汽车电子电气系统概述.ppt

课程描述：课程描述：随着汽车技术的发展，汽车已经不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、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。经济性、可靠性、舒适性及环保性。（6060年代）红旗轿车年代）红旗轿车（20世纪世纪50年代以前）旧年代以前）旧款老爷车款老爷车汽车电气设备的发展：（70年代）奥迪轿车年代）奥迪轿车（80年代）大众帕萨年代）大众帕萨特新领驭特新领驭（21世纪后）丰田普锐斯世纪后）丰田普锐斯电动轿车电动轿车3汽车电子电气系统组成电子电火电子电火蓄电池蓄电池前小灯前小灯散热风扇散热风扇前雾灯前雾灯指示灯开关指示灯开关喇叭喇叭电动倒车镜电动倒车镜仪表板仪表板尾灯尾灯后窗加热除霜后窗加热除霜起动机起动机保险丝盒保险丝盒发电发电机机音响音响一 汽车电子电气设计概述1.1 1.1 汽车电子技术发展概述汽车电子技术发展概述1.2 1.2 汽车电气技术概论汽车电气技术概论1.3 1.3 电动汽车技术发展概论电动汽车技术发展概论1.4 1.4 现代汽车电子与电气的目的和方法现代汽车电子与电气的目的和方法uu汽车电子发展概况汽车电子发展概况汽车电子发展概况汽车电子发展概况uu汽车电子控制理论发展概况汽车电子控制理论发展概况汽车电子控制理论发展概况汽车电子控制理论发展概况uu汽车电子技术的应用汽车电子技术的应用汽车电子技术的应用汽车电子技术的应用uu汽车电子的发展方向汽车电子的发展方向汽车电子的发展方向汽车电子的发展方向1.1 1.1 汽车电子技术发展概述汽车电子技术发展概述汽车电子发展概况汽车电子发展概况第一阶段（第一阶段（1974年以前）：初级阶段。发展独年以前）：初级阶段。发展独立性的零部件。立性的零部件。第二阶段（第二阶段（1974年年1982年）：迅速发展阶段。年）：迅速发展阶段。广泛应用集成电路和广泛应用集成电路和16位以下微处理器。位以下微处理器。第三阶段（第三阶段（1982年年1990年）：微机在汽车上年）：微机在汽车上应用日益成熟并向智能化发展阶段。应用日益成熟并向智能化发展阶段。第四阶段（第四阶段（1990年以后）：向智能化发展的高年以后）：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，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。进入汽车电子时代。汽车电子技术的应用汽车电子技术的应用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汽车电子的发展方向汽车电子的发展方向安全，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技术概述汽车电气设备的组成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、说可以大致分为三大部分：电源、用电设备、汽车电气线路。汽车电气线路。电源系统又称为充电系统，由蓄电池、发电机、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。电机工作时，保持其输出电压的稳定。图图 蓄电池蓄电池1 1、电源系统、电源系统图图 发电机发电机 图图 电压调节器电压调节器2.用电设备用电设备（1）起动系统）起动系统 启动系主要包括起动机及控制电路（启动继电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。器等），用来启动发动机。图图 常见起动机结构常见起动机结构（2）点火系统）点火系统 点火系的作用是来产生电火花，适时可靠地点燃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）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。、点火器、火花塞等。分电器分电器点火线圈点火线圈火花塞火花塞 照明包括车外和车内的照明灯具，其作用是确保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。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。供安全可靠行车所必需的信号。（3）照明系统及信号系统）照明系统及信号系统图图 前照灯的结构前照灯的结构 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）。（4）仪表、报警及显示装置）仪表、报警及显示装置 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。（5）辅助电器系统）辅助电器系统-舒适与安全舒适与安全 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.汽车电气线路汽车电气线路 二、汽车电气系统的特点二、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.低压低压 汽车电气系统的额定电压主要有汽车电气系统的额定电压主要有12V和和24V两种。汽油车普遍采用两种。汽油车普遍采用12V电源，柴油电源，柴油多采用多采用24V电源（由两个电源（由两个12V蓄电池串联而蓄电池串联而成）。成）。现代汽车发动机是靠电力启动机启动的，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。用直流电源，所以汽车电系为直流系统。2.直流直流 图图 单线制单线制3.单线制单线制 单线连接是汽车线路的特殊性，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，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。因此广为现代汽车所采用。4.并联连接并联连接 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。图图 用电设备并联用电设备并联 5.负极搭铁负极搭铁 图图 负极搭铁负极搭铁 采用单线制时，蓄电池一采用单线制时，蓄电池一个电极需接至车架或车身上，俗个电极需接至车架或车身上，俗称称“搭铁搭铁”。蓄电池的负极接车。蓄电池的负极接车架或车身称之为负极搭铁；蓄电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干扰小。我国标准规定汽车线路统一采用负极搭铁。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。中一般设有保护装置，如熔断器、易容线。6.设有保险装置设有保险装置 7.汽车线路有颜色和编号特征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，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。并在每根导线上编号。1.2.4 汽车电气新技术与发展方向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1.3 电动汽车技术发展概述道路无污染，噪声低能源效率高，能源多样化结构简单，使用维修方便1.3.1 电动汽车发展背景18341834年年 Thomas Davenport Thomas Davenport 电动三轮车电动三轮车 不可不可充电的干电池驱动充电的干电池驱动 18811881年年 法国古斯塔夫法国古斯塔夫 特鲁夫特鲁夫 电动三轮汽车电动三轮汽车 以以铅酸电池为动力铅酸电池为动力 18821882年年 英国人阿顿与培里英国人阿顿与培里 三轮电动汽车三轮电动汽车 以以铅酸电池为动力铅酸电池为动力 18901890年年 美国美国 电动汽车电动汽车 以蓄电池为动力以蓄电池为动力1.3.2 电动汽车的基本结构和关键技术纯电动汽车混合动力电动汽车燃料电池电动汽车电动汽车的关键技术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能力电机和电子控制技术传统内燃机限制：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1.3.3国内外电动汽车技术发展概况电池管理系统功能：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）电机电子控制技术发展概况在控制策略方面，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电动汽车技术发展方向一 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.成本与寿命问题二 电池管理系统的未来研究方向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电机电子控制技术发展方向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。1.4 现代汽车电子与电气设计目的和方法设计目的：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电机控制系统设计设计的共性问题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。设计任务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。设计基本方法V形设计开发流程V形设计验证逆向设计 uu了解汽车电气设备常用工具量具与仪器的了解汽车电气设备常用工具量具与仪器的了解汽车电气设备常用工具量具与仪器的了解汽车电气设备常用工具量具与仪器的正确使用。正确使用。正确使用。正确使用。任务二任务二 汽车电气系统常用工具的使用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、拆装工具一、拆装工具 1.起子（螺丝刀）起子（螺丝刀）图图 一字起子一字起子 （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。图图 十字形起子十字形起子 图图 一字起子与十字起子规格解析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.扳手扳手 图图 套筒扳手套筒扳手 （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。图图 梅花扳手梅花扳手（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。图图 开口扳手开口扳手（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。图图 活动扳手活动扳手（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。图图 内六角扳手内六角扳手（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。图图 扭力扳手扭力扳手（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.手锤和钳手锤和钳 图图 钳工锤钳工锤（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。图图 尖嘴钳尖嘴钳 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、检修工具二、检修工具 1.测试灯测试灯 图图 测试灯测试灯 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.跨接线跨接线 图图 跨接线跨接线 3.汽车专用万用表汽车专用万用表 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。它承袭了数字式万用表的一切优点，并使其扩展至汽车检测领域。图图 汽车万用专用表汽车万用专用表 汽车专用万用表的种类很多，大多为进口仪表，虽然面板形式不同，但功能相近。不论是哪种型号的汽车专用万用表，一般具有以下功能：（1）常规交流、直流电压、电流和电阻的检测；（2）电路的断路、短路检测，声响指示；（3）线路中的电压降与阻抗的检测；（4）线路中的接点压降的检测；（5）汽车交流发电机的检测；（6）发动机转速检测；（7）温度检测；（8）电控系统传感器的测试；（9）频率、时间（ms）的测试；（10）电磁线圈占空比的检测；（11）闭合角的检测；（12）具有测量数据保持功能；（13）具有最大值、最小值的检测功能。菏泽高级技工学校知识回顾知识回顾Knowledge Knowledge ReviewReview