汽车电气系统设计

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1、在过去的十几年里，中国的汽车工业得到飞速的发展，产业化进程很广泛、很全面。从研发 层面上来讲。目前的成就与大家对汽车事业的忠诚期待和不懈努力是分不开的。如何满足产 品产业化和艺术化的需要，实现设计周期的缩短和设计品质的提高，这些都是目前大家所关 心的问题.合理的设计流程和方法会使工作事半功倍。因此，在汽车设计研发阶段，设计过 程必须得到规范和控制，系统化和标准化才是走向成熟的标准。电气系统设计在整车设计过 程中是相对独立的设计课题。随着汽车科技不断发展，电气系统设计也将在未来汽车设计中 扮演更加莺要的角色。汽车电气系统设计一般包括5个步骤：标杆车逆向；电气系统原 理图设计；电气系统电能平衡计算

2、；电器件布置和三维线束布线设计；电线柬设计。 关于汽车电气系统设计的具体过程。本文作了简要叙述.浅见与大家共同探讨。1标杆车逆向每个新的设计课题.在设计初都会有标杆车（参考样车），标杆车逆向过程就是对标 杆车进行了解和分析。并作为设计车型的原始积累或设计参考。其主要包括标杆车电器件测 量、标杆车电器件功能描述、拆车工艺描述、比对（Benchmark）记录表、标杆车电气系统分 析报告等。下面就标杆车电器件测量作详细的描述。在电气系统设计之初.应对各用电设备进行电流值以及其他相关参数的测量.作为 正向电气系统设计的参考依据。因为在设计过程中，某屿电流参数将会影响整车电流分配。 发电机、蓄电池、起动

3、机以及各熔断片容最的确定都将以此为根据。在整车静态、蓄电池电 压为12.47 V时。点火开关打到。FF档，其静态电流为0.1 A；当点火开关打到ACC档时， 其电流为0.1 A；当点火开关打到ON档时，其电流为1.72A。在整车静态、蓄电池电压为 12.47V时.全车各电器件工作电流测最数据如表1所示。对各用电设备进行电流值以及其 他相关参数测量，其操作流程及方法如下。1）首先测量整车静态下蓄电池的电压，如果电压不足.要及时充足电后才能进行测 量。2）查看燃油表显示的油量，如果缺油，要及时加油后才能进行测量。3）拆卸蓄电池负极桩线柬端子，将万用表正极（红表笔）连接到线束端子，负极（黑表 笔）连

4、接到蓄电池负极桩头。4）在每次测量电器件电流之前，都要注意核实点火开关的档位.并记下所在档位的 静态电流，然后操纵相关开关和按钮。记下此时的电流值。2次的电流值相减才是所测电器 件的真实电流。5）测量中表笔会因电流较大而发热，要注意停止测量使之冷却降温，以免影响测量 结果.避免烧损表笔。6）对于工作电流较小的电器件。使用万用表电流档适当量程；对于工作电流可能大于万用表电流档量程时，应使用钳形表，并选择适当档位。以保证测量的准确性。7）使用钳形表时应将钳口掐在电线的相对直线段上。并注意校零。表l全车各电器件工作电流测量表电电揖苗舔电瞥fi小灯河卜0.1*.134J34.1.44.H4.(M+JT

5、4.NJ 1.9611朋ILB8LI.JITJ7个肝44411.94UK电并12.18.T?电EOFFQJ174X73g2由无S：大音hACC0-11.95UDIL93IMH景林IfA (T0-10.441cmDJ7Q.406Oil8林皿0-1仲抑4品蛎OFFCLIIJALfl3LIEwsfrtirOFFo_io_uCL75a?50.75问册trOFFCLiijftii.W&蜩叫4.9OKE*】3枷3崩3.WL觎.瞒耳E砰0Js6.Wfr.75672&2Oft1.7219.9412-ESII.*12.01I0.29SIL”电淑uo史部却Off172tl7.-346.5B.IE6 46岫忒Lff

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7、站453* j6TOffL?2351讷ZI6a堵辑OffL7242lr.2JIJ.74鬣对fl 冬对电庵START2电气系统原理图设计最开始的电气系统原理图是对标杆车线束逆向的结果。然而，在正向设计过程中， 必须对设计车型电器件原理进行汇总整理.根据配置的需要和各电器件设计容萤，进行整车 电源合理分配以及熔断片、继电器容量的确定。原理图的画法也各不相同，找到一种合理、 清晰、简便的制图方法同样是一种完美的设计革新。为了让图纸简单实用、一目了然，作者 采用图l的画法（为了说明原理图的画法。笔者剪切了某微客车的电源起动系统设计原理图 以示说明），在我们批产车维修手册中也采用了此类电路原理图，对维修

8、起剑了很好的效果。 电气系统原理图的设计要求如下。1）设计任务书满足技术协议要求。2）符合设计任务书要求。3）设计按照国标和汽标规定执行。4）对标杆车充分了解.制定沿用件、改制件和新件。5）产品设计采用系列化、通用化、标准化。6）产品设计考虑电流、电压、功率、工作条件、系统间信号传输方式及要求。3电气系统电能平衡计算电气系统电能平衡就是通常进行的起动机和发电机的功率匹配以及蓄电池的电容量 确定。在以前的很多资料中，对三者的匹配已作过论述，分析相当细致。考虑到影响三者关 系的因素众多，一直以来计算都存在经验估值，因此，在设计过程中，可以通过简便快捷的 方法进行计算。在进行电气系统分析前，必须对整

9、车的电气配置了解。对供电系统的主要参 数进行确定，如整车电气系统的电压、搭铁极性、蓄电池容量及起动机的功率等。3.1用电设备工作性质分析根据汽车行驶中用电设备的工作时间长短及频率，并结合当地气候环境所区别于其 他地域的电能配需情况，对用电设备实行3种工作性质划分：连续工作制、短时丁作制和随 机使用的设备。工作制的区别是通俗的比喻。是笔者根据经验给予的分类。如此划分可充分 考虑满足车辆正常行驶的用电量，并准确表达各设备主次关系（褴车所有用电设备都将参加 工作制的编排）。3.1.1连续工作制设备连续工作制设备指在汽车行驶中连续不问断用电的设备，包括发动机点火系统、行 驶系统、组合仪表等。3.1.2

10、短时工作制设备短时工作制设备指汽车行驶中常使用的间断性用电设备，包括前照灯、夜间灯、转 向灯、雾灯、牌照灯、空调压缩机、鼓风机、喇叭、制动灯、前刮水器和后刮水器等。3.1.3随机使用的设备随机使用的设备指汽车行驶中使用时间不确定、随机使用的用电设备，包括车内灯、 散热器电风扇、电动门窗、前洗涤、后洗涤、倒车灯、制动灯、点烟器、音响系统、安全气 囊和其他用电设备。3.2整车用电最计算电气系统负荷与用电设备的使用和工作状态相关，用电设备的丁作状态决定于季节、 环境、交通状态和个人的使用爱好。复杂的使用条件使电气系统负荷计算变得困难，为了分 析计算的方便，引入用电设备使用频度(或者负荷计算权值)，用

11、以来表示，即加权求和。 整车用电设备用电量如表2所示。根据用电设备使用频度计算电器设备的用电量。公式如下式中：4圭同式中：Idx为等效电流；匕为第i个用电设备所对应的权值系数；七为第i个用电设 备的电流。(P -为点火开关不同档位所负载的各用电量之和。例如：P1,为点火开关IG档位用电量和，60表示整个电气回路里电 量损耗的估值)，需要输出的电流：Imin=P/U(U=14 V), Ig=P/U(U=12 V)。根据整车实际 用电量和蓄电池的充电平衡，为保证蓄电池可靠地充电，使蓄电池的充放电也达到平衡，发 电机输出电流，应超过额定输出电流L的1.2倍，由此可以确定发电机规格。表2整车用电设备用

12、电量3.3蓄电池容量的确定蓄电池是供电系统的辅助电源.它担负着发动机起动时供给起动机电源及发电机不 T作或低速运转时向用电设备供电。当用电设备所需的功率超过发电机所发出的功率时，蓄 电池与发电机联合向用电设备供电。但蓄电池原则上只担负起动机的负荷，其电容量计算经验公式如下：Q为蓄电池容量，Ah;以为经验系数，范围630810; Pn为起动机额定功率，kW; U 为起动机的标称电压，V。例如，某设计车型发动机配用的起动机额定功率1.0 kW,标称电压为12 V,以取 630810,则蓄电池电容量为：Qmin=630x 1.0/ 12=52.5 Ah； Qmax=810x1.0/12=67.5 A

13、h。 再通过下面的公式演算。选择蓄电池的容量。起动机功率为P=1.0kW，标称电压U=12V,所 需蓄电池的起动电流F2k I OOOFy=2x I （XX）x LD/】2= 167催-根据GB/T 5008. 2表3中的蓄电池规格，考虑冷起动特性。本应选用蓄电池额定 容量为60 Ah。但碌然有些浪费，加之空间无法满足60 Ah蓄电池布置尺寸.最终选用了已 成熟搭载其他车型的55 Ah非标电池。并得到了良好的效果。4电器件布置和三维线束布线设计4.1电器件的布置电器fl=的布置是为所有的电气连接、功能实现、造型、结构等服务的。在整车设 计的内#1-造型定下来后，经过油泥和扫描工作，由总布置确定各电器件在整车坐标中的具 体坐标位置.满足人机工程学、装配丁艺性以及各电器件自身的特性等原则。4.2三维线束布线设计4.2.1互维布线结构原则1）凡穿越金属件孔或金属棱角时.线柬必须；fi-弹性护套管保护。2）金属孔设计时，必须有橡胶护套。3）线束布线应沿边、沿槽。防止线束直接承受压力。4）线柬必须在车身上可靠固定，不允许有大于300 mm的悬空布线。5）电线束尺寸应符合QC/T 29106的规定，其中电线束基本尺寸极限偏差取值如表3所示。表3 QC/T 29106电线束基本尺寸极限偏差用电世普目拜祗吊 !IS用电设薛料梆51.CO 1。i.m惶如5 nnI.W