《汽车电器概述》PPT课件.ppt

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1、汽车电器与电子技术个人简介n杨正才 汽车电器与电子设备是汽车的重要组成部分，它经历了从无到有，从简到繁，并逐渐由辅助向主要的发展过程。始于上世纪年代的传统电气系统电子化，使得整车电器性能大大提高，其工作性能的优劣直接影响到汽车的动力性、经济性、安全性、可靠性、舒适性以及排放净化等。随着科学技术和汽车工业的不断发展，汽车电器电子设备日趋复杂，用电设备的数量和功率不断增加，产品质量及性能日益提高，并且正向电子化，智能化，信息化方向迅速发展，集成电路与以单片机为核心的嵌入式系统正越来越多的在汽车上得到应用。概 述 学习的目的 n1了解常见汽车电气与电子设备结构、组成及工作原理。n2掌握必要的维护保养

2、及修理方法n掌握一定的单片机控制方法主要组成部分n1汽车电源系统（电源是汽车电器的核心）包括蓄电池、发电机及其调节装置。其中发电机及其调节器是主要电源，蓄电池是辅助电源。发电机与蓄电池并联工作；发电机配有调节器，主要作用是在发电机转速和负荷变化时，自动保持发电机输出稳定电压。车载蓄电池是一个能量传递上可逆（可充可放）的直流电源，按其功能可分为起动蓄电池，动力蓄电池。起动蓄电池工作时间较短，瞬间电流要求高，因此其内阻要求尽量小。动力蓄电池作为能量的持续提供者，相对要求比能量高，大电流充放的持续时间长。由于动力蓄电池的工作状态直接影响由其供电驱动的车辆的行驶性能，因此蓄电池的荷电状态监测作为一项新

3、技术得到重视。2与发动机相关系统n21起动系统 包括直流电动机、传动机构、控制装置等。其作用为起动发动机由静止到运动。n22点火系统 其为汽油机特有。按控制方式又可分为传统点火系和电子点火系。其作用为产生高压火花，点燃混合气。n3照明信号系统 各种车内外照明灯、信号灯、喇叭、蜂鸣器、闪光器的使用保证车辆运行时的人车安全。n4仪表显示系统 使驾驶员能够及时的了解发动机运转以及车辆行驶过程中有关装置的工作状况，例如电流、电压、机油压力、水温、油量、车速、里程、发动机转速等等。n5辅助电气系统 主要有刮雨器、空调、音响等。n6配电系统 包括各类保险丝盒、组合开关、独立开关以及供电继电器等。汽车电器电

4、子设备特点 n1低压 现有汽车电器电子设备均采用低压电。标称电压6、12、24V三种。其中汽油车普遍采用12V电压，柴油车多采用24V电压。相对应的发电装置12V系统额定电压为14V，24V系统额定电压为28V。采用低压电的优点在于安全性好蓄电池栅格数较少，对减小蓄电池的质量和尺寸有利。42V电源系统 V系统是随着汽车电子化的发展提出的，其目的是在现有汽车空间条件下提高车载电源的供电能力，降低车载电源的功率损耗。它有以下几个优点：n1通过电压提升减少电流载量，减小线束线径。促进现有电器装置微型化，缩小体积，减轻重量。n2可以将发动机驱动附件（如冷却风扇、水泵、转向动力泵、空调压缩机等）从发动机

5、中分离出来，直接由电动机驱动进一步减少发动机零件和重量，降低发动机的负荷，提高生产效率。n3促进发动机技术变革，发动机内部一部分机构可由机械驱动改为电驱动。例如气门开启关闭直接由电动机和计算机联合控制，省略了凸轮轴配气机构。n4为实现汽车全面电控化了提供条件。n2直流 这是因为发动机须依靠电力起动机起动，而起动机的电源由蓄电池提供，但蓄电池的电能消耗必须用直流电进行补充，所以汽车电器电子系统为一直流系统。n3单线制 由于汽车电器电子设备为并联方式，单线制即从电源到用电设备使用一根导线连接；而另一根导线则由汽车车体或发动机机体的金属部分替代。单线制不仅节省导线，使线路简化、清晰，而且也便于安装和

6、检修。n4负极搭铁 利用单线制时，蓄电池一个电极接到车体上，称为搭铁。负极与车体相连接称为负极搭铁。目前汽车均采用负极搭铁，其原因是对电子器件干扰小，对车架及车身电化学腐蚀小。新型电子控制装置的发展、特点与应用 1、2005年，我国汽车电子市场约为年，我国汽车电子市场约为3000亿规模的亿规模的“盛宴盛宴”。全球每辆新款汽车的电子设备支出占比例大约为全球每辆新款汽车的电子设备支出占比例大约为26，这一数字相当惊人，这一数字相当惊人。一、汽车电子产业的发展现状一、汽车电子产业的发展现状2、国际和国内品牌纷纷涌入汽车电子市场国际和国内品牌纷纷涌入汽车电子市场。2004年度的年度的TCL、康佳、夏新

7、及创维、康佳、夏新及创维家用电子品牌家用电子品牌加入汽车电子加入汽车电子行业的潮流之后，包括中兴、华为、国微等大批行业的潮流之后，包括中兴、华为、国微等大批电子技术型企业电子技术型企业也纷也纷纷进入这一市场；纷进入这一市场；本土军团面对的国际品牌方阵则更是强大，包括本土军团面对的国际品牌方阵则更是强大，包括Motorola、Intel、Philips、Siemens、Bosch及德尔福等厂商在内的及德尔福等厂商在内的欧美系欧美系及及包括松下、电装等在内的包括松下、电装等在内的日系日系品牌。品牌。3、国内汽车电子业面临尴尬国内汽车电子业面临尴尬。我国有超过我国有超过1000家的汽车电子制造商在参

8、与竞争，国际品牌的技术优势和家的汽车电子制造商在参与竞争，国际品牌的技术优势和规模优势十分明显，规模优势十分明显，30的国际品牌把持着中国的国际品牌把持着中国70的汽车电子市场。的汽车电子市场。二、汽车电子技术的内容二、汽车电子技术的内容1、发动机新技术、发动机新技术2、底盘新技术、底盘新技术3、汽车安全新技术、汽车安全新技术4、汽车电子与电器、汽车电子与电器新技术等新技术等5、故障诊断新技术、故障诊断新技术EFI、MPI、GDI、HPCR、VTEC、ZEV、LEV、TWC、SAI、AT、CVT、ABS、EBD、ASR、ESP、4WD、EPS、SRS、GPS 动力传动控制系统n发动机控制系统发

9、动机控制系统n变速器控制系统变速器控制系统n发动机和变速器综合控制的动力传发动机和变速器综合控制的动力传动系统动系统发动机控制系统n空燃比控制n点火控制n怠速控制n配气正时控制n增压压力的控制n废气再循环控制n故障诊断故障诊断n传统故障检测n故障码诊断nPC机故障诊断电子控制单元框图控制器控制器中国首辆柴油家用轿车中国首辆柴油家用轿车捷达捷达SDI 奥迪奥迪A6 2.5TDI，国内第一款高档柴油轿车，国内第一款高档柴油轿车 EV=Electrical Vehicle（电动汽车）（电动汽车）HEV=Hybrid Electrical Vehicle（混合动力电动汽车）（混合动力电动汽车）FCEV

10、=Fuel Cell Electrical Vehicle（燃料电池电动汽车）（燃料电池电动汽车）汽车能源新技术汽车能源新技术Chang An纯电池汽车纯电池汽车 通用Hy-wire氢动三号由200块相互串联在一起的燃料电池块组成的电池组产生电力，通过68升的氢气储存罐向燃料电池组提供氢气。电池组所产生的电能输入电动机后，通过功率为60千瓦/82马力三相异步电机驱动车辆行驶，并几乎不产生任何噪音。氢储存罐分为两种，一种罐内储存的是温度为-253C的液态氢，另一种罐内储存的是承受最高压力可达700Pa的高压氢气。一次充气行驶里程分别可达400公里和270公里。电动汽车电动汽车EV混合动力电动汽车

11、混合动力电动汽车HEV燃料电池电动汽车燃料电池电动汽车FCEV将燃料的将燃料的化学能化学能通过通过电化学电化学的方式转化的方式转化为电能为电能 柴油混合动力系统 1-1.6升Hdi柴油发动机(最大输出功率为66kW)2-柴油机微粒过滤器(DPF)3-”停车-启动”系统 4-电动机(额定功率为16kW)5-6速手自一体变速箱 6-逆变器 7-低压电池 8-动力传输管理单元 9-高压电缆 10-高压镍氢充电电池(288V)氢氧燃料电池工作原理氢氧燃料电池工作原理特点特点：燃料电池工作时不需要充电，只要连续地供：燃料电池工作时不需要充电，只要连续地供应燃料和氧化剂，就会产生能量。应燃料和氧化剂，就会

12、产生能量。阳极：阳极：2H2 4H+4e-阴极：阴极：O2+4H+4e-2 H2O整体：整体：2H2+O2 2 H2O+能量能量本田氢动力车本田氢动力车宝马氢动力车宝马氢动力车hTWC=Three-way Catalytic Converter（三元催化转化器）（三元催化转化器）EGR=Exhaust Gas Recirculation（废气再循环）（废气再循环）EVAP=Evaporative Emission Control（燃油蒸发排放燃油蒸发排放）DPF=Diesel Particulate Filter（微粒捕集器）（微粒捕集器）汽车排放控制技术汽车排放控制技术三元催化转化器三元催化

13、转化器 汽油机尾气：汽油机尾气：CO、HC、NOx。柴油机尾气：柴油机尾气：主要是主要是NOx和微粒，少量和微粒，少量 的的 CO、HC。排放物生成机理：排放物生成机理：CO、HC：不完全燃烧。：不完全燃烧。NOx：高温富氧：高温富氧柴油机微粒（黑烟）：整体富氧，柴油机微粒（黑烟）：整体富氧，局部缺氧局部缺氧废气再循环技术废气再循环技术EGR 废气再循环废气再循环EGR是为是为了减少排气中的氮氧化了减少排气中的氮氧化合物。合物。部分的排气通过部分的排气通过EGR阀与新鲜空气混合阀与新鲜空气混合进入发动机，这样缸内进入发动机，这样缸内混合气的混合气的含氧量就降低含氧量就降低，从而降低氮氧化合物排

14、从而降低氮氧化合物排放。放。柴油机微粒捕集器柴油机微粒捕集器DPF微粒捕捉器微粒捕捉器主要用来净化主要用来净化柴油机排气中的颗粒物，柴油机排气中的颗粒物，是现代柴油机满足欧是现代柴油机满足欧以以上排放法规的有效手段。上排放法规的有效手段。柴油机微粒捕捉器的核心柴油机微粒捕捉器的核心是过滤体和过滤体再生装是过滤体和过滤体再生装置。置。电子油门踏板莫尔斯莫尔斯加速踏板加速踏板villiams普通地板安装踏板集装箱车用踏板Volvo车用踏板变速器控制系统变速器控制系统n机械式变速器（MT）n液力机械式自动变速器（AT）n电控机械式无级变速器（CVT）n机械式自动变速器（AMT）有级式有级式无级式无级

15、式手动变速器手动变速器 MT Manual Transmission液力自动变速器液力自动变速器 ATAutomatic Transmission电子控制机械自动变速器电子控制机械自动变速器 AMT Automatic Mechanical Transmission无级变速器无级变速器 CVTContinuously Variable Transmission 分段无级分段无级变速器变速器自动变速器自动变速器AT=Automatic Transmission自动变速器的操纵自动变速器的操纵电控机械式无级变速器(CVT)n采用金属带无级变速器n结构简单，成本低n存在效率和磨损问题n主要用于2.5

16、升以下的輕型车上伊顿AMT操纵手柄Volume Control ButtonGear Selection Indicator LampIndicator LampManual Gear Selection ButtonGear Selection Buttons伊顿AMT变速器汽车学院汽车学院AMT AMT 结构结构发动机和变速器综合控制的动力传动系统发动机和变速器综合控制的动力传动系统混合动力客车中间轴AMT方案底盘电子控制系统n防抱死制动控制系统（ABS）（涡流缓速器）n 转向控制系统（EPS）n 悬架控制系统n车轮胎压检测（TPMSTPMS）制动踏板传感器制动踏板行程传感器制动灯开关制动

17、踏板定位杆电子制动力分配装置电子制动力分配装置EBDEBD=Electrical Braking-force Distribution汽车在制动时，四只轮胎附汽车在制动时，四只轮胎附着的地面条件往往不一样。着的地面条件往往不一样。比如，有时比如，有时左前轮左前轮和和右后轮右后轮附着在干燥的水泥地面附着在干燥的水泥地面上，而上，而右右前轮前轮和和左后轮却附着在水中或泥左后轮却附着在水中或泥水中水中，这种情况会导致在汽车制，这种情况会导致在汽车制动时四只轮子与地面的摩擦力不动时四只轮子与地面的摩擦力不一样，制动时容易造成打滑、倾一样，制动时容易造成打滑、倾斜和车辆侧翻事故斜和车辆侧翻事故 ，能采，

18、能采用不同的方式和力量制动用不同的方式和力量制动EBD(电子制动力分配)功能前后分配左右分配驱动防滑系统驱动防滑系统ASRASRAcceleration Slip Regulation ASR可防止车辆尤其是大马力车子，在起步、再可防止车辆尤其是大马力车子，在起步、再加速时驱动轮打滑现象，以维持车辆行驶方向的稳定加速时驱动轮打滑现象，以维持车辆行驶方向的稳定性。性。ASR可以通过减少节气门开度来降低发动机功率可以通过减少节气门开度来降低发动机功率或者由制动器控制车轮打滑来达到对汽车牵引力的控或者由制动器控制车轮打滑来达到对汽车牵引力的控制。制。ASR与与ABS的区别在于，的区别在于，ABS是防

19、止车轮在是防止车轮在制动时被抱死而产生侧滑，而制动时被抱死而产生侧滑，而ASR则是防止汽则是防止汽车在加速时因驱动轮打滑而产生的侧滑，车在加速时因驱动轮打滑而产生的侧滑，ASR是在是在ABS的基础上的扩充，两者相辅相成。的基础上的扩充，两者相辅相成。电子稳定性程序电子稳定性程序ESPESP综合了综合了ABS（防抱死制动系统）、（防抱死制动系统）、BAS（制动（制动辅助系统）和辅助系统）和ASR（加速防滑控制系统）三个系统，（加速防滑控制系统）三个系统，功能更为强大。功能更为强大。ESP一般由转向传感器、车轮传感一般由转向传感器、车轮传感器、侧滑传感器、横向加速度传感器等组成，它器、侧滑传感器、

20、横向加速度传感器等组成，它通通过对这些传感器传来的车辆行驶状态信息进行分析，过对这些传感器传来的车辆行驶状态信息进行分析，然后向然后向ABS、ASR发出纠偏指令，来帮助车辆维持发出纠偏指令，来帮助车辆维持动态平衡动态平衡，它可以使车辆在各种状况下保持最佳的，它可以使车辆在各种状况下保持最佳的稳定性，尤其在转向过度或转向不足的情形下效果稳定性，尤其在转向过度或转向不足的情形下效果更加明显。更加明显。ESP=Electronic Stability Program避免车祸头号帮手避免车祸头号帮手 博世（博世（BOSCH）两千万套）两千万套ESP下线下线 ESP系统可侦测系统可侦测车辆打滑的车辆打滑

21、的程度程度，并且可以，并且可以主动介入主动介入修修正车身动态，就算驾驶员什正车身动态，就算驾驶员什么都不动作的状态下，依旧么都不动作的状态下，依旧可以让不听指挥的车辆回复可以让不听指挥的车辆回复控制。控制。电子稳定性程序电子稳定性程序ESP当汽车发生转向不足当汽车发生转向不足时（左），车身表现时（左），车身表现为向弯外推进，此时为向弯外推进，此时ESP系统将通过对左系统将通过对左后轮的制动来遏制车后轮的制动来遏制车辆陷入险境；辆陷入险境；而当汽而当汽车发生转向过度时车发生转向过度时（右），此时（右），此时ESP系系统则通过对右前轮的统则通过对右前轮的制动来纠正危险的行制动来纠正危险的行驶状态。

22、驶状态。轮胎胎压检测总体框图轮胎胎压检测总体框图 TMPS信号采集单元WABCO公司胎压检测模块四轮驱动系统用于四轮驱动系统用于将发动机的动力传向四个车轮将发动机的动力传向四个车轮，以增加汽车在道路不好的情况下行驶的牵引力，同以增加汽车在道路不好的情况下行驶的牵引力，同时改善汽车转弯时的操纵性能。时改善汽车转弯时的操纵性能。四轮驱动系统四轮驱动系统4WD4WD=Four-wheel Drive 主动悬架主动悬架 Active Suspension 被动悬架被动悬架 Inactive Suspension 悬架技术悬架技术车身电子控制系统n气囊及安全带（气囊及安全带（1958发明降低二次碰撞）发

23、明降低二次碰撞）n防撞系统防撞系统n防盗系统防盗系统n座椅控制系统座椅控制系统n灯光控制系统灯光控制系统n空调空调安全气囊安全气囊SRS(1)(1)作用作用 当汽车以大于当汽车以大于20km/h20km/h的速度发生碰撞时，安全气囊就的速度发生碰撞时，安全气囊就会自动充气弹开，瞬时在驾驶员和方向盘之间充起一会自动充气弹开，瞬时在驾驶员和方向盘之间充起一个很大的气囊，减轻驾驶员头部及胸部的伤害。个很大的气囊，减轻驾驶员头部及胸部的伤害。(2)(2)组成组成 气体发生器、防护盖、气体发生器、防护盖、气囊、约束件、溢气孔等。气囊、约束件、溢气孔等。SRS=Supplemental Restraint

24、 System，辅助约束系统，辅助约束系统EPS系统控制系统控制器器报文1发动机转速报文2汽车车速信号报文3电瓶电压信号报文4方向盘转矩信号报文5电机助力转矩信号报文6横摆角速度信号其其他他电电子子控控制制系系统统控制器控制器报文4方向盘转矩信号报文5电机助力转矩信号报文6横摆角速度信号报文7报文8混合动力混合动力汽车控制汽车控制器器报文1发动机转速报文2汽车车速信号报文3电瓶电压信号报文7报文8CAN总总线线CANCAN总线数据流动结构总线数据流动结构EPSEPS（电动电动助力助力转转向）系向）系统统中中CANCAN总线总线的应用的应用X-By-Wire 线控技术线控技术Steer-by-W

25、ire-System 2010年年40的欧洲生产的汽车将全部采用的欧洲生产的汽车将全部采用X-By-Wire技术技术 GPSGPS卫星卫星通信卫星通信卫星接收接收GPSGPS定位信号定位信号与监控中心进行数据交换与监控中心进行数据交换全球定位系统全球定位系统GPS Global Positioning System汽车导航系统两大功能：车辆追踪、驾驶指南汽车导航系统两大功能：车辆追踪、驾驶指南汽车导航系统两大功能：车辆追踪、驾驶指南汽车导航系统两大功能：车辆追踪、驾驶指南智能安全带系统总线技术常用汽车总线nCAN是德国“BOSCH公司”设计的一种新型高速局域网络协议，可以进行广播通讯和点对点通

26、讯，具有传输速度快（500k-1MHz)、抗干扰能力强等很多优点，是汽车局域控制网络的重点发展方向之一 nLIN是由Audi，Motorola，BMW，ACT等公司成立的协会，在潜心研究A类网（A类网是面向传感器执行器的低速网，数据传输速率通常为1-10kb/s，主要应用于电动门窗、座椅调节、灯光照明等车身控制）已有协议的基础上提出的协议标准。Can(控制器局域网控制器局域网)技术技术CAN总线应用框图整车整车控制器控制器VCUVCU 智智能能仪仪表表（显显示示发发动动机机、变变速速器器、灯光，全球定位灯光，全球定位GPS等参数）等参数）加速踏板加速踏板车车 速速制动信号制动信号离合器和变速器

27、控制器离合器和变速器控制器发动机控制器发动机控制器故障诊断仪接口（故障诊断仪接口（PC机专用）机专用）CANCAN倒车雷达控制器倒车雷达控制器CANCAN:双线制，主主结构双线制，主主结构电机、电池控制器电机、电池控制器CANLIN在车身控制中的应用控制方式组成及分类 n1组成 所有控制系统都可以分为三个部分：n11信号拾取部分：通常由若干个具有相同或不同功能的传感器组成。n12电控单元：简称ECU。由其对传感器的各种输入信号进行分析处理，向被控制装置输出控制信号。n13执行器：根据ECU的输出信号具体完成对控制对象的操作。n2控制方式的种类n21开环控制n22闭环控制n23模糊控制n24神经网络控制开环控制系统结构图开环控制系统结构图结构图可以表示开环控制系统输入量与输出量之间的关系，由图可以看出，输入量直接经过控制器作用于被控对象，所以输入量影响输出。当出现扰动时，没有人干预的情况下输出量不能按照输入量所期望的状态去工作，输出量不能反过来影响输入量。汽车电子的未来n21世纪汽车的概念将会发生根本性的转变。n现在的“汽车”是带有一些电子控制的机械装置，未来“汽车”将会转变成带有一些辅助机械的电子装置。n汽车将成为计算机和信息技术的最重要的用户。n智能化的汽车将被称为”车轮上的计算车轮上的计算机机”。智能交通系统的汽车