李鴻征 王良斌

(焦作大學(xué)機電工程學(xué)院，河南 焦作 454003)

汽車電路的特殊電氣回路探析

李鴻征 王良斌

(焦作大學(xué)機電工程學(xué)院，河南 焦作 454003)

概述汽車電控系統(tǒng)的電氣回路。結(jié)合具體車型的控制電路，分析產(chǎn)生寄生回路的原因。解析伴生回路的電氣原理并對其進行了梳理和歸納。

電控系統(tǒng);電氣回路;寄生回路;伴生回路;誘發(fā)

1 引言

為確保各用電元件互不影響而各司其職，汽車電路中各用電元件的主回路通常采用并聯(lián)回路，即每一條主回路中只能有1個用電元件。就像任何事物都有特殊情況一樣，汽車電路除了主流的并聯(lián)回路外，還有特殊的串聯(lián)回路。汽車電路的電氣回路按其功能可分為主回路和控制回路兩大類。用電元件和控制元件所在的電氣回路分別稱為主回路和控制回路。針對同一個用電元件控制，其主回路和控制回路合二為一的單控制回路的控制模式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代汽車電控系統(tǒng)的要求，更為復(fù)雜的具有邏輯控制功能的多控制回路的控制模式便應(yīng)運而生，即主回路中的用電元件常常受控于多個控制元件，多個控制元件又形成多個控制回路。多個控制回路環(huán)環(huán)相扣，形成一個較為復(fù)雜的電氣網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。多個控制回路控制同一個用電元件，可以融合足夠多的輸入變量，實現(xiàn)功能多樣的邏輯組合多變量控制，使用電元件的工作范圍擴大了，功能更完備了，控制過程更精細了，從而在汽車運行全工況范圍內(nèi)實現(xiàn)了更為精細的控制。當(dāng)然，這也會由此而誘發(fā)出很多更為復(fù)雜的故障。

汽車電控系統(tǒng)正常運行時，信號電流在各自的工作回路中嚴格按照電路設(shè)計要求協(xié)調(diào)地工作。但是，在實際運行中，若某用電元件的工作回路(包括主回路和控制回路)發(fā)生故障時，例如搭鐵連接松動或斷開、熔斷器熔斷等，則此工作回路的一部分與其他用電元件的工作回路的一部分就會有條件地形成一條非正常的電氣回路。一旦條件具備，相關(guān)信號(電流)就會自此工作回路串入彼工作回路，從而形成2個或2個以上用電元件相串接的串聯(lián)回路，此類串聯(lián)回路稱為寄生回路。

同時我們還注意到，有的時候，一個用電元件與另一個用電元件相串接形成串聯(lián)回路而工作，后者伴隨前者完成其電氣功能;另一些時候，2個或2個以上用電元件相串接形成串聯(lián)回路而互為伴隨完成各自的電氣功能。因此把此類串聯(lián)回路稱之為伴生回路。顯然，寄生回路屬故障回路，伴生回路為正常工作回路。

2.典型寄生回路實例

2.1 搭鐵不良而誘發(fā)的寄生回路

圖1為桑塔納2000GLS型轎車前照燈控制電路。左、右前照燈均為雙絲燈，燈泡內(nèi)裝有遠近光燈絲且共用一個搭鐵線。如果前照燈搭鐵線連接不良或斷開，前照燈工作時就會形成寄生回路。圖1中:1—點火開關(guān)，2—燈光總開關(guān)，3—變光開關(guān)，4—超車燈開關(guān)，5—左前照燈，6—右前照燈，7—遠光指示燈，S9、S10—近光燈熔斷器，S22、S29—遠光燈熔斷器

圖1 桑塔納2000GLS型轎車前照燈控制電路

假設(shè)左前照燈5的搭鐵不良(搭鐵不實或斷開)，變光開關(guān)3此時置于遠光位置，其寄生回路為:電源“+”→點火開關(guān)→燈光總開關(guān)→變光開關(guān)的遠光觸點→S22→左前照燈遠光燈絲→左前照燈近光燈絲→S10→S9→右前照燈近光燈絲→搭鐵→電源“–”。

顯然，該寄生回路中串入2個近光燈絲和1個遠光燈絲(左遠光燈絲)共3個用電元件。左前照燈遠光燈絲因電流小而不能正常被點亮，而左右2個近光燈絲不該亮而微亮，嚴重影響使用。我們?nèi)粘？吹狡囆旭傊形矡裟涿畹匚⒘粒褪且驗樾旭傊袑嵤┠碂艨刂撇僮?例如:制動)時，因搭鐵不良而產(chǎn)生寄生回路，不僅使被控制燈(制動燈)不能被正常點亮，并且串入寄生回路中的非控制燈絲微亮可見。在維修中，當(dāng)閉合某燈開關(guān)時，被控制燈不能正常點亮，而其他非控制燈莫名其妙地微亮可見，通常屬于此類寄生回路故障。

2.2 熔斷器熔斷誘發(fā)的寄生回路

圖2為大宇王子乘用車部分燈光控制電路。正常情況下，任意一個(或幾個)車門沒有關(guān)到位或被打開時，對應(yīng)的車門控制開關(guān)閉合，對應(yīng)的車門燈被點亮，以示警示。與此同時，繼電器集中控制單元6的24#端子被對應(yīng)導(dǎo)通的二極管箝位于0V，12#端子的電位同時也為0V(12#和24#端子電位同步同值變化由繼電器集中控制單元電路控制)，用于駕駛室內(nèi)照明的駕駛室頂燈7因此被點亮;車門全關(guān)閉到位(車門控制開關(guān)全斷開)后，24#端子零電位消失，12#端子電位由0V漸升至12V，實現(xiàn)駕駛室頂燈7的延時(10S)熄滅功能(完成駕駛室內(nèi)延時照明功能)，同時24#端子電位也升至12V。

車門燈(包括駕駛室頂燈)控制系統(tǒng)和車燈控制系統(tǒng)之間，會因熔斷器F1的熔斷并且車燈開關(guān)置于Ⅰ或Ⅱ檔而誘發(fā)寄生回路。F1熔斷后，車燈開關(guān)和車門燈均失去電源的同時，又為寄生回路提供了電氣通道。

F1熔斷且各車門全關(guān)閉到位，而車燈開關(guān)置于Ⅰ檔時的寄生回路為:

圖2 中，1—車燈開關(guān)，2、3、4、5—各車門燈，6—繼電器集中控制單元，7—駕駛室頂燈，8、9、10、11—各車門控制開關(guān)，12—大燈繼電器，13—小燈繼電器

因小燈繼電器13所需的吸合電流較小，寄生回路的電流足以使其吸合?？梢姡词乖?F1熔斷后，只要是各車門關(guān)到位、門控制開關(guān)斷開的條件下，小燈受車燈開關(guān)的控制而“正?！北稽c亮和熄滅。但是，在上述情形中，只要有任意一個(或幾個)車門沒有關(guān)到位或被打開，該車門的控制開關(guān)閉合，則24#端子的電位被相對應(yīng)的二極管箝位于0V，以上寄生回路便不復(fù)存在，小燈會因某車門的打開或沒有關(guān)到位而熄滅。產(chǎn)生這種故障的根源在于車燈開關(guān)和車門燈這2條支路采用同一個熔斷器保護，可以將車燈開關(guān)支路另設(shè)熔斷器保護，再取自于30電源線即可減少此故障的發(fā)生。

圖2 大宇王子乘用車部分燈光控制電路

3.典型伴生回路實例

伴生回路按其工作特性可分為互為伴生回路和為他伴生回路。

3.1 互為伴生回路

圖3為紅旗CA7220轎車充電系統(tǒng)電路。其中充電指示燈和交流發(fā)電機的勵磁繞組相串聯(lián)，完成蓄電池的充電指示和交流發(fā)電機的預(yù)勵磁。充電指示燈和勵磁繞組互為伴生，回路中的電流既是充電指示燈的工作電流又是勵磁繞組的預(yù)勵磁電流，兩者同時完成各自的電氣功能。該互為伴生回路為:

蓄電池“+”→SW→充電指示燈→D+→交流發(fā)電機勵磁繞組→F→功率三極管T的 c、e極→搭鐵 E→蓄電池“－”。

圖3 紅旗CA7220轎車充電系統(tǒng)

3.2 為他伴生回路

圖4為起動機的控制電路，其中電磁開關(guān)的吸引線圈與起動機的勵磁繞組和電樞繞組共3個用電元件相串聯(lián)，完成吸引線圈的電氣功能。起動機的勵磁繞組和電樞繞組為吸引線圈完成電氣功能提供了電氣通道，而其本身并沒有電氣功能的訴求，僅為“他人做嫁衣”。該為他伴生回路為:蓄電池“+”→起動繼電器常開觸點→電磁開關(guān)的吸引線圈→起動機勵磁繞組→起動機電樞繞組→搭鐵→蓄電池“－”。圖4中:1－起動繼電器，2－起動機電磁開關(guān)，3－起動機，4－蓄電池

圖4 起動機控制電路

圖5 奧迪1002.2E冷啟動噴油器控制電路

圖5為奧迪1002.2E冷啟動噴油器控制電路。該冷啟動噴油器不僅可以冷起動加濃，還具有冷車加速輔助加濃功能。低溫起動時，因發(fā)動機溫度低，熱時控開關(guān)5的雙金屬片觸點閉合，冷啟動噴油器6完成冷起動加濃功能的電氣回路為:電蓄電池“+”→電磁開關(guān)2的主觸點A→電磁開關(guān)2的輔助觸點B→6→5的雙金屬片觸點→搭鐵→蓄電池“－”。圖5中，1－蓄電池，2－起動機，3－熱敏氣動壓力開關(guān)，4－節(jié)氣門開關(guān)加速觸點，5－熱時控開關(guān)，6－冷啟動噴油器，7－點火開關(guān)ST觸點，8－起動繼電器

節(jié)氣門開關(guān)加速觸點4在節(jié)氣門打開到一定開度時而閉合。熱敏氣動壓力開關(guān)3瞬間閉合的條件是:氣溫小于10℃且加速時進氣管真空度突變。當(dāng)氣溫小于10℃且冷車起步后馬上加速時，冷噴油器瞬間噴油加濃(冷噴油器冷車加速輔助加濃)的電氣回路為:蓄電池“+”→4→ 3→6→5的雙金屬片觸點→搭鐵→蓄電池“－”。

但是在實際運用中，因冷起動時間過長(例如多次起動)導(dǎo)致熱時控開關(guān)雙金屬片電熱絲累積加熱時間過長或發(fā)動機溫度相對較高(通常在－20℃下，熱時控開關(guān)雙金屬片觸點最長閉合時間為7.5S，隨著發(fā)動機溫度上升，閉合時間將逐漸減小;當(dāng)發(fā)動機溫度達35℃時，雙金屬片觸點就不再閉合而處于常開狀態(tài))時，熱時控開關(guān)雙金屬片觸點在冷起動過程中就已經(jīng)斷開，起步加速時而仍處于斷開狀態(tài)。在此工況下，冷噴油器就靠伴生回路實現(xiàn)冷車加速輔助加濃功能。其伴生回路為:

上述3條支路并聯(lián)后與冷起動噴油器線圈相串聯(lián)，為完成冷起動噴油器的電氣功能提供了良好的電氣通道，從而實現(xiàn)冷車加速輔助加濃功能。3條并聯(lián)支路上的各用電元件僅提供電氣通道，并無電氣功能訴求。

4.結(jié)束語

就寄生回路而言，電流似水流，主渠不通，旁流就必然發(fā)生;搭鐵不良和熔斷器熔斷是產(chǎn)生寄生回路的主要原因。進一步的理解和概括為:此電位丟失，彼電流“乘虛而入”。隨著汽車電控系統(tǒng)功能的增加，其復(fù)雜程度也在增大。在實際運用中，有些寄生回路可能是設(shè)計者也始料未及的，其產(chǎn)生的后果更是無法預(yù)知的。例如，前述的大宇車，若夜間行駛，車門偶開(司乘人員懷疑車門未關(guān)好而重新關(guān)門的現(xiàn)象很常見)，燈光突然全無，其后果是可想而知了。由此，汽車制造廠商建立產(chǎn)品使用反饋系統(tǒng)，密切關(guān)注產(chǎn)品的運行情況，使產(chǎn)品處于動態(tài)的修改完善之中，是一項極為重要的工作。

伴生回路的工作時間總是短暫的。起動機電磁開關(guān)吸引線圈瞬間工作，交流發(fā)電機預(yù)勵磁和充電指示燈的電氣功能也是在很短的時間內(nèi)完成。

為他伴生回路中擔(dān)負電氣功能的用電元件通常為小功率元件，提供電氣通道的用電元件必須為較大功率元件，兩者功率差別愈大效果愈好。

［1］吳基安，吳洋.新編國產(chǎn)汽車電路圖冊［M］.北京:金盾出版社，2002.

［2］王遂雙.汽車電子控制系統(tǒng)的原理與檢修［M］.北京:北京理工大學(xué)出版社，2000.

［3］劉兆賢.大宇王子乘用車燈光特殊故障的排除與分析［J］.汽車維護與修理，2002，(8):23－24.

［4］楊連福.汽車電器與電子設(shè)備［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2011.

［5］曲金玉，中國機械工業(yè)教育協(xié)會.汽車電器與電子設(shè)備［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2001.

(責(zé)任編輯 陳永康)

U463.23+4.7

B

1008－7257(2012)03－0084－03

2012－04－16

李鴻征(1963－)，男，河南博愛人，焦作大學(xué)機電工程學(xué)院副教授，工程碩士，教研室主任，主要從事應(yīng)用電子技術(shù)和自動控制的教學(xué)與研究;王良斌(1959－)，男，河南修武人，焦作大學(xué)機電工程學(xué)院高級工程師，主要從事汽車電器與電子控制技術(shù)的教學(xué)與研究。