商用车整车电气系统设计与研究.pdf

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1、分娄04 7 K f t 埘事叶，科枝大署硕士学位论文商川乍恪4-：r 1 1 7L 系统没计i 研究学f、圳i 浦几学科9、指导救帅符y I f 删枷哗机槭J 排一J 进救投2 0 1 5 旬?I 1JJ1 8华中科技大学硕士学位论文摘要汽车电气系统是现代汽车的重要组成部分，对商用车整车电气系统进行设计研究具有重要的实际意义及应用价值。本文所进行的商用车整车电气系统的设计与研究工作是建立在东风公司现有载货车技术水平基础上完成的。通过分析研究现行法规要求、法规的发展趋势、前一代车的技术特点以及国内现在汽车零部件的发展水平，确立电气系统设计目标，据此实现了样车整车电气系统的原理设计、参数设计和布

2、置设计。本文在线束设计过程中，采用P T C 公司的三维布缆软件P r o EH a r n e s s 建立三维布缆实体模型，进行设计仿真并自动生成设计文件，使得设计结果更接近实车状况，提高设计效率和准确性；运用电量平衡分析方法，讨论了发电机与汽车电量平衡的关系，结合大量实验数据积累，进行样车发电机的匹配设计。本文还针对大量电子部件在汽车上应用所带来的电磁兼容性问题进行分析与探讨，总结出电磁兼容设计的基本原则，对设计中出现的具体问题提出解决方案。本课题具有实际工程应用价值，通过对整车电气系统进行设计研究，形成了一套比较完整科学的设计方案。通过规范设计流程、借助C A D 手段及相关分析理论的

3、应用，可以避免设计缺陷，缩短设计周期，降低生产成本，从而取得市场竞争优势。关键词：商用车电气系统设计华中科技大学硕士学位论文A B S T R A C TA so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tp a r t so nv e h i c l e，i t ss i g n i f i c a t i v et os t u d yo ne l e c t r i c a ls y s t e md e s i g nf o rc o m m e r c i a lv e h i c l e D u r i n gt h i st h e s i s，t h

4、 er e s e a r c ha n dd e s i g no fe l e c t r i c a ls y s t e mf o rc o m m e r c i a lv e h i c l ea r ef o u n d e do nt h eb a s eo fD F Lc u r r e n tt e c h n o l o g y T h r o u g ha n a l y z i n gt h er e q u e s to fc u r r e n ts t a n d a r d，s t a n d a r d sd e v e l o p i n gt r e n

5、 d，t e c h n o l o g i cf e a t u r eo ft h eo l dv e r s i o nv e h i c l e，t h ed e v e l o p i n gl e v e la n dc u s t o m e r se x p e c t a t i o n，t h eg o a lo fe l e c t r i c a ld e s i g nc o u l db ef o u n d e d T h et h e s i sf i n i s h e dt h ew h o l ee l e c t r i c a ls y s t e m

6、 sd e s i g n，w h i c hi n c l u d ed i a g r a m，p a r a m e t e r sa n da s s e m b l yd e s i g n B ym e a n so fC A D，P r o EH a r n e s ss o f t w a r ei su s e dt oe s t a b l i s ht h em o d e lo fh a r n e s s，t h r o u g hw h i c hc a nd os i m u l a t i o na n dg a i nt h ed e s i g nf i l

7、 ea u t o m a t i c a l l y T h et h e s i sa l s ou s e st h ee v a l u a t i o nm e t h o da n dt h e o r e t i c a la n a l y s eo ft h ep o w e rb a l a n c e T h et h e s i sa n a l y z e sa n dd i s c u s s e st h eE M Cp r o b l e m，w h i c hi sb e c o m i n gm o r ea n dm o r ep o p u l a rb

8、 e c a u s eo ft h ea p p l i c a t i o no fe l e c t r o n i cc o m p o n e n t so nv e h i c l e I td r a w so u tt h eb a s i cr u l ef o rE M Cd e s i g n，a n ds o l v e st h eE M Cp r o b l e m se x i s t e di nt h ep r o c e s sd e s i g n T h es t u d yc a nb eu s e di ne n g i n e e r i n gf

9、 i e l d As e r i e so fs c i e n t i f i cp r o j e c t sc a nb ef o u n d e db ya n a l y z i n gt h ee l e c t r i c a ls y s t e m s T h r o u g hd e s i g nf l o wa n db ym e a n so fC A D，t h ed e s i g nb u gc o u l db ea v o i d e da n dd e s i g np e r i o dc o u l db es h o r t e n e d S o

10、t h ec o s to fp r o d u c t i o nw i l lb er e d u c e da n do c c u p yt h es u p e r i o r i t yo ft h em a r k e t K e y w o r d s：C o m m e r c i a lv e h i c l eE l e c t r i c a ls y s t e m sD e s i g n独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已标明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。

11、对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：瓦哟f眄年，p 月弓日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密口，在年解密后适用本授权书。本论文属于，不保密回。(请在以上方框内打“4”)一学位论文作者签名：指导教师签名傻!至)三I 一口尹年内月 7 日。硝年，矿廖日华

12、中科技大学硕士学位论文1绪论1 1 课题的来源、目的及意义随着电子技术的发展，汽车电器在现代汽车整车中的比重越来越高，除在传统的电气系统如：灯光、点火、起动外，还在电子驱动控制，自动变速器，电子牵引力控制，电子防抱死系统等得到广泛的应用。随着我国经济的迅速发展，人民生活水平不断提高，对汽车舒适性、经济性和安全性的要求也越来越高。与此相适应，国家相继出台了一系列的政策和法规来进一步规范汽车厂家的生产和引导大众的汽车消费。东风汽车有限公司目前的载货车主要是在八十年代引进日本I E I 产柴六、七十年代的汽车技术发展起来的。其汽车电气系统比较简单，仅有传统的点火系，起动系，照明系统等。显然易见，如此

13、简单的汽车电气系统已经不但落后于电子技术的发展水平，也难以满足日益严格的国家法规的要求了。以汽车排放法规为例，自2 0 0 4 年7 月1日起，在全国范围内开始实施相当于欧I I 标准的国家机动车污染物排放标准第二阶段限值。2 0 0 5 年，北京将实施欧I l I 排放标准。新标准的实施，标志着我国的机动车污染防治进入了一个新的阶段。然而，传统的柴油发动机即使采用增压、中冷等技术也只能达到欧I I 标准。因此，作为满足柴油机排放、节能和提高性能的重要途径，柴油机电子控制技术已成为当前柴油机技术的重要发展方向。柴油机电子控制以其快速灵活的特点，保证了系统的实时性和精确性，并可根据需要采用不同的

14、控制算法和调节规律，从而突破了传统机械调节系统速度慢和适应性差的弱点。再者，随着人民生活水平的提高，对汽车舒适性、安全和环保都提出了更高的要求，如此一来，汽车上的电器电子设备不断增多，如何使众多的设备协调、高效的工作，给汽车电气系统设计提出了新的课题。作为中国载货车行业的排头兵，东风汽车公司于2 0 0 3 年将开发新一代重型载货车列入东风汽车公司战略性开发项目，以驾驶室换代、发动机达欧I I I 排放标准为契机，华中科技大学硕士学位论文全面提升东风汽车公司产品水平。本课题的目的就是结合中国实际的情况(如道路条件、购车期望、政策法规)，为合理设计整车电气系统建立规范，从而使汽车达到节能、环保、

15、舒适、安全的最佳状态。1 2 国内外研究现状及存在问题电器与电子设备是汽车的重要组成部分，其性能的好坏直接影响到汽车的动力性、经济性、可靠性、安全性、排气净化及舒适性等多方面性能。例如：为了使汽车发动机获得最高的经济性，就要求点火系统能够在最适当的时间点火；为使发动机可靠起动，需采用电动起动机；为保证汽车工作可靠，行驶安全，则又有赖于各种指示仪表，信号装置和照明等电器的正常工作。汽车电器的发展史可追溯到本世纪初：高压磁电机点火装置、直流发电机、电喇叭等在汽车上应用。继此之后，蓄电池点火系统，发动机电启动装置，汽车照明装置，电动刮水器，汽车仪表等相继出现在汽车上。经过较长的发展阶段，形成了完整的

16、汽车电气系统。随着汽车结构的改进与性能的不断提高，汽车上装用的传统电气设备正面临着巨大的冲击。近年来，伴随着电子工业的发展，电子技术在汽车上的应用越来越广，车用电子装置的新产品不断涌现，特别是大规模集成电路及微型处理机的应用，大大推动了汽车工业的发展，同时亦给汽车的控制装置带来了巨大的变革。当前，电子技术在解决汽车所面临的油耗安全、排放等问题方面正起着重要作用。如电子控制汽油喷射装置和电子点火装置的应用不仅可以节油5 1 0，同时对排气净化亦十分有利；电子控制防抱死制动装置的应用不但可使汽车在泥泞路面上高速行驶，而且紧急制动时可防止侧滑，保证汽车安全制动，此外，在实现操纵自动化和提高舒适|生等

17、方面也离不开电器与电子设备的应用。E h 此可见随着汽车工业和电子工业的高速发展，汽车上所装用的电器与电子设备的数量将会与日俱增，并将起着越来越重要的作用嘲嘲6。世界汽车电子技术的发展大致可分为三个阶段：1 9 6 5 1 9 7 5 汽车电子产品是由分立元件和集成电路I c 组成。华中科技大学硕士学位论文1 9 7 5 1 9 8 5 主要发展专用的独立系统如电子控制汽油喷射，防抱死制动装置等。1 9 8 5 2 0 0 0 主要开发可完成各种功能的综合系统及各种车辆整体系统的微机控制，这个阶段为汽车的电子时代。在现代汽车上，微机控制系统可以实现对发动机的点火时刻、空燃比、怠速转速、废气再循

18、环、自动变速器、制动防抱死、仪表、信号等各项控制，为了提高工作的可靠性，控制系统还具有自诊断和保护功能。由于汽车电器电子技术的发展，使电器电子产品在汽车成本中所占比例逐年提高，现在在一些发达国家的汽车上，其电器电子产品所占汽车成本的比例达到2 5 左右，目前，汽车电子化程度的高低己成为国际上衡量汽车先进水平的重要标志。我国汽车电器电子技术的现状与国际先进水平相比，有一定差距。在汽车线束的布置设计方面，目前国内大部分采用的设计流程为线束的规划、走线路径的测量、绘制线束图和原材料清单、制造第一根线束、更改错误、新线束的制造和测试、最终文件产生。这种传统流程会带来以下问题：(1)结构设计导致的走线空

19、间问题；(2)走线不合理带来的电磁兼容性问题：(3)线束设计及制作过程的反复带来的时间浪费；(4)线束的制作费用高；(5)线束制作过程中人为因素导致产品质量的变化。国外先进的汽车设计中心一般采用三维布线C A D 软件也称作H a r n e s s 软件作为辅助设计手段，将线束图的设计和绘制与现有的3 D 机械设计软件完美地融合到一起，使设计过程非常流畅。软件的3 D 设计环境和2 D 线束图生成环境是互相关联的，在任何一个环境中所作的改变，都会体现在另一个环境中，这减少了更改机械及电讯设计时出错的机会。在汽车仪表方面，传统的机械式仪表已经被机电式模拟仪表所取代。随着汽车装用的电子控制机构和

20、相关的临近项I f l 不断增加，汽车仪表的功能已不仅仅是单纯的指示，而是通过对汽车各部件参数的检测和微处理机配套，达到监控汽车运行工况的目的。机电式模拟仪表已远不能满足现代汽车新技术、高速度的要求，将渐渐被电子化仪表取代”。在电磁兼容性方面，汽车技术比较先进的国家都十分重视对汽车电磁兼容性的研华中科技大学硕士学位论文究，纷纷制定了相应法规：各大汽车生产商则投入资金建立相应的汽车电磁兼容性研究中心，对其整车执行测试认可，对汽车电子产品零部件的批量生产进行检查，分析事故的赔偿责任，对整车电磁环境的测试进行分析和描述，从而提出整车电气系统和汽车电子产品的电磁兼容性设计的技术要求。我们国家汽车电子产

21、品在载货汽车上的应用程度同汽车技术发达国家载货汽车存在较大的差距。国外的载货汽车一般携带着各种先进的电子通讯装置，为保证它们的正常工作，这些国家对载货汽车的电磁兼容性要求也比较高；而我国一般载货汽车对这方面的要求则相对较低，但随着我国国民经济的不断发展，这些先进的电子通讯设备也被逐渐应用到载货汽车上。目前，国内相对实力较强的几大汽车厂家亦认识到电磁兼容性的重要性，并着手这方面的研究，但同先进国家相比差距还是比较大的”1。究其原因，一方面，汽车电子在技术上开发的难度大、周期长，需要进行大量的试验，开发初期需要投入的资金多，特别是如今市场上的竞争对手都是国外实力强大的跨国汽车电子公司，再加上国内的

22、电子行业对汽车电子控制系统了解的不多，先天不足加后天“营养”不良，因而影响了国内汽车电子产业化的进程。另一方面，由于国内的主流汽车生产厂多是合资企业，装配的电子产品多是原外方的配套厂商提供的产品。这也在一定程度上制约了国内汽车电子产业的发展。然而，我国己明确汽车工业为国民经济的支柱产业，这已经大大地推动了我国汽车工业的发展，汽车电器电子技术了有了长足进展且正在突飞猛进。未来的汽车工业将更多地依赖于汽车电器电子技术的发展，未来的汽车电器电子设备己呈现出电子化、智能化的发展趋势。各种专用集成电路，更多与更先进的微处理器及其系统、先进的传感技术将应用在汽车上，不仅将进一步改善汽车的机械性能、降低油耗

23、、减少污染，提高工作可靠性与乘客舒适性，而且特别是在行驶安全性方面将会有突破性进展。1 3 课题研究的主要内容及全文安排课题研究重点是某一商用车具体车型的电气系统设计，并据此确立一套适合东风公司的商用车电气系统设计规范，主要内容包括：国内外研究现状、整车电气原理建4华中科技大学硕士学位论文立、电气参数设计、布置设计、设计改进和总结并展望该领域迸一步的研究方向本论文正文共六部分，首先在绪论部分概述了汽车电器电子技术的发展历程，提出了本课题背景及课题需要完成的主要内容；其次在第二部分将商用车传统电气系统分为六部分，即电源系统、起动系统、照明与信号系统、传感器及信息显示系统、辅助电器系统及汽车电气设

24、备线路，详细介绍了各系统的组成、功能及设计准则；再次在第三部分以具体车型T 0 8-0 0 1 为例，在电量平衡理论的指导下，进行了整车用电量的估算，选择合适的发电机；在第四部分按照汽车电气系统设计过程，依次对电气系统原理设计，电气参数设计，布置设计进行详细论述，并对电磁兼容性设计进行了讨论。在线束设计部分，详细讨论了如何运用三维布缆软件进行汽车电线束设计，提高设计效率；第五部分对在T 0 8-0 0 1 试制过程中出现的电气问题进行了原因分析，并找到了解决方案：在文章的第六部分对全文总结并展望了汽车电气的未来发展趋势。1 4 本章小结本章绪论共分为三部分，第一部分概述了课题的来源、目的及意义

25、，即根据东风汽车公司战略性开发项目要求，结合中国实际的情况，进行新车型电气系统设计，同时为合理设计整车电气系统建立规范，从而使汽车达到节能、环保、舒适、安全的最佳状态；第二部分介绍了目前国内外汽车电气的研究现状，并对国内汽车电气存在问题进行分析；第三部分是本课题研究的主要内容及全文安排。华中科技大学硕士学位论文2 商用车传统电气系统的组成及设计原则2 1 电源系统汽车供电系统一般由发电机、电压调节器和蓄电池组成：发电机对柴油机而言大多采用硅整流交流发电机。电压调节器主要有电磁式电压调节器，分立元件半导体电压调节器，电子式无触点电压调节器几种。蓄电池有起动用铅酸蓄电池和低锑免维护蓄电池等。汽车的

26、用电系统较多，所有系统都需要大量电能维持其工作，蓄电池只能维持一个短时间，其电能一旦耗尽，发动机将停机。为解决这个问题，汽车装有供电系统，它在发动机达到一定转速时向全车各个用电系统供电，并向蓄电池充电。这就解决了在发动机停机时，蓄电池可重复向各个用电系统供电的问题。蓄电池供电持续时间取决于蓄电池容量的大小。2 1 1 蓄电池的型式选择1 4 5】7 0 年代开始，少维护或免维护铅蓄电池在国际市场上逐年增高。随着汽车工业和运输业迅速发展，要求启动用蓄电池少维护或免维护，这也是汽车整体可靠性的环。所谓少维护或免维护，其含义是在汽车的使用过程中(包括静止状态)，不需要监视电解液面(因电解水导致损耗)

27、，不致于因搁置产生自放电。换言之，不进行维护或少维护仍然保持蓄电池在启动和行驶所需要的能量。由于自放电的存在，蓄电池在放置时也会失掉容量。特别是长时间或高温情况下，一定时间后，同于硫酸化，即使再充电也不能恢复原状，致使蓄电池不能再使用。免维护蓄电池和少维护蓄电池与普通蓄电池相比，容量保持有明显差别，见图2-1。普通启动用铅蓄电池栅板多采用铅一锑(P b s b)合金(锑含量4 7)，锑量增多有利于提高栅板的机械强度，改善铸造性能。但是在充电时，阳极栅板中的锑逐渐溶解到溶液中，并在阴极表面上沉积，与阴极活性物质铅形成微电池，导致自放电增大。因锑的过电压比铅小，所以充电电压降低，在用定电压充电时，

28、充电电流逐渐增加，从而加剧了水的分解，加速了电解液量的减少。因此，要使所使用的合金能达到栅板机械强度大，耐腐蚀，可铸造性等特点，目前实际使用的合金为以下两大类：一华中科技大学硕士学位论文是铅一钙合金(P b-C a，元合金(含铜c u，砷0246放置时间t图2-1蓄电池容量保持比较A s，锡s n，硫S，硒s e 等，其中锑含量小于3 5)，铅一钙合金自放量少，耐过充性好，水耗低，但低效率深放电容量下降快，铸造工艺较复杂，需要防钙高温易氧化的措施和快速测量，定钙量的仪器。低锑多元合金白放电用电解液损耗特性不如铅钙合金好，但明显优于铅一锑合金。2 1 2 发电机的选择随着时代的发展，汽车上的电气

29、设备越来越多，这就要求供电系统提供更多的电能，以维持全车用电设备的正常工作，除要求输出功率要大，还要求效率高，重量轻，早在六十年代初期，这些要求迫使生产厂家更新换代，从此，交流发电机取代了直流发电机。随着汽车技术的发展，对汽车的性能要求越来越高，大量的用电装置在汽车上的应用导致了汽车用电量的增加，发电机是车辆运行过程中的主要电源，它供给除起动机外的所有用电设备电能，并向蓄电池充电，如何确定发电机的功率不仅取决于其生产厂家，而且与汽车生产厂家也密切相关。发电机的输出功率等于输出电流与输出电压的乘积，在汽车上供电电压是一定的，这样我们可通过用电负荷来确定发电机的功率。若选取的功率小于用电器的需要量

30、，一方面面使用电设备不能正常工作(如灯光变暗，指示仪表发生误差等)，另一华中科技大学硕士学位论文方面不能保证向蓄电池充电，使蓄电池长期放电，使其寿命缩短，维修费用增加。但是若将发电机功率选得过大，其本身的功率将不能充分发挥，且使供电系统重量增加，也不经济。用电负荷取决于电器的功率和工作性质以及运行条件，按其工作性质不同可分为：长期用电负荷、连续用电负荷和短时间间歇用电负荷。按运行条件不同则可分为冬季和夏季、白天和夜间、晴天和雨雪等情况。用电器的额定电压(u e)并不是其工作的实际电压。设实际电压为2 8 V，则用电器的实际消耗电流应为额定电流乘以系数K(称为负载系数，K 1=2 8 U e)。

31、由于用电器并不一定时时工作，所以还应计入系数K 2(用电器相对于发动机工作时间系数)这样，某个用电器消耗的电流可用下式表示：I。，=K，K 2 P U(2-1)式中I。，一等效电流。以夜间行驶时，大灯近光的等效电流为例进行验算，已知大灯两个，P(额定功率)=5 5 W，k 产0 9I d x=盖等x o 9 x 2 1 2 5 A(2 _ 2)用电总负荷卜L。=黔告电古塾P。，计入向蓄电池充电的电流，可求出发电机输出电流I：I c-圭(2 _ 4)式中t 一蓄电池相对充电时间前面所指发电机的输出电流是指其在一定转速下的，实际上发电机的输出电流与其转速有关，也即与车速有关。一般规定发动机怠速时发

32、电机输出电流应不小于常用负荷的7 5 8 0。汽车常用车速与发电机额定转速相对应，当选定发电机后这一要求可通过合理确华中科技大学硕士学位论文定发动机与发电机之间的传动比来实现，同时应考虑发电机的转速不超过最大允许转速。可用下式将汽车车速换算为发动机的转速。、1】0“_ J2 2；r r 6 0 l t 式中n。一发动机转速(2-9)r。一轮胎滚动半径i。一后桥主减速比i。一变速器传动比发电机的转速n=i n。(2 6)式中n 一发电机的转速i 一发动机与发电机的传动比2 2 起动系统汽车起动系统一般由起动机，蓄电池和起动继电器组成。起动系统的设计品质直接影响汽车的起动性能，因此设计起动系统时，

33、必须确定起动机设计参数，即根据发动机的起动特性确定对相应起动机的性能要求。起动系统的最主要部件为直流电动机，它将蓄电池提供的电能转变为机械能。它能够输出一定的功率，使发动机的最低转速达1 0 0 r m i n 以上。因为这样的转速才能使燃油雾化和压缩可燃混合气，使发动机起动。2 2 1 发动机的起动特性及对起动机的性能要求【4 6】【4 7】起动是发动机进入工作的准备阶段。发动机借助于起动机使曲轴由静止状态加速到能进行混合汽燃烧，进入独立的工作状态。发动机在起动时的工作过程与正常运转时基本相同但起动是发动机在冷车或停车的状态下被起动机带动旋转，起动过程中曲轴旋转的主转矩及旋转角速度是瞬时变化

34、的，开始起动时阻转矩迅速升至最大值，然后下降，经过一段时间后才趋于稳定值。华中科技大学硕士学位论文发动机对起动机的性能要求有两点：一方面起动机必须能够提供足够的起动转矩，保证在一定的环境温度下均能克服发动机的最大起动阻转矩，使曲轴旋转；另一方面，起动机必须具有在最低起动转速以上时驱动发动机的能力，即起动机必须具有足够的功率，使其克服发动机的平均阻转矩时具有足够的转速以顺利起动发动机。2 2 2 起动机型式在汽车工业发展过程中，人们过去普遍使用电磁式起动机作为起动装置。但是电磁式起动机有体积庞大、造价高等缺点，现在，由于永久磁铁材料的改进，起动机的磁场基本使用永久磁铁提供，其结构更加紧凑，体积变

35、小，重量减轻。起动机的激磁绕组可以和主线路用电枢串联或并联。起动机输出的转矩与磁场的磁通量和电流大小成正比。对于串励式起动机，当电枢转速为零时，磁通量和电流量最大，此时转矩也最大。当电枢转速慢慢增加时，由于电枢切割磁通产生了反电动势，使电流减小。反电动势随速度增加而增加，而电流随之减小，结果使起动机输出转矩逐渐降低。串励式起动机这一特性，非常适合汽车发动机的起动要求。发动机开始起动时，需要很大转矩，而发动机各机件运动起来后，由于阻力减小，起动机输出转矩即可适当减小。目前，国内外汽车起动机一般都采用串激直流起动机。2 2 3 起动机基本参数的选择在选择启动机时，必须确定的基本参数是：启动机的功率

36、，启动机与发动机曲轴的传动比以及蓄电池的容量。2 2 3 1 启动机功率的选择为了使发动机能够迅速、可靠地启动，启动机必须具有足够的功率。如启动功率不够，就会使重复启动的次数增多，启动时间延长，这不仅对蓄电池不利，而且对燃料的消耗、零件的磨损以及车辆的工作都是极其不利的。启动发动机所必须的功率P，取决于发动机的最低启动转速n s 和发动机的启动阻力矩M。，即P=畿(k W)(2 _ 7)1 0华中科技大学硕士学位论文发动机的最低启动转速是指保证发动机可靠启动的曲轴最低转速。柴油机靠压缩点火，而压缩行程终了的空气温度取决于周围介质的温度，气缸壁的温度和压缩时间的长短。转速低时由于压缩时间长，散热

37、、漏气增加，压缩终了时的温度就会降低，不容易点燃做功。因此柴油机的最低启动转速比汽油机高，一般介于l O O r m i n-2 0 0 r m；n 之间。发动机的启动阻力矩是由摩擦阻力矩、压缩损失力矩和发动机附件损失力矩三部分组成。其中，摩擦阻力矩是由活塞与缸壁的摩擦、曲轴轴承摩擦及搅油阻力矩等产生，约占启动阻力矩的6 0，温度越低，摩擦阻力矩越大；压缩损失力矩与气缸容积及压缩比有关，约占启动阻力矩的2 5；发动机附件损失力矩是发动机用于驱动发电机、分电器、汽油泵、风扇、水泵、机油泵等所消耗的力矩，约占启动阻力矩的1 5。由于柴油机压缩比高，高压油泵的消耗功率大，因此其启动阻力矩比汽油发动机

38、高。各种型式发动机启动阻力矩一般由实验测定，也可用下列经验公式求得：柴油机：p=(O7410)L(kW)(2-8)式中L 发动机的工作容积。2 2，3 2 传动比的确定启动机与发动机之间的传动比如选择不当，则启动机的功率就不能充分利用，仍会使发动机启动困难。因此，必须正确的选择传动比，以使肩动机在发动机最低启动转速时能发出最大功率。1 最佳传动比的确定所谓最佳传动比是指启动机工作在最大功率时的转速n p，与发动机可靠启动的最低启动转速n。之比，即f：笠。兰璺(2 9)n，Z 启式中z 一发动机飞轮齿圈齿数；z。一启动机驱动齿轮齿数。计算最佳传动比时，若已知启动机的工作特性曲线，则可从特性曲线上

39、找出与最大功率对应的启动机转速n P 并将发动机最低启动转速n I 代入式(2 9)计算求得。若华中科技大学硕士学位论文无启动机工作特性曲线，则可根据启动机的最大功率出现在电枢电流最大值一半时的原则来确定。即先测定启动机在制动工况时的最大电流值l。，再给启动机加上负载力矩，使J。=去，。，测定其稳定运行时的转速n。，代入式(2 9)即可计算出最佳传二动比。2 传动比的实际选择在实际选择时，常将传动比选得比上述最佳值稍小，使启动机的工作电流接近于制动电流1，的2 3。此时启动机功率虽有所下降，但启动转矩可以增加很多，对启动发动机有利。另外，发动机飞轮齿圈的节圆直径与发动机总体布置有关，不能任意增

40、大。齿轮模数决定了齿的强度。所以驱动齿轮的齿数也不能任意减小a 柴油机因启动转速较高，传动比较小，一般为8 1 0。2 2。3。3 蓄电池容量的确定启动机的功率确定后，可按下列经验公式确定蓄电池的容量：D=(6 0 0 8 卿鲁(2 一l o)U式中Q。一蓄电池2 0 h 率额定容量(A h)；P 一启动机的额定功率(K i d)；U 一启动机的额定电压(V)对于大功率启动机(7 5 k w 以上)，蓄电池的容量可比计算值小些。2 3 照明与信号系统2 3 1 汽车照明系统的基本组成及要求2 3 1 1 现代汽车对照明的要求为保证汽车在夜闻及能见度低的情况下安全行驶，对照明设备有如下的要求：汽

41、车行进时的道路照明汽车前方道路照明是汽车夜间安全行车的必备条件。现代汽车车速较高，要求照明设备能提供车前1 0 0 m 以上明亮均匀的道路照明，并且不应对迎面来车司机造成眩华中科技大学硕士学位论文目。随着车速的不断提高，要求道路照明的距离也相应增加。汽车倒车时的照明汽车倒车场地照明是让司机在夜间倒车时能看清车后的情况。牌照照明能让其他行驶车辆司机和行人看清车辆的牌号，以便于安全管理。雾天行车的特殊照明用以确保雾天行车的安全。车内照明车内照明包括仪表照明、驾驶室照明、车厢和车门的照明以及夜间工作照明等，这些都是现代汽车夜间行车不可缺少的。2 3 1 2 照明系统的组成根据对汽车照明的要求，汽车上

42、通常配有如下照明灯具。前照灯，也称大灯或头灯，用于夜间行车的道路照明。有两灯制和四灯制两种配置。倒车灯，作夜晚倒车时车后的照明和倒车信号之用，通常采用发光亮度为3 2 c d m 2左右的照明灯泡。牌照灯，用以照明车牌号码，采用发白光的小型灯泡。雾灯，用于雾天、下雪天、暴雨或尘埃弥漫时行车的道路照明和提供信号。灯泡为单丝，前雾灯发出黄色或白色光，后雾灯发出红色光。此外还有仪表照明灯、顶灯、车厢灯、开关灯、踏步灯等，分别用于夜间行车的仪表、驾驶室、车厢、操纵及车厢乘员的上下车照明；有的汽车上还装有工作灯及工作灯插座，用于夜间车辆维修或其他工作的照明。照明系统由以上安装在各自所需照明位置的灯具配以

43、相应的控制开关、线路及保险丝等所组成。2 3 2 汽车信号系统的基本组成及要求汽车上信号装置的作用是通过声响和灯光向其他车辆的司机和行人发出警告，已华中科技大学硕士学位论文2=；_=一引起注意，确保车辆行驶的安全。2 3 2 1 声响信号装置声响信号装置有气喇叭、电喇叭和倒车蜂鸣器等。气喇叭是利用气流使金属膜片振动发声，在一些装备气压制动的汽车上装用。气喇叭的音量高，在城市市区内禁止使用。所有汽车都必须装有电喇叭。要求电喇叭的声音清脆悦耳，其音量不得超过1 0 5 d B。2 3 2 2 灯光信号装置灯光信号包括转向信号、制动信号、危险警告信号及示廓信号等。转向信号由左侧或右侧转向灯的闪烁表示

44、。为使转向信号醒目可靠，要求转向灯的颜色为黄色；在灯轴线右偏5。至左偏5。的视角范围内，无论是白天黑夜，能见距离不小于3 5 m，在右偏3 0。至左偏3 0。的视角范围内，能见距离不小于1 0 m；转向灯的闪光频率应在5 0 1 1 0 次m i n 范围内，一般取6 0 9 5 次m i n。制动信号由制动灯的亮起表示。制动灯要求采用红色，两个制动灯的安装位置应与汽车纵轴线对称，并在同一高度；制动灯的红色灯光应保_ i 正夜间1 0 0 m 以外能够看清；其光束角度在水平面内应为灯轴线左右各4 5。，在铅垂面内应为灯轴线上下各1 5。范围。危险警告信号由左右转向灯同时闪烁表示，与转向信号有相

45、同的要求。示廓信号由装在汽车前后、左右的示廓灯亮起表示。示廓灯透光面边缘距车身不得大于1O O m，示廓灯灯光在前方lO O m 以外应能看得清楚，在汽车的其他各个方向，能看清示廓灯灯光的距离不应小于3 0 m。2 4 传感器及信息显示系统2 4 1 汽车传感器24 1 1 概述11 4华中科技大学硕士学位论文现代汽车电子控制中，传感器广泛应用在发动机、底盘和车身各个系统中。汽车传感器在这些系统中担负着信息的采集和传输，由电脑(电子控制单元)对信息进行处理后向执行器发出指令，实行电子控制。传感器在电子控制和自我诊断系统中是非常重要的装置，它能及时识别外界的变化和系统本身的变化，再根据变化的信息

46、去控制本身系统的工作。各个系统控制过程正是依靠传感器，进行信息的反馈，实现自动控制工作的。传感器输出的信号有模拟信号和数字信号两种，其中数字信号直接输入电子控制单元，而模拟信号则要通过A D 转换器转换成数字信号后再输入电子控制单元。电子控制单元不断地检测各个传感器的信号，一旦检测出某个输入信号不正常，就可将错误的信号存入存储器内，需要时可以通过专用诊断仪或采取人工方法读取故障信息，再根据故障码信息内容，进行维修。电子控制单元有效地控制着系统的工作，需要具备完整的条件。而传感器的精度、响应性、可靠性、耐久性及输出的电压信号等，对系统的控制稳定性起着至关重要的作用。传感器按能量关系分为主动型和被

47、动型两大类。汽车上使用的传感器大多是被动型的，这种被动型传感器需要外加电源才能产生电信号。汽车发动机、底盘和车身系统应用着很多种传感器，例如温度传感器、压力传感器、位置传感器、氧传感器、转速传感器等。这些传感器的功能共用，使电子控制单元对发动机的汽油喷射、电子点火提前、自动变速器、自动空调等进行集中控制。2 4 1 2 汽车传感器的分类传感器本身能检测物理量、电量和化学量等信息，并能把它转换成E C U 能接收的电信号，也就是对信息的采集和传输。在国标G B7 6 6 5-8 7 中，对传感器定义为：“能够感受规定的被测量，并按定的规律转换成输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”

48、。敏感元件指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件指传感器中能将敏感元件感受的或响应的被测量转换成适合于传输的电信号。传感器是组成电子控制系统最关键的部件，它的分类可按能量关系、信号转换、输入量、工作原理和输出信号分类。华中科技大学硕士学位论文(1)按能量关系分类传感器按能量关系分类可分为主动型和被动型两类。汽车上使用的传感器大多数属被动型传感器，这种被动型传感器需要外加输入电源才能产生电信号，所以这类传感器实际上是个能量控制器。(2)按信号转换分类按信号转换关系分类，可分为由一种非电量转换成另一种非电量，如弹性敏感元件和气动传感器；另一种是由非电量转换成电量的传感器，如热电偶温度传感

49、器、压电式加速度传感器等。(3)按输入量分类按输入量分类即按被测量分类，可分位移、速度、加速度、角位移、角速度、力、力矩、压力、真空度、温度、电流、气体成分、浓度传感器等。(4)按工作原理分类按传感器的工作原理分类，有电阻式、电容式、应变式、电感式、光电式、光敏式、压电式、热电式传感器等。(5)按输出信号分类按传感器输出信号分类，有模拟式和数字式传感器两种。表2-1 汽车用传感器的种类种类检测量或检测对象温度传感器冷却水、排出气体、吸入空气、发动机机油、自动变速器液压油压力传感器进气歧管压力、大气压力、燃烧压力、发动机油压、自动变速器油压转速传感器曲轴转角、曲轴转速、方向盘转角、车轮转速速度、

50、加速度传感器车速(绝对值)、加速度流量传感器吸入空气量、燃料流量、废气再循环量、二次空气量、冷媒流量液最传感器燃油、冷却水、电解液、洗窗液、机油、制动液位移传感器节气门开度、废气再循环阀开度、车辆高度(悬架、位移)、行驶距离气体浓度传感器氧气、二氧化碳、N O，、H C、柴油烟度其他传感器转矩、爆震、燃料成分、湿度、玻璃结露、鉴别饮酒、睡眠状态汽车用各种传感器按其使用功能又可分为两类，一类是使驾驶员了解汽车各部分状态的传感器，另一类是用于控制汽车运行状态的传感器，汽车用传感器的种类如表2-1 所示。2 4 13 汽车传感器的性能要求与选用原则华中科技大学硕士学位论文(1)汽车传感器的性能要求汽