汽车电子电气系统概述

随着汽车技术的发展，汽车已经不再是单纯的运输工具，它正向着高速、安全、经济、舒适、环保以及智能化、人性化发展。汽车电气设备是汽车重要组成部分，其性能的好坏直接影响汽车的动力性、经济性、可靠性、舒适性及环保性。（60年代）红旗轿车（20世纪50年代以前）旧款老爷车汽车电气设备的发展：（70年代）奥迪轿车（80年代）大众帕萨特新领驭（21世纪后）丰田普锐斯电动轿车3汽车电子电气系统组成电子电火蓄电池前小灯散热风扇前雾灯指示灯开关喇叭电动倒车镜仪表板尾灯后窗加热除霜起动机保险丝盒发电机音响1.1汽车电子技术发展概述1.2汽车电气技术概论1.3电动汽车技术发展概论1.4现代汽车电子与电气的目的和方法汽车电子发展概况汽车电子控制理论发展概况汽车电子技术的应用汽车电子的发展方向1.1汽车电子技术发展概述第一阶段（1974年以前）：初级阶段。发展独立性的零部件。第二阶段（1974年～1982年）：迅速发展阶段。广泛应用集成电路和16位以下微处理器。第三阶段（1982年～1990年）：微机在汽车上应用日益成熟并向智能化发展阶段。第四阶段（1990年以后）：向智能化发展的高级阶段，开发了各种车辆整体的电子控制系统，进入汽车电子时代。发动机电子控制喷油系统电子点火系统智能可变气门正时系统电控自动变速器ECT防抱死制动系统ABS电子转向助力系统自适应悬挂系统定速巡航自动控制系统安全，环保，节能传感器不断提高，数量增加处理器升级换代汽车系统升压数据总线应用日益普及智能汽车，智能交通ITS开始应用嵌入式软件，硬件的设计开发新技术在汽车电子产品的应用1.2汽车电气技术概述汽车电气设备的组成现代电气设备种类及数量繁多，但总的来说可以大致分为三大部分：电源、用电设备、汽车电气线路。电源系统又称为充电系统，由蓄电池、发电机、调节器及充电指示装置组成。发动机不工作时由蓄电池供电，发动机启动后，转由发电机供电。当发电机端电压高于蓄电池端电压时，在向用电设备供电的同时，又向蓄电池充电。调节器的作用是在发电机工作时，保持其输出电压的稳定。图蓄电池1、电源系统图发电机图电压调节器2.用电设备（1）起动系统启动系主要包括起动机及控制电路（启动继电器等），用来启动发动机。图常见起动机结构点火系的作用是来产生电火花，适时可靠地点燃气缸中可燃混合气（仅用于汽油机汽车上）。主要包括点火线圈、分电器总成（点火信号发生器）、点火器、火花塞等。分电器点火线圈火花塞照明包括车外和车内的照明灯具，其作用是确保车辆内外一定范围内合适的照度，提供车辆夜间安全行驶必要的照明。信号装置包括音响信号和灯光信号两类，用来提供安全可靠行车所必需的信号。图前照灯的结构用来监测汽车的各种工作情况，使驾驶员能够通过仪表、报警装置及显示装置，及时发现发动机及汽车的各种参数及异常情况，确保汽车正常运行。主要包括电流表（电压表）、水温表、燃油表、机油压力表、车速里程表、发动机转速表、气压表、各种报警灯等（电子显示装置）。用来为驾驶员和乘客提供良好的工作条件和舒适的乘坐环境。主要包括挡风窗玻璃及洗涤刮水器、电动车窗、电动座椅、后视镜、空调装置、音响设备、卫星导航和定位系统及防盗装置。现代汽车电气线路主要包括中央控制盒、保险装置、继电器、电线束及插接件、电路开关等，电路构成一个统一的整体。随着现代汽车技术的发展，电子控制系统采用的越来越多，所占的比重日益加大。各电控系统由独立变成了相互联系，构成了汽车局域网络。3.汽车电气线路二、汽车电气系统的特点现代汽车电器与电子设备虽然种类繁多，功能各异，但其线路都应遵循一定的原则，了解这些原则对进行汽车电路分析是很有帮助的。汽车电气系统的主要特点如下：1.低压汽车电气系统的额定电压主要有12V和24V两种。汽油车普遍采用12V电源，柴油多采用24V电源（由两个12V蓄电池串联而成）。现代汽车发动机是靠电力启动机启动的，启动机由蓄电池供电，而蓄电池充电又必须用直流电源，所以汽车电系为直流系统。2.直流图单线制3.单线制单线连接是汽车线路的特殊性，它是指汽车上所有电器设备的正极均采用导线相互连接，而所有的负极则直接或间接通过导线与车架或车身金属部分相连，即搭铁。任何一个电路中的电流都是从电源的正极出发经导线流入用电设备后，再由电器设备自身或负极导线搭铁，通过车架或车身流回电源负极而形成回路。由于单线制导线用量少，线路清晰，接线方便，因此广为现代汽车所采用。4.并联连接各用电设备均采用并联，汽车上的两个电源（蓄电池与发电机）之间以及所有用电设备之间，都是正极接正极，负极接负极，并联连接。由于采用并联连接，所以汽车在使用中，当某一支路用电设备损坏时，并不影响其他支路用电设备的正常工作。图用电设备并联5.负极搭铁图负极搭铁采用单线制时，蓄电池一个电极需接至车架或车身上，俗称“搭铁”。蓄电池的负极接车架或车身称之为负极搭铁；蓄电池的正极接车架或车身称之为正极搭铁。负极搭铁对车架或车身金属的化学腐蚀较轻，对无线电干扰小。我国标准规定汽车线路统一采用负极搭铁。为了防止因短路或搭铁而烧坏线束，电路中一般设有保护装置，如熔断器、易容线。6.设有保险装置7.汽车线路有颜色和编号特征为了便于区别各线路的连接，汽车所有低压导线必须选用不同颜色的单色线或双色线，并在每根导线上编号。42V汽车电气技术超级电容+蓄电池起动/发电一体化技术激光点火技术道路无污染，噪声低能源效率高，能源多样化结构简单，使用维修方便纯电动汽车混合动力电动汽车燃料电池电动汽车动力蓄电池和管理系统1.动力电池技术指标：安全性，能量，比功率，寿命，循环价格，能量转换率。2.要求：大功率放电能力，更高比功率；高效充电放电能力；相对稳定性。电池管理系统要求：1.基本的管理能力2.较强的热量管理能力3.高压管理能力4.车载CAN通信能力5.较好的电磁兼容EMC能力传统内燃机限制：高效产生转矩时的转速限制在窄范围，电动机宽广的速度范围内高效产生转矩，行驶过程中不需要换挡，操作方便，噪声低。电机驱动控制系统是新能源汽车车辆行驶的主要执行结构，驱动电机和其控制系统是新能源汽车的核心之一。分类：直流有刷、无刷，永磁、无磁。电动汽车队驱动电机系统的要求:1.基速以下输出大转矩，以适应车辆的起步、加速、负荷爬坡、频繁起停等复杂工况。2.基速以上为恒功率员运行，以适应最高车速，超车等需要。3.全转速运行范围内的效率最优化，以提高车辆的需驶里程。4.结构坚固、体积小、质量轻、环境适应性良好、可靠性高。5.低成本电池管理系统功能：数据采集，剩余容量的估算，电气控制，热管理，安全管理，数据通信。影响电动汽车推广应用主要因素;动力电池安全性和使用成本（延长使用寿命）在控制策略方面，变结构控制，模糊控制，神经网络控制，专家系统逐渐应用到驱动系统。目前存在问题：1全运行范围内的转矩、转速控制精度、效率最优化。2系统的可靠性、耐久性3动力总线装置集成度4关键材料和关键元器件依靠进口5尚未形成完整的、满足汽车工业标准的供应商体系一电池技术发展方向存在问题:1.制造的一致性问题2.原材料的筛选问题3.可靠性、安全性验证问题4.成本与寿命问题BMS研究方向：数据采集的可靠性、SOC的估算精度，安全管理。1.技术困难：数据采集数量大，精度要求高；电池的非线性制约SOC的预测精度；内部电路复杂，安全性差，抗干扰能力要求高。2.研究重点：电池内部的变化规律，有效算法估算SOC，减小SOC误差。3.BMS安全管理和控制功能模块，电池自身安全问题，均衡充电，高压和高电流漏电4.通用性的BMS车用驱动电机系统尚需提高的方面：电机与控制系统的集成化，高性能电机控制策略，电机效率优化，系统热管理；系统失效模式分析，系统可靠性，耐久性预测与快速评估方法；系统电磁兼容，环境适应性研究及试验验证，电机系统成本控制。设计目的：根据实际需要，建立模型，进行性能分析与仿真，以及软硬件的设计。本书主要：汽车电子调理电路和驱动电路的设计、汽油机燃油喷射电子控制系统设计、点火控制系统设计、汽车低速防撞装置设计、基于CAN总线的汽车照明控制系统设计、再生ABS电机控制系统设计汽车电子控制共性问题，传感器、控制器、执行器。系统共同点：1.对于所有的电子控制系统，一般情况需要建立系统的动态模型，建立数学模型，设计控制器。2.实现对被控对象的精确控制，通过传感器装置测量被控对象的变化信息。3.汽车电气的共性问题。1.系统工作2.硬件工作（1）系统规范分析与系统设计（2）底层设计与分析（3）印刷电路板设计（4）样件调试与测试（5）经验总结3软件工作流程：需求确认、概念设计、详细设计、编码、单元测试、集成测试、系统测试与维护。底层软件设计包括子系统设计与代码实现。理想软件设计;应用层，完成功能规范客户定义的功能服务层，完成信号处理的工作，包括网络管理、诊断功能、输入信号处理、部分顶层驱动的管理。驱动层，直接驱动通信芯片与输入、输出操作等。4测试工作项目前期软件测试和硬件测试。中期搭建测试台架，完成设计验证和产品验证。5结构工作目的：为电子模块选择合适外壳材料、设计匹配外壳、保证机械特性和设计模块子啊车内的安装方式。V形设计开发流程V形设计验证逆向设计了解汽车电气设备常用工具量具与仪器的正确使用。任务二汽车电气系统常用工具的使用（1）一字起子（如右图），又称一字形螺钉旋具、平口改锥，用于旋紧或松开头部开一字槽的螺钉。一、拆装工具1.起子（螺丝刀）图一字起子（2）十字形起子（如右图），又称十字槽螺钉旋具、十字改锥，用于旋紧或松开头部带十字沟槽的螺钉，材料和规格与一字形起子相同。图十字形起子图一字起子与十字起子规格解析（1）套筒扳手套筒扳手的材料、环孔形状与梅花扳手相同，适用于拆装位置狭窄或需要一定扭矩的螺栓或螺母。套筒扳手主要由套筒头、手柄、棘轮手柄、快速摇柄、接头和接杆等组成，各种手柄适用于各种不同的场合，以操作方便或提高效率为原则，常用套筒扳手的规格是10～32mm。在汽车维修中还采用了许多专用套筒扳手，如火花塞套筒、轮毂套筒、轮胎螺母套筒等。2.扳手图套筒扳手（2）梅花扳手梅花扳手其两端时环状的，环的内孔由两个正六边形互相同心错转30°而成。使用时，扳动30°后，即可换位再套，因而适用于狭窄场合下操作，与开口扳手相比，梅花扳手强度高，使用时不易滑脱，但套上、取下不方便。图梅花扳手（3）开口扳手开口扳手（如下图）是最常见的一种扳手，又称呆扳手。其开口的中心平面和本体中心平面成15°角，这样既能适应人手的操作方向，又可降低对操作空间的要求。图开口扳手（4）活动扳手活动扳手（如下图）其开口尺寸能在一定的范围内任意调整，使用场合与开口扳手相同，但活动扳手操作起来不太灵活。图活动扳手（5）内六角扳手内六角扳手（如下图）是用来拆装内六角螺（螺塞）用的。规格以六角形对边尺寸S表示，有3～27mm尺寸的13种，汽车维修作业中使用成套内六角扳手拆装M4～M30的内六角螺栓。图内六角扳手（6）扭力扳手扭力扳手是一种可读出所施扭矩大小的专用工具。其规格是以最大可测扭矩来划分的。图扭力扳手（1）钳工锤（如右图），又称圆头锤。其锤头一端平面略有弧形，是基本工作面，另一端是球面，用来敲击凹凸形状的工件。3.手锤和钳图钳工锤（2）尖嘴钳，因其头部细长，所以能在较小的空间工作，带刃口的能剪切细小零件，使用时不能用力太大，否则钳口头部会变形或断裂。图尖嘴钳测试灯由一个12V的灯泡和导线组成，用于线路短路、断路、通路的检测，结构如图所示。切勿用测试灯检测电控单元（ECU）及其电路。另外还有一种是自备电源测试灯，由灯泡、电池与串联连接的导线组成，用于检测导通性或接地情况。二、检修工具1.测试灯图测试灯跨接线如图，用于接通电路和断开电路。使用时，千万不要用跨接线将电源正极直接接到负极上。2.跨接线图跨接线3.汽车专用万用表汽车专用万用表是一种高阻抗（≥10Mft）数字多用表，其外形、结构和工作原理与数字式万用表相同