tsg - 汽车电器与电子控制技术课程设计华夏H 5372016

汽车电器与电子控制技术课程设计

华夏HX7160轿车汽车电器与电子设备线路设计

——充电系统、启动系统线路设计与分析

学院：交通与车辆工程学院 专业班级：交运0904班 姓名：

学号：0911022132 序号：13

指导教师：李守好

华夏HX7160轿车汽车电器与电子设备线路设计 ——充电系统、启动系统线路设计与分析

摘要：随着代汽车技术的发展，汽车电器与电子设备的应用日益增多。在全面系统的分析掌握汽车电器与电子设备结构原理的基础上，掌握轿车类汽车电器与电子设备线路设计的方法、规则与应用。汽车的所有用电设备均是由由蓄电池和发电机组合而成的电源系统供电，在此电源系统中，发动机正常工作时，对用电设备供电并对蓄电池充电。发动机起动时的电源功率全部由蓄电池供给，所以蓄电池必须保证具有足够的容量才能顺利起动发动机。由此可知充电系统和启动系统在整车中发挥着关键的作用。本文是对华夏HX7160轿车汽车充电系统和启动系统进行了相关的设计和对各主要电器设备的选用，并对其工作原理进行了论述。 关键字：汽车电器与电子 充电系统 起动系统 设计和分析

一、 华夏HX7160轿车汽车电器与电子设备线路设计相关的基本技术数据见

表1-1.

表1-1 线路设计相关的基本技术数据 车型 华夏 HX7160 轮距（前/后）mm 1480/1485 150 驱动形式 4×2前轮驱动 最高车速km/h 1000 76/5600 自重kg 功率(kw/r/min) 1600 1.6 总重kg 排量L 10.0 整车外形尺寸（长×宽4770 ×1800 ×1450 发动机压缩比 ×高）mm 2700 12 轴距mm 电源系统电压V 二、起动机和蓄电池的参数选择 （一）起动机的选择

起动机的选择应根据发动机的功率、起动机与发动机曲轴的最佳传动比、蓄电池容量这三个参数来确定。 1、起动机功率的选择

起动机必须具有足够的的功率才能保证迅速、可靠地起动发动机。功率的大小由

M?nP?nqM发动机的最低起动转速和发动机的起动阻力矩决定，即9550式中：M的

n单位为N〃m，q的单位为r/min。发动机的起动阻力矩有摩擦力矩、压缩损失力矩和发动机附件损失力矩三部分组成。其中摩擦力矩是活塞与缸壁的摩擦、曲轴轴承摩擦及搅油阻力等产生，占起动阻力矩的60%。压缩力矩与气缸容积和压缩比有关，约占起动阻力矩的25%。发动机附件阻力矩是发动机用于驱动发电机、

qqqq分电器、汽油泵、风扇、水泵等所消耗的力矩，约占起动阻力矩的15%。Mq一般由试验测定，也可用式Mq?CL来计算，即

Mq?CL?35*1.6?56Nm

式中：才表示系数，取30～40，此处取C=35,，L为发动机排量1.6L。

n发动机的最低起动转速q是保证发动机可靠起动曲轴的最低转速。汽油机在0～20℃时，根据汽油机的雾化条件，最低起动转速为应30～40r/min。为保证低温

起动，通常取起动转速为50～70r/min，此处取nq?60r/min。即

P?Mq?nq9550?56?60?0.352KW

9550考虑到要有一定的功率储备，选取P?0.96KW。 2、起动机的传动比选择

（1）最佳传动比的计算。所谓最佳传动比，即起动机工作在最大功率时，对应

n的起动机转速ns与发动机能可靠起动的曲轴转速f之比，即

nsZfi??

nfZs—表示飞轮齿圈齿数； Zs—表示起动机驱动齿轮齿数。 Z查知大众高尔夫的飞轮齿圈21一下为f=130，查《汽车电器与电子控制技术》教材知选用QD1225起动机，其驱动齿轮齿数Zs=9。得： 式中：

ZfnsZf130i????14.4

nfZs9（2）传动比的实际选择

根据计算的传动比，结合飞轮齿圈的节圆直径和齿轮模数，确定实际传动比为14.4查手册知，在汽油机中，起动机与曲轴的传动比一般为14~17，所以符合标准。

3、 蓄电池容量的选择

汽车蓄电池的容量主要由起动机的功率确定，一般可按下式来选择蓄电池的额定容量：

Q?式中：Q为蓄电池的额定容量（Ah）；P为起动机的额定功率（kW）；U为起动机的额定电压(V)。则

(610~810)?P(610~810)?0.96Q???48.8~64.8Ah

U12选取蓄电池额定容量为60，蓄电池的型号为6-QA-60S。 （二）充电系统的计算 1、汽车用电设备及其功率

汽车上的用电设备数量较多,大致可分为起动装置、点火装置、照明信号装置、仪表和辅助装置以及电子控制装置等。汽车上的各用电设备及其功率见表2-1。 表2-1 汽车上的各用电设备及其功率 灯泡名称 数量 功 率 灯泡名称 数量 功 率 2 60W 1 3W 前大灯 油压报警灯 2 75W 1 3W 前雾灯 仪表灯 2 20W 1 3W 倒车灯 远光指示灯 1 5W 1 3W 牌照灯 开关照明灯 2 5W 1 3W 前小灯 制动液位指示灯

(610~810)?PU

前转向灯 后转向灯 制动灯/尾灯 室内灯 示宽灯 充电指示灯 2 2 2 1 4 1 20W 20W 20/5W 10W 5W 3W 暖风/空调设备 刮水电动机 点火系统 音响系统 发动机电子控制系统 ABS与其它电子控制系统 其他设备 1 1 1 1 1 200W 40W 50W 12W 70W 150 W 3W 1 100W 制动报警灯 1 2、 发电机的计算 （1）整车用电设备负载电流的计算。汽车用电设备按其工作性质不同可分为长期用电负荷、连续工作用电负荷和短时间歇用电负荷；按其运行条件不同可分为冬季和夏季，白天和夜间，晴天和雨天等情况。因此计算整车用电设备负载电流时，应根据各个用电设备的工作性质确定其权值K（即用电设备的工作时间与发动机工作时间之比），然后再进行加权计算。表2-2列出了部分汽车用电设备的权值。

另外，用电设备标定的额定电压（U），和其实际工作电压（即发电机的输出的电压Ue）还有差别，所以要计算每个用电设备的负载电流时应考虑其电压系数

Kv?UeU。

I综上所述，整车用电设备负载电流f的计算公式为：

mK?Ki?PiIf??v?54.56A

Ui?1式中：m—整车用电设备的数量；Kv—电压系数；Ki—第i个用电设备的权值；Pi—第i个用电设备的额定功率（W）；U—用电设备的额定电压（V）。 表2-2 部分汽车用电设备的权值 负荷类部件名称 权值 负荷部件名称 型 类型 1.0 点火系 连续空调 长期工仪表 1.0 工作 刮水器 作 发动机电子控制系统 1.0 ABS与其它电子控制系统 1.0 夜间长小灯 收音机 0.2 期工作 前照灯近光 短时电喇叭 0.8 间歇转向信号 前照灯远光 1.0 工作 尾牌照灯 制动灯 0.3 辅助前照灯 SRS系统 （2）发电机功率的计算。确定的发电机输出电流Ie即发电机功率只是达到发电

权值 0.5 0.3 0.5 0.5 0.1 0.1 0.1 0.1 I?If机供电系统的电能平衡（即e=0）但是，为了保证蓄电池可靠地充电，使蓄电池的充、放电达到平衡，通常取一个蓄电池的充电系数τ，于是发电机的输出电流Ie应为：

Ie?If1??

τ一般取0.15左右。求取Ie(A)为64.19A，从而所需发电机功率为：

Pe?Ie?Ue?64.19?14?0.899kw

（3）发动机与发电机传动比的计算。通过合理确定发动机与发电机之间的传动比ie，使汽车常用车速与发电机的额定转速ne相对应。即取该车型的常用车速v，求出对应的发动机转速n，则发动机与发电机之间的传动比ie为：

ie?ne3000??1.5 n2000通过合理确定发动机与发电机之间的传动比，使汽车处于怠速时发电机的转速要大于发电机

的空载转速，并且发动机在最高转速工作时，发电机不允许超过其最高转速。取发动机怠速时的转速为800r/min，发电机的最低转速为2000r/min（2000r/min时发电机发出的电流已经超过额定电流的60%）。则当发动机以最高转速5200r/min运转时，发电机的转速7800r/min在发电机最高转速范围内。故取1.5时合理的。 3、发电机的选用 发电机的选用

发电机采用上海法雷奥汽车电器系统有限公司生产的SA13VI型发电机。 二、 充电系统、启动系统的工作原理 （一）充电系统 1、充电系统的组成

汽车电源系统又称汽车充电系统，由蓄电池、发电机、电压调节器和充电指示灯等组成。蓄电池和发电机并联于汽车电路之中。 2、充电系统的工作原理 （1）发电整流原理

当转子旋转时，定子绕组与磁力线之间产生相对运动，在三相绕组中产生频率相同、幅值相等、相位相差120度电角度的三相正弦交流电动势。 交流发电机定子绕组产生的交流电，通过硅整流二极管组成的整流电路转变为直流电。二极管具有单向导电性，当二极管加上正向电压时，二极管导通，呈现低阻状态；当二极管加上反向电压时，二极管截止，呈现高阻状态。利用二极管的单向导电性，即可把交流电转变成直流电。

如图3-1，二极管VD1、VD3、VD5为正极管子，其正极分别接在发电机三相绕组的首端，负极连接在一起，在某一瞬间，正极电位最高者导通；二极管VD2、VD4、VD6为负极管子，其负极分别接在发电机三相绕组的首端，正极连接在一起，某一瞬间负极电位最低者导通。（1）t＝0时，uA＝0，uB为负值，uC为正值，二极管VD5、VD4获得正向电压而导通，电流由C相流出→VD5→RL→VD4→B相→C相，形成电流回路；

（2）t1～t2时间内，A相电压最高，B相电压最低，VD1、VD4管获得正向电压而导通，形成电流回路；

（3）t2～t3时间内，A相电压最高，C相电压最低，VD1、VD6管获得正向电压而导通，形成电流回路；

（4）t3～t4时间内，B相电压最高，C相电压最低，VD3、VD6管获得正向电

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