第七章汽车辅助电气教案.doc
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1、旧知回顾:汽车电源 本节内容: 第七章 汽车辅助电气系统第一节 电动刮水器及清洗装置一、电动刮水器1、作用用来清除风窗玻璃上的雨水、雪或尘土,以确保驾驶员有良好的能见度。2、分类前风窗刮水器和后风窗刮水器。按驱动装置的不同分:真空式、气动式和电动式(广泛)。1、5刷架;2、4、6摆杆;3、7、8拉杆;9蜗轮;10蜗杆;11电动机;12底板图7.1 电动刮水器3、结构电动刮水器由直流电动机和一套传动机构组成。电动机旋转经减速和连动机构的作用变成雨刮臂的摆动。4、变速原理刮水器的变速是利用直流电动机的变速原理来实现的,由直流电动机电压平衡方程式可得转速公式为1串激绕组;2电枢;3并激绕组;4触点;
2、5凸轮;6刮水器开关;7熔断器;8电源开关图7.2 线绕式电动刮水器的工作原理在电压U和直流电动机确定的条件下,即I、R、k均为常数,当磁极磁通增大时转速n下降,反之则转速上升。若两电刷之间的电枢绕组数Z增多时,转速n也下降,反之则上升。1) 改变磁通变速只适合于线绕式直流电动机。当刮水器开关在挡位置(低速)时,电流由蓄电池正极经电源开关熔断器接线柱接触片,然后分两路:一路通过接线柱串激绕组1电枢2至蓄电池负极形成回路;另一路通过接线柱并激绕组3至蓄电池负极形成回路。此时,在串激绕组1和并激绕组3的共同作用下,磁场增强,电动机以低速运转。当刮水器开关在挡位置(高速)时,电流由蓄电池正极经电源开
3、关熔断器接线柱接触片接线柱串激绕组1电枢2至蓄电池负极形成回路。此时,由于并激绕组3被隔除,磁场减弱,电动机以高速运转。2) 改变电刷间的导体数变速改变电刷间导体数变速的方法只能通过永磁电机(三刷永磁式直流电动机)来实现,它的磁极为铁氧体永久磁铁。B1为低速运转电刷,B2为高速运转电刷,B3为公共电刷。B1、B2安装位置相差60。当电动机工作时,在电枢内同时产生反电动势,其方向及电枢电流的方向相反。如要使电枢旋转,外加电压U必须克服反电动势的作用,当电枢的转速上升时,反电动势也相应上升,只有当外加电压U几乎等于反电动势时,电枢的转速才趋于稳定。1电枢绕组;2永久磁铁;3换向器;4反电动势图7.
4、3 永磁式刮水器电动机的工作原理(a) 结构原理图;(b) 电路原理图当开关拨向“L”时,电源电压U加在B1和B3之间,由于、和、组成两条并联支路,支路中串联的线圈(导体)均为有效线圈,串联线圈(导体)数相对较多(每条支路串联3组绕组),故反电动势较大,电动机以较低转速运转。当开关拨向“H”时(见图7.3(b),电源电压U加在B2和B3之间,由于线圈和线圈产生方向相反的电动势,互相抵消,故组成两条并联支路中串联线圈(导体)数相对较少(每条支路串联2组绕组),故反电动势较小,电动机以较高转速运转。4、自动复位装置所谓的自动复位,就是指在切断刮水器开关时,刮水片能自动停在驾驶员视野以外的指定位置。
5、触点4及凸轮5,就是线绕式电动刮水器的自动复位装置。凸轮及电枢轴连动,触点由凸轮控制,如果断开刮水器开关,当刮水片没有停在指定位置时,凸轮继续将触点顶在闭合位置,电动机继续转动。只有当刮水片停在指定位置时,凸轮的凹处把触点断开,电动机才停转。永磁式电动刮水器的自动复位装置见图7.4。当刮水器开关推到0挡时,如果刮水片没有停在规定的位置,由于触点6及铜环9接触,则电流继续流入电枢。电流由蓄电池正极电源总开关1熔断器2电动机电刷B1电枢绕组电刷B3刮水器开关接线柱刮水器开关接线柱触点臂5触点6铜环9蓄电池负极,电动机以低速运转(见图7.4(b),直至蜗轮8转到图7.4(a)所示的位置时,触点6通过
6、铜环7及触点4连通,将电动机电枢绕组短路。及此同时,电动机因惯性不能立即停转,以发电机方式运行,而产生很大的反电动势,产生制动力矩,电机迅速停转,使刮水片停在特定位置。1电源总开关;2熔断器;3、5触点臂;4、6触点;7、9铜环;8蜗轮;10电枢;11永久磁铁;12刮水器开关图7.4 永磁式刮水器电动机自动复位装置原理图(a) 工作电路;(b) 复位原理5、间歇控制电动刮水器间歇控制的作用,一是在及洗涤器配合使用时,可以达到先洗后刮的循环刮洗工序,以提高刮洗效果;二是在下毛毛细雨时,雨量稀少,如果刮水器仍按原来那样不断地工作,不仅会引起刮片的颤动,而且也会对玻璃有损伤。电动刮水器的间歇控制按其
7、间歇时间能否调节可分为可调式和不可调式。下面以无稳态方波发生器控制的间歇刮水器为例介绍其工作过程,电路见图7.5。由VT1、VT2组成无稳态多谐振荡器。R1、C1决定K的通电吸合时间,R2、C2决定1间歇刮水开关;2刮水器开关;3刮水电机;4自停开关;5继电器图7.5 电子间歇刮水器K的断电时间。当刮水器开关处在0挡时,刮水器电动机电枢被B3及B1电刷、继电器K的常闭触点和自停开关短路,电动机不工作。此时,若接通间歇开关,则VT1导通,VT2截止,K通电使常开触点闭合,刮水器以低速运转。当C1充电到一定值后,VT2导通,VT1迅速截止,K断电,常闭触点闭合,电动刮水器自动复位后停止工作。当C2
8、充电到VT1导通电压时,VT1导通,VT2截止,K动作,常开触点闭合,重复上述过程。二、清洗装置1刮水器间歇控制器;2刮水器及洗涤器开关;3洗涤器电机;4刮水器电机图7.7 奥迪轿车前风窗清洁装置电路1、作用:消除附在风窗玻璃上的污物,及刮水器开关配合工作。2、组成:洗涤液罐、洗涤泵、软管、三通、喷嘴及刮水器开关。洗涤泵由永磁直流电机和离心式液片泵组成。压力为7088 kPa。喷嘴安装在风窗玻璃下面,其喷嘴方向可调整,使水喷射在合适位置。3、工作过程:当刮水器开关在挡位置时,刮水器处于间歇工作状态,利用自动复位触点及C2充放电时间来实现间歇控制;当刮水器开关处于1挡时,刮水器以低速工作;当刮水
9、器开关处于2挡时,刮水器以高速工作;当刮水器开关置于TiP位置时,刮水器电机短时间工作,松开刮水器开关,开关自动返回至0位置。刮水器开关置于Wa位置时,将完成洗涤和刮水两项工作。具体工作过程如下:(1) 洗涤器工作电路中的工作电流由蓄电池正极(经卸荷继电器触点)熔断器刮水器开关2的53a触点刮水器开关2的53c触点洗涤器电机3搭铁蓄电池负极,于是洗涤器开始工作,将洗涤液喷洒到风窗玻璃上。(2)同时,电路中的工作电流刮水器开关2的53c触点间歇控制器1的53c触点二极管VD1电容器C1蓄电池负极,为C1充电。在C1充电的同时,电阻R8及电阻R4电路中的电流由小增大(B点的电位逐渐升高),在此电压
10、作用下,晶体三极管VT1导通,间歇控制器的继电器线圈通电,触点K1闭合,使间歇控制器中的触点15及53e接通,于是刮水器电机的电路接通。电路中的工作电流由蓄电池正极熔断器间歇控制器触点15及53e刮水器开关的触点53e及53刮水器电机蓄电池负极,于是,刮水器电机慢速工作。松开开关手柄时,刮水器开关自动复位,洗涤泵立刻停止喷水工作,但这时间歇控制器中的电容器C1开始向电阻R8及电阻R4放电,使晶体三极管VT1继续导通,刮水器电机仍慢速工作4 s,即电容器C1放电的时间,其目的是为了刮干前风窗玻璃上的水滴。三、雨滴感知型刮水系统1、作用:根据雨量的大小自动调节刮水器的刮水频率,使驾驶员始终保持良好
11、的视线。2、组成:雨滴传感器、间歇刮水放大器和刮水器电动机。 传感器的作用是将雨量的大小转变为及之相对应的电信号。3、工作过程工作时,由于雨滴下落撞击到传感器的振动片3上,振动片3将振动能量传给压电元件2(见图7.9)。压电元件受压而产生电压信号,电压值及撞击振动片上的雨滴的撞击能量成正比,电压信号经过放大后送入间歇刮水放大电路,对放大器的充电电路(电容)进行20 s的定时充电,电容电压上升。该电压输入比较电路,比较电路将其及基准电压U0比较,当电容电压达到U0时,比较电路向刮水器电动机发出信号,使其工作一次。当雨量大时,压电元件产生的电信号强,充电电路电压达到基准电压值U0所需时间就短,刮水
12、器的工作间歇时间就短;反之,雨量小时压电元件产生的电压就小,充电电路电压达到基准电压U0所需时间就长,刮水器的工作间歇时间就长。当雨量很小,雨滴传感器没有电压信号输出时,只有定电流电路对充电电路进行充电,20 s后充电电路的输出电压达到基准电压U0,刮水器动作一次。这样,雨滴感知型刮水器就把刮水器的间歇时间控制在020 s范围内,以适应不同雨量的需要。第 18 页旧知回顾:汽车电源 本节内容: 第二节 电动车窗一、组成及功用1、功用:可使驾驶员或乘员坐在座位上,利用开关使车门玻璃自动升降。2、组成:车窗、车窗玻璃升降器、电动机、继电器、开关等组成。升降器钢丝滚筒式和交叉传动臂式两种。电动机双向
13、的,有永磁型和双绕组串激型两种。每个车窗都有一个电动机。开关两套,一套装在仪表板或驾驶员侧车门扶手上,为主开关,由驾驶员控制。另一套分别装在每一个乘客门上,为分开关,由乘客操纵。一般在主开关上还装有断路开关,如果它断开,分开关就不起作用。热敏断路开关防止电路过载。延迟开关在点火开关断开后约10 min内,或车门打开以前,仍有电源提供,使驾驶员和乘客能有时间关闭车窗。二、永磁型直流电机电动车窗1、工作原理:通过改变电枢的电流方向来改变电动机的旋转方向使车窗玻璃升降。2、工作过程:当点火开关打至点火挡时,电动车窗主继电器工作,触点闭合,给电动车窗提供了电源。如将主开关上的窗锁开关闭合,那么,所有车
14、窗都可随时进入工作状态;若主开关上的车窗锁开关断开,则只有驾驶员侧车窗可进行工作。另外,驾驶员侧的车窗开关由点触式电路控制,驾驶员要使车窗玻璃下降时,只要点触一下下降开关,车窗玻璃就会自动下降到最低点。在下降过程中,如果要使玻璃停止在某一位置,只要再点触一下开关即可。三、双绕组串激式直流电动机电动车窗1、工作原理:有两个绕向相反的磁场绕组,不同绕组通电,产生相反方向的磁场,电动机旋转方向不同,从而实现车窗玻璃上升或下降。2、工作过程:电动车窗的断路保护开关是双金属触点臂结构,当电动机超载电路中电流过大时,双金属片因温度上升,产生翘曲变形张开触点,切断电路。电流消失后,双金属片冷却,变形消失,触
15、点再次闭合。如此周期动作,使电动机电流平均值不超过规定值,不致过热而烧坏。第三节 电动天窗一、组成电动天窗主要由天窗组件、滑动机构、驱动机构和控制系统等组成。天窗组件包括天窗框架、天窗玻璃、遮阳板、导流槽、排水槽等部分。驱动机构主要由电动机、传动机构、滑动螺杆等组成。工作时,电动机驱动传动机构,使得天窗滑移开启或倾斜开启。天窗控制系统主要包括天窗控制开关、电控单元(ECU)、继电器、限位开关等。天窗控制开关有滑动开启和倾斜开启两种功能。滑动开关有滑动打开、滑动关闭和断开三个位置;倾斜开关也有斜升、斜降和断开三个位置。通过驱动电机实现正反转,使天窗实现不同状态下的工作。第四节 电控门锁系统一、中
16、控门锁的功用、组成及分类为了使汽车的使用更加方便和安全,现代轿车多数都安装了中控门锁控制系统。装置中控门锁后可实现下列功能:(1) 将驾驶员车门锁扣按下时,其他几个车门及行李舱门都能自动锁定;如用钥匙锁门,也可同时锁好其他车门和行李舱门。(2) 将驾驶员车门锁扣拉起时,其他几个车门及行李舱门锁扣都能同时打开;用钥匙开门,也可实现该动作。(3) 在车室内个别车门需打开时,可分别拉开各自的锁扣。中央控制门锁系统一般由门锁开关、门锁控制器和门锁执行机构组成,系统零部件位置如图7.17所示。中控门锁按结构可分为双向空气压力泵式、微型直流电动机式和电磁线圈式三种。在很多车辆上,中控门锁还及防盗系统一同工
17、作。二、直流电机式中控门锁利用控制直流电动机的正反转来实现门锁的开、关动作。直流电机式中控门锁主要由双向电动机、导线、继电器、门锁开关及连杆操纵机构组成。直流电机式中控门锁的操纵机构见图7.18。当门锁电动机9运转时,通过门锁操纵连杆8操纵门锁动作。电动机的旋转方向由经过电机电枢的电流方向决定。若锁门时,电机电枢流通的是正向电流,那么开锁时,电机电枢流通的则为反向电流,电机即反向旋转。这样利用电机的正转或反转,就可完成车门的闭锁和开锁动作。图7.19是自动门锁的电路图。驾驶人员或乘客利用门锁开关可以接通或断开门锁继电器,门锁继电器包括锁定和开锁两个继电器。它有两个功能:一是将电源电压施加于电机
18、;另一个是使电机另一端搭铁,形成通路。门锁电机的转向是可逆的,其转动方向是由流经电枢电流的方向决定的。将开关掷向锁定位置时,电源供电给锁定继电器线圈,继电器动作,其动合触点闭合,电源电压经此动合触点施加于所有门锁电机,电机电枢的另一端经开锁继电器动断触点搭铁,电机旋转并将各车门锁住。当开关断开电源(开关放在中间位置)时,锁定继电器释放。将开关掷向开锁位置时,开锁继电器线圈有电,继电器吸合,电源电压经闭合的开锁继电器动合触点施加于电机,电机电枢的另一端经锁定继电器动断触点搭铁,电机转动并把锁打开。当开关放开,回到中间位置时,开锁继电器失去作用。三、电磁线圈式中控门锁图7.20所示为一种双线圈式(
19、电磁式)门锁执行机构。当给锁门线圈通正向电流时,衔铁带动连杆左移,锁门;当给开门线圈通反向电流时,衔铁带动连杆右移,开门。四、双向压力泵式中控门锁双向压力泵式中控门锁是利用双向空气压力泵产生压力或真空,通过膜盒来完成门锁的开、关动作。它主要由机械部分、空气管路和电路三部分组成,是一个独立的控制系统。下面以奥迪100轿车中控门锁为例加以说明,其在车上的布置见图7.21。当用钥匙或用手拉起两前门的任一门锁锁扣来打开门锁时(见图7.21中的5),由于锁扣通过连接杆及前车门锁执行元件相连接,连接杆被向上拉起,车门锁执行元件中的门锁开关的开锁触点闭合,见图7.22。控制单元收到此信号后,立即控制双压力泵
20、转动压缩空气,系统管路中的气体呈正压,气体进入4个车门及行李舱的执行元件(膜盒)内,膜片推动连接杆向上运动将各门锁打开。当用钥匙或按下两前门的任一门锁扣来锁住车门时,连接杆被压下,车门锁执行元件中的门锁开关的门锁触点闭合,控制单元收到此信号后,立即控制双压力泵向另一个方向运转,用以抽吸空气,系统管路中呈负压,各门锁的执行元件进入真空状态,膜片带动连接杆向下运动而将各车门锁住。后车门及行李舱的门锁执行元件及前门有所不同,它们没有门锁开关及接线,只是一个气动执行元件(膜盒)。另外,装有控制单元和双向压力泵的塑料盒内有一个双触点压力开关,压力泵不转动时两对触点都断开,压力泵转动37 s后,无论是正压
21、还是负压,都会使一对触点闭合,控制单元收到信号后,立即使压力泵停止转动。如果管路或膜盒出现漏气,压力泵虽然转动但建立不起正压或负压,触点不能闭合。控制单元具有压力泵强行保护功能,即延迟电路每次只允许压力泵转动30 s便自动停机,其作用是当管路出现漏气故障后,防止压力泵因长时间运转而被烧毁。塑料盒内的系统管路上还装有一个放气阀,每当压力泵停止转动后,此阀立即打开,使系统中管路及大气相通,以备下一次操作。每当压力泵转动之前,此阀立即关闭,使系统管路及大气隔绝。在掌握中控门锁工作原理的基础上,进行故障诊断并不是一件困难的事。在门锁系统失灵时,应该首先观察是全部门锁失灵还是某个车门锁失灵。如果全部门锁
22、失灵,一般是由电源断路、空气管路破裂、控制单元损坏等原因造成的,若打开或关闭前门锁时,双压力泵工作时间长达30 s,但门锁不动作,说明系统有漏气处;如果只是某个车门锁失灵,一般是该门锁机械方面的故障,只要拆检故障所在车门即可查出。五、中控门锁控制器门锁机构在工作时要消耗电能,为缩短工作时间,门锁电路装有定时装置。这种装置的工作原理一般是利用电容器的充放电特性,在超过规定时间后,输送给门锁机构的电流就自行中断,正常锁门或开门也如此,定时装置可以保护电路和用电器的安全。四门轿车使用电动机多,为防止电控门锁开关过载,一般增装继电器,通过门锁开关控制继电器,再控制电动机。为门锁执行机构提供锁/开脉冲电
23、流的控制装置称为门锁控制器,常用形式有以下三种。1晶体管式门锁控制器晶体管式门锁控制器内部有两个继电器,一个管锁门,一个管开门。继电器由晶体管开关控制,它利用电容器的充放电过程控制一定的脉冲电流持续时间,使执行机构完成锁门和开门动作。电路图如图7.23所示。2电容式门锁控制器电容式门锁控制器利用电容充放电特性,平时电容器充足电,工作时把它接入控制电路使电路放电,使两电路中之一通电而短时吸合;电容器完全放电后,通过继电器的电容中断而使其触点断开,门锁系统不再工作。其电路图如图7.24所示。3车速感应式门锁控制器在中控门锁系统中加载车速为10 km/h的感应开关,当车速在10 km/h以上时,若车
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