汽车电器课程设计说明书

汽车电器与电子课程设计说明书华夏HX7180轿车汽车电器与电子设备线路设计

2015年6月12号

内容摘要：

汽车的所有用电设备均是由蓄电池和发电机组合而成的电源系统供电，在此电源系统中，发动机正常工作时，对用电设备供电并对蓄电池充电。当发电机发出的功率不足以给汽车用电设备所消耗的功率时蓄电池对其供电。发动机工作时必须保证给蓄电池充足的充电时间以防止其亏点。发电机正常工作时，发电机是否给蓄电池进行充电用仪表板上的充电指示灯提示。由于发动机的转速变化范围很大，为保证发电机发出的额定电压不受转速和输出电流的影响，发电机必须装有电压调节器。发动机起动时的电源功率全部由蓄电池供给，所以蓄电池必须保证具有足够的容量才能顺利起动发动机。本文是对华夏HX7180轿车汽车电源系统和启动系统进行了相关的设计和对各主要电器设备的选用，并对其工作原理进行了论述。 关键字：

蓄电池 发电机 发动机 电压调节器 起动机 充电指示灯 一 . 华夏HX7180轿车的相关数据

华夏HX7180轿车汽车与电器与电子设备线路设计相关的基本技术数据见表1-1。

表1-1 线路设计相关的基本技术数据

车型 华夏HX7180 轮距（前/后）mm 1480/1485 驱动形式 4×2前轮驱动 最高车速km/h 150 自重kg 1000 功率(kw/r/min) 65/5200 总重kg

1600

排量L

1.8 整车外形尺寸（长×宽×高）mm 4770 ×1800 ×1450 发动机型号/压缩比 481Q/8.5:1 轴距mm

2700

电源系统电压V

12

—.起动机和蓄电池的参数选择 1起动机功率的选择

起动机的选择应根据发动机的功率、起动机与发动机曲轴的最佳传动比、蓄电池容量这三个参数来确定。

起动机必须具有足够的功率才能保证迅速、可靠地起动发动机。功率的大小由发动机的最低起动转速q n 和发动机的起动阻力矩决定，即9550

q q n M P ?≥。式中：q M 的单位为N ·m ，q

n 的单位为r/min 。

发动机的起动阻力矩有摩擦力矩、压缩损失力矩和发动机附件损失力矩三部分组成。其中摩擦力矩是活塞与缸壁的摩擦、曲轴轴承摩擦及搅油阻力等产生，占起动阻力矩的60%。压缩力矩与气缸容积和压缩比有关，约占起动阻力矩的25%。发动机附件阻力矩是发动机用于驱动发电机、分电器、汽油泵、风扇、水泵等所消耗的力矩，约占起动阻力矩的15%。一般由试验测定，也可用式Mq=CL 来计算，即Mq=CL=35 ×1.8=63N ·m 。 式中：C 表示系数，取30～40，L 为发动机排量。

发动机的最低起动转速nq 是保证发动机可靠起动曲轴的最低转速。汽油机在0～20℃时，根据汽油机的雾化条件，最低起动转速为应30～40r/min 。为保证低温起动，通常取起动转速为50～70r/min 。即

9550

q q n M P ?≥

=63×70/9550=0.46kw

考虑到要有一定的功率储备，合理选取P 为1.0kw

2 起动机的传动比选择

（1）最佳传动比的计算。所谓最佳传动比，即起动机工作在最大功率时，对应的起动机转速s n 与发动机能可靠起动的曲轴转速f n 之比，即

Zs

Z n n i f

f s =

==136/9=15.1式中：f Z —表示飞轮齿圈齿数； s Z —表示起动机驱动齿轮 （2）传动比的实际选择 根据计算的最佳传动比，结合飞轮齿圈的节圆直径和齿轮模数(m)， 一般汽油机的传动比在13-17范围内选择，现选择为15.1

3 起动机的选用

起动机采用长沙汽车电器厂生产的QD1229型起动机 型号

QD1229 最大输出转矩/NM 不小于13

额定电压 /V 12 驱动齿轮齿数(个) 9 制动电流 /A 480 压力角 /(°) 12 起动电流 /A 110 模数 2.1167 额定功率 /KW

0.95

质量 /Kg

4.7

4 蓄电池容量的选择

汽车蓄电池的容量主要由起动机的功率确定，一般可按下式来选择蓄电池的额定容量：

U

P Q ?=

)810~610(

式中：Q 为蓄电池的额定容量（Ah ）；P 为起动机的额定功率（kW ）；U 为起动机的额定电压(V)。则

U

P Q ?=

)810~610(=720 ×1/12=60Ah

选取蓄电池的型号为：6-Q-60型蓄电池 二 充电系统、启动系统的计算

（—）充电系统的计算 1汽车用电设备及其功率

汽车上的用电设备数量较多,大致可分为起动装置、点火装置、照明信号装置、仪表和辅助装置以及电子控制装置等。汽车上的各用电设备及其功率见表2-1。

表2-1 汽车上的各用电设备及其功率

制动报警灯 1 3W 其他设备 1 10W 灯泡名称 数量 功 率 灯泡名称 数量 功 率 前大灯 2 65W 油压报警灯 1 3W 前雾灯

2

75W

仪表灯

1

3W

倒车灯 2 21W 远光指示灯 1 3W 牌照灯 1 5W 开关照明灯 1 3W 前小灯 2 5W 制动液位指示灯 1 3W 前转向灯 2 21W 暖风/空调设备 1 240W 后转向灯 2 21W 刮水电动机 1 40W 制动灯/尾灯 2 21/5W 点火系统 1 50W 室内灯 1 10W 音响系统 1 12W 示宽灯 4 5W 发动机电子控制

系统 1 70W 充电指示灯

1

3W

ABS 与其它电子控制系统

130 W

2 整车用电设备负载电流的计算

汽车用电设备按其工作性质不同可分为长期用电负荷、连续工作用电负荷和短时间歇用电负荷；按其运行条件不同可分为冬季和夏季，白天和夜间，晴天和雨天等情况。因此计算整车用电设备负载电流时，应根据各个用电设备的工作性质确定其权值K （即用电设备的工作时间与发动机工作时间之比），然后再进行加权计算。表2-2列出了部分汽车用电设备的权值。

另外，用电设备标定的额定电压(U)，和其实际工作电压（即发电机的输出的电压e U ）还有差别，所以要计算每个用电设备的负载电流时应考虑其电压系数U

U K e v =。

综上所述，整车用电设备负载电流f I 的计算公式为：

∑

=??=m

i i

i v f U

P K K I 1

=14/12[65?2(0.2+0.8)+75?2?0.5+21?2?01+5

?1.0+5?1.0+21?2?0.1+21?2?0.1+21?2?0.1+5?2?1+10?1.0+5?4?1.0+3?0.1+3?0.1+3?0.1+3?1.0+3?0.8+3?1.0+3?1.0+240?0.5+40?0.3+50?1.0+12?0.5+70?1.0+130?0.5+10?0.1]/12=59.01A

额定电压U 为12V , 发电机的输出电压为14V

式中：m —整车用电设备的数量；v K —电压系数；i K —第i 个用电设备的权值；i P —第i 个用电设备的额定功率（W ）；U —用电设备的额定电压（V ）。

表2-2 部分汽车用电设备的权值 负荷类型 部件名称 权值 负荷类型 部件名称 权值 长期工作 点火系 1.0 连续工作 空调

0.5 仪表

1.0

刮水器

0.3

发动机电子控制系统

1.0 ABS 与其它电子控制系统 0.5 夜间长期工作

小灯 1.0 收音机 0.5 前照灯近光 0.2 短时间歇工作

电喇叭 0.1 前照灯远光 0.8 转向信号 0.1 尾牌照灯 1.0 制动灯 0.1 辅助前照灯

0.3

SRS 系统

0.1

3发电机功率的计算

确定的发电机输出电流e I 即发电机功率只是达到发电机供电系统的电能平衡（即

f e I I -=0）但是，为了保证蓄电池可靠地充电，使蓄电池的充、放电达到平衡，通常取一

个蓄电池的充电系数τ，τ一般取0.15左右。于是发电机的输出电流e I 应为：

τ

-=

1f e I I =59.01/0.85=69.42A

求取e I =68.8A ，从而所需发电机功率为：

e e e U I P ?==69.42*14=0.971Kw

4发动机与发电机传动比的计算

通过合理确定发动机与发电机之间的传动比，使汽车处于怠速时发电机的转速要大于发电机的空载转速，并且发动机在最高转速工作时，发电机不允许超过其最高转速。

取发动机怠速时的转速为800r/min ，发电机的最低转速为2000r/min （2000r/min 时发电机发出的电流已经超过额定电流的60%）。则 2800

1600

===

n n i e e 当发动机以最高转速5200r/min 运转时，发电机的转速13000r/min 在发电机最高转速范

围内 故 取2.5时合理的。 发电机选择为：JFZ163Y 三 导线与线束

1 汽车导线是组成汽车电器线路的基础元件，汽车导线均采用多股铜线。 2导线截面积

导线的截面积根据所接用电设备的电流值确定。为保证导线有足够的机械强度和电流，导线的截面积最小不能小于0.5平方毫米。

汽车低压导线标称截面积允许截流值 导线标称截面积/mm2 1.0 1.5

2.5

3.0

4.0

6.0

10

13

导线允许截流量/A

11

14 20 22 25 35 50 60

3 导线的颜色

为方便布线和检修，汽车各条线路的导线均采用不同的颜色，各国对汽车导线的颜色有不同的规定。国产汽车各电路导线主色的规定如下： 导线主色 电路系统名称 导线主色 电路系统名称 红 电源系统 棕 仪表、报警、电喇叭 白 点火启动系统 紫 收音机电子钟等辅助电器

蓝 车外照明系统 灰 辅助电动机及电器操纵系统 绿 灯光信号系统 黑 搭铁

黄

车内照明系统

四 充电系统、启动系统的工作原理

起动系统电路原理

华夏轿车启动系统电路

（一）充电系统 1 充电系统的组成

汽车电源系统又称汽车充电系统，由蓄电池、发电机、电压调节器和充电指示灯等组成。蓄电池和发电机并联于汽车电路之中。 2 充电系统工作原理 (1)发电及整流原理

起动系统的电路原理是有点火开关控制，有蓄电池供电，中间又有启动继电器

其主要工作过程是：点火开关接通电源，由红/黑色导线从点火开关上“50”接线柱送至中央线路板B8接点，再接通中央线路板C18接点，接至起动机 “50”接线柱。

(2)充电系统原理

1.在发电机内部有一个由发动机带动转子（旋转磁场）

2.磁场外有一个定子绕组, 绕组有

3组线圈(3相绕组)，3相绕组彼此相隔120度

3.当转子旋转时，旋转的磁场使固定的电枢绕组切割磁力线（或者说使电枢绕组中通过的磁通量发生变化）而产生电动势。

4 t ＝0时，u A ＝0，u B 为负值，u C 为正值，二极管VD5、VD4获得正向电压而导通，电流由C 相流出→VD5→RL →VD4→B 相→C 相，形成电流回路；

5 t 1～t 2时间内，A 相电压最高，B 相电压最低，VD1、VD4管获得正向电压而导通，形成电流回路；这样电流从A 相绕组出发，经VD1，负载电阻RL, VD4，回到B 相绕组组成回路，A 、B 相之间的线电压加在负载RL 上

6 t 2～t 3时间内，A 相电压最高，C 相电压最低，VD1、VD6管获得正向电压而导通，形成电流回路；

7 t 3～t 4时间内，B 相电压最高，C 相电压最低，VD3、VD6管获得正向电压而导通，形成电流回路； 依此循环导通

VD1 、VD2、VD3、VD4、VD5、VD6六只整流二极管组成全波桥式整流电路，VD10、VD11组成中性点整流输出电路，VD2、VD4、VD6三只负二极管和VD1、VD3、VD5三只正二极管组成励磁整流电路。蓄电池、发电机还有负载是并联连接的，发动机正常工时发电机向用电设备供电并向蓄电池充电，充电指示灯熄灭。当用电设备总功率大于发电机发出的功率时蓄电池辅助发电机供电，当发电机不发电时充电指示灯点亮。

(3)电压调节器的基本原理

电子电压调节器利用三极管的开关特性，将大功率三极管作为一只开关串联在发电机的励磁电路中，根据发电机输出电压的高低，控制三极管导通与截止来调节发电机的励磁电流，使发电机输出电压稳定在一定范围内。发电机电子电压调节器工作过程如下：接通点火开关S ，发电机电压U低于蓄电池电压时，蓄电池电压经过点火开关S加在分压电阻R1 、R2两端。由于发电机电压低于调节电压上限值，稳压管VS处于截止状态，V1基极无电流流过，也处于截止状态。

此时，蓄电池经点火开关、电阻向三极管V1提供基极电流，V2导通并接通励磁电流，其电路为：

蓄电池正极→点火开关→熔断器→发电机端子→发电机磁场绕组→发电机磁场端子→调节器磁场端子→三极管→调节器搭铁端子→发电机搭铁端子→发电机负极管→蓄电池负极发电机电压随转速的升高而升高。

当发电机电压达到额定值时，电阻R2的分压加在V1、VS、R5上，时V1导通，此时V2截止并使V3截止，励磁电流为零，发电机电压降低。

（二）启动系统

1启动系统组成

起动系主要由：

(1)直流电动机：用于将蓄电池输入的电能转换为驱动发动机转动的机械动力（电磁转矩）。

(2)传动机构：用于将电动机的动力（电磁转矩）传递给发动机飞轮，并在发动机起动后自动断开发动机向起动机的逆向动力传递。

(3)电磁开关：控制起动机驱动齿轮与发动机飞轮的啮合与分离以及电动机电路的通断；

2启动系统控制原理

永磁起动机控制原理

1—驱动齿轮2—滚柱式单向离合器3—传动叉4—回位弹簧5—起动开关6—电磁开关7—磁极8—蓄电池9—电枢

接通起动开关后，吸拉线圈和保持线圈通电，在电磁力的共同作用下，使活动铁心克服弹簧力右移，活动铁心带动拨叉移动，将驱动齿轮推向飞轮。

当驱动齿轮与飞轮啮合时，接触盘也被活动铁心推至与触点接触位置，使起动机通电运转。接触盘接通触点后，吸拉线圈被短路，活动铁心靠保持线圈的电磁力保持其啮合位置。

四充电系统、起动系统线路设计与分析

此次设计中通过对发电机、起动机的计算初步选取了华夏HX7180轿车所使用的发电机、起动机和蓄电池等。发电机采用上海法雷奥汽车电器系统有限公司生产的SA13VI型发电机，此发电机是内装电压调节器的整体型发电机，对外只有两个接线柱D+、B+和外壳打铁。起动机采用长沙汽车电器厂生产的QD1229型起动机，此起动机的启动小齿轮有九个标准齿，对外也是有两个接线柱30端子、50端子和外壳打铁。由此初步设计华夏HX1780轿车的充电系统、启动系统整体电路如图所示：

发电机D+端子通过充电指示灯与有点火开关控制的15线相连，B+端子接蓄电池正极，蓄电池正极与起动机30端子相连，起动机50端子通过启动继电器与蓄电池正极相连，启动继电器由点火开关控制。

当发电机向用电设备供电并向蓄电池充电时，电流由发电机B+→蓄电池正极→蓄电池负极→发电机负极组成回路。此时充电指示灯的两侧电压相等，充电指示灯熄灭。当点火开关接通启动发动机时，点火开关给50线、15线、X线供电，控制电流为蓄电池正极→点火开关→ X线→启动继电器线圈→打铁→蓄电池负极此时将起动机的控制电路接通蓄

电池正极→点火开关→50线→继电器→起动机50端子→打铁→蓄电池负极主电路蓄电池正极→起动机30端子→打铁→蓄电池负极

参考书目

1吴扬Protel DXP 电子设计教程中国铁道出版社

2娄云汽车电路分析机械工业出版社

3麻友良汽车电器与电子技术机械工业出版社

4舒华，姚国平主编桑塔纳轿车电控与电气系统结构原理检修人民邮电出版社5曲金玉汽车电器与电子控制技术北京大学出版社