汽車電器與電子控制技術(shù)課程設(shè)計.doc

汽車電器與電子控制技術(shù)課程設(shè)計華夏HX7180轎車汽車電器與電子設(shè)備線路設(shè)計 -充電系統(tǒng)、起動系統(tǒng)線路設(shè)計與分析 學(xué)院：交通與車輛工程學(xué)院 專業(yè)班級：交通運輸09交升01班 姓名：王龍 序號：05 學(xué)號：0921022005 指導(dǎo)教師：邵金菊 2010-1-10內(nèi)容摘要 汽車的所有用電設(shè)備均是由由蓄電池和發(fā)電機組合而成的電源系統(tǒng)供電，在此電源系統(tǒng)中，發(fā)動機正常工作時，對用電設(shè)備供電并對蓄電池充電。當(dāng)發(fā)電機發(fā)出的功率不足以給汽車用電設(shè)備所消耗的功率時蓄電池對其供電。發(fā)動機工作時必須保證給蓄電池充足的充電時間以防止其虧點。發(fā)電機正常工作時，發(fā)電機是否給蓄電池進行充電用儀表板上的充電指示燈提示。由于發(fā)動機的轉(zhuǎn)速變化范圍很大，為保證發(fā)電機發(fā)出的額定電壓不受轉(zhuǎn)速和輸出電流的影響，發(fā)電機必須裝有電壓調(diào)節(jié)器。發(fā)動機起動時的電源功率全部由蓄電池供給，所以蓄電池必須保證具有足夠的容量才能順利起動發(fā)動機。本文是對華夏HXT180轎車汽車電源系統(tǒng)和啟動系統(tǒng)進行了相關(guān)的設(shè)計和對各主要電器設(shè)備的選用，并對其工作原理進行了論述。關(guān)鍵字 蓄電池 發(fā)電機 發(fā)動機 電壓調(diào)節(jié)器 起動機 充電指示燈一 華夏HXT180轎車的相關(guān)數(shù)據(jù)華夏HX7180轎車汽車與電器與電子設(shè)備線路設(shè)計相關(guān)的基本技術(shù)數(shù)據(jù)見表1-1。表1-1 線路設(shè)計相關(guān)的基本技術(shù)數(shù)據(jù)車型 華夏HX7180輪距（前/后）mm1480/1485驅(qū)動形式42前輪驅(qū)動最高車速km/h150自重kg1000功率(kw/r/min)65/5200總重kg1600排量L1.8整車外形尺寸（長寬高）mm4770 1800 1450發(fā)動機型號/壓縮比481Q/8.5:1軸距mm 2700電源系統(tǒng)電壓V12二 充電系統(tǒng)、啟動系統(tǒng)的計算（一）充電系統(tǒng)的計算1汽車用電設(shè)備及其功率汽車上的用電設(shè)備數(shù)量較多,大致可分為起動裝置、點火裝置、照明信號裝置、儀表和輔助裝置以及電子控制裝置等。汽車上的各用電設(shè)備及其功率見表2-1。表2-1 汽車上的各用電設(shè)備及其功率燈泡名稱數(shù)量功 率燈泡名稱數(shù)量功 率前大燈265W油壓報警燈13W前霧燈275W儀表燈13W倒車燈221W遠(yuǎn)光指示燈13W牌照燈15W開關(guān)照明燈13W前小燈25W制動液位指示燈13W前轉(zhuǎn)向燈221W暖風(fēng)/空調(diào)設(shè)備1240W后轉(zhuǎn)向燈221W刮水電動機140W制動燈/尾燈221/5W點火系統(tǒng)150W室內(nèi)燈110W音響系統(tǒng)112W示寬燈45W發(fā)動機電子控制系統(tǒng)170W充電指示燈13WABS與其它電子控制系統(tǒng)130 W制動報警燈13W其他設(shè)備110W2 整車用電設(shè)備負(fù)載電流的計算汽車用電設(shè)備按其工作性質(zhì)不同可分為長期用電負(fù)荷、連續(xù)工作用電負(fù)荷和短時間歇用電負(fù)荷；按其運行條件不同可分為冬季和夏季，白天和夜間，晴天和雨天等情況。因此計算整車用電設(shè)備負(fù)載電流時，應(yīng)根據(jù)各個用電設(shè)備的工作性質(zhì)確定其權(quán)值K（即用電設(shè)備的工作時間與發(fā)動機工作時間之比），然后再進行加權(quán)計算。表2-2列出了部分汽車用電設(shè)備的權(quán)值。另外，用電設(shè)備標(biāo)定的額定電壓（），和其實際工作電壓（即發(fā)電機的輸出的電壓）還有差別，所以要計算每個用電設(shè)備的負(fù)載電流時應(yīng)考慮其電壓系數(shù)。綜上所述，整車用電設(shè)備負(fù)載電流的計算公式為：=72.8A式中：整車用電設(shè)備的數(shù)量；電壓系數(shù)；第個用電設(shè)備的權(quán)值；第個用電設(shè)備的額定功率（W）；用電設(shè)備的額定電壓（V）。表2-2 部分汽車用電設(shè)備的權(quán)值負(fù)荷類型部件名稱權(quán)值負(fù)荷類型部件名稱權(quán)值長期工作點火系1.0連續(xù)工作空調(diào)0.5儀表1.0刮水器0.3發(fā)動機電子控制系統(tǒng)1.0ABS與其它電子控制系統(tǒng)0.5夜間長期工作小燈1.0收音機0.5前照燈近光0.2短時間歇工作電喇叭0.1前照燈遠(yuǎn)光0.8轉(zhuǎn)向信號0.1尾牌照燈1.0制動燈0.1輔助前照燈0.3SRS系統(tǒng)0.13發(fā)電機功率的計算確定的發(fā)電機輸出電流即發(fā)電機功率只是達到發(fā)電機供電系統(tǒng)的電能平衡（即=0）但是，為了保證蓄電池可靠地充電，使蓄電池的充、放電達到平衡，通常取一個蓄電池的充電系數(shù)，一般取0.15左右。于是發(fā)電機的輸出電流應(yīng)為：=85.7A求取=85.7A，從而所需發(fā)電機功率為：=1.2KW4發(fā)動機與發(fā)電機傳動比的計算通過合理確定發(fā)動機與發(fā)電機之間的傳動比，使汽車處于怠速時發(fā)電機的轉(zhuǎn)速要大于發(fā)電機的空載轉(zhuǎn)速，并且發(fā)動機在最高轉(zhuǎn)速工作時，發(fā)電機不允許超過其最高轉(zhuǎn)速。取發(fā)動機怠速時的轉(zhuǎn)速為800r/min，發(fā)電機的最低轉(zhuǎn)速為2000r/min（2000r/min時發(fā)電機發(fā)出的電流已經(jīng)超過額定電流的60%）。則 當(dāng)發(fā)動機以最高轉(zhuǎn)速5200r/min運轉(zhuǎn)時，發(fā)電機的轉(zhuǎn)速13000r/min在發(fā)電機最高轉(zhuǎn)速范圍內(nèi) 故 取2.5時合理的。5 發(fā)電機的選用發(fā)電機采用上海法雷奧汽車電器系統(tǒng)有限公司生產(chǎn)的SA13VI型發(fā)電機。 SA13VI型發(fā)電機的主要性能指標(biāo)發(fā)電機型號SA13VI額定輸出電壓 /V14額定輸出電流 /A90額定輸出功率 /KW1.2開始充電轉(zhuǎn)速 /r/min 1900最高充電轉(zhuǎn)速 /r/min18000工作環(huán)境溫度 /-40+90調(diào)節(jié)器形式集成電路式調(diào)節(jié)電壓 /V12.514.5單機質(zhì)量/Kg5.6SA13VI型發(fā)電機是內(nèi)裝調(diào)節(jié)器、外打鐵、整體式發(fā)電機。（二） 起動機和蓄電池的參數(shù)選擇1起動機功率的選擇起動機的選擇應(yīng)根據(jù)發(fā)動機的功率、起動機與發(fā)動機曲軸的最佳傳動比、蓄電池容量這三個參數(shù)來確定。起動機必須具有足夠的的功率才能保證迅速、可靠地起動發(fā)動機。功率的大小由發(fā)動機的最低起動轉(zhuǎn)速和發(fā)動機的起動阻力矩決定，即 式中：的單位為Nm，的單位為r/min發(fā)動機的起動阻力矩有摩擦力矩、壓縮損失力矩和發(fā)動機附件損失力矩三部分組成。其中摩擦力矩是活塞與缸壁的摩擦、曲軸軸承摩擦及攪油阻力等產(chǎn)生，占起動阻力矩的60%。壓縮力矩與氣缸容積和壓縮比有關(guān)，約占起動阻力矩的25%。發(fā)動機附件阻力矩是發(fā)動機用于驅(qū)動發(fā)電機、分電器、汽油泵、風(fēng)扇、水泵等所消耗的力矩，約占起動阻力矩的15%。一般由試驗測定，也可用式來計算，即=401.8=72NM式中：表示系數(shù)，取3040，為發(fā)動機排量。發(fā)動機的最低起動轉(zhuǎn)速是保證發(fā)動機可靠起動曲軸的最低轉(zhuǎn)速。汽油機在020時，根據(jù)汽油機的霧化條件，最低起動轉(zhuǎn)速為應(yīng)3040r/min。為保證低溫起動，通常取起動轉(zhuǎn)速為5070r/min。即 =7270/9550=0.52KW考慮到要有一定的功率儲備，合理選取為0.85KW。2 起動機的傳動比選擇（1）最佳傳動比的計算。所謂最佳傳動比，即起動機工作在最大功率時，對應(yīng)的起動機轉(zhuǎn)速與發(fā)動機能可靠起動的曲軸轉(zhuǎn)速之比，即=136/9=15.1式中：表示飛輪齒圈齒數(shù)； 表示起動機驅(qū)動齒輪齒數(shù)。（2）傳動比的實際選擇 根據(jù)計算的最佳傳動比，結(jié)合飛輪齒圈的節(jié)圓直徑和齒輪模數(shù)(m)，確定實際傳動比為15.1。3 起動機的選用起動機采用長沙汽車電器廠生產(chǎn)的QD1229型起動機。QD1229型起動機的主要性能指標(biāo)型號QD1229最大輸出轉(zhuǎn)矩/NM不小于13額定電壓 /V12驅(qū)動齒輪齒數(shù)(個)9制動電流 /A480壓力角 /()12起動電流 /A110模數(shù) 2.1167額定功率 /KW0.95質(zhì)量 /Kg4.74 蓄電池容量的選擇汽車蓄電池的容量主要由起動機的功率確定，一般可按下式來選擇蓄電池的額定容量：式中：為蓄電池的額定容量（Ah）；為起動機的額定功率（kW）；為起動機的額定電壓(V)。則=7620.85/12=54Ah5蓄電池的選用蓄電池選用6-QA-54D。其含義為六格電池，啟動型蓄電池，20小時放電率時的額定容量為54Ah，低溫起動性能好。三 充電系統(tǒng)、啟動系統(tǒng)的工作原理 （一）充電系統(tǒng)1 充電系統(tǒng)的組成汽車電源系統(tǒng)又稱汽車充電系統(tǒng)，由蓄電池、發(fā)電機、電壓調(diào)節(jié)器和充電指示燈等組成。蓄電池和發(fā)電機并聯(lián)于汽車電路之中。2 充電系統(tǒng)工作原理(1)發(fā)電及整流原理1.在發(fā)電機內(nèi)部有一個由發(fā)動機帶動轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)磁場）2.磁場外有一個定子繞組, 繞組有3組線圈(3相繞組)，3相繞組彼此相隔120度3.當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)的磁場使固定的電樞繞組切割磁力線（或者說使電樞繞組中通過的磁通量發(fā)生變化）而產(chǎn)生電動勢。4 t0時，uA0，uB為負(fù)值，uC為正值，二極管VD5、VD4獲得正向電壓而導(dǎo)通，電流由C相流出VD5RLVD4B相C相，形成電流回路；5 t1t2時間內(nèi)，A相電壓最高，B相電壓最低，VD1、VD4管獲得正向電壓而導(dǎo)通，形成電流回路；這樣電流從A相繞組出發(fā)，經(jīng)VD1，負(fù)載電阻RL, VD4，回到B相繞組組成回路，A、B相之間的線電壓加在負(fù)載RL上6 t2t3時間內(nèi)，A相電壓最高，C相電壓最低，VD1、VD6管獲得正向電壓而導(dǎo)通，形成電流回路；7 t3t4時間內(nèi)，B相電壓最高，C相電壓最低，VD3、VD6管獲得正向電壓而導(dǎo)通，形成電流回路；依此循環(huán)導(dǎo)通 (2)充電系統(tǒng)原理VD1 、VD2、 VD3、 VD4、 VD5、 VD6六只整流二極管組成全波橋式整流電路，VD10、 VD11組成中性點整流輸出電路，VD2、 VD4、 VD6三只負(fù)二極管和VD1、 VD3、 VD5三只正二極管組成勵磁整流電路。蓄電池、發(fā)電機還有負(fù)載是并聯(lián)連接的，發(fā)動機正常工時發(fā)電機向用電設(shè)備供電并向蓄電池充電，充電指示燈熄滅。當(dāng)用電設(shè)備總功率大于發(fā)電機發(fā)出的功率時蓄電池輔助發(fā)電機供電，當(dāng)發(fā)電機不發(fā)電時充電指示燈點亮。(3)電壓調(diào)節(jié)器的基本原理電子電壓調(diào)節(jié)器利用三極管的開關(guān)特性，將大功率三極管作為一只開關(guān)串聯(lián)在發(fā)電機的勵磁電路中，根據(jù)發(fā)電機輸出電壓的高低，控制三極管導(dǎo)通與截止來調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流，使發(fā)電機輸出電壓穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。發(fā)電機電子電壓調(diào)節(jié)器工作過程如下：接通點火開關(guān)S ，發(fā)電機電壓U低于蓄電池電壓時，蓄電池電壓經(jīng)過點火開關(guān)S加在分壓電阻R1 、R2兩端。由于發(fā)電機電壓低于調(diào)節(jié)電壓上限值，穩(wěn)壓管VS處于截止?fàn)顟B(tài)，V1基極無電流流過，也處于截止?fàn)顟B(tài)。此時，蓄電池經(jīng)點火開關(guān)、電阻向三極管V1提供基極電流，V2導(dǎo)通并接通勵磁電流，其電路為：蓄電池正極點火開關(guān)熔斷器發(fā)電機端子發(fā)電機磁場繞組發(fā)電機磁場端子調(diào)節(jié)器磁場端子三極管調(diào)節(jié)器搭鐵端子發(fā)電機搭鐵端子發(fā)電機負(fù)極管蓄電池負(fù)極發(fā)電機電壓隨轉(zhuǎn)速的升高而升高。當(dāng)發(fā)電機電壓達到額定值時，電阻R2的分壓加在V1、VS、R5上，時V1導(dǎo)通，此時V2截止并使V3截止，勵磁電流為零，發(fā)電機電壓降低。（二）啟動系統(tǒng) 1啟動系統(tǒng)組成起動系主要由：(1)直流電動機：用于將蓄電池輸入的電能轉(zhuǎn)換為驅(qū)動發(fā)動機轉(zhuǎn)動的機械動力（電磁轉(zhuǎn)矩）。 (2)傳動機構(gòu)：用于將電動機的動力（電磁轉(zhuǎn)矩）傳遞給發(fā)動機飛輪，并在發(fā)動機起動后自動斷開發(fā)動機向起動機的逆向動力傳遞。(3)電磁開關(guān)：控制起動機驅(qū)動齒輪與發(fā)動機飛輪的嚙合與分離以及電動機電路的通斷；2啟動系統(tǒng)控制原理1驅(qū)動齒輪 2滾柱式單向離合器 3傳動叉 4回位彈簧 5起動開關(guān) 6電磁開關(guān) 7磁極 8蓄電池 9電樞 接通起動開關(guān)后，吸拉線圈和保持線圈通電，在電磁力的共同作用下，使活動鐵心克服彈簧力右移，活動鐵心帶動撥叉移動，將驅(qū)動齒輪推向飛輪。當(dāng)驅(qū)動齒輪與飛輪嚙合時，接觸盤也被活動鐵心推至與觸點接觸位置，使起動機通電運轉(zhuǎn)。接觸盤接通觸點后，吸拉線圈被短路，活動鐵心靠保持線圈的電磁力保持其嚙合位置。 3 起動系統(tǒng)電路原理起動系統(tǒng)的電路原理是有點火開關(guān)控制，有蓄電池供電，中間又有啟動繼電器其主要工作過程是：點火開關(guān)接通電源，由紅/黑色導(dǎo)線從點火開關(guān)上“50”接線柱送至中央線路板B8接點，再接通中央線路板C18接點，接至起動機 “50”接線柱。 四 充電系統(tǒng)、起動系統(tǒng)線路設(shè)計與分析此次設(shè)計中通過對發(fā)電機、起動機的計算初步選取了華夏HX7180轎車所使用的發(fā)電機、起動機和蓄電池等。發(fā)電機采用上海法雷奧汽車電器系統(tǒng)有限公司生產(chǎn)的SA13VI型發(fā)電機，此發(fā)電機是內(nèi)裝電壓調(diào)節(jié)器的整體型發(fā)電機，對外只有兩個接線柱D+、B+和外殼打鐵。起動機采用長沙汽車電器廠生產(chǎn)的QD1229型起動機，此起動機的啟動小齒輪有九個標(biāo)準(zhǔn)齒，對外也是有兩個接線柱30端子、50端子和外殼打鐵。由此初步設(shè)計華夏HX1780轎車的充電系統(tǒng)、啟動系統(tǒng)整體電路如圖所示：發(fā)電機D+端子通過充電指示燈與有點火開關(guān)控制的15線相連，B+端子接蓄電池正極，蓄電池正極與起動機30端子相連，起動機50端子通過啟動繼電器與蓄電池正極相連，啟動繼電器由點火開關(guān)控制。當(dāng)發(fā)電機向用電設(shè)備供電并向蓄電池充電時，電流由發(fā)電機B+蓄電池正極蓄電池負(fù)極發(fā)電機負(fù)極 組成回路。此時充電指示燈的兩側(cè)電壓相等，充電指示燈熄滅。當(dāng)點火開