汽车电子和电气系统教案

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1、1第一章第一章 汽车电子和电气系统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

2、气系统的 维修有一个正确的理解，并可以根据本书的指导，进行故障的诊断和维修。第一章第一章 汽车电学理论汽车电学理论1.1 电学基础电学基础1.1.1 电压、电流、电阻的概念电压、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（电压（Voltage）电压可以理解为

3、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2子移动的压力，见图 12。在汽车电气系统中，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（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

4、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（电阻（Resistance）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。3EL010089 图 15 电阻示意图1.1.2欧姆定律，焦耳定律欧姆定律，焦耳定律1.欧姆定律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，

5、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：数学公式为：I=U/R 变形公式为：变形公式为：R=U/I 或或 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

6、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。4EL010098 图 17 利用欧姆定律计算电流 如果知道电路中的电流 I3A，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

7、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：公式：Q=I2Rt 单位：单位：IA（安培）（安培） ，R（欧姆）（欧姆） ，tS（秒）（秒） ，QJ（焦耳）（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、并联电路串联、并联电路1.串联电路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5110。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

8、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：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

9、 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6EL010072 图 112 并联电路示意图 并联电路的特点：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=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

10、，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71.1.4 集成电路（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、防盗、内部灯等车身电气部件。EL010050 图 114 集成电路芯片1.1

11、.5 断路、短路与高电阻断路、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（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8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 中是另一种形式的接

12、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。9EL010102 图 116 接地短路（从控制开关前面短路）2.电源短路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。10EL010090 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

13、个开关都可以同 时控制这两个电路。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

14、，而 另一端没有电压（电压为 0 伏特） ，则这个部件中间肯定有断路存在。11EL010064 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12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

15、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、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。1.1.61.1.6 静电静电我们知道，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

16、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)(1)车内少用纤维物车内少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)(2)使用车蜡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)(3)使用静电放电器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、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