汽车电子和电气系统教（学）案

./第一章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。第一章汽车电学理论1.1电学基础1.1.1电压、电流、电阻的概念如图1－1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1－1基本的电路构成1.电压〔Voltage电压可以理解为电的压力,它是引起导体中电子移动的电动势,通俗的说就是引起电子移动的压力,见图1－2。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1－2电压示意图2.电流〔Current如图1－3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秒钟通过电路中任一横截面的电子的数量。EL010095图1－3电流示意图电流有直流〔DC和交流〔AC之分,直流就是电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1－4。EL010104图1－4直流电和交流电3.电阻〔Resistance如图1－5,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〔Ω"。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。EL010089图1－5电阻示意图1.1.2．欧姆定律,焦耳定律1.欧姆定律欧姆定律是电学的基本定律。容如下：在同一电路中,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：I=U/R变形公式为：R=U/I或U=I·R比如：直流电路中的电流I=10A〔安培,电压U＝20V〔伏特,则电路中的电阻R=U/I=20/10=2Ω〔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U＝12V,电流I＝4A,则电阻R＝U/I＝3Ω。如图1－6所示。EL010097图1－6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=2Ω,则电路中的电流I＝U/R＝12/2＝6A。如图1－7所示。EL010098图1－7利用欧姆定律计算电流如果知道电路中的电流I＝3A,电阻R＝4Ω,也可以计算出电路的电压U＝I·R＝3×4＝12V。见图1－8。EL010099图1－8利用欧姆定律计算电压2.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。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：Q=I2Rt单位：I—A〔安培,R—Ω〔欧姆,t—S〔秒,Q—J〔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1.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1－9和图1－10。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,电路中串联了三个灯泡,阻值分别为3Ω、2Ω和1Ω,则此串联电路的总电阻R=3Ω十2Ω十1Ω＝6Ω。通过每个灯泡的电流相同,均为I＝U/R＝12/6＝2A。EL010001图1－9典型的串联电路EL010063图1－10典型的串联电路示意图串联电路的特点：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.并联电路并联电路就是多个电阻并列连接在一起的电路。见图1－11和图1－12,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1－11典型的并联电路EL010072图1－12并联电路示意图并联电路的特点：<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1－13中就是一个简单的串并联电路,旋转变阻器可以调节灯光的亮度。EL010065图1－13典型的串并联电路1.1.4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1－14。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、部灯等车身电气部件。EL010050图1－14集成电路芯片1.1.5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1－15就是例。开关和灯泡之间的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1－15接地短路〔从控制开关后面短路图1－16中是另一种形式的接地短路故障,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。EL010102图1－16接地短路〔从控制开关前面短路2.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1－17所示。EL010090图1－17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1－18,一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,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。EL010064图1－18：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1－19。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1－19并联电路断路4.高电阻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。1.1.6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部装饰都有可能产生静电。汽车静电不但给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>车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>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>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,下文主要介绍一下导线和接头的有关知识和维修方法。1.导线导线是汽车电气系统中最为基础的组成部分,但它并不像大家想象的那么简单。在不同的汽车电路中,对导线的尺寸以及材料要求都是不一样的,而且有严格的标准,例如导线截面与允许电流的关系,参见表1－1和表1－2。在维修汽车电路时,要严格按照维修手册中的相关规定、标准、程序。切记不要随便连接、更换或替代出现问题的导线,有的修理人员经常随意窜改和加接导线——我们熟称的"飞线"——这样容易引起导线过热,发生火灾,是十分危险的。表1-1单根导线标称截面及允许的电流负荷〔JB677-71导线标称截面积/mm20.50.751.01.52.54.03550允许电流/A131619243242170215注：将单根导线置于空气中,温度为25℃,导体工作最高温度为65℃的允许值。表1-2汽车12V电系主要线路导线截面积推荐表标称截面/mm2用途0.5尾灯、顶灯、指示灯、仪表灯、牌照灯、燃油表、刮水器电机、电子钟、水温表、油压表0.8转向灯、制动灯、停车灯、分电器1.0前照灯、喇叭〔3A以下1.5电喇叭〔3A以下1.5～4.0其他的连接导线4～6电热器塞电线6～25电源线16～95起动机电线我国及世界多数国家的汽车电气系统用导线是按上述标称截面积规定的,但美国对汽车用导线规定了统一的线规〔AWG,线规越大,导线越细,允许电流值越小。美国线规与公制导线标称截面积的对应关系见表1-3。表1-3公制导线标称截面积尺寸与美制线规对照表美制线规〔AWG2018161412108642公制截面尺寸/mm20.50.81.02.03.05.08.013.019.032汽车高压导线的耐压值一般应在30kV以上。它在点火系统中承担高压电输送任务,其工作电流很小,故截面积较小,约1.5mm2,绝缘层很厚,多采用橡胶绝缘。按线心不同,国产高压导线分为铜心线和阻尼线两种。高压阻尼线能抑制点火系对无线电设备的干扰,效果较好。为便于区分汽车电路,其导线绝缘层采用不同颜色。有些导线采用单一颜色,有些则在主色基础上加1、2条轴向辅助色。在电路图中,导线的颜色多用英文字母表示。若导线为单色,则只用一个字母。若有辅色,则用两个字母表示。前一个字母表示主色,后一个字母表示辅色。单色线颜色的代号见表1-4。双色线的颜色由表1-5规定的两种颜色组成。双色线的主色所占比例大些,辅助色所占比例小些,一般为3：1～5：1。电线颜色的选用程序应符合表1-5的规定。汽车电气系统一般分为9个系统,各系统的主色见表1-6。表1-4汽车用导线颜色导线颜色黑白红绿黄棕蓝灰紫橙代号BWRGYBrBLGrVO表1-5导线颜色的选用程序选用程序123456导线颜色BBWBYBRWWRWBWBLWYWGRRWRBRYRGRBLGGWGRGYGBGBLYYRYBYGYBYWBrBrWBrRBrYBrBBLBLWBLRBLYBLBBLOGrGrRGrYGrBLGrBGrB表1-6汽车电路各系统的主色序号系统名称导线主色代号123456789电源系点火和起动系前照灯、雾灯及外部灯光照明系统灯光信号系统,包括转向指示灯车身部照明系统仪表及警报指示和喇叭系统收音机、电子钟、点烟器等辅助装置各种辅助电动机及电气操纵系电气装置搭铁线红白蓝绿黄棕紫灰黑RWBLGYBrVGrB当然,上述只是一般规律,有的厂家会有自己的规定。所以维修时要以该车型的原厂维修手册为准。现在大多数汽车电路都使用铜质导线,外面有绝缘层。还有一种具有屏蔽功能的屏蔽电缆也有应用,这种导线外围有屏蔽层,从而可以避免受电磁波的干扰。汽车计算机信号传输电路一般都使用屏蔽电缆。另外还有多根导线并排制作在一起的带状导线,这种导线的优点是节省空间,布线简单,多用在空间狭小的地方,比如汽车仪表板系统电路使用的就是带状导线。如图1－20。EL010085图1－20各种导线在汽车电路中应用最多的应该是线束。线束其实就是将多根导线集合在一起,并共用一个大的接头,以节省空间和简化电路。例如,灯光开关的连接线束就包含停车灯、尾灯、远光和近光电路所使用的导线。大多数线束用一根硬质塑料管或软质塑料管包装,然后用线夹固定在汽车上。一辆汽车上会有多个线束,而且汽车越高级,线束越多。线束的布线方式在各车型的维修手册中有详细的标注,如图1－21所示。〔EL010038图1－21线束〔电子与电气P70为了更好地区分汽车各个系统的电路,往往还对不同的线束进行编号。维修汽车时,可以根据这些编号迅速查找需要的线束。如图1－22,是通用汽车的线束编号,线束P700就表示汽车的左后车门线束。〔EL0100391－22通用汽车上的线束布置和编号2.导线的维修〔1剥线剥线是维修导线时常做的工作,但是很多维修工忽视了这一工作的重要性,认为这是很简单的事情,不按一定的规操作。但是事实上,现代汽车电气系统越来越复杂,汽车电器也越来越高级,这些高级电器对和它有关的任何部件要求都很苛刻,其中就包括给它们提供信息通道和能源的导线。如果剥线时没有按规定操作,不慎将导线拉长或削去部分导线,都有可能带来严重后果或安全隐患。比如传递信号的导线,如果维修时被拉伸,导线的电阻就会增加,从而影响信号的传递。所以,对于剥线这样看似简单的工作不能掉以轻心,应该使用专用剥线钳〔图1－23剥线。对于不同型号的导线要使用剥线钳的不同部位或不同的剥线钳〔图1－24、图1－25。〔EL010040图1－23剥线钳实物〔EL010042图1－24剥线过程－1〔EL010045图1－25剥线过程－2〔2连接维修时,通常要将一根断开的导线或两根导线连接在一起。有的维修工习惯将两个裸露的接头拧在一起,然后用绝缘胶带包上就算完成了导线的连接。其实这样做很不规,这样连接的导线不但使用寿命短,而且还可能会造成短路、漏电、打火等潜在故障。规的接线方法是利用专用接线材料和专用接线工具〔压线钳连接。如图1－26～图1－33所示。〔EL010046图1－26压线钳实物图EL010077图1－27导线连接〔组图－1EL010108图1－28导线连接〔组图－2EL010080图1－29导线连接〔组图－3：用压线钳夹紧接线头EL010079图1－30导线连接〔组图－4EL010081图1－31导线连接〔组图－5EL010109图1－32导线连接〔组图－6EL010078图1－33导线连接〔组图－7还有一种带绝缘管的接线材料,其外观及连接方法如图1－34～图1－36。EL010076图1－34带绝缘管的接线材料注意：用夹线钳夹接线管时,用力要得当,不要夹坏绝缘层。EL010110图1－35接线过程EL010111〔上两图未备份图1－36接线后〔3焊接焊接是连接导线的基本方式之一。焊接使用的专用工具是电烙铁〔图1－37。根据不同情况,要选取不同功率的电烙铁。〔EL010047图1－37电烙铁〔提供照片焊接导线时,要注意以下问题,同时参考图1－38：焊接时不要直接用电烙铁加热熔化焊接材料,而是通过加热导线接头,同时把焊接材料放到需要焊接的区域,间接熔化焊接材料。因为只有这样,才能使熔化的焊接材料充分和导线熔为一体。否则,因为导线温度比焊接材料低,会造成焊接不牢的后果。要确保焊接点在导线的金属头上,而不能在绝缘层上焊接。如果用接线夹,要确保焊接材料均匀覆盖夹子。不要使用太多焊接材料。要圆滑焊接,不要让焊接材料产生棱角,否则,棱角会刺穿绝缘层,引起漏电或短路。不要长时间给导线加热,以免烧毁导线和绝缘层。维修导线时,一定要断开电源。〔EL010048图1－38焊接导线正、误比较〔4端子导线的一端一般都有一个连接金属片,我们称之为端子。尽管有些时候我们常把端子说成接头,但实际上,端子应该属于导线的一部分。虽然端子的样式有很多种,但是所有的端子的作用和基本结构都是一样的,端子上有一个锁舌用来将端子固定在导线上。如图1－39。EL010070图1－39端子实物这里需要注意的是,在连接端子和导线时,要使用专用工具〔或多功能压线钳。〔5接头接头是一种塑料的机械连接件。端子通过接头将电路接通,有的接头可以连接一对端子,有的可以连接多对端子。我们通常把可以连接多对端子的接头称为多孔接头。如图1－40。EL010101图1－40插头和插座连接前后从接头中拔出端子的方法从接头中拔端子时也要使用专用工具,如图1－41。将专用工具深入接头的小孔中,顶压端子的锁舌,然后移动接头,即可拔出端子,如图1－42。EL010100图1－41专用工具〔EL010178图1－42拔出端子时要注意锁舌的位置注意：用专用工具压锁舌时,用力要适当,不能用力太大,否则会损坏锁舌和接头。如果用工具压住锁舌后仍然不能移动端子,可能是你压的地方不对或没有压住锁舌,而不是用力不够。如果位置正确,轻轻用力即可压住锁舌。通过维修手册可以很容易地确定锁舌的位置。1.2基本电气元件1.2.1电阻〔器电阻器是电路中不可缺少的部分,应用非常广泛。它在电路中可以起到电压调整和负载的作用。常见的电阻器可分为固定电阻、可变电阻。1.固定电阻固定电阻是最常用的电阻,一般分为两种,碳膜/金属氧化膜电阻和绕线电阻〔图1－43。EL010083图1－43各种电阻及其电路符号碳膜电阻是常见的固定电阻之一。碳膜电阻利用碳的导电性制成,电阻部的碳越少,阻值越大,所以经常被用来限制电流。固定电阻适用的电路级别是以功率〔W来区分的,一般的固定电阻为0.125W～2.0W。金属氧化膜电阻有较好的热稳定性,所以金属氧化膜电阻适用的电路级别一般为2.0W或更高。固定电阻的大小可以从它外表面上的色带区分,如图1－44。第一条色带是绿色,代表的数字是"5",第二条色带是红色,代表的数字式"2",第三条色带则代表倍乘数,黑色代表"0",则这个电阻的阻值为52×100等于52欧姆,最后一条色带代表该电阻的阻值误差,例如本图中,银色代表的误差为10％,则该电阻的阻值为52±5.2欧姆。固定电阻阻值的识别如图1－45。〔EL010179图1－44固定电阻色带〔EL010180图1－45固定电阻阻值的识别绕线电阻是由一根电阻丝绕制成的,表面封着瓷以保护电阻丝。这种电阻的阻值比较精确,而且热稳定性好,所以一般用在功率比较大的电路中。参见图1－46。例如,汽车的点火系统中使用的镇流电阻就是绕线电阻。EL010112〔本图未备份图1－46绕线电阻2.可变电阻可变电阻可分为不连续可变电阻和连续可变电阻。不连续可变电阻的阻值变化是不连续的,这种电阻有几个固定的阻值可以选择。比如有的电阻可以在10欧姆、30欧姆和50欧姆中选择任意一个阻值。不连续可变电阻的电路符号如图1－47所示。EL010071图1－47不连续可变电阻的电路符号连续可变电阻可以在一个围任意变化或调整阻值。连续可变电阻在汽车电气系统中应用非常广泛。仪表板照明灯就是利用可变电阻器来调整光亮强度的。转动调整旋钮,可以改变通过电路阻值的大小,从而改变电流的大小,调整光照强度。连续可变电阻的电路符号如图1－48所示。〔EL010181图1－48连续可变电阻的电路符号电位计也是一个典型的变阻器,它可以反映位置的改变。电位计有3个接线端子,分别是参考端子、信号端子和接地端子。参见图1－49。电流从参考端子流到接地端子,从而产生一个电压降。信号端子可以在变阻器上滑动,从而产生电压的变化。EL010092图1－49电位计原理图和电路符号汽车上有很多部件就是一个电位计,比如节气门位置传感器,就是通过电位计将节气门位置的变化转换成电压信号的变化。另外空调调整开关、电动座椅位置传感器等凡是涉及到检测位置变化的部件几乎都是利用电位计原理设计的。热敏电阻是另一种形式的可变电阻器。其阻值随着温度的变化而变化,所以可以用热敏电阻感测温度的变化并把这种变化转换成电压信号的变化。参见图1－50。冷却液温度传感器、自动空调的温度传感器等都是典型的热敏电阻。EL010094图1－50热敏电阻的结构和电路符号光敏电阻器也是一种可变电阻器,它的阻值随光照强度的变化而变化。光照强度越大,其阻值越小,光照强度越小,阻值越大。参见图1－51。前照灯自动开灯系统就是通过光敏电阻器实现自动开灯功能的,如图1－52。一个光敏电阻器和前照灯继电器连接在一个电路中。通常状态下,光照比较充足,光敏电阻器的阻值很小,就会有电流通过继电器,继电器控制电路断开前照灯电路,前照灯处在关闭状态。当汽车处在黑暗中时,光敏电阻器电阻变大,最终使通过继电器的电流断开,继电器断电,继电器控制电路不再起作用,继电器触点离开原位置而与另一触点闭合,接通前照灯电路,于是前照灯点亮。EL010082图1－51光敏电阻器及其电路符号EL010113图1－52前照灯自动开灯系统1.2.2电路控制装置电路控制装置用来控制电路中电流的通断、大小、方向和流通方式。常见的电路控制装置有各种开关、继电器和电磁阀等电器部件,电容、二极管和三极管也属于电路控制装置,不过它们属于电子元件。在这些控制装置中,有的是通过机械式实现控制的,有的则是通过电磁原理实现控制的。接下来,从最普通的开关开始一一介绍。1.机械式开关开关是最常见的电路控制装置。在汽车的各种电气系统中,会用到很多种开关,按结构分有单刀单掷开关、单刀双掷开关和多刀多掷开关等。如图1－53。EL010066图1－53常用汽车开关〔1单刀单掷开关这种开关是最简单的开关。它可以控制单个电路的通断。这种开关只有一个输出端和一个输入端。如图1－54。EL010062EL010061图1－54单刀单掷开关实物及其电路符号〔2单刀双掷开关这种开关有一个输入端和两个输出端。通过单刀双掷开关可以改变电流的流向。前照灯的变光开关就是一种单刀双掷开关。司机可以根据需要调整开关,选择远光或近光。单刀双掷开关电路符号如图1－55所示。EL010060图1－55单刀双掷开关电路符号〔3多刀多掷开关这种开关有多个〔两个或两个以上输入端和多个输出端。它能同时控制多个平行的电路。常见的有双刀双掷、双刀三掷、多刀多掷等。点火开关就是典型的多刀多掷开关。点火开关可以控制不同的电源向各部件供电。如图1－56。EL010087图1－56多刀多掷开关〔点火开关电路符号〔4点按开关这种开关有一个弹性触点。图1－57中是一个"常开"式点按开关。EL010075图1－57点触开关电路原理及其实物〔5水银开关图1－58是水银开关示意图。一个密封的椭圆形容器装入部分水银,容器的一端有两个触点,构成一个开关。<EL010115>图1－58水银开关水银开关通常"常开"或"常闭",如果因为振动或其它机械运动导致开关翻转的话,就会使开关"断开"或者"闭合"。在汽车上,汽车倾翻自动断油开关就是一个典型的水银开关。汽车正常行驶时,开关保持"常闭",燃油系统可以正常送油。如果一旦汽车因事故倾翻,该开关会断开,从而切断燃油,熄灭发动机,避免更大的事故。另外安全气囊传感器和发动机室照明灯开关也有使用水银开关的。注意：水银是有毒物质,所以检查维修此类开关时要特别注意,一定要按照正确的程序进行检查和维修。〔6温控开关温控开关也叫"双金属片"开关,图1－59就是一个典型的"常开"型温控开关。它是根据不同的金属对热的反应不同设计成的。如果开关受热达到规定值,双金属片就会变形,使触点接合,接通电路。汽车的冷却液温度报警灯开关就是温控开关,当冷却液温度达到预定值时,开关就会闭合,接通冷却液温度过高报警灯电路,仪表板上的报警灯就会点亮,以提醒司机。还有一些温控开关是"常闭"型的,原理是一样的。正常情况下开关闭合,当开关的温度达到一个预定值时,开关就会受热断开。EL010116图1－59温控开关结构图〔7时间延迟开关时间延迟开关由一个双金属条、两个触点和加热元件组成。时间延迟开关是"常闭"的。开关中有电流通过时,加热元件开始放出热量。当温度达到一定值,双金属片会受热弯曲变形,触点断开。随着加热元件的持续放热,触点一直保持断开状态,保持的时间和双金属片的特性及加热元件的加热时间有关。加热元件的电流被断开后,停止放热,温度开始下降,双金属片恢复原状,触点重新接合。参见图1－60。后车窗除雾系统就利用了时间延迟开关。EL010117图1－60时间延迟开关〔8闪光开关闪光开关的工作原理和时间延迟开关是一样的,所不同的是当触点分开时通过加热元件的电流也会断开,如图1－61。触点分开后,加热元件和双金属片的温度下降。双金属片马上恢复原状,触点重新闭合,电路接通,加热元件再次放热,这样反复循环。汽车的转向信号闪光器就是一个闪光开关。还有一些其它的闪光报警灯开关也是典型的闪光开关。EL010118图1－61闪光开关2.电磁开关〔1电磁学基础理论当电流通过导体时,在导体的周围会产生磁场.比较常见的是给线圈通电时,会产生很强的磁力〔图1－62。磁力的大小和以下因素有关：流过线圈的电流越大,磁力越强；线圈的匝数越多,磁力越大；磁力大小与线圈长度、直径大小、有无铁芯以及导体切割磁力线的角度等有关。同样,在磁场中〔如磁体附近移动导体,导体中也会产生感应电压〔图1－63。电压的大小随着磁力线切割导线的速度和被切割的导线数目的增加而增大。点火系统、起动电动机、充电系统继电器等的工作原理都是基于磁感应原理。EL010003图1－62给线圈通电会产生磁场EL010004图1－63导体在磁场中移动会产生电压〔2电磁开关工作原理电磁开关就是根据电磁原理设计的一种电路控制部件。实物请参见图1－65。以起动系统的电磁开关为例,电磁开关直接装在起动机顶上〔图1－64。该电磁开关有两个作用：接通蓄电池与起动机之间的电路和拨动起动机小齿轮啮入齿圈。后者是由电磁开关活动铁芯和起动机上的拨叉之间的杆系来实现的。EL010005图1－64起动系统的电磁开关PAGE\#"'页：'#'

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'"图形修改请参考原打印文本中的意见EL010119图1－65电磁开关实物图1－66为电磁开关控制的起动机电路。将点火开关置于S位置时,电流流至电磁开关的"s"接线柱。保持线圈的一端通过电磁开关的外壳接地,吸拉线圈通过起动机接地。电流从"s"接线柱流至两组线圈。两线圈便建立强大的磁场移动活动铁芯。当活动铁芯触盘移动到与蓄电池接线柱〔B+和起动机接线柱〔M接触时,吸拉线的一端就通过点火开关和蓄电池正极连接,另一端通过接线柱〔B+也和蓄电池正极连接了,这样两端电压相等,吸拉线圈没有电流通过就会失去作用。电磁开关有两组线圈,两者都通电时拉动活动铁芯,铁芯到位后只有保持线圈作用使活动铁芯保持不动,从而使原先直接通到吸拉线圈的电流送到起动机。EL010008图1－66典型的起动系统电磁开关工作原理图电磁开关普遍存在起动期间电压过低而导致保持线圈吸不紧活动铁芯而产生震动现象。虽然吸拉线圈和保持线圈的同时作用力足以移动铁芯。但是,一旦接通了接线柱,磁力便不足以使铁芯到位。这种情况可以在点火开关拧到"start"档时是否听到一连串的"卡嗒"声来判定。更换电磁开关之前,要检查蓄电池,蓄电池充电不足也会发生同样的症状。3.继电器继电器在汽车上应用非常广泛,通常一辆汽车上要有几十种各种型号的继电器。但无论哪种型号的继电器,其工作原理是一样的。通俗的说,继电器是一种利用小电流来控制大电流电路的电磁开关。参见图1－67。EL010014图1－67常见继电器〔1继电器工作原理继电器有两个电路,一个是控制电路〔图中深色部分,一个是负载电路〔浅色部分,如图1－68。控制电路有一个线圈控制负载电路中开关的开闭。当给控制电路中的线圈〔1、3引脚接通电流后,就会产生一个磁场,该磁场会作用于负载电路〔2、4引脚中的开关使其闭合,从而接通负载电路。当切断控制电路中的电流后,磁场消失,负载电路中的开关会回复原位〔断开状态。这样,就可以实现以小电流〔流过线圈1、3间的电流控制大电流〔开关2、4间的电流。EL010084图1－68常开继电器工作原理图PAGE\#"'页：'#'

'"图形修改请参考原打印文本中的意见PAGE\#"'页：'#'

'"图形修改请参考原打印文本中的意见以上介绍的继电器称为常开继电器。在继电器的控制电路〔线圈不通电时,开关〔2、4是保持断开状态的。还有一种继电器是常闭继电器,如图1－69。常闭继电器和常开继电器的工作原理是一样的,所不同的是,该继电器的负载电路〔开关是常闭的。在接通控制电路〔线圈后,开关会在磁力的作用下断开。断开控制电路的电流后,磁场消失,负载电路〔开关就会恢复到闭合状态。EL010069图1－69常闭继电器工作原理图PAGE\#"'页：'#'

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'"图形修改请参考原打印文本中的意见下面提供的是继电器的结构示意图、实物图以及工作原理图〔图1－70～图1－72,读者可根据上述容自行分析一下。EL010182图1－70继电器结构图EL010183图1－71继电器工作过程EL010106图1－72继电器构造〔实物起动机继电器是继电器在汽车上的典型应用。现在,许多汽车厂用起动机继电器代替电磁开关〔图1－73。当点火开关拧到"S"档时,从点火开关来的电流流过继电器线圈,线圈建立磁场,拉下活动铁芯,接触盘便与蓄电池和起动机接线柱的触头接触,从而蓄电池给起动机供电。EL010015图1－73典型的起动机继电器构造。〔2继电器分类根据不同需要,继电器的引脚是不同的,有3引脚、4引脚、5引脚等,如图1－74。3引脚继电器的控制电路〔线圈和负载电路〔开关共用一个电源。5引脚继电器有两个负载电路〔开关,当控制电路接通电源时,引脚3、5接通,当断开控制电路时,引脚4、5接通。EL010120图1－74各继电器示意图继电器还可以分为电磁继电器〔上述均是电磁继电器,固态继电器和温度继电器。固态继电器是一种新型开关器件,当施加触发信号时,主回路呈导通状态,无信号时呈阻断状态。大部分固态继电器实质上就是带控制线路的可控硅器件,因此一般只适合于通断交流信号,如通断直流信号需另加关断电路。这种继电器无机械触点,理论上寿命长、无火花干扰,但可控硅等半导体器件对于超过极限参数的使用情况很敏感,易损坏,因此目前还不能完全替代传统的电磁继电器。温度继电器实际上就是利用两种不同材料对温度的反应程度不同设计的一种温度控制开关。由于固态继电器和温度继电器现在应用不是特别广泛,在此不再详述。〔3继电器在汽车上的位置在汽车上,各种继电器遍布整个汽车,大部分继电器会和其它部件〔如保险丝集中安装在继电器盒中。继电器盒一般在发动机室、踢脚板后面或仪表板下面〔如图1－75,也有安装在后排座椅下和后行箱的。在继电器盒盖上详细标有各个继电器和保险丝的位置及作用说明,如图1－76。EL010105图1－75继电器位置EL010107图1－76继电器盒盖上标明的继电器/保险丝位置〔4继电器测试诊断出现故障的继电器的主要方法是测试继电器的电路。测试继电器的首要问题是要分清楚继电器的各个引脚。一般情况下厂家会在继电器的外壳上标明继电器的引脚和部接线图,如图1－77。通过标识可以辨别控制电路和负载电路的引脚。EL010121图1－77继电器引脚识别〔1用欧姆表确定继电器的引脚如果厂家没有标明引脚,可以用欧姆表测试确定,如图1－78〔以4引脚继电器为例。通常控制电路〔线圈的两个引脚之间的电阻在50～120欧姆之间。如果测试到两个引脚之间的阻值在这个围,那么这两个引脚就是控制电路〔线圈的两个引脚。如果控制电路之间的电阻小于50欧姆,大于0欧姆,那么要查阅有关手册,确认线圈是否有问题。然后检查另外两个引脚之间的电阻,阻值应该是0欧姆〔常闭继电器或者无穷大〔常开继电器。注意：如果任何两个引脚之间的阻值都不在控制电路〔线圈的围,或者所有引脚之间的阻值都是0欧姆或无穷大,说明线圈已烧坏,请更换继电器。〔EL010184图1－78用欧姆表测试确定继电器引脚确定各个引脚之后,可以将引脚1接通电源,将引脚3接地。如果在控制电路〔线圈通电的同时,能听到"卡嗒"声,说明线圈良好〔注意：此时只能确定线圈良好,还不能判定继电器是否良好,还需要进一步测试另外开关的两个引脚之间的电阻。如果为0欧姆或者无穷大,说明继电器良好,如果不是,说明继电器存在高电阻故障。如果听不到"卡嗒"声,说明控制电路〔线圈损坏,请更换继电器。注意：事实上,实际应用中的继电器要复杂的多。许多继电器部接有二极管和电阻。测试部有二极管的继电器时要特别注意,不要接反电源的极性,否则,会损坏继电器。测试复杂的继电器时,要参阅相关资料,确认继电器的部结构,按正确程序测试。〔2用测试灯检测继电器〔粗略检测在确定继电器各个引脚的前提下,在引脚4上连接一个测试灯〔如图1－79,测试灯的另一端接地。按图示方法将控制电路〔线圈通电,会听到"卡嗒"声〔如果听不到"卡嗒"声,说明控制电路有问题。在控制电路产生的磁场作用下,负载电路〔开关被接通,此时测试灯会点亮。切断控制电路的电源后,测试灯熄灭。如果测试灯象上面描述的那样,说明继电器正常,否则,更换继电器。EL010185图1－79用测试灯检测继电器〔3用电压表检测继电器可以用电压表代替上个步骤中的测试灯。电压表能更准确的测试开关两端的电压,但不足之处和试灯检测继电器一样,不能很好的确定开关的触点是否有烧坏即高电阻现象。在引脚－4上连接一个电压表〔如图1－80,电压表的另一端接地。如图示方法将控制电路〔线圈通电,会听到"卡嗒"声〔如果听不到"卡嗒"声,说明控制电路有问题,在控制电路产生的磁场作用下,负载电路〔开关被接通,此时电压表会显示电源电压。切断控制电路的电源后,电压表显示0伏特。EL010186图1－80用电压表测试继电器1.2.3电容器简单地讲,电容器就是容纳电荷的容器。它的基本结构是由两块彼此绝缘、相互靠近的导体构成的。电容是描述电容器容纳电荷本领大小的物理量,其大小是由电容自身决定,取决于两导体的形状,相对位置及两导体间的电介质这三个因素。电容器的单位是法拉〔F。电容器极板之间的绝缘物称为电介质。电介质可以是瓷、玻璃、纸、塑料等。常见的电容器有瓷片电容器和玻璃电容器等〔图1－81。还有一种常见的电容器是电解电容,它是以金属为正极,以其氧化膜为介质,负极是非固体电解质或固体电解质。电解电容器体积小、电容量大,但耐压较低、频率特性差、介质损耗较大、温度特性也较差。常见的电解电容器主要有铝电解电容器和锗电解电容器两种。EL010009图1－81常见的电容器在电容两端加上电压以后,两侧的金属极板上会聚集起等量的正、负电荷,在介质中建立起电场并储存有电场能量,如图1－82。电压愈高聚集的电荷愈多,产生的电场就愈强,储存的电场能量就愈多。EL010010图1－82电容器示意图电容器是一种抵抗电压变化的元件,可以吸收危险的电压峰值。如图1－83所示,将电池与电容器相连,则电流从电池流到极板对电容器进行充电。直到极板之间的电压与电池电压相等时,充电结束。在两个极板间形成回路之前,电路将保持充满电的状态。如果用一个电压表接到电容上形成回路,那么电容器就以与对它充电的电池相同的电压进行放电。汽车上使用的电容器一般用金属外壳封装。在搭铁〔接地外壳上有一个接头连接部的一组导电极板,另有一个与外壳绝缘的接头连接部的另一组导电极板上。EL010011图1－83电容器放电电压和充电电压相同电容器一般和其它负载一起连接在电路中。如果电路中出现高的电压尖峰,电容器会在电压尖峰损坏电路元件之前将其吸收。电容器能用来迅速停止电路断开时的自感电流〔如点火系统的电路。电容器还能贮存高压电荷,等到电路需要时再释放出来〔例如安全气囊系统中的备用触发电路。由于各种电容器的容量是不同的,所以使用时一定要使用规定容量的电容器,否则将会因为电压过高而击穿介质。电容器常见的故障有短路〔击穿、断路〔断线、漏电和容量减小等。其中电解电容器的故障发生率一般比其它电容器高得多,击穿短路,漏电和容量减小都是电解电容器常见的故障。检查电容器有无故障可在电路上进行,但在这之前要切断电源先进行外观检查。如果发现"流汤"－电解液外溢、"放炮"－电容器外壳和电容器分离等,说明该电容器已经损坏,应该及时更换。1.2.4二极管电气材料分为导体、绝缘体和半导体。半导体包括二极管、三极管〔晶体管和晶闸管等〔图1－84。这些半导体常称为固体器件,因为它们是用固体材料制造的。制造半导体常用的材料是硅或锗,这两种材料都属于晶体。EL010086图1－84二极管及其符号二极管是仅能单方向导通的半导体器件〔如图1－85。汽车用二极管大部分是硅二极管。硅半导体尽管可以在150℃的高温下工作,但为了防止意外,还是尽可能在较低温条件下使用。EL010016图1－85常见二极管〔提供照片汽车上常用的硅二极管<也称为硅整流元件>是交流发电机整流电路中所使用的二极管。其容量为10～50A,在汽车电子电路中常用的是数十毫安小容量的二极管。对二极管的要不仅要有较高的耐压值,而且还要求即使有超过耐压值的电压加到二极管上时,也不会立刻损坏。汽车电路中的还有稳压二极管,也称为单向击穿二极管或电压调整二极管。稳压二极管有这样一个特点：在其所能承受的耐压值围,只要它所产生的热量不超过允许值,稳压二极管就不会损坏。所以用稳压二极管把电路电压保持在一个稳定值围是非常方便的。EL010017图1－86利用二极管稳压的简单电路图1－86就是利用稳压二极管为仪表提供稳压电源的电路。图中的稳压二极管与电阻串联而与仪表并联。如果仪表电压必须限定在5v以,则应使用额定电压为5v的稳压二极管。稳压二极管维持恒定的5V电压,而串联电路的总电压降又必须等于电源电压。因此,大于稳压二极管的电压必定降落在电阻上。即使电源电压变化,也只是引起不同大小的电流流过电阻和稳压二极管,而稳压二极管两端的电压始终维持不变。当二极管两端电压达到5v时,便发生齐纳击穿〔二极管达到反向导通时的电压称为齐纳电压。此时的稳压二报管反向导通,电阻的两端产生额外的电压,而仪表两端的电压始终保持为5v。其原因是稳压二极管"制造"电阻额外的电压以此来保持稳压。发光二极管发光二极管〔LED上有一小透镜〔图1－87。不同材料制造的LED发出不同颜色的光。发光二极管的工作情况与普通二极管相同,不同的是它会在加偏压时发光。EL010018图1－87发光二极管及其符号1.2.5三极管电路三极管又称为晶体管,用来控制电流的流动。晶体管的两个主要作用是开关和放大器。晶体管是由P型和N型材料组合的三层材料制成的。有两种组合是NPN和PNP〔图1－88。实际上,一个晶体管是共同拥有中间层的两个二极管。不管接到电路的是NPN型还是PNP型晶体管,其中一个二极管应是反偏置的,而另一个二极管应是正偏置的。注意：汽车电子电路中常用的是PNP型晶体管。晶体管的三层,分别为发射极、集电极和基极。发射极是正偏的二极管的外层,基极极性与正偏的二极管在电路中所加的电压极性相同。晶体管符号中的箭头,表示发射极的通向和指明正电流流动的方向。集电极是反偏的二极管的外层。基极是共享的中间层。接到电路不同地方的晶体管,每层都有自己的通向。EL010019图1－88NPN和PNP型晶体管及其符号对于NPN型晶体管,当基极加正偏压时,发射极引导电流流至集电极,但晶体管不能导通,除非加到基极的电压超出发射极电压大约0.7v〔图1－89。晶体管导通时,基极和集电极相对于发射极都必须是正的。EL010020图1－89NPN晶体管的开关作用如果加到基极的电压与发射极电压相比小于0.7v,晶体管的作用如同打开的开关,如果大于0.7v,作用就象合上的开关〔图1－89。对于PNP型晶体管,当给基极加比发射极电压更低正偏压时,电流便从发射极流到集电极〔图1－90。为使电流从发射极流到集电极,基极和集电极都必须比发射极的电压低。PNP型晶体管的工作与NPN型相同,不同的只是所流的电流是空穴电流。晶体管是三层半导体,作用如同高速开关。EL010021图1－90PNP晶体管的开关作用EL010022图1－91汽车中常用的晶体管〔提供照片晶体管的另一个重要作用是放大作用。这个作用对于读出计算机输入的微弱电压是很有用的,但必须将此微弱电压增强才能驱动附件。如图1－92,输入到晶体管基极的小信号电压波形通过晶体管放大器后发生了以下变化：〔1输入电压被放大。〔2输入电流增大。〔3输出波形反了180°。EL010122图1－92晶体管放大功能示意图有些放大电路使用达林顿管,如图1－93,这种电路将两个晶体管连在一起,晶体管T1用作前置放大管,它产生推动晶体管T2的电流。晶体管T2是次级放大管,它与控制电路是隔离的,它将电流增强到开动负载部件所需的数值。电子点火系统的控制模块,大多采用这种放大电路。EL010024图1－93用于放大电路的"达林顿管"1.2.6电路保护装置在汽车