汽车电气系统与控制技术以迈腾为例Word格式.docx
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参考文献
附录
致谢
内容摘要
本报告主要是本人对一汽大众旗下迈腾车型一部分电气设备及电控系统的学习心得，其中有一些是电气与电控的基础知识，还有一些是本人参照互联网上的信息对迈腾车上一些我比较了解的智能系统的解析，如果有不对的地方还请多多指正。
关键词：
迈腾；
电气设备；
电控系统
ThisreportingmostlydescribedmystudyingatheringofMagotan’sElectricAndControlSystem,someofthemisthebasicknowledgeoftheElectricAndControlSystem.AndthereisalsosomemyindividualopinionofMagotan’sintelligentelectricsystem，comparedtheinformationofinternet.Ifthereissomethingwrong,gladforyourcorrection！
Keywords：
Magotan;
ElectricSystem
第一部分导读
1.1引言
在短期的实习过程中我慢慢地发现，现代的汽车修理绝不是动一动扳子和钳子那么简单，更多的是要依赖先进的汽车诊断设备来判断汽车的使用状态和识别故障信息等，而汽车电气知识也成为了每一位维修技师应该深入学习的重点领域。
1.2实践单位的基本情况
北京海联力通经贸有限公司是一汽大众在北京的一家四位一体特许经销商，主要经营一汽大众旗下的捷达、宝来、速腾、迈腾等车型。
第二部分汽车电气系统的认识与原理
2.1汽车电路的特点
（1）低电压
汽车电气系统的额定电压有12V、24V两种，汽油机多为12V电源，柴油机多为24V电源，迈腾采用12V电源系统，当汽车运行时，三相交流发电机工作成为电源，此时电压可达14V左右。
（2）直流
（3）单线制
（4）并联制
（5）负极搭铁
采用单线制时蓄电池的一个电极需接至车架或车身上，俗称“搭铁”。
蓄电池的负极接车架或车身称为负极搭铁。
蓄电池的正极接车架或车身称为正极搭铁。
负极搭铁对车架或车身金属的化学腐蚀较轻，对无线电干扰小。
我国标准规定汽车线路统一采用负极搭铁。
2.2汽车电气系统的构成
汽车电气系统主要由电源系统和用电系统两大部分组成。
蓄电池、发电机是汽车电源的组成部分。
发电机将发动机的机械能转化为电能，是汽车最主要的电源。
蓄电池是一个储能设备，它将发电机产生的电能储存起来在发电机不工作或处于低转速时临时向用电设备供电。
2.2.1汽车电路基础元件
1、导线汽车导线按其承受电压的能力分为低压导线和高压导线两种。
低压导线的线芯采用多股铜质线芯结构，这是由于铜质多股线芯承受反复弯曲的能力好，不易折断，制成线束后的柔韧性较好，安装方便。
汽车低压导线除蓄电池导线外，都要用绝缘材料带缠绕包扎成束，避免水、油的侵蚀及磨损。
在线束布线过程中不许拉得太紧，线束穿过洞口或绕过锐角处都应有套管保护。
线束位置确定后，应用卡簧或扎带固定，以免松动损坏。
高压导线在汽车上的应用主要是点火线。
点火线按其结构又可分为普通铜芯高压线和高压阻尼线两种。
高压阻尼线可抑制或衰减点火系统所产生的、会对无线电设备产生干扰的电磁波。
2、导线接头与插接器用于导线与导线或导线与车身、设备的连接，插接器带有自锁装置
3、熔断器串联在被保护电路中，以防止线路和用电设备被烧毁。
迈腾的保险丝主要位于SA、SB、SC、SD四个位置，其中SA、SB在发动机舱左侧E-BOX盒内，SC在仪表台左侧,SD在仪表台右侧。
4、开关汽车开关按操作方式可分为旋转式、推拉式、压力式、翘板式及组合式等。
安装在仪表板台板上的点火开关不具备锁止转向盘的功能。
安装在转向柱上的点火开关具有转向盘锁止功能。
迈腾的点火开关位于仪表板台板上，开关内装有防盗锁读取单元、按钮照明灯泡、点火钥匙防拔出锁电磁阀（仅用于带自动变速箱的汽车）。
下图是迈腾点火开关的插脚分配图和电路连接概览图（表示接地连接表示线束连接）。
5、继电器继电器在汽车电路中起保护电路和自动控制的作用。
汽车电系中所使用的继电器的种类较多，按继电器触点的工作状态不同，可将其分为常开型、常闭型和混合型三种。
迈腾继电器支架主要分布在E-BOX盒和仪表板左下方。
2.2.2汽车电源系统
1、蓄电池
车用蓄电池由6个单格电池串联而成，分极板、隔板、电解液和壳体四部分（如右图）。
在单格电池中，负极板总比正极板多一片。
将正极板夹在负极板之间，可使其两侧放电均匀，防止活性物质体积变化不一致而造成极板拱曲。
隔板的功用就是将正、负极板隔开，防止相邻正、负极板接触而短路。
目前广泛使用微孔橡胶和微孔塑料隔板。
电解液由密度为1.84g/cm3的浓硫酸与蒸馏水按一定比例配制而成，电解液的相对密度为1.23～1.30。
2、发电机
汽车用交流发电机多采用三相同步交流发电机，主要由定子、转子、电刷、整流器、前后端盖、风扇及皮带轮等组成。
在迈腾车上调节器与发电机装在一起。
交流发电机是根据电磁感应原理而产生交流电的。
发电机的三相定子绕组按一定规律分布在定子铁芯槽中，彼此相差120o电角度。
当转子旋转时，因为定子绕组与磁力线之间会产生相对运动，定子绕组就会切割磁力线，所以在三相绕组中就会感应产生频率相同、幅值相等、相位互差120o电角度的正弦交流电动势（如下图所示）。
在整流过程中，任何时刻只有一只正极管和一只负极管导通，其余4只均截止。
相对于中性点电位最高的一相，相应的正极管导通；
电位最低的一相，相应的负极管导通。
每只管子只导通1/3个周期（如右图所示）。
内搭铁型晶体管调节器工作原理（左图）：
随着发动机转速的变化，R2两端的电压也在变化，当电压达到一定值时，稳压二极管VZ导通或截止，当VZ导通时，VT1导通，VT2因基极被短路而截止，励磁电流被截断，从而使发电机电压不再上升，反之亦然。
VD是续流二极管，励磁绕组由接通变为断开状态时，产生自感电动势经VD构成放电回路，防止VT2被击穿损坏。
2.3汽车上常见的用电设备
随着汽车的发展，其用电设备也越来越多，在此不能一一详述，下面将细写汽车上常见的用电设备例如：
起动机、灯光仪表、车窗刮水和清洗装置等。
2.3.1起动机
车用电磁控制式起动机可按总体结构分为电磁式、减速式和永磁式。
减速式起动机的传动机构设有减速装置，采用高速小型电动机，结构和工艺比较复杂，按其减速方式可分为平行轴圆柱齿轮外齿合传动式、平行轴圆柱齿轮内齿合传动式和同心轴行星齿轮传动式。
永磁式起动机不需要磁场绕组，因此电动机结构简化、体积小、质量小。
现代汽车应用的启动保护电路，都是依靠汽车交流发电机的中性点电压以及相应的继电器控制来实现保护功能的。
当发动机启动后，若驾驶员未及时释放启动开关，就会造成打齿现象，加速齿轮的损坏。
安全保护功能则能保证启动机在发动机启动后能够自动停止工作，并在发动机运转时防止启动机误接入。
2.3.2灯光照明系统
1、智能前照灯灯光系统（AFS-advancedfrontlightingsystem）
迈腾可以选装带转弯功能的氙气大灯，其特点如下:
Ø
大灯照程自动调节（垂直）大灯控制单元根据车辆的负载情况自动调节大灯照程。
控制单元采集安装于前、后轴水平位置传感器的信号来确定车辆的负载情况，然后命令电机动作，使大灯照程始终处于最佳状态
动态转弯灯光功能动态转弯灯光系统通过集成在大灯上的电机水平调节近光灯的角度
静态转弯灯光静态转弯灯光在传统近光灯的基础上又额外附加了一个灯泡，用于在车辆转弯时照亮车辆侧面，使驾驶者视野范围跟宽
高速公路功能如果汽车以超过140公里/小时的速度行驶10秒钟以上，则高速公路功能打开行车灯。
如果汽车以低于65公里/小时的速度行驶150秒钟以上，则高速公路功能被关闭。
如果车灯开关处在“自动行车灯控制”上，那么该功能激活。
雨水功能如果前刮水器被激活超过5秒钟，并且车灯开关处在“自动行驶灯控制”上，那么雨水功能打开行车灯。
如果255秒钟之上没有进行刮水，则行车灯被关闭。
黄昏功能如果车灯开关处在“自动行车灯控制”上，则会通过雨量和光照识别传感器自动测量明亮度（例如在驶入隧道时），并且通过发送到到车载电网控制单元的信号自动将行车灯打开。
AFS系统电路概览如下图所示：
2、LED尾灯
迈腾侧围上的尾灯应用了LED技术，集成了尾灯、制动灯和转向灯。
迈腾尾灯分内外两圈LED群组，内圈为制动灯群组，外圈为转向灯群组，通过供电电压的变换来实现灯光的转换。
LED的供电电压由车载电网控制单元提供，当小灯点亮时外圈供电电压约为电源电压的15%，内圈供电电压约为电源电压的10%，如果尾灯点亮并且施加制动，车载电源控制单元会将制动灯的供电电压由10%提高到100%，外圈LED灯用于转向灯，频率为1.25HZ，可以分为明和暗两个阶段当尾灯点亮，同时需要开转向灯时，供电电压通过脉宽调治信号提供，最大有效电压为电瓶电压。
下图为制动电路概览：
3、转向信号灯
迈腾的转向信号灯有以下运行状态：
✧警告闪烁，
✧碰撞闪烁，
✧紧急制动警告闪烁，
✧方向闪烁，
✧舒适闪烁，
✧中控锁闪烁（ZV－闪烁），
✧防盗报警装置闪烁（DWA－闪烁）
由于车外后视镜中的转向信号灯分别由驾驶员侧车门控制单元和副驾驶员侧车门控制单元控制，其他的由车载电网控制单元控制，所以每次闪烁至少有三个控制单元参与，其中ZV闪烁和DWA闪烁需要舒适系统中央控制单元的控制信号，而转向信号灯开关的信号只能经过转向柱电子装置控制单元后传给车载电网控制单元
4、其他照明灯光
迈腾车内照明阅读灯光由车载电网控制单元上的接线端30供电继电器提供电源，由灯光开关直接控制通断，电流通过灯光开关后有两种接地方式，一种是直接接地，另一种是经门控开关后接地，即门控挡。
车内按键灯大都是在车载电网控制单元收到车灯开关信号后控制其通断的。
化妆镜照明灯和手套箱照明灯也由接线端30供电继电器提供电源。
行李箱灯则由舒适系统中央控制单元控制，登车照明灯由各车门控制单元控制。
其他灯光大都是经开关信号后由车载电网控制单元控制其通断的。
2.3.3仪表
迈腾组合仪表控制单元接收用于其显示的信息以及通过网关和组合仪表总线接收其它控制单元的用于指示故障的信息，此外一些外部传感器的信号首先通过单独的信号线传给组合仪表，再由组合仪表向外传送，例如：
外部温度传感器、冷却液面传感器、清洗液面传感器、手制动开关、油泵控制单元、制动液面开关、机油温度及液面、刹车蹄片磨损传感器、机油压力开关等
2.3.4车窗刮水和清洗装置
迈腾智能雨刷主要有一下特殊功能：
1、防过载（遇障碍使雨刷不能转动时电机停止工作）;
2、当机盖打开，车速为零时雨刷不能工作；
3、当拔出点火钥匙后下拨雨刷操纵杆，雨刷自动转动到冬季运行位置，重新插入点火钥匙后自动回位。
4、APS功能。
电路概览如下：
第三部分汽车电子控制技术
3.1汽车电子控制技术的发展与分类
从世界戴姆勒时代的热管式点火装置到现在的微机点火系统，从最初的手摇启动到一键式启动，百年来，随着电子技术的发展汽车工业获得了质的飞跃，现在的汽车每一寸土地上都有电的影子，汽车也因电子控制技术的发展变得更安全、更环保、更节能、更智能、更舒适。
而电动汽车更是成为了众所周知的未来汽车发展方向。
汽车电子控制系统可分为以下三大部分
发动机动力控制系统。
底盘综合控制与安全系统
智能车身电子与舒适系统。
目前较多见且较成熟的电子控制技术有：
最简单的电子控制系统模式即：
传感器→ECU→执行器。
在控制系统中，如果输出端与输入端之间存在反馈回路，输出量对系统的控制作用有直接影响的系统，称为闭环控制系统。
反之则为开环控制系统。
3.2发动机动力控制系统
常见传感器及其功能见附录表一
常见执行器及其功能见附录表二
3.2.1喷油量控制过程
1）基本喷油量确定
D型基本喷油量：
ECU根据发动机转速信号和进气管绝对压力信号来确定基本喷油量。
L型基本喷油量：
ECU根据发动机转速信号和空气流量计信号来确定基本喷油量。
2）修正量确定
ECU在确定基本喷油时间的同时，还必须根据各种传感器输送来的发动机运行工况信息，对基本喷油时间进行修正。
3）额外增量确定
暖机增量：
发动机起动后暖机过程中，由于发动机温度较低，燃油雾化不好，会使混合气变稀，燃烧不稳定，甚至容易熄火，必须增加喷油量。
ECU根据冷却液温度传感器信号，增加喷油时间，进行暖机加浓。
随着发动机温度的上升，喷油时间将逐渐减小，直到发动机水温超过60℃后才停止加浓，喷油增量为0。
加速增量：
当发动机ECU收到急加速信号时，即收到节气门位置传感器变化速率增大、进气量信号突然增加时，ECU立即发出指令给各缸喷油器，使其以一个固定的喷油时间，同时向各缸增加一次喷油，以便改善加速性能。
3.2.2断油控制过程
一、减速断油控制
减速断油控制条件：
1．节气门位置传感器的怠速触点闭合；
2．冷却液温度已经达到正常温度；
3．发动机转速高于某一转速。
减速断油控制是当发动机在高转速运转过程中突然减速时，ECU自动控制喷油器中断燃油喷射，直到发动机转速下降到设定的转速时，再恢复喷油。
二、限速断油控制
在发动机运转过程中，ECU随时都将曲轴位置传感器测得的发动机实际转速与存储器中存储的极限转速进行比较。
当实际转速达到或超过安全转速的80~100%时，ECU就发出停止喷油指令，控制喷油器停止喷油，限制发动机转速进一步升高。
喷油器停止喷油后，发动机转速将降低。
当发动机转速下降至低于安全转速的80~100%时，ECU将控制喷油器恢复喷油。
三、清溢流断油控制
当出现溢流现象时，发动机将不能正常起动。
这时可将发动机油门踏板踩到底，接通启动开关启动发动机，ECU自动控制喷油器停止喷油，以便排除气缸内的燃油蒸汽，使火花塞干燥，并能跳火，这种控制称为清溢流断油控制
清溢流断油控制的条件是：
1．点火开关处于启动位置；
2．节气门全开；
3．发动机转速低于500r/min。
四、升档断油控制
在电控自动变速器汽车上，在行驶过程中，如果变速器需自动升档时，变速器ECU会向发动机ECU发出扭矩传感器信号，发动机ECU接收到这个信号后，立即发出指令，使个别气缸停止喷油，以便降低发动机转速，减轻换档冲击，这种控制称为升档断油控制。
3.2.3点火提前角控制
一、点火提前角控制的必要性
发动机工作时任何工况都需要一个点火提前角，最佳的点火提前角是保证发动机的动力性、燃油经济性和排放性最佳的前提。
当点火提前角过大时，会造成缸内最高压力升高，爆燃倾向大。
当点火提前角过小时，燃烧最高压力和温度下降，传热损失增多，排气温度升高。
所以，为了保证发动机每一工况下点火角为最佳，即在最高压力出现在上止点后10～15°
曲轴转角时进行点火，必须通过电控方式来实现。
二、起动时点火提前角的控制
发动机起动时，由于转速变化大，进气管绝对压力传感器信号或空气流量计信号不稳定，ECU无法正确计算点火提前角。
而是ECU根据转速信号和起动开关信号，参照内存储的初始点火提前角对点火提前角进行控制，一般设定值为上止点前10°
左右（因发动机型号而异）。
三、起动后点火提前角的控制
起动后点火提前角由基本点火提前角和修正角（或修正系数）组成。
（1）基本点火提前角
怠速工况时基本角确定：
ECU根据节气门位置传感器信号（IDL信号）、发动机转速传感器信号（Ne信号）和空调开关信号（A/C信号）来确定，关系如右图所示。
其他工况下基本角：
ECU根据发动机的转速和负荷对照存储器中存储的基本点火提前角控制模型来确定，如左图所示。
（2）点火提前角的修正
冷却液温度修正
发动机转速修正
喷油量修正
3.2.4通电时间控制
当点火线圈的初级电路被接通后，其初级电流按指数规律增长，通电时间长短决定初级电流的大小。
当初级电流达到饱和时，若初级电路被断开，此瞬间初级电流达到最大值（即断开电流），会感应次级电压达到最大值。
次级电压越高，会使低火花塞点火能力增强，所以在发动机工作时，必须保证点火线圈的初级电路有足够的通电时间。
但如果通电时间过长，点火线圈又会发热并增大电能消耗。
所以，通电时间过长过短，都会给点火系带来不利，为了保证点火线圈工作性能，必须对初级电路的通电时间进行控制。
在现代电控点火系统中，通过凸轮轴／曲轴位置传感器把发动机工作信号输入给ECU，ECU根据存储在内部的闭合角（通电时间）控制模型，如右图所示。
控制点火线圈初级电路的通电时间。
发动机工作时，ECU根据发动机转速信号（Ne信号）和电源电压信号确定最佳的闭合角（通电时间），并向点火器输出执令信号（IGt信号），以控制点火器中晶体管的导通时间，并随发动机转速提高和电源电压下降，闭合角（通电时间）增长。
3.2.5爆震控制
爆震是一种不正常燃烧，轻微时，可使发动机功率上升，油耗下降；
严重时，气缸内发出特别尖锐的金属敲击声，且会导致冷却液过热，功率下降，耗油率上升。
所以，应对爆震燃烧加以控制。
在电控点火系统中，通过爆震传感器输入给ECU，ECU经过分析，判定有无发生爆燃及爆燃的强度，并根据其判定结果对点火提前角进行反馈控制，可以使发动机处于爆燃的边缘工作，既能防止爆燃发生，又能有效地提高发动机动力性和经济性。
爆燃控制实际是点火提前角控制中的追加功能。
3.2.5怠速控制
怠速是指节气门关闭，加速踏板完全松开，且发动机对外无功率输出并保持最低转速稳定运转的工况。
怠速控制的目的是在保证发动机排放要求且运转稳定的前提下，尽量使发动机的怠速转速保持最低，以降低怠速时的燃油消耗量，即实现对热机怠速工况进气量和空燃比的闭环反馈控制。
怠速控制的实质就是对怠速工况的进气量进行控制，而怠速进气量实际上是指发动机最小进气量。
不仅在热机怠速工况对最小进气量有控制要求，在冷机启动、减速是也都各有一定要求。
怠速控制有两种进气量控制方式：
节气门直动式和旁通空气式。
怠速控制的主要控制过程有：
1．起动起始位置的设定发动机熄火后，怠速控制阀自动回到全开位置。
2．启动控制如果启动时控制阀保持全开，启动后的怠速就会过高，所以启动期间ECU会根据冷却液温度的高低控制怠速控制阀的开度，此开度随冷却液温度的升高而减小。
3．暖机控制又称快怠速控制，主要控制信号是冷却液温度，当冷却液温度达到70oC时，暖机控制过程结束。
4．怠速稳定控制又称反馈控制，将怠速转速控制在某一预定值。
5．怠速预测控制为避免发动机怠速转速波动或熄火，在发动机负荷出现变化时，不待发动机转速变化，ECU根据负载设备开关信号控制怠速控制阀的开度。
6．电器负载增多时的怠速控制如果电器负载过大，蓄电池电压就会降低，为保证正常供电电压，ECU会提高怠速转速。
7．自学习控制在发动机使用过程中，由于污垢、磨损等原因会导致怠速控制阀的性能改变，虽然控制阀的位置相同，但实际的怠速转速会与设定的目标转速略有不同。
在此情况下，ECU在利用反馈控制使怠速转速回归到目标值的同时，还可将步进电机转动过的步数存储在ROM存储器中，以便在此后的怠速控制过程中使用。
3.3电源管理与步进电动机
迈腾通过搭载车载电网控制单元来统一管理车身电气系统的供电，其中包括：
外部灯光控制、舒适灯光控制（离家、回家）、雨刮控制、清洗泵控制、指示灯控制、负荷管理、内部灯光控制、后风窗加热、端子控制、燃油泵预供油控制等。
步进电动机是一种控制电机，它可以将脉冲电信号变换为转角或转速，所以又称脉冲电动机。
按照转子材料分类：
反应式和永磁式。
反应式转子是用高磁导率的软磁材料制成；
永磁式转子是用永久磁铁制成。
按照定子相数的不同，又分为三相、四相、五相和六相等几种。
三相反应式步进电机的构成：
定子和转子由硅钢片叠成。
定子上有六个磁极，磁极上绕有励磁绕组，每两个相对的磁极组成一相。
转子上均匀分布很多齿其上无绕组。
工作时，定子各相绕组轮流通电（即轮流输入脉冲电压）。
从一次通电到另一次通电称为一拍，每一拍转子转过的角度称为步距角。
步进电动机的转角与输入的电脉冲数成正比，其转速与电脉冲频率成正比，它不受电压、负载以及环境条件变化的影响，在汽车电子控制系统中应用广泛。
3.4巡航控制系统
迈腾装载有主动巡航控制系统，主动巡航系统（ACC）是在定速巡航系统的基础上发展而来的全新巡航系统，能够自动保持车辆的巡航速度和本车与前方车辆的设定安全距离，其主要功能有车距测量、前车车速测定、前车位置测定和跟踪车辆的选择。
其主要系统构件有带自动距离控制传感器的距离控制控制单元、ACC操纵杆、驱动CAN总线切断继电器和组合仪表。
激活ACC功能有三项先决条件：
选挡杆位于D,S或Tiptronic通道、车速在30km/h至210km/h之间、ESP打开。
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