第2章 汽车电路系统基础

2.1 汽车电路基础

2.1.1 汽车电路的组成与原理

汽车电器设备电路是指将半导体分立器件、集成电路和微处理器等电子元器件与汽车结合起来完成某项控制功能的电路。汽车电器设备电路虽然也是由电子元器件组合而成的，具有普通电子电路的特点，但也有其特殊性。

（1）机电一体化结合较紧密

汽车电子技术应用在实际电路上时，多与汽车上某些相关的机械系统结合起来去完成某项功能。电器设备电路承担着处理接收到的检测信号，然后根据检测到的信号发出相关的控制指令，由继电器、开关等相关部件控制执行系统或机构去完成某项功能。

汽车上的执行系统或机构都是由机械系统构成的。例如汽车的电子点火控制电路就是接收点火信号传感器送来的检测信号，经电子电路处理后，发出控制指令，使点火器一次绕组的电流中断，点火器二次绕组产生的高压电由分电器按点火顺序分配至各缸的火花塞，使火花塞产生的电火花点燃可燃混合气。在这个过程中，电子点火控制电路提供的是控制信号，执行机械系统就是分电器。

（2）电器设备电路以组件方式出现在汽车上

由于汽车的工作条件恶劣，汽车在不同等级的路面上行驶时，受到的振动、冲击较大，同时，发动机工作时的温度较高，在这种环境下工作的电器设备电路，如不采取一定的措施，往往会使电器设备电路损坏或出现工作不稳定等现象。更为严重的是，电器设备电路遇到水就会造成短路故障，而汽车是在下雨天也要正常工作的。为了解决上述问题，保证电器设备电路在汽车上能正常工作，除了严格对电器元件的质量进行检查外，还要采取措施将电子电路密封起来，以组件的方式应用。电子组件对外只留有接插件，并且要安装在通风较好的地方。例如充电系统中的电子电压调节器、点火系统中的电子点火器、电子燃油喷射控制系统中的电子控制单元，都是以组件的形式出现的。

（3）大多数的电子组件功能单一

汽车上使用的电子电路，除极个别由大规模集成微处理器构成的组件具有多种控制功能外，大多数电子组件都用于完成某一项控制功能，电路功能相对来说比较单一。

（4）电子组件使用的元器件类型较多

在汽车电器设备电路中使用的电子元器件类型很多，既有常用的晶体管、二极管、阻容元件，又有专用的或通用的集成电路，如常见的555时基电路就属于通用集成电路，而在点火系统中用到的L497，就属于专用点火集成电路。属于专用集成电路的还有各种微处理器，例如发动机电控ECU、防抱死制动控制ECU、巡航电子控制ECU、驱动防滑系统ECU、安全气囊电子控制ECU、电子控制式自动变速器ECU等。

（5）电子组件使用的元器件体积较小

为了便于安装和节省空间，在汽车中使用的电子组件体积都要尽量小，为了缩小体积，电子组件中所用的元器件大都是微型元件，还有的组件采用片状元件进行表面安装。例如片状集成电路、片状电阻、片状电容、片状晶体管都大量应用于汽车电子电路中。

汽车电器系统主要由电源、用电设备和中间装置组成。如图2-1所示为广州本田雅阁轿车点烟器系统电路。任何电器设备和电控装置要想获得电源供应，中间装置的连接必不可少。常见的连接装置有汽车线束、开关装置、保险装置、继电器、连接端子和连接器等，这些中间装置的选用和装配直接影响到用电设备的运行状况。

图2-1 广州本田雅阁轿车点烟器系统电路

汽车电器设备按功能可分为电源、起动、点火、照明与信号、仪表与报警、电子控制装置、辅助装置等部分，如图2-2所示。

（1）电源系统

由蓄电池、发电机、调节器及工作状况指示装置（电流表、充电指示灯）等组成，其作用是向全车用电设备提供低压直流电能。

（2）起动系统

由起动机、起动继电器、起动开关及起动保护装置组成，其作用是带动飞轮旋转使发动机曲轴达到必要的起动转速。

图2-2 汽车电器设备的组成（按功能分类）

（3）点火系统（仅限于汽油发动机）

由点火线圈、分电器、电子点火器、火花塞、点火开关等组成。此外，采用发动机控制单元进行点火控制时，可以不使用分电器。点火系统的作用是将低压电转变为高压电，适时可靠地点燃气缸中的可燃混合气。

（4）照明与信号系统

由前照灯、雾灯、示廓灯、转向灯、制动灯、倒车灯、电喇叭等及其控制继电器和开关组成。照明系统的作用是确保车辆内外一定范围内合适的照度；信号系统的作用是告示行人车辆引起注意，指示行驶趋向、操纵件状态。

（5）仪表与报警系统

由仪表、传感器、各种报警指示灯及控制器组成，其作用是显示汽车运行参数及交通信息，报警运行性机械故障，以确保行驶和停车的安全性、可靠性。

（6）电子控制装置

由电控燃油喷射系统、自动变速器、制动防抱死系统、恒速控制及悬架平衡控制等组成。

（7）辅助装置

由为提高车辆安全性、舒适性、经济性等而设置的各种功能的电气装置组成。因车型不同而有所差异。一般包括风窗刮水/清洗装置、风窗除霜/防雾装置、起动预热装置、音响装置、车窗电动升降装置、电动座椅调节装置及中央电控门锁等装置组成。

2.1.2 汽车电器电路的特点

汽车电器电路是汽车的最基本电路，其特点主要有以下几个方面。

（1）电路结构实行单线制

电路结构实行单线制，就是利用汽车的发动机和底盘、车身等金属机件作为各种电器设备的共用连线，俗称搭铁，而各个用电设备到电源只需另设一根导线。汽车上任何一个电器中的电流，都是从电源的正极出发，经导线流入用电设备后，由搭铁的负极通过金属车架流回电源负极而形成回路。

电路结构实行单线制，不仅可以节省材料（铜导线），使电路简化，而且更便于安装和检修，同时也使电路的故障率大大降低。电源的负极也搭铁，就是将蓄电池的负极用导线连接到发动机或底盘等金属体上。国家标准中规定发电机和蓄电池必须以负极搭铁，目前世界各国生产的汽车也都采用负极搭铁方式。

采用负极搭铁的优点是：汽车车架和本身均不易锈蚀，汽车电器对其他无线电设备例如汽车音响和通信系统等的干扰也比电源正极搭铁小很多。

（2）汽车电器采用双电源

在汽车上有两个电源：一是蓄电池，二是发电机。蓄电池在汽车发动机未运转时可以向有关用电设备供电，发电机则是在发动机运转到一定转速后取代蓄电池向有关用电设备供电，同时发电机也对蓄电池进行充电。两个电源互相补充可以有效地使各种用电设备在不同的情况下都能正常工作，同时也延长了蓄电池的供电时间。

汽车上蓄电池的充电、放电情况一般用电流表指示，也有的用指示灯指示。当蓄电池向外供电或发电机向蓄电池充电时，都可以从电流表上指示出来。发动机未起动或低速转动时，在仪表盘上会有指示灯点亮，一旦发动机运转带动发电机转速超过1000r/min以上时，充电指示灯就熄灭，以表示蓄电池处于充电状态。

（3）所有的用电设备都采用并联方式

各种用电设备在汽车上都是以并联方式与电源连接，每个用电设备都由各自串联在其支路中的专用开关控制，互不产生干扰。

（4）汽车电器都采用低压直流电源

为了简化电器结构和保证人身安全，汽车上的电器设备都采用低压直流电源。柴油车大多采用低压24V直流供电，汽油车大都采用12V直流供电。电源来自蓄电池或发电机，两者的电压保持一致。12V直流电压由一节蓄电池或两节蓄电池并联组成，后者用于要求电流较大的情况，24V直流电压由两节12V蓄电池串联后提供。

（5）各个电器都安装保险装置

为了防止电路短路而烧坏电线束和用电设备，在各种类型的汽车上均安装有不同规格的保险装置。这些保险装置都串接在用电器的回路中。

（6）大电流开关通常加装中间继电器

汽车上使用大电流的用电器如起动机、电喇叭等，工作时的电流很大，例如通过起动机的电流一般为100～600A，如果直接用开关控制它们的工作状态，往往会使控制开关因产生电弧而损坏。所以对于使用大电流用电设备的控制开关，常采用加中间继电器的方法，即通过继电器触点的断开与闭合来控制大电流用电设备的工作状态。需要说明的是，由于起动机和电喇叭的用电量大。故它们的工作电流一般不经过指示电流表。