汽车电器与电子

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图6.3   电子电压调节器原理图
1、         起动机发动机是靠外力起动的。通常把汽车发动机曲轴在外力作用下，从开始转动到怠速运转的全过程，称为发动机的起动。起动机的作用就是将电能转变为机械能，带动发动机曲轴旋转，使发动机起动。完成起动任务之后立即停止工作。
在现代汽车上广泛采用的起动机是电力起动机，它是由直流电动机通过传动机构将发动机起动的，起动机具有操作简便、体积小、质量轻、安全可靠、起动容易而迅速等特点，且具有重复起动的能力。图6.4为起动机示意图。
图6.4  起动机示意图
2、         点火设备发动机的点火方式有炽热点火、压缩着火和电火花点火三种。在汽车所使用的发动机中，柴油机采用压缩着火方式，而汽油机均采用电火花点火方式。
电火花点火设备自1910年使用在凯迪拉克汽车上以来，至今被大部分汽车沿用。正是由于电火花点火设备长期以来在汽车上得到广泛应用，故被誉为传统点火设备。由于它的电能由蓄电池供给，又被称为蓄电池点火设备。
点火系统的功用主要有两方面：(1)将电源的低电压转换成高电压，为发动机缸内的火花塞提供高电压脉冲，产生电火花。(2)将所产生的电火花适时、按次序地送到各个气缸之中，点燃压缩混合气使发动机做功，以获得高效的燃烧。为了保证在各种工况和使用条件下发动机混合气均能准确着火，从而提供汽车正常运行所需动力，点火装置应该满足以下三个基本要求。
（1）提供足以击穿火花塞电极间隙的高电压。一般来说，汽车发动机起动时常需9至17千伏的高电压，在满负荷低速时需8至10千伏的高电压，而正常点火所需点火电压一般均在15千伏以上。考虑到各种不利因素的影响，为了保证可靠着火，点火装置所提供的高电压均在15至20千伏以上，但电压过高，又会造成绝缘困难，成本提高，一般次级电压限制在30kV以内。
（2）提供足够的电火花能量与持续时间。为了保证可靠点火，一般应保证有50～80mJ的点火能量，起动时应能产生大于100mJ的火花能量，而且还要保证点火时间不少于500微秒。
（3）提供适时的点火时机。点火时机对发动机工作性能的影响比较大，必需保证最佳点火时刻。
传统点火设备主要由电源、点火开关、点火线圈、断电分电器、电容器、高压导线、火花塞等组成。点火系的工作原理及工作过程详见第三章。
3、         照明与信号设备为了方便汽车行驶，保证行车安全，在汽车上都安装有多种照明及信号设备。现代汽车对汽车照明及信号系统的要求日趋完备、可靠、实用、美观，同时还要结构合理、经济耐用、保修方便。
汽车照明与信号设备包括车外照明和车内照明以及各种信号灯等。汽车照明与信号设备构成了汽车电系中一个独立电路系统。一般轿车有15~25个外部照明灯和约40多个内部照明灯，这就说明了该系统在现代汽车上的重要作用。
常用的照明与信号设备有：前照灯（大灯、头灯）、小灯（示廓灯、停车灯、示位灯）、转向照明灯、转向信号灯（方向指示灯）、尾灯（后灯）、雾灯、制动灯、倒车灯、牌照灯、仪表灯、顶灯、各种指示灯（远光、转向、充电、油量、油压、水温、气压等）、工作灯等。图6.5为双丝灯泡远近光示意图。
除此之外，现代汽车上还有各种特种灯、危险警告灯、踏步灯、壁灯、门灯、阅读灯等等。
现代汽车上除各种灯光信号之外，还装有音响信号，如电喇叭，消防车、救护车、警车等特种车上还使用音响报警设备（蜂鸣器）。

图6.5  双丝灯泡远近光示意图
1-遮光片；2-近光灯丝；3-远光灯丝
4、         仪表及显示设备汽车仪表及显示设备用来指示汽车运行以及包括发动机在内各大总成正常运转的状况，以便驾驶员随时了解汽车各系统的工作情况，保证汽车可靠而安全地行驶。
仪表及显示设备包括各种机械式、机电式或电子式的燃油表、机油压力表、水温表、电流（压）表、转速表、车速里程表及各种显示装置。在现代汽车中，还包括各种电子控制设备的正常使用与故障信号的显示设备。
1、         辅助电器辅助电器包括电动刮水器、电动玻璃升降器、电动后视镜、电动座椅、空调、采暖等设备，可以提高汽车行驶的安全性、经济性和舒适性。
2、         娱乐电器汽车上的娱乐电器主要有：收音机、CD、VCD、DVD、游戏机、车载电话、车载电视等各种音响、声像、娱乐设备。
3、         电子控制设备随着汽车电子化程度的提高，汽车上的电子控制设备不断地增加，目前，主要的电子控制设备有：电控燃油喷射系统、电控防抱死制动系统、电控自动变速系统、驱动防滑电控系统、电控悬架等等。
6.1.2汽车电子设备发展概况1、汽车电子设备广泛应用的历史渊源从1886世界上第一辆汽车诞生直至二十世纪中叶，可以说汽车几乎是一种纯机械的产品，唯一带“电”的成份只有蓄电池及其点火系统。
汽车科学家及工程师们从来就没有停止过对汽车性能提高的研究与努力，但用传统的机械方法提高汽车的性能可以说是已经到了“山穷水尽疑无路”的境界，比如提高汽车的动力性，降低汽车的排放污染等，真的是挖空了心思，因此迫切需要一种新方法新技术去改善汽车的性能，这种内在的需要也正是汽车这一古老的产品能够经久不衰的动力之所在。到了二十世纪中叶，电子技术正以燎原之势发展，它也把脚跨进了汽车这一领域。汽车上最初采用的电子设备是收音机，在20世纪50年代初还是电子管收音机，到了1955年晶体管收音机的装车率就开始不断提高了……
随着世界汽车保有量的迅猛增长，在20世纪60年代末，汽车排气对大气造成的污染成为一种严重的社会公害，引起了世界各国的关注；进入70年代初，两次世界性的石油危机，又迫使人们对汽车提出了更高的节能要求；而且每天都在发生的惨不忍睹、触目惊心的交通事故，迫使人们对汽车行驶的安全性能提出了更高的要求……，这一切用传统的方法去解决已经无能为力了。而60年代以来，半导体集成电路技术的进步，带来了微电子技术特别是微机技术的蓬勃发展，与此同时，传感器技术也得到了长足的发展，正好可以在汽车领域大显身手。
正是在这种内在需求与外在力量两种势力的推动下，电子技术在汽车领域得到了愈来愈广泛的应用。计算机技术、传感器技术、信息技术等在汽车上的应用，使汽车的性能得到了前所未有的提高与改善，大大提高了汽车的动力性、燃油经济性、安全性、可靠性、操纵稳定性、舒适性及使用方便性，从根本上控制了汽车排气对大气的污染等等。电子技术和传统的机械产品汽车的结合——汽车机电一体化被认为是近年来汽车技术发展的重大突破，汽车电子化程度的高低已成为衡量该国汽车现代化水平的重要标志。
2、汽车电子技术的发展历程及趋势汽车电子技术的发展历程可以划分为三个阶段：单独控制阶段、集中控制阶段及网络控制阶段。
（1）单独控制阶段
这一阶段又可以分为初始阶段和成长阶段两个过程。从20世纪50年代到60年代，是电子技术发展的初始阶段，这一时期的特征是出现替代机械构造的置换型分立电子装置，发展独立性的零部件，如发动机的电子点火模块等，解决的主要问题是减少保养、维修，提高汽车有关性能和降低成本。从20世纪60年代后期到70年代，汽车电控系统多采用模拟电路的ECU（电子控制单元——Electronic  Control  Unit），单独对汽车某一系统，如燃油喷射系统、点火系统等进行控制，这一时期解决的主要问题是节能、减少污染、提高安全性。由于在采用模拟电路的ECU控制系统中，如果要增加控制功能，就必须增加与实现该项功能控制逻辑相应的电路，这样必然会使ECU的尺寸增加很大，对于安装空间有限的汽车来讲很不适用。所以这一时期的汽车电控系统采用一个ECU控制汽车的一个系统的单独控制方式。
（2）集中控制阶段
随着电子技术的迅猛发展，用于汽车电控系统的ECU由于采用了数字电路及大规模集成电路，其集成度愈来愈高，微处理机CPU运算速度的不断提高和存储容量的增加使其控制功能大大增加，并具有各种备用功能。另外，与汽油喷射控制、点火控制及其它控制系统相关的各种控制器，由于所用的传感器很多都可以通用，如水温传感器、进气温度传感器、负荷、车速（转速）传感器等，因此将控制功能集中化，就可以不必按功能不同设置传感器和ECU，而是将多种控制功能集中到一个ECU上，不同控制功能所共同需要的传感器也就只设置一个。这种控制方式就叫集中控制系统，也就是汽车微机控制系统。
（3）网络控制阶段
随着电子技术的发展，汽车中的电控系统大大增加。90年代以前，多数汽车中的电控系统各自独立地进行，不同的控制单元对一些传感器信息进行重复或冗余的处理。一辆利用传统布线方式设计的高档车中，其电线长度可达2000多米，电气节点数可能高达1500余个，而且根据经验，上述数字大约每10年翻一翻。在这种情况下，粗大的线束与汽车中有限的可用空间的矛盾就日益尖锐。继续采用集中控制方式当然是最可行的方式之一，但由于存在计算机运算速度的限制及汽车电子设备实时控制的需求矛盾，在汽车中纯粹采用这种控制方式就有点不合适了。
采用网络控制方式，在一些控制单元(ECU)中实现数据共享，不但在不增加新的传感器的情况下可优化系统的整体性能，而且还可以简化整车电气布线，克服了线路杂乱现象，便于故障诊断，并可以实现汽车控制信息传输的网络化。目前，国外各大知名汽车制造和汽车电气设备厂家已经开发出了多种汽车电气网络，如ABUS、CAN、LIN、J1850、PALMNET、VAN等等。目前，在汽车上得到广泛应用的网络技术是CAN总线技术。
可以预见，在不久的将来，汽车电气网络还会得到更加广泛的应用和发展，网络化将成为不可阻挡的发展潮流，就象当今世界全球化发展趋势一样。除内部ECU联成网络，实现数据信息、控制信息网络化流动，实现内部网络控制外；并有可能与外界网络联网，比如与交通信息网、甚至INTERNET网等外界网络联络，互通数据及控制信息，进而可以对汽车的运动进行远程控制，使汽车最终成为能“在不规则路面上高速自动行驶的智能机械人”。