汽车电气系统分析及线束设计机械仪表工程科技专业资料文档格式.docx
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汽车上配置的所有用电设备在不同场合、气候条件下使用，一般不会在同一时间全部都投人工作，而许多用电设备的工作及工作时间长短，取决于季节和环境的变化。
对汽车在行驶中的几种较为典型的用电情况进行分析，大致可分为8种：
平常日间、平常夜间、冬季日间、冬季夜间、冬季雪夜、夏季日间、夏季夜间和夏季雨夜。
各种情况下的用电设备情况如表1。
序
号
用电
设备
平常
日间
平常
夜间
冬季
日间
雪夜
夏季
雨夜
1
点火
系统
2
行驶
3
散热器风扇
4
组合
仪表
5
蓄电池充电
6
转向灯
7
制动灯
8
夜间灯
9
近光灯
10
远光灯
11
前雾灯
12
后雾灯
13
倒车灯
14
喇叭
15
牌照灯
16
前雨
刮器
17
车内灯
18
电动
门窗
19
洗涤
20
空调压缩机
21
冷凝器风扇
22
鼓风机
23
ABS控制器
24
点烟器
25
音响
26
扬声器
27
外后
视镜
28
后挡风电机
29
其它
电器
3、电气系统符合计算
3.1.1用电设备使用频度
为了分析计算方便，我们引入电器设备使用频度系数概念来计算整车的用电量。
电气系统负荷与用电设备的使用和工作状态有关，用电设备工作状态决定于季节、环境、交通状态和个人使用爱好，复杂的使用条件使电气系统负荷的计算变得困难。
为了分析计算方便，引入用电设备使用频度系数概念来计算整车的用电量。
汽车用电设备在不同的季节和环境，有着不同的使用频度，本文采取用μs、μ0、μw分别表示用电设备与夏季、季节气候无关及冬季3种情况下的使用频度系数。
该3种情况包括的用电设备如下：
μs（与夏季相关）：
散热器风扇、雨刮器、空调压缩机和鼓风机；
μ0（与季节气候无关）：
连续工作制设备、短时工作制设备（除雨刮器以外）和随机使用的设备（除空调压缩机和鼓风机以外）；
μw（与冬季相关）：
散热器风扇、雨刮器和鼓风机。
整车电气系统用电设备的额定电流和使用频度系数见表2。
类型
用电设备名称
电流I（A）
使用频度系数
连续工作制
点火系统
组合仪表
水箱风扇
行驶系统
蓄电池充电
短时工作制
侧转向灯
信号喇叭
刮水器
随机使用的设备
电动门窗
电动喷水
空调压缩机
ABS控制
收音机
其他继电器
3.1.2汽车用电负荷图是进行交流发电机选型的重要依据，根据用电设备使用频度计算电器设备的用电量，计算公式如下：
Idx=Ui·
Ii
（1）
其中：
Idx—等效电流
Ui—第i个用电设备所对应的使用频度系数
Ii—第i个用电设备的电流
3.1.3根据表1和表2，统计出，整车在不同季节和环境下的整车电量计算结果如图1所示。
图1整车电量统计表
4、交流发电机的选择及输出功率计算分析
4.1汽车发电机功能特性简介
汽车用电设备所需的电能由两个电源供给：
发电机和蓄电池。
发电机是由汽车发动机拖动而工作的，在汽车正常运行时，发电机在汽车上是主要的供电电源，供给全车除起动机外的一切电气设备的电能，并将多余的电能向蓄电池充电，使蓄电池始终保持完好的荷电状态。
蓄电池的主要功能是将电能供给起动机拖动发动机运转，并且在发电机供电能力不足时与发电机共同供电。
考虑到保证用电设备供给、提高电源系统的经济性和发动机动力性，发电机输出功率的选择应以保证汽车行驶时正常用电量和蓄电池所需要的充电量为基础。
在极限高峰时段时，允许蓄电池向用电设备提供一定量的放电电流，这也是选择发电机输出功率所必需的原则，因此，电气系统负荷图是选择汽车发电机功率等级的主要依据。
在整车概念定义阶段，车型总布置工程师选定了整车所装配的动力总成，电气设计工程师将以此为依据来选择汽车电源系统的发电机型式及其输出功率等级。
首先，设计检查所选择的发电机外形是否满足汽车发动机舱总布置的三维空间安装要求，并验算其供电量是否满足整车的用电需要。
4.2汽车用交流发电机的选用与验证
4.2.1交流发电机选用
额定电压：
14V；
额定转速：
6000r/min；
常温稳态输出电流：
85A；
空载转速和输出电流：
1800r/min，40A；
传动比：
2.67:
1;
最高允许转速：
18000r/min；
输出特性曲线见图2
图2交流发电机输出特性
经整车三维电子装配检查，此发电机满足整车总布置的安装空间要求。
n=（V×
i×
i桥×
i档×
103）／（120×
Π×
R滚）
其中：
n—发电机转速（r/min）V—汽车车速（km/h）
I—发电机速比i桥—驱动桥速比
i档—变速箱速比R滚—驱动轮滚动半径（m）
变速箱的传动比见表3
档位
传动比
1档
3.58:
2档
2.04:
3档
1.41:
4档
1.11:
5档
0.88:
倒档
3.62:
主减速比
3.824:
4.2.2发电机输出电流验算
发电机功率的选用计算主要依据整撤用电器功率，与发动机转速、发电机调节电压来确定，发电机输出一般遵循以下原则：
1、热态最大输出功率大于夜间常用符合×
（130~150%），LF7132取140%。
2、
P发热max＝P总×
1.4；
P总＝P总＋P总×
50%
P总：
整车夜间常用电器总功率；
P常用：
连续用用电器功率；
P短：
只有短时间使用的用电器功率。
LF7132的发电机设计的输出电流计算如下：
P常用＝0.5×
P总＋P总
在汽车行驶中，发电机的转速与车速及汽车档位有关，随着车速和档位的变化，发电机的转速也作变化，其实际输出电流也相应地改变。
汽车发电机的选择包含了输出功率选择和传动比选择匹配，在设计中选择发电机只考虑到输出功率能否满足整车用电设备的要求，而忽视了发电机传动比的有机配合，往往不能保证汽车正常行驶时的用电要求。
因此，根据整车定义及整车技术条件，针对不同车型的不同使用环境要求，可计算并判断二者间的相互关系。
下面是发电机转速与车速的关系公式，根据整车给定的参数，可列出不同车速时所对应的发电机工作转速，按图2的发电机输出特性，就能分析出以不同速度行驶的汽车，其发电机输出功率能否满足用电设备的要求。
由此计算出汽车行驶时，汽车车速、发电机转速、发电机输出电流的对应情况（见表4）。
表4汽车各档行驶时发电机可供电量
车速（km/h）
30
40
50
60
70
80
100
120
174
发电机转速（r/min）
3725
——
发电机输出（A）
73
2572
3862
5150
55.6
75
83.4
2027
3041
4054
5068
6081
7095
8108
10135
44.3
63
76.8
82.9
85
85.2
85.5
86
4821
5625——
6428
8035
9462
13981
82.1
84.3
84.9
85.4
85.9
从表2及图2可知，汽车发动机怠速运行时，JFZl813Z交流发电机的转速约1800r/min，供电量约40A，可满足发动机点火系统和行驶系统所需电量。
汽车以40～50km/h的速度行驶时，输出功率大于夜间常用负荷，并且有足够的余量向蓄电池充电。
也可满足冬、夏季白天长时间使用空调的情况。
JFZl813Z交流发电机热态最大输出电流约为90A，大于夜间常用负荷的150%左右，完全满足使用要求。
冬季雪夜和夏季雨夜是整车用电量的极限情况，此时蓄电池应该与发电机并联供电。
从保证用电和提高供电系统的经济性考虑，发电机功率的选择应以汽车行驶时正常用电量和对蓄电池充电电流的大小为基础。
而在极限用电高峰时，允许蓄电池向用电设备提供一定大小的放电电流，这也是选择发电机功率的基本原则。
由此可见，选用JFZl813Z交流发电机可以满足整车电气系统的用电量要求。
5、启动电机选用及功率额定
在极限温度下,发动机每升排量所需的启动转矩：
发动机缸数
每升排量所需要的转矩（N.m）
12.5
8.0
6.5
6.0
5.5
对LF7132轿车所使用的发动机是LF481Q系列,本文以此为例来分析就算启动电机的功率。
由公式：
P＝T×
ω，将转矩转换为功率，式中P为功率，T为转矩，ω为角速度。
ω＝2×
n／（60）n为启动电机转速。
因启动电机在工作过程中有能量损失，所以其效率会有较大下降，大部分启动电机的效率都在60%左右。
在实际生产中,启动电机输入功率用于小齿轮的效率通常只有85%。
该车飞轮和小齿轮的齿数比为：
103：
8＝12.875,
所谓汽车在极限温度启动,通常指汽车在－30℃时能够顺利启动。
在该启动状态下，发动机所需要的最小曲轴旋转速率为：
50r/min。
根据以上数据可以得到：
P＝8N.m×
1.6L×
2×
50r/min×
12.875／（60×
1000）＝0.86（kw）
根据启动效率计算：
0.86（kw）／0.6＝1.44（kw）
第二部分
汽车蓄电池产品设计
蓄电池是供电系统的辅助电源，它担负着发动机起动时供给启动机电源、发电机不工作或低转速运转时向用电设备供电；
当用电设备所需的功率超过发电机所发出的功率时，与发电机联合向用电设备供电。
但蓄电池原则上只担负起动机的负荷，其电容量计算经验公式如下：
Q=（610—840）P起/U
Q—蓄电池容量（Ah）
P起—起动机额定功率（kw）
U—起动机的额定电压（V）
LF481Q发动机配用的起动机额定功率1.4kw，额定电压12V，经验系数取600，则Q=600×
1.4/12=70（Ah）
该汽车电气系统选用6—Q—70A12V于荷式免维护蓄电池，其额定容量70Ah（20小时率），最大起动放电电流为256A，可以满足要求。
3结束语
在某款乘用车的整车电气系统选型设计中，我们采用了上述的方法，设计开发出的新产品车型通过汽车试验场3万km道路可靠性试验和8000km坏路强化可靠性试验后，经过试验考验验证，整车电气供电系统未发生任何故障，发电机、蓄电池、及电线束连接件均工作正常，选型设计合理。
第部分、汽车保险丝的设计开发
第一章、汽车保险丝的简要说明
第一节、保险丝的综述
汽车保险丝又称为汽车电器设备短路或过载保护的熔断器，即：
将熔断器接于电路中，当电流超过规定值和规定的时间时，使电路断开的熔断式电器保护元件。
熔断器中的熔片或熔丝用电阻率较高的易熔合金制成；
或用截面积甚小的良导体制成。
线路在正常工作情况下，熔断器中的熔丝或熔片不应熔断，一旦发生短路或严重过载时，熔断器中的熔丝或熔片应立即熔断起保护电路和电器设备之用。
作为电路保护元件，概括起来保险丝主要有如下几种类型：
（1）片式保险丝（包括自动保险丝和迷你保险丝）：
由两个片形插头式输入输出端子与一个熔丝组成的电导体件和一个绝缘体件所构成；
（2）插入式保险丝
由两个片形插座式输入输出端子与一个熔丝组成的电导体件和一个组合的绝缘体件所构成；
（3）旋紧式保险丝
由两个片型插头式的适合螺钉连接的输入输出端子与一个熔丝组成的电导体件和一个组合的绝缘体件所构成；
（4）管式保险丝
（5）平板式保险丝
平时我们所说的慢熔保险丝（延时保险丝）（SlowBlowFuse）的种类有插入式、旋紧式和平板式的；
快熔保险丝（片式保险丝）的种类有自动保险丝（Autofuse）和迷你保险丝（Minifuse）。
在整车电路设计的过程有关保险丝容量的确定需要根据整车各电器系统负荷大小及电气性能特点，保险丝种类的确定需要根据各电器系统的电气特性及中央电器盒的设计等综合考虑。
第二节适用范围
本设计指南制订了汽车保险丝的一般设计思路、选用的方式方法、在应用过程中需确认的性能要求和需检测的电气参数及在使用过程中应该注意的问题。
我公司现有车（A11、S11、B11、T11）上所用的保险丝的种类如下图。
旋紧式保险丝插入式保险丝
自动保险丝（autofuse）迷你保险丝（minifuse）平板式保险丝
第三节设计构想
一、设计原则
在整车电路设计过程中应最大限度的继承现生产或已确定性能可靠厂家的保险丝，再根据整车中央电器盒的开发状态和某系统控制电路设计中的电气参数的要求及保险丝所装配环境条件等选用相应保险丝容量及类型，这样可以降低产品开发成本、缩短开发周期、保证产品质量等，同时也便于各种规格保险丝的管理及售后服务市场。
在设计整车电路的过程中，应根据电器负载的额定电流及保险丝容量确定的经验公式计算出整车各电器系统线路上所需保险丝的容量，随后根据各电器负载的电器特性选择保险丝的类型（慢熔式的还是快熔式的保险丝），再根据中央电器盒的结构特点选择保险丝的种类。
例如：
S12的冷却风扇保险丝的确定：
风扇电机的工作功率为160W，根据保险丝确定的经验公式计算出所需容量为30A的保险丝，再由风扇电机的特性选择慢熔保险丝比较合理，最后根据中央电器盒的结构特点确定此慢熔保险丝的种类。
一般情况下，在常温（25℃）下选择保险丝容量的70%为电器负载的工作电流，当环境温度生高时，保险丝的载流能力会下降，下面有经验公式可以在确定保险丝容量时作为参考：
备注：
有关该计算公式的详细说明见《整车电路设计规范》中的有关保险丝的确定。
保险丝在电路中的位置，要想使保险丝在电路中充分发挥其电路的保护作用，设计电路时应该注意保险丝在电路中的位置，具体如下图解释：
如电路图①所示在A、B处发生短路时，此保险丝能起到保护电路和开关的作用；
如电路图②所示在A处发生短路时开关会烧坏，而保险丝不能在短时间内熔断。
如在B处发生短路此保险丝能起到保护电路的作用；
如电路图③所示在A处发生短路时开关会烧坏，而保险丝不会熔断，即：
此路的保险丝起不到电路及电器元件的保护作用。
所以保险丝在电路中的位置设计比较合理的是电路图①。
备注：
对与继电器和保险丝集成在一个电器盒的情况，保险丝接法如图①或图②的关系不大（因在同一电器盒内发生短路的可能性不大），反之最合理的接法参考图①。
二、保险丝的功能要求
当电路上的电流超过该路上的保险丝额定容量和规定的时间时，该保险丝应立即熔爆，起到保护电路和电器元件的目的。
2.1.2顾客的要求
保险丝对整车电路及电器元件的保护作用是尤其重要的，所以保险丝工作的可靠性是顾客的基本要求，同时要求保险丝的价格低、质量可靠、维修性好（当某电器系统出现故障时可以方便将该路的保险丝查找到并进行更换）、售后市场的能方便的买到该类型的保险丝等
2.1.3性能要求
2.1.3.1.保险丝内部熔断丝的性能要求
熔丝的额定电压:
12V～32V；
熔丝材料：
一般有铅锡合金、铜或银；
熔丝的额定电流（A）：
不同种类的保险丝其值也不同，
（1）片式保险丝：
1、2、3、4、5、7.5、10、15、20、25、30、40、50、60、70、80；
（2）插入式保险丝：
20、30、40、50、60、70、80；
（3）旋紧式保险丝：
50、60、70、80、100、120；
（4）平板式保险丝：
30、40、50、60、70、80；
（5）管式保险丝：
2、3、5、7.5、10、15、20、25、30。
（备注：
现有车很少用到管式保险丝）
2.1.3.2.保险丝的电压降
在规定条件下（额定电压），通以额定电流，经过规定的时间后，在保险丝的输入输出端子上测得的电压。
该电压降由于保险丝的类型不同，此值有所不同，一般规定常用的片式保险丝的电压降不大于200mV，插入式和旋紧式保险丝的电压降不大于250mV，具体值参考标准：
QC/T420-2004中的5.1条款规定。
2.1.3.3.保险丝的熔断特性
表明保险丝的熔断时间与熔断电流之间的关系。
此特性根据保险丝的类型不同，此值也有所不同，一般规定在常用的保险丝做实验验证其可靠性时通过的熔断电流分别为额定电流的1.1、1.35、2、3.5、6倍，测其熔断的时间，具体规定的时间值参考标准QC/T420-2004中的5.1.1、5.1.2、5.1.3、5.1.5条款规定。
2.1.3.4.保险丝绝缘体的性能要求
绝缘体：
是容纳保险丝的电导体件的不导电承载体，它还具有保护熔断丝不受机械损伤的作用。
要求此绝缘体在保险丝通以实验电流在规定的时间内不会因为温度过高而熔化变形导致电导体扭断或绝缘体本身出现燃烧及输入输出端子和绝缘体之间的结合松动或失效等，起不到应有的功能。
如：
S11原中央电器盒内的保险丝（国产保险丝）就出现正常工作一段时间，其绝缘体发生熔化变形，导致熔丝扭断，非过流而熔断的现象。
绝缘体的颜色根据保险丝的额定电流及种类的不同而不同的，如常用的保险丝：
（1）常用的片式保险丝：
1A（黑色）、2A（灰色）、3A（紫色）、4A（玫瑰色）、5A（浅棕色（棕黄）色）、7.5A（褐色）、10A（红色）、15A（浅蓝色）、20A（黄色）、25A（无色）、30A（浅绿色）；
（2）常用的插入式保险丝：
20A（浅蓝色）、30A（浅红色）、40A（绿色）、60A（黄色）。
2.1.3.5.保险丝的温升性能
在额定电流下，保险丝的输入输出端子上的温度及保险丝熔断后输入输出端子上的温度
片式保险丝在额定电流下的温度及断开时的温度不得超过标准QC/T420-2004附录A中规定的温度；
插入式和旋紧式保险丝的温升应符合下列规定：
额定电流小于70A时，最大50℃，额定电流大于70A时，最大70℃，具体参数参照标准QC/T420-2004中的5.2.4和5.2.5条规定。
2.1.3.6.保险丝的电流周期耐久性
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