。發(fā)展獨(dú)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(jī)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(jí)階段，開發(fā)了各種車輛整體的電子控制系統(tǒng)，進(jìn)入汽車電子時(shí)代。發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制噴油系統(tǒng)電子點(diǎn)火系統(tǒng)智能可變氣門正時(shí)系統(tǒng)電控自動(dòng)變速器ECT防抱死制動(dòng)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(dòng)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(jí)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(jì)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(jī)、調(diào)節(jié)器及充電指示裝置組成。發(fā)動(dòng)機(jī)不工作時(shí)由蓄電池供電，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，轉(zhuǎn)由發(fā)電機(jī)供電。當(dāng)發(fā)電機(jī)端電壓高于蓄電池端電壓時(shí)，在向用電設(shè)備供電的同時(shí)，又向蓄電池充電。調(diào)節(jié)器的作用是在發(fā)電機(jī)工作時(shí)，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(jī)

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

啟動(dòng)系主要包括起動(dòng)機(jī)及控制電路（啟動(dòng)繼電器等），用來啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。圖常見起動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)

點(diǎn)火系的作用是來產(chǎn)生電火花，適時(shí)可靠地點(diǎn)燃?xì)飧字锌扇蓟旌蠚猓▋H用于汽油機(jī)汽車上）。主要包括點(diǎn)火線圈、分電器總成（點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器）、點(diǎn)火器、火花塞等。分電器點(diǎn)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(hào)裝置包括音響信號(hào)和燈光信號(hào)兩類，用來提供安全可靠行車所必需的信號(hào)。圖前照燈的結(jié)構(gòu)用來監(jiān)測(cè)汽車的各種工作情況，使駕駛員能夠通過儀表、報(bào)警裝置及顯示裝置，及時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)及汽車的各種參數(shù)及異常情況，確保汽車正常運(yùn)行。主要包括電流表（電壓表）、水溫表、燃油表、機(jī)油壓力表、車速里程表、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表、氣壓表、各種報(bào)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(dòng)車窗、電動(dòng)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(xiǎn)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(gè)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(dú)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(diǎn)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(duì)進(jìn)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(diǎn)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(gè)12V蓄電池串聯(lián)而成）。

現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)是靠電力啟動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的，啟動(dòng)機(jī)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(gè)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(gè)電源（蓄電池與發(fā)電機(jī)）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(shí)，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(shí)，蓄電池一個(gè)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(duì)車架或車身金屬的化學(xué)腐蝕較輕，對(duì)無線電干擾小。我國(guó)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(hù)裝置，如熔斷器、易容線。6.設(shè)有保險(xiǎn)裝置

7.汽車線路有顏色和編號(hào)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(hào)。42V汽車電氣技術(shù)超級(jí)電容+蓄電池起動(dòng)/發(fā)電一體化技術(shù)激光點(diǎn)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(jiǎn)單，使用維修方便純電動(dòng)汽車混合動(dòng)力電動(dòng)汽車燃料電池電動(dòng)汽車動(dòng)力蓄電池和管理系統(tǒng)1.動(dòng)力電池技術(shù)指標(biāo)：安全性，能量，比功率，壽命，循環(huán)價(jià)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(duì)穩(wěn)定性。電池管理系統(tǒng)要求：1.基本的管理能力2.較強(qiáng)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(jī)限制：高效產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)速限制在窄范圍，電動(dòng)機(jī)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(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)電機(jī)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(dòng)汽車隊(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(yùn)行，以適應(yīng)最高車速，超車等需要。3.全轉(zhuǎn)速運(yùn)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(jiān)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(dòng)汽車推廣應(yīng)用主要因素;動(dòng)力電池安全性和使用成本（延長(zhǎng)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(dòng)系統(tǒng)。目前存在問題：1全運(yùn)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(dòng)力總線裝置集成度4關(guān)鍵材料和關(guān)鍵元器件依靠進(jìn)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(yàn)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(cè)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(diǎn)：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(dòng)電機(jī)系統(tǒng)尚需提高的方面：電機(jī)與控制系統(tǒng)的集成化，高性能電機(jī)控制策略，電機(jī)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(cè)與快速評(píng)估方法；系統(tǒng)電磁兼容，環(huán)境適應(yīng)性研究及試驗(yàn)驗(yàn)證，電機(jī)系統(tǒng)成本控制。設(shè)計(jì)目的：根據(jù)實(shí)際需要，建立模型，進(jìn)行性能分析與仿真，以及軟硬件的設(shè)計(jì)。本書主要：汽車電子調(diào)理電路和驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)、汽油機(jī)燃油噴射電子控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、點(diǎn)火控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、汽車低速防撞裝置設(shè)計(jì)、基于CAN總線的汽車照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、再生ABS電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(diǎn)：對(duì)于所有的電子控制系統(tǒng)，一般情況需要建立系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型，建立數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)控制器。實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的精確控制，通過傳感器裝置測(cè)量被控對(duì)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(jì)（2）底層設(shè)計(jì)與分析（3）印刷電路板設(shè)計(jì)（4）樣件調(diào)試與測(cè)試（5）經(jīng)驗(yàn)總結(jié)3軟件工作流程：需求確認(rèn)、概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、編碼、單元測(cè)試、集成測(cè)試、系統(tǒng)測(cè)試與維護(hù)。底層軟件設(shè)計(jì)包括子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與代碼實(shí)現(xiàn)。理想軟件設(shè)計(jì);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(hào)處理的工作，包括網(wǎng)絡(luò)管理、診斷功能、輸入信號(hào)處理、部分頂層驅(qū)動(dòng)的管理。驅(qū)動(dòng)層，直接驅(qū)動(dòng)通信芯片與輸入、輸出操作等。4測(cè)試工作項(xiàng)目前期軟件測(cè)試和硬件測(cè)試。中期搭建測(cè)試臺(tái)架，完成設(shè)計(jì)驗(yàn)證和產(chǎn)品驗(yàn)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(jì)匹配外殼、保證機(jī)械特性和設(shè)計(jì)模塊子啊車內(nèi)的安裝方式。V形設(shè)計(jì)開發(fā)流程V形設(shè)計(jì)驗(yàn)證逆向設(shè)計(jì)

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(chǎng)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(shí)環(huán)狀的，環(huán)的內(nèi)孔由兩個(gè)正六邊形互相同心錯(cuò)轉(zhuǎn)30°而成。使用時(shí)，扳動(dòng)30°后，即可換位再套，因而適用于狹窄場(chǎng)合下操作，與開口扳手相比，梅花扳手強(qiáng)度高，使用時(shí)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(duì)操作空間的要求。圖開口扳手（4）活動(dòng)扳手

活動(dòng)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(chǎng)合與開口扳手相同，但活動(dòng)扳手操作起來不太靈活。圖活動(dòng)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(duì)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(cè)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(zhǎng)，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(shí)不能用力太大，否則鉗口頭部會(huì)變形或斷裂。圖尖嘴鉗測(cè)試燈由一個(gè)12V的燈泡和導(dǎo)線組成，用于線路短路、斷路、通路的檢測(cè)，結(jié)構(gòu)如圖所示。切勿用測(cè)試燈檢測(cè)電控單元（ECU）及其電路。另外還有一