汽车电气系统研究与探讨
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【摘要】随着社会的发展的经济的进步，汽车逐渐走进大多数人的家庭中。汽车市场竞争呈现出空前的激烈。汽车电器系统作为汽车最核心的部分，加强汽车电气系统的研究，对于提高汽车的性能和汽车企业的市场竞争力具有重要作用。
【关键词】汽车；电气系统；研究
中图分类号：F407.471文献标识码： A
前言
文章对汽车电气系统的发展、电气开关的作用与分类和电气设备电路组成进行了介绍，对电气系统结构及工作流程及现代汽车电气系统面临的问题进行了阐述，通过分析，并结合自身实践经验和相关理论知识，对442V汽车电气系统的挑战与发展进行了探讨。
二、汽车电气系统的发展
早期的汽车上根本就没有电气装置。大约在1900年,随着磁电机的发展并应用到汽车技术上,才出现了电点火,继而又出现了感应线圈点火装置。1912年,研制出照明装置和起动机。1930年,一种能够根据蓄电池充电状况来控制发电机输出的直流发电机调节器研制成功,改善了对蓄电池的损坏程度。20世纪60年代初期,汽车交流发电机出现后,又研制出不论汽车是在何种行驶状态下都能对蓄电池保持适当充电量的装置。
20世纪50年代中期,由于将汽车电气系统的电压改为12V,而使汽车上的电气装置安全可靠、效率提高。据国外一家公司(VDI)的分析和预测，电子／电器占汽车制造的成本从20世纪60年代起逐年增长。80年代后期，电子／电器成本份额达到12％左右，到了9O年代达到25％，随后，集成式汽车电子装备占汽车制造总成本的份额始终保持稳定增长的态势，预计到2010年可达到30％以上。发动机电控系统、ABS、电子仪表、安全气囊、防盗装置、照明系统、空调系统、电动门窗、电动座椅、中控门锁、汽车音响等等，这些过去高级汽车才有的装备，今天已是现代轿车的一般配置。汽车电子技术逐渐成为汽车高新技术的特征之一。汽车电子化程度已成为衡量汽车技术水平的一个重要标志。随着电子信息业的飞速发展,使得现代汽车的电气系统发展越来越快,而且越来越完善。
三、汽车电气开关的作用与分类
开关是汽车电气系统中不可缺少的重要部件。开关的作用主要是用来控制汽车的各种电气设备。开关的性能必须安全、可靠、耐用且便于操纵。开关的种类及结构形式种类繁多,分类方法目前不太统一,若按照操纵方式可分为手动和电动两类;若按开关的功能特点可分为纯机械多功能手动开关或手、脚、电间接混合控制开关。近年来,汽车采用的电气开关多为多功能手、脚、电混合控制开关。由于电力电子功率开关具有灵活的控制方式、输出功率大、机组效率高、变换运行频率方便等优点,在汽车工业生产中得到了广泛的应用。电力电子功率开关器件是感应加热电源技术的基础,是感应加热电源装置的心脏。感应加热电源装置的主功率开关器件决定着系统装置的体积、重量、效率、控制方式、工作性能和系统可靠性。每当一种新型功率开关器件的研发成功,都会促使诞生新一代的感应加热电源装置。
常用的电力电子功率开关器件有单向晶闸管、可关断晶闸管、大功率晶体管、功率场效应管、绝缘栅双极型晶体管等,每种功率开关器件又根据不同的工作参数和用途,分成多种系列和不同型号规格的产品;在实际应用中,应根据产品的极限参数、工作参数、性能特点、控制方式及附加电路的繁简,经综合考量后确定所选器件的型号规格。新兴的电力半导体模块是把两个或两个以上的电力电子功率开关器件的芯片按一定的电路连接,与辅助电路共同封装在一个绝缘树脂外壳内制成。由于功率开关器件的模块化,使各种电力电子装置的效率、体积、重量、性能、可靠性和价格等技术指标和经济指标得到进一步改善和提高,因此当前晶闸管模块、大功率晶体管模块、功率场效应管模块、绝缘栅双极型晶体管模块得到蓬勃发展和广泛应用。在晶闸管模块的基础上,将晶闸管移相触发电路与保护取样传感器电路共同封装为一体,制成了晶闸管集成智能模块(ITPM),从而使电力电子装置的体积进一步缩小,可靠性进一步提高,安装维修更加方便,使用操作更加简单。国内临淄银河公司已研发出大电流全控型整流逆变、交流电动机软启动、双闭环直流电动机调速等专用晶闸管智能模块。在绝缘栅双极型晶体管模块的基础上,把绝缘栅双极型晶体管芯片、快速二极管芯片、控制和驱动电路、过压、过流、过热和欠压保护电路及自诊断电路等封装为一体,制成绝缘栅双极型晶体管智能控制模块(IPM)。它为电力电子逆变器高频化、小型化、高性能和高可靠性奠定了器件基础。
为了适应微机控制和大容量工业电力变流装置和电动机驱动的要求,在绝缘栅双极型晶体管智能控制模块的基础上把变流装置的全部硬件集成在同一芯片上,开发出高集成化、智能化、标准化、适合各种不同应用要求的用户专用功率模块(ASPM),如绝缘栅双极型晶体管逆变专用功率模块就是把逆变装置的整流器、逆变器的绝缘栅双极型晶体管和FWD、制动绝缘栅双极型晶体管及快速二极管集成在一个芯片上,不再用额外的引线连接,因而体积小、重量轻、系统成本低、寄生电感小、可靠性更高。
四、汽车电气设备电路组成
汽车电气系统主要由电源、用电设备和中间装置组成。
电源部分主要包括蓄电池、交流发电机、电压调节器等。
用电设备发展迅速，除起动系、照明系、仪表、辅助电器、空调、安全气囊等装置外，许多新的车身电气或电控装置在不断的更新，如汽车音响、汽车导航、ABS、EBD、ESP、TRC等。
任何电气设备和电控装置要想获得电源供电，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。
五、电气系统结构及工作流程
电动汽车取消了传统的燃油发动机，因此起动过程也和传统燃油车不同，这个过程不再是发动机的运转，而是电动汽车低压电控系统工作至高压部分接通，使车辆达到可以行使的状态的过程。在这个过程中，电动汽车的控制系统需要做一系列的动作和检测，以保证车辆和乘员的安全。
现在的电动汽车智能化水平不断提高，控制方式也在不断改进，电动汽车采用Can总线控制技术，可以将各个分系统通过通讯的方式连接，从而实现整车控制。电动车辆在起动过程中，当钥匙打到“ACC”档位时，车辆的音响、视频等娱乐系统启动；当钥匙打到“0N”档位时，车辆的主要低压系统(如CAN总线、BMS系统、组合仪表系统等)开始上电工作，为高压起动进行准备工作，此时车辆仍然不能行车；当钥匙打到“ST”档位时，车辆的高压系统开始工作，进行一系列的预充电和自检后(如绝缘检测、电池管理系统检测、电机控制系统检测)，方能将主接触器接通，这时车辆进入可行驶状态。
六、现代汽车电气系统面临的问题
汽车电子装置的应用，对节能、环保、提高运行安全性和汽车综合性能具有重要意义。然而，汽车电子控制装置的大量应用．也使得汽车电气系统面临着一系列新的问题。
电子控制装置的增加．使得汽车电气系统的耗电量大幅度提高，在现行的12V电压标准下．将使导线大大加粗。据统计，汽车的单车平均耗电需求已由2O世纪7O年代的650W发展到目前的950W．预测2005年将上升至3．5kW．而到21世纪中叶将达到5k。如果采用现行的12V电压标准．整车电流将高达5kW／12V17A。在一般情况下(约35℃左右)大约需要150mm2截面的铜导线才能安全运行．而实际上车内温度远高于35℃，所以导线还要更粗。由于电气系统总电流很大，将会使电源总开关、电压调节器等器件的体积和重量都很大，而且在工
作中当接触电阻增大后，会在触点处产生大量的热量，加速触点的氧化，使接触电阻上升，这样形成恶性循环，很快使触点烧蚀，整车的可靠性大大下降。电子控制装置的增加使得自动控制所必需的微型电机和电磁线圈的数量不断增加，如果仍采用现行12v的电压标准，那么，要使电器件具有足够的功率，其体积和重量也必然较大。这样不但增加了汽车的重量．而且也为电器件的布置带来了困难。电子控制装置的不断增加．使汽车电气系统越来越复杂，电路的复杂化降低了车辆的可靠性，增加了维修难度。
七、442V汽车电气系统的挑战与发展
主要面临的挑战有：①必须增加蓄电池的储能容量．需要再量储存制动。且体积要小；②厂商必须研制与42V电气元器件相符的半导体；③继电器在结合、断开．开关在开、闭时，42V电源系统产生强烈电火花，需要灭弧；④供应商与购买者能否认可并接受新电压标准和电气设备；⑤必须降低电气与电子设备分布式、集中式的布置结构成本，避免电磁干扰增加．电磁兼容性必须符合标准要求的限值．完善各种补救措施等：⑥增加车载的电气负荷对发动机功率的输出提出更加高的要求主要发展方向：①汽车的电气系统复杂化．但设计人性化；②电气系统采取智能化和网络化进行管理：③双电压的电气系统和功率分配、管理系统得到研制与投入使用；④汽车工业和电子工业得到同步发展．设备标准化．共用协议与标准：⑤出台车载电气42V电压值技术的有关标准且车载电气系统的电压值在将来也可能得到进一步的提高。
结束语
电气系统的研究应该从用户体验作为最根本的出发点，在满足用户的一些要求的基础上，在进行性能和相关功能上的优化，这样的汽车电气系统才能获得肯定。
参考文献：
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