花冠汽车电器实验台的设计本科论文.docx

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花冠汽车电器实验台的设计本科论文

二○○九年六月

TheGraduationDesignforBachelor'sDegree

ElectricAppliancesExperimentoftheCorollaCarPedestalDesign

Candidate：

LiZhi

Specialty：

Vehicleengineering

Class：

B05-17

Supervisor：

SeniorExperimentalDivision.BaoYu

HeilongjiangInstituteofTechnology

2009-06·Harbin

摘要

本设计的目的是用花冠汽车的车身电器制作一个实验台，此实验台可以模拟电源及起动系、照明系、信号系统及辅助电器系统的实际工作情况。

通过实际的演示和排除故障的过程使学生对每个电器元件和整个电器系统更加深刻的理解，从而达到理论联系实际的目的。

本设计首先在符合本次设计基本要求的基础上，确定了总体设计方案。

采用花冠汽车电器系统，电动机和蓄电池为实验台提供电源。

本次设计中，主要完成了台架及板面的设计、充电系统动力源设计、元件布局、实验台电器元件接线等工作。

关键词：

电器；实验台；设计；模拟；故障

ABSTRACT

ThisdesignwiththepurposeofmakingacarriagewiththeelectronicoftheCorollacar,thefunctionofthissetisthatimitatetheactualworkcircumstanceofthechargingsystem,theilluminationsystem,thesignalsystemandthemetersystem.bypracticedemonstrateandtheprocessofexpelbreakdown,studentcandeepentheknowledgeofeachelectroniccomponentandentireelectronicsystem,therebyattainthegoalofintegratetheorywithpractice.

Thisdesignisbasedonthebasicrequirementsfirst,andthenconfirmthetotaldesignproject.Adopttheelectricappliancessystemofthecorollacar,electricmotorandstoragebatterytoprovidepowersupplyfortheexperimentpedestal.Inthisdesign,mainlycompletethedesignofexperimentpedestalandflatpiece,chargingsystem,thecompositionofcomponentandtheconnectionofelectricappliancescomponent.

Keywords:

Electricappliances；Design；Calculation；Imitate；Material

第1章绪论

1.1电器实验台设计的目的和意义

1.1.1目的

随着轿车产量和保有量日益增大，相关的使用与维修问题也接踵而来，而现代轿车是以广泛采用电子技术为标志的,其结构比较复杂,且汽车运行中电器故障所占的比重远远高于其他故障,约占40%～60%,这对从事汽车工程相关专业的人员提出了更高的要求[1]。

先进的汽车实验台可以培养学生实践动手能力，分析处理问题能力，工程实践能力和创新能力及商品意识，很好的满足专业技术人才培养的要求。

因此，设计出的汽车电器系统实验台作为实验设备，在教学的过程中可以为学生及汽车专业技术人才营造良好的学习氛围，起到理论联系实际的一个纽带，为实验教学提供了有利的条件，在满足教学实验的基础上提高了学生及汽车故障诊断、维修能力。

学生掌握汽车电器的故障诊断这项技能，对学生未来的发展是有很大帮助的。

如何设计一个使学生容易理解、操作简单、经济、方便维修的实验台是这次设计的主要目的。

1.1.2实验台设计的意义

１、先进的汽车实验、实训台设计与制作可以培养学生实践动手能力、分析处理问题的能力、工程实践能力和创新能力及商品意识,满足专业技术人才培养的要求。

可以提高汽车的使用寿命和经济效益,推动汽车工业及国民经济的发展。

２、与实践相结合,提高学生的实际操作能力。

３、伴随汽车电器技术的进步,实验台还可以进行更新换代,节约研制经费。

４、对实验台的开发和设计,可以建立一种科研环境,给学生营造良好的学习氛围。

在设计过程中,需要对以往学过的知识进行复习,还有很多的理论需要深入的研究,以便同实际操作结合。

1.1.3实验台解决的工程实践问题

１、先进的汽车实验台设计与制作可以培养学生实践动手能力、分析处理问题的能力、工程实践能力和创新能力及商品意识，很好的满足专业技术人才培养的要求。

这对于提高汽车的使用寿命和经济效益，推动汽车工业及国民经济的发展具有极其重要的现实意义和深远的历史意义。

２、与实践相结合，提高学生的实际操作能力。

在本实验台上，便于学生亲手操作，在理论学习与动手实践之间架起一座沟通的桥梁。

３、对实验台的开发和设计，可以建立一种科研环境，给学生营造良好的学习氛围。

在设计过程中，需要运用很多的专业知识，如汽车理论、汽车技术、机械设计、机械制图，金属工艺等等，这就需要对以往学过的知识进行复习，还有很多的理论需要深入的研究，以便同实际操作结合。

在教材不能满足需要时，还要搜集资料，去图书馆找文献，查期刊，请教老师、同学，上网查找本课题的前沿动态。

1.2研究和发展现状

随着汽车工业的发展，汽车作为一种代步工具，已经进入普及时代。

目前，平均每辆汽车上的电子装备已经占到整车成本的20%——30%，一些高档轿车上电器产品所占比重更高，电器产品的费用已经占到整车成本的50%以上。

据美国汽车工业界的预测，2003年全球汽车电器产品的总销售额将达800亿美元。

汽车电器是汽车的重要组成部分，其自身的性能对汽车的动力性、经济性、可靠性、安全性、操纵性、舒适性、娱乐性等各种性能都会产生直接而重要的影响。

现代汽车已不再是传统的机电产品，其中汽车机械部分的发展已经达到了极致，汽车电器还有广泛的发展空间，汽车上70%的革新来自汽车电子技术及产品。

汽车电子属于典型的高技术、高附加值、高增长的新兴产业，具有巨大的市场容量和很强的技术渗透性与产业带动性，是我国占领产业技术制高点、大力推进高新技术产业化的良好机遇。

在发达国家，汽车已经进入电子时代，汽车电器技术已经成为当代汽车技术领域关注和研究的重点问题。

在教学中，汽车电器课不同于一般的理论课,它不是通过在黑板上进行理论证明、公式推导所能够解决的。

因此，学生很难真正理解汽车电器的组成、工作原理，要解决电器设备的故障更加困难。

只有设计一个直观的实验台才能满足教学的需要,目前市场上销售的电器实验台，虽然可以满足教学要求，但是价格都比较昂贵、维修困难不适合中小型学校教学。

1.3设计的主要内容

由以上论述可知，花冠电器实验台主要由台架和台面组成。

主要内容如下：

１、电器实验台总体设计：

要求实验台可以演示汽车电器系统（起动，充电，照明，仪表，音响，刮水等辅助电器系统）的工作原理，电器元件依据丰田花冠轿车实际元件布局，实验台可以实现汽车电器系统功能演示，并可以设置不同教学故障。

２、台架及面板的设计：

方便实验教学，具有便于实验测试操作，方便移动的功能。

预留出汽车电器故障检测诊断接口。

３、元件布局：

符合汽车电器系统工作要求，具有规范性，方便理解汽车电器系统结构原理。

４、实验台电器元件接线：

符合汽车电路接线图要求，显示各电器系统工作过程直观形象。

５、充电系统动力源设计：

实现对汽车发电机的工作驱传动，完成他激到自激过渡。

第2章花冠汽车电器系统应用及工作原理

2.1花冠汽车电气系统及原理

１、导线

汽车电气系统的导线采用低压导线，采用铜质多心软线[2]。

（１）低压导线

１）导线的截面积

导线的截面积主要根据其工作电流选择，但是对于一些工作电流较小的电器，为保证具有一定的力学强度，汽车电器中导线截面积一般不小于0.5mm2。

各种低压导线标称截面积所允许的负载电流见表2.1。

表2.1低压导线截面积允许负载电流值

导线标称截面积/mm2

1.0

1.5

2.5

3.0

4.0

6.0

允许电流/A

所谓标称截面积是经过换算而统一规定的线心截面积，不是实际线心的几何面积，也不是各股线心几何面积之和。

电气系统主要线路导线标称截面积如表2.2。

表2.2电器系统主要线路导线截面积

标称截面积/mm2

用途

0.5

尾灯、顶灯、仪表灯、刮水器等

0.8

转向灯、制动灯、停车灯、断电器等

1.0

前照灯、电喇叭（3A以下）

1.5

电喇叭（3A以上）

1.5-4.0

其他5A以上电器

6.0-25

电源电路

25-95

起动电路

２）导线颜色

汽车线路所用的低电压导线用颜色加以标识。

在使用单色线的基础上，为了区分多种低电压导线，采用双色线的颜色由两种颜色配合组成，双色线的主色所占比例大些，辅助色所占比例小些。

辅助色条纹占主色条纹沿周围表面的比例为1：

3至1：

5，双色线的标注第一色为主色，第二色为辅助色。

导线颜色用字母代号表示，字母代号的含义见表2.3。

表2.3导线颜色

B-黑

L-蓝

R-红

BR-棕

LG-浅绿

V-紫

G-绿

O-橙

W-白

GR-灰

P-粉红

Y-黄

例如，线路图中导线颜色编号为R，则说明在实际电路中，导线颜色为红色。

如果导线为双色，则第一个字母表示配线基本颜色，第二个字母表示配线的条纹颜色。

例如导线颜色编号为L-Y，则在实际电路中，导线的基本颜色为蓝色，条纹颜色为黄色。

３）线束

汽车用低电压导线除蓄电池导线外，都用绝缘材料如薄聚氯乙烯带缠绕包扎成束，避免水、油的侵蚀及磨损。

（２）高压导线

汽车点火线圈至火花塞之间的电路使用高压点火线，简称高压线。

高压导线的耐压一般应在1.5kV以上，因电流较小，其截面积很小，但绝缘层很厚，多采用橡胶绝缘。

高压导线分为普通铜芯高压线及高压阻尼点火线。

带阻尼的高压线可抑制和衰减点火系产生的高频电磁波，降低对无线电设备及电控装置的干扰，

２、熔断器

熔断器俗称保险管，在电路中起保护作用。

当电路中流过超过规定的过大电流时，熔断器的熔丝自身发热而熔断，切断电路，以防止烧坏电路连接导线和用电设备，并把故障限制在最小范围内。

通常情况下，将很多熔断器组合在一起安装字熔断器盒内，并在熔断器盒盖上注明熔断器的名称、额定容量和位置。

一般情况下，环境温度在180～320C时，当流过熔断器的电流为额定电流的1.1倍时，熔断器不熔断；达到1.35倍时，熔丝在60s内熔断；达到1.5倍时，20A以内的熔丝在15s内熔断，30A以内的熔丝在30s内熔断。

熔断器在使用中应注意一下几点：

（１）熔断器熔断后，必须真正找到故障原因，彻底排除故障。

（２）更换熔断器时，一定要与原规格相同。

（３）熔断器支架与熔断器接触不良会产生电压降和发热现象，安装时要保证良好接触。

３、连接器

连接器就是通常所说的连接插头和插座，用于线束或导线与导线间的相互连接。

为了防止连接器在汽车行驶中脱开，所有的连接器均采用了闭锁装置。

要拆开连接器时，不允许在未解除闭锁的情况下用力拉导线，这样会损坏闭锁或连接导线。

正确的拆卸方法是先压下闭锁，再把连接器拉开。

本次设计用到的连接器如图2.1[3].

C9、组合开关J1、J2、

J22、J28、J29、J34、J35、J37、J38、J39、中继接线器

图2.1连接器图

４、继电器

一般用于操纵开关的触点电容量较小，不能直接控制工作电流较大的用电设备，常采用继电器来控制它的接通和断开[4]。

汽车上的继电器有很多，常见的有三类：

常开继电器、常闭继电器和常开、常闭混合型继电器。

常开继电器平时触点是断开的，继电器动作后触点才接通；常闭继电器平时触点是闭合的，继电器动作后触点断开；混合型继电器平时常闭触点接通，常开触点断开，如果继电器线圈通电，则变成相反状态。

５、电源及起动系统电路

电源及起动系统由蓄电池电路、发电机工作电路、仪表板中的发电机警报灯电路及起动机工作电路组成。

发电机是汽车上的主要供电设备，它与蓄电池并联。

其作用是：

在汽车正常行使时，向各用电设备供电，并及时对蓄电池进行补充充电。

６、辅助电器系统

（１）电动刮水器

花冠轿车电动刮水器采用了电动三连杆机构，并没有多个球头活结，转动和换向非常自如。

刮水器电机由一个永磁直流电机和一个蜗轮蜗杆减速器组成。

为了确保摆杆与雨刷器能在正常工作结束后回到前风窗玻璃下边沿，在减速器蜗轮输出轴的背面装有自动复位导电片，并在减速器盖板上带有与导电片相接触的导电触点，再通过刮水器开关的关闭档位，共同完成刮水器的自动复位功能。

７、仪表

花冠轿车采用的组合仪表主要包括：

车速里程表、水温表、燃油表、转速表等，在实验台上有一些仪表不能工作，如车速里程表，但为了保持系统的完整性，在这里也未做删减。

（１）车速里程表[5]

车速里程表由三部分组成，即车速表、里程表和单程里程计。

车速表用来指示汽车行驶的瞬时速度；里程表是一个累计计数器，可记录汽车行驶过的总里程；单程里程计是用来记录某次行车所驶过的里程，在所记录数据不需要时，可用按钮清零。

（２）水温表

水温表指示的是发动机冷却水的温度。

点火开关打至点火档，水温表便开始工作。

表盘上有两个指示区域，一个是低温区，一个是正常温度区，在低温区应避免发动机高速或大负荷工作。

（３）时钟

时钟用来表示时间。

通过按动表中的按钮来对表。

（４）燃油表

燃油表指示的是油箱中燃油量。

点火开关在点火档，燃油表便开始工作。

表盘上有一个备用油量区，指针指到该位置时，油箱内大约还有10L左右的燃油。

（５）指示灯

指示灯可分为信号指示灯和警报指示灯。

警报指示灯一般采用红色，信号指示灯则采用绿、黄、蓝等不同颜色。

指示灯在仪表上是用符号来表示的。

在行车过程中，当表中标有stop项的灯亮时，必须立即停车并让发动机熄火，检查故障所在。

（６）转向信号灯

转向信号灯工作时，该指示灯闪亮。

如果某侧有一个转向信号灯不亮时，指示灯的频率将明显加快。

（７）远光指示灯

打开前照灯远光或使用前大灯闪光发出超车信号时，远光指示灯亮。

（８）发动机警报灯

发动机警报灯也就是所说的电源警报灯。

在发动机打开点火开关时，该灯亮，发动机起动后熄灭，属于正常。

如果在行车中此灯亮起来，说明发电机不发电，应停车检查。

（９）机油压力警报灯

机油压力警报灯和发电机警报灯一样，打开点火开关，警报灯亮，发动机起动后应熄灭。

如果发动机起动后该灯不灭或行车中亮起，应停车检查发动机润滑系故障。

（10）制动报警灯及手制动指示灯

制动报警灯及手制动指示灯是在手制动器拉起或制动液液面过低时点亮。

在解除手制动后，此灯仍亮必须停车检查制动液量。

（11）冷却液温度及冷却液液面警报灯

冷却液温度及冷却液液面警报灯。

发动机未起动，打开点火开关，该警报灯闪亮进行功能自检，发动机起动后熄灭，属于正常。

如果该指示灯在发动机起动后不熄灭或者在行驶时闪亮，说明冷却液不足或温度太高，应停机检查发动机冷却系。

2.2电路的读图和实验台线路分析

2.2.1汽车线路遵循的一般原则

汽车线路由于车型结构、电气设备的数量、安装位置和接线方法的不同而各有差异，但其线路都应遵循一定的原则，了解这些原则对读图是很有帮助的。

１、汽车线路为单线制。

单线连接是汽车线路的特殊性，它是指汽车上所有电气设备的正极均采用导线互相连接，而所有的负极则分别与车架或车身金属部分相连，即搭铁。

任何一个电路中的电流都是从电源的正极出发经导线流入用电设备后，由电器设备自身或负极导线（全车有统一的颜色标识）搭铁，通过车架或车身流回电源负极而形成回路[6]。

２、各用电设备均采用并联。

汽车上的两个电源（蓄电池与发电机）之间以及所有用电设备之间，都是正极接正极，负极接负极，并联连接。

３、汽车线路为负极搭铁。

一般说来，汽车线路都是负极搭铁，负极搭铁对车架或车身的化学腐蚀较轻，对无线电干扰较小。

４、汽车线路有颜色和编号特征。

为了便于区别各线路的连接，汽车所有低压导线，必须选用不同颜色的单色或双色线，并在每根导线上编号，编号由生产厂家统一编定。

５、将导线做成线束。

为了不使全车电线零乱，便于安装和绝缘保护，将导线做成线束。

一辆车可以有多个线束。

６、接线盒如图2.2.

2.2.2电路读图的基本方法

由于各国汽车电路图的绘制方法、符号标识以及文字、技术标准等的不同，各国汽车电路图有很大差异，甚至同一国家不同公司的汽车电路图也存在着较大差异，这就给我们读图带来许多麻烦。

要想完全读懂一种车型的整车电路图，特别是较复杂的进口轿车的电路图并非是一件轻松的事，因此掌握汽车电路读图的基本方法是十分必要的[6]。

1—IG1继电器，2—喇叭继电器，3—配线连接器ID4，4—尾灯继电器，5—前雾灯继电器，6--前照灯继电器，7--转向信号灯继电器，8--2H主配线黑色，9--2K地板配线，10—2F仪表配线，11—2A主配线灰色，12—1A发动机配线，13—2B主配线，14—1B发动机配线，15--100A主保险丝，16--100AALT保险丝，17、18、19--10A保险丝，20--25A保险丝，21--30A保险丝，22、23、24、25、26--15A保险丝27--5A保险丝，28--1C发电机室主配线，29—1D发电机室主配线，30—2T仪表板配线，31—2S仪表板配线，32--2R仪表板配线，33--2Q仪表板配线，34—2P仪表板配线，35—2O仪表板配线，36--2N仪表板配线，37--2M仪表板配线，38--2G仪表板配线，39—2C仪表配线

图2.2接线盒

下面介绍一些阅读整车电路图的基本方法：

１、按整车电路系统的各功能及工作原理把整车电气系统划分成若干个独立的电路系统，分别进行分析。

这样化整体为部分，可以有重点地进行分析。

为了阅读方便，现在多数汽车的电路原理图是按各个电路系统进行绘制的。

２、在分析某个电路系统前，要清楚该电路中所包括的各部件的功能、作用和技术参数等。

例如电路中的各种自动控制开关在什么样的条件下闭合或断开等等。

３、在阅读电路图时，应掌握回路原则，即电路中工作电流是由电源正极流出，经用电设备后流回电源负极。

电路中只有当电流流过用电设备时，用电设备才能工作。

４、按操纵开关的功能及不同工作状态来分析电路的工作原理。

如点火系供电，点火开关应处于点火挡或启动挡。

在标准画法的电路图中，开关总是处于零位，即开关处于断开状态；电子开关的状态则视具体情形而定。

所说的电子开关主要包括晶体管及晶闸管等具有开关特性的电子元件。

５、阅读电路图时，把含有线圈和触点的继电器看成是由线圈工作的控制电路和触点工作的主电路两部分。

主电路中的触点只有在线圈电路中有工作电流流过后才能动作。

在电路图中画出的是继电器线圈处于失电状态。

６、读接线图时，要正确判断接点标记、线型和色码标志。