汽车电子和电气系统教案.docx

1、汽车电子和电气系统教案第一章 汽车电子和电气系统汽车技术日新月异，尤其是近几年，汽车技术高速发展。汽车技术的发展，很重要的一方面表现在电子电气技术在汽车上的应用。燃油喷射技术、防抱死制动系统、巡航控制系统、全球定位系统等等，这些先进的系统在汽车上的应用，无不是汽车电子技术的应用。特别是近几年我国国产车型都大量安装先进的电子控制系统，所以要求维修人员必须掌握电子电气方面的新技术。本书从最基本的电学理论开始，深入浅出地介绍了汽车电子电气系统的各个方面。在介绍各系统理论知识的同时，加强了维修和诊断方面的内容。通过学习，读者能对汽车电子电气系统有一个全面系统的认识和理解，也可以对电子电气系统的维修有一

2、个正确的理解，并可以根据本书的指导，进行故障的诊断和维修。第一章 汽车电学理论1.1 电学基础1.1.1 电压、电流、电阻的概念如图11所示，我们通常所说的最基本的电路由电源、开关、导线和负载组成。一个完整的电路由电源、负载和中间环节组成。电源是供应电能的装置，在汽车上通常是蓄电池和发电机；负载是消耗电能的装置，在汽车上通常有起动机、继电器、照明系统、或其它电气部件；中间环节是传送和控制电能的部分，如导线、开关、熔断器或电路元件等。 EL010096图11基本的电路构成1.电压（Voltage）电压可以理解为电的压力，它是引起导体中电子移动的电动势，通俗的说就是引起电子移动的压力，见图12。在

3、汽车电气系统中，由蓄电池或交流发电机提供电压。电压通常以字母U表示，单位是“伏特(V)”。如果将电压表跨接在汽车蓄电池两端时电压表指示12.6V，这表明蓄电池正负极之间的电压是12.6V。 EL010091 图12 电压示意图2.电流（Current）如图13所示，电流就是电子在导体中流动的速率，通常以字母I表示，单位是“安培（A）”。电流是1秒钟内通过电路中任一横截面的电子的数量。 EL010095图13电流示意图电流有直流（DC）和交流（AC）之分，直流就是电子总是向一个方向流动，交流就是电子按一定频率变换流动方向，见图14。 EL010104 图14直流电和交流电3.电阻（Resista

4、nce）如图15，电阻就是电路中电子流动的阻力。电阻通常以字母R表示，单位是“欧姆（）”。导线的材料、粗细、长度和温度决定了导线电阻的大小。电路中负载(电动机、电灯等)的电阻比导线的电阻大得多。将电能变为光能、热能或运动能均需电阻。电路中的工作器件，如灯泡、电动机、继电器等都有电阻。 EL010089 图15 电阻示意图1.1.2欧姆定律，焦耳定律1.欧姆定律欧姆定律是电学的基本定律。内容如下：在同一电路中，电流值（I）与电阻值（R）成反比，而与电压值（U）成正比。数学公式为：I=U/R变形公式为：R=U/I 或 U=IR比如：直流电路中的电流I=10A（安培），电压U20V（伏特），则电路中

5、的电阻R =U/ I =20/10=2（欧姆）。欧姆定律确定了电流、电压和电阻之间的关系。如果电阻减小而电压保持不变，则电流增加，如果电阻不变而电压增加，则电流增加。欧姆定律在汽车维修中的应用在汽车维修中，根据欧姆定律，通过测量电路中的电压和电流来计算电阻的大小，这个方法称为伏安法。比如知道电路的电压U12V，电流I4A，则电阻RU/I3。如图16所示。 EL010097 图16 利用欧姆定律计算电阻也可以根据欧姆定律计算电路中的电流。比如知道电路的电压U=12V，电阻R=2，则电路中的电流IU/R12/26A。如图17所示。 EL010098图17 利用欧姆定律计算电流如果知道电路中的电流I

6、3A，电阻R4，也可以计算出电路的电压UIR3412V。见图18。 EL010099 图18 利用欧姆定律计算电压2.焦耳定律焦耳定律表示了电路中发出的热量与电流、电阻和时间的关系。内容如下：电流通过导体所产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。也就是说，电流越大发热越多，电阻越大发热越多，通电时间越长，发热越多。公式：Q=I2Rt 单位：IA（安培），R（欧姆），tS（秒），QJ（焦耳） 汽车有很多发热电路，如除霜器、加热座椅等电路都是产生热量的电路。1.1.3串联、并联电路1.串联电路串联电路是指在同一条电流通路上接了一个或多个电阻（负载），见图19和图110。

7、通过电路中每个电阻的电流是一样的。如果电路中任一部件损坏，整个电路就会断开，因为从蓄电池正极出来的电流必须通过每个电阻（负载）才能返回负极或接地。串联电路的总电阻是所有电阻之和。例如，电路中串联了三个灯泡，阻值分别为3、2和1，则此串联电路的总电阻R=3十2十16。通过每个灯泡的电流相同，均为IU/R12/62A。 EL010001图19 典型的串联电路 EL010063图110典型的串联电路示意图 串联电路的特点： 1) 总电阻是所有电阻之和。 2) 流过每个电阻的电流是相同的。 3) 电路中每点的电流是相同的。 4) 如果各个电阻的阻值不相同，则各个电阻两端的电压也不同。 5) 每个电阻的

8、电压之和等于电源电压。在任一回路循环方向上，回路中电动势的总和等于各电阻上的电压降总和。2.并联电路并联电路就是多个电阻并列连接在一起的电路。见图111和图112，在并联电路中，电流可以同时流过一个以上的电阻。对于并联电路。若一条支路中的部件损坏，不会影响其它支路中的部件。 EL010002图111典型的并联电路 EL010072 图112并联电路示意图并联电路的特点：(1)加至每条并联支路的电压相同。(2)总电阻小于电路中最小的电阻。(3)如果各条支路的电阻值不同，则流过每条支路的电流不同。(4)每个支路两端的电压相同。即U总=U1=U2=U3(5)每条支路的电流之和等于电路的总电流。即I总

9、=I1+I2+I3我们实际遇到的电路通常为串并联电路组成的混合电路。如图113中就是一个简单的串并联电路，旋转变阻器可以调节灯光的亮度。 EL010065图113典型的串并联电路1.1.4 集成电路（IC）集成电路是利用半导体工艺将一些晶体管、电阻、电容以及导线等电路元件制作在一块很小的半导体材料或绝缘基片上，从而形成一个完整的电路。集成电路具有体积小、重量轻、可靠性高和造价低等优点，见图114。在汽车电气系统中，集成电路是非常复杂的，一般都是由具备各种功能的电路集成在一个电路板上。汽车上的各个控制模块，均集成了成千上万个不同功能的电路。如车身控制模块（BCM）就可以同时控制车门、车窗、空调、

10、防盗、内部灯等车身电气部件。EL010050图114集成电路芯片1.1.5 断路、短路与高电阻电路可能出现断路、短路、高电阻等故障，从而使电路工作不正常。接下来一一分析说明。1.接地短路（搭铁）接地短路是指电路未经过负载提前接地的一种故障现象。大部分接地短路故障是由于导线或电路元件的绝缘层破裂，并且接地造成的。如图115就是例。开关和灯泡之间的导线绝缘层破损导致接地短路，电流没有通过灯泡而直接返回接地端，会导致灯泡不亮，电路中的电流升高，保险丝或其它电路保护装置断开。如果电路没有保护装置，还会引起线路或其它部件烧毁甚至燃烧。 EL010103图115接地短路（从控制开关后面短路）图116中是另

11、一种形式的接地短路故障，电路在灯泡和开关之前接地，会导致灯泡不亮并且开关无法控制电路，保险丝也会马上烧断。如果没有电路保护装置，还有可能会烧毁电源。若出现这种情况，即使更换了保险丝，接通电路后，仍然会再次烧断保险丝。 EL010102 图116接地短路（从控制开关前面短路）2.电源短路在汽车电路故障中，还有一种短路形式是与电源短路，通常是一个电路的两个独立分支因导线绝缘层破损相互连接，如图117所示。 EL010090图117 与电源短路电源短路一般会导致电路不能正常工作或者反应异常甚至烧毁。如上图“A”所示，两个独立的支路在开关前面短路，会使两个电路都不能单独控制，任何一个开关都可以同时控制

12、这两个电路。如“B”所示，一个电路灯泡前面的导线和一个电路灯泡和开关之间的导线短接，这样会造成左边的电路失效，而右边的电路正常。所以遇到短路故障，要具体情况具体分析，不能一概而论，要根据故障的详细情况，参照电路图并利用检测工具正确判断才行。3.断路断路是一种不连续的、有中断的电路故障。电气部件接触不良就是一种轻微的断路现象。电路中的任何一部分出现问题都有可能导致断路，比如导线断裂、电路部件烧毁、接头松动等。如图118，一个串联电路中出现断路故障，这会导致整个电路都不导通。检测电路中断路的方法是分别测量电路中各个部件两端的电压。如果某一个部件的一端有电压，而另一端没有电压（电压为0伏特），则这个

13、部件中间肯定有断路存在。 EL010064图118：串联电路断路在并联电路中出现断路故障比较复杂，如下图119。如果在并联电路的主线路或接地电路中出现断路，则结果和串联电路中出现断路是一样的，整个电路都会失效。如果在并联电路的某个支路中出现断路，则只有这个出现断路的支路受到影响，其它支路还可以正常导通。 EL010074图119 并联电路断路4.高电阻高电阻现象在汽车电路中经常出现，高电阻会引起整个电路或某个器件断断续续的导通，或者电路中电流过低。例如灯泡闪烁或者亮度降低，就有可能是高电阻引起的。电路连接不好，松动或者接头不干净都有可能引起高电阻问题。由于汽车的工作环境比较恶劣，比如高速、高温

14、、寒冷、颠簸、腐蚀等都会引起电路故障。所以在日常行车过程中要经常检查和注意保养电气系统。如果发现电气部件有异常或导线破裂、扭结、松动等，一定要及时检修。1.1.6 静电我们知道，摩擦可以起电，摩擦后的正负电荷是被束缚在带电体上的，它不能象电线中的电荷那样定向移动。所以，人们称之为静电荷，简称静电。当带有不同电荷的两个物体分离或接触时出现电火花，这就是静电放电的现象。产生静电的原因主要有摩擦、压电效应、感应起电、吸附带电等。汽车在高速行驶中以及汽车的内部装饰都有可能产生静电。汽车静电不但给车主与乘客带来不便，还可能引起意外事故。因此预防和消除汽车静电是非常重要的，并应注意以下几点： (1)车内少

15、用纤维物纤维织物的摩擦是汽车静电的重要来源，特别是化纤产品，更易摩擦起电。因此在选择座套、座垫及脚垫等用品时，尽量使用真皮、毛料或纯棉制品，减少化纤产品的使用。 (2)使用车蜡车蜡具有防电作用，但不同种类车蜡防静电能力不同。若您的车易于产生静电，不妨采用防静电专用车蜡，效果会更加明显。 (3)使用静电放电器静电放电器有两种，一种是空气静电放电器，另一种是搭链式放电器。若想取得最佳的防静电效果，最好让这两种放电器结合使用。另外，静电也有可能损坏电子器件。所以，拆卸电子器件时，一定要先将静电放掉。1.1.7 汽车电路、线束及电路故障的修复汽车电路的故障很多是由导线或接头等引起的，因此，下文主要介绍一下导线和接头的有关知识和维修方法。1.导线导线是汽车电气系统中最为基础的组成部分，但它并不像大家想象的那么简单。在不同的汽车电路中，对导线的尺寸以及材料要求都是不一样的，而且有严格的标准，例如导线截面与允许电流的关系，参见表11和表12。在维修汽车电路时，要严格按照维修手册中的相关规定、标准、程序。切记不要随便连接、