第二节　汽车电路中的常见电气元件

一 蓄电池

蓄电池（图1-20）是一种可逆的低压直流电源，它既能将化学能转变为电能，又能将电能转变为化学能。用于汽车上的蓄电池必须能满足发动机启动时的供电需求，即在短时间（5～10s）内供给起动机强大的电流。蓄电池在汽车上与发电机并联供电。

图1-20　发动机舱内的蓄电池

1 蓄电池的作用

①启动发动机时，蓄电池给起动机提供强大的启动电流，同时给点火系统、仪表系统等用电设备供电。

②发电机电压较低或不发电时，如发动机低速运转或停转时，蓄电池向用电设备供电。

③发动机正常运转，发电机的端电压高于蓄电池的电动势时，对蓄电池进行充电，将发电机剩余电能转换为化学能储存起来。

④发电机过载时，蓄电池能协助发电机向用电设备供电。

⑤蓄电池还相当于一只大容量电容器，不仅能保持汽车电器电压稳定，而且能吸收电路中出现的瞬时过电压，保护电子元器件。

2 蓄电池的结构

典型蓄电池的结构如图1-21所示，铅酸密封蓄电池由极板、隔离板和电解液、电池槽及连接条（或铅零件）、接线端子和排气阀等组成。

图1-21　典型蓄电池的结构

12V的汽车蓄电池（实际电压在14V左右）由6个单元格组合而成。每个单元格由若干片正极板与若干片负极板（负极板比正极板多一片）间隔重叠而成，中间用超细玻璃纤维隔离板隔离。数片正极板用铅合金焊接在一起组成正极群，同样数片负极板用铅合金焊接在一起组成负极群，正、负极群装于电池槽内组成单体蓄电池。

二 电阻

电阻是利用金属或非金属材料制成具有一定阻值的电路元件。几乎在所有的电路中都离不开电阻。其功能可归纳为降低电压、分配电压、限制电流及向各种电子电路元器件提供必要的工作条件（如电压、电流）等。

1 电阻的种类

常见的电阻种类很多，按其结构形式可分为固定电阻、可变电阻；按制造材料可分为碳膜电阻、金属膜电阻、金属氧化膜电阻、贴片电阻等；按功能分为负载电阻、采样电阻、分流电阻、保护电阻等。

可变电阻可分为机械可变电阻（电位器）和其他类型的受外界温度压力等条件影响的电阻，如热敏电阻、光敏电阻等。

2 电阻的单位标注

在汽车电路图中，电阻值在兆欧以上的，标注为M；电阻值在1～1000kΩ之间，标注为K；电阻值在1000Ω以下，标注为Ω。

3 电位器

电位器在电控汽车上具有非常重要的作用，它的主要用途是作为位置传感器，如发动机电控系统的节气门位置传感器（图1-22）、加速踏板位置传感器及底盘控制系统的车身高度传感器等。这些传感器可以精确计量某些位置的微小变化，将位置信号转换成电压信号输出。

图1-22　节气门位置传感器

4 敏感电阻

敏感电阻的阻值对于某种物理量（如温度、光照、电压、压力以及气体浓度等）具有敏感特性，当这些物理量发生变化时，敏感电阻的阻值就会发生改变。

热敏电阻在车上是应用最广泛的一种可变电阻，其阻值随温度变化而变化。阻值随温度升高而减小的可变电阻为负温度系数（NTC）热敏电阻。无固有加热特性的NTC电阻在测量温度时作为温度传感器使用，如发动机水温传感器（图1-23）。

图1-23　发动机水温传感器

光敏电阻的阻值随入射光的强弱变化而改变，当入射光增强时，光敏电阻的阻值减小，入射光减弱时阻值增大。

三 电容器

1 电容器的分类与作用

电容器是一个能够存储电荷或电能的元件。最简单的电容器由两块金属板和金属板之间的一个绝缘体组成。

各式各样的电容器如图1-24所示。根据实际应用情况电容分为非极化电容器和极化电容器。非极化电容器的两个接头相同，即可以互相调换。非极化电容器可用直流和交流电压驱动。极化电容器有一个正极接头和一个负极接头，这两个接头不能互换。极化电容器不能用交流电压驱动。

图1-24　电容器的类型

电容器是各种电路的主要元器件之一，它们在电路中分别起着不同的作用。电容器的功能有调谐、耦合、滤波、去耦、通交流隔直流（旁路交流电、隔断直流电）等。

在直流电路中，只有在电容器充电过程中，才有电流流过，充电过程结束后，电容器是不能通过直流电的，在电路中起着“隔直流”的作用。电容器充电时，蓄电池电压迫使电流流过充电电路（图1-25）。

图1-25　电容器充电电路

在电子电路中，电容器既用来通过交流而阻隔直流，也用来存储和释放电荷以充当滤波器，平滑输出脉动信号。小容量的电容器通常在高频电路中使用，如收音机、发射机和振荡器中。大容量的电容器往往是作滤波和存储电荷用。

电容器的滤波原理如图1-26所示，电容器能很好地抑制电路噪声是因为绝大部分的噪声干扰是交流电产生的，而这些影响收音机或放大器的交流电通过电容器接地了。

图1-26　电容器的滤波原理

2 电容器的容量

电容器的容量取决于导电板的面积、导电板的距离和两板之间绝缘材料（电介质）的性质。电容器的存储能力称为电容。电容的单位是法拉（F）。但实际上电容器的容量往往比1F小得多，常用微法（μF）、皮法（pF）等表示，它们的关系是1F=1000000μF，1μF=1000000pF。

四 电感元件

电感元件是指线圈和各种变压器，它既是汽车电路的重要元件，也是电子电路的重要元件，它和电阻、电容器、晶体管等进行组合，从而构成各种功能的电子电路。

线圈按照电磁学原理和电磁感应原理工作。基本的线圈是指缠绕在一个固体上的导线，但不一定要有这个固体。固体主要用于固定较细的导线。

如图1-27所示，将电导体缠绕成一个线圈时，就会在线圈内部形成磁力线。磁力线离开的地方为北极，进入的地方为南极。

图1-27　通电线圈产生的磁场

带有铁芯的线圈称为电磁铁。在线圈中放入一个铁芯可使磁场强度增大1000倍。在汽车的应用中，这个原理用于点火线圈、继电器、电磁阀（图1-28）和电机等各种元器件。

图1-28　线圈应用于自动变速箱电磁阀

在车辆电气系统上，线圈还用于感应式传感器，如曲轴和凸轮轴传感器。线圈也可以用于输送能量（变压器）或进行过滤（分频器），在继电器内利用线圈的磁力切换触点开关。

五 晶体二极管

1 二极管的结构和作用

二极管是由P型和N型半导体结合成的半导体元件。二极管的结构和符号如图1-29所示。由于二极管允许电流只在一个方向流动，制造二极管时，在它的一末端附近印有一条线，用于指示阴极（-）。

图1-29　二极管的结构和符号

电路中二极管只允许电流流向一个方向，而阻止电流流向另一方向。二极管可用来制作逻辑电路。这种电路只有在某些条件满足一定顺序时才能起作用。例如点火开关钥匙警告蜂鸣器的电路，只有在点火开关在关闭（OFF）位置而车门打开的情况下才能被接通。

二极管通常由特殊加工的硅制成，在正确的极性施加足够的电压之前，它相当于一个绝缘体。当电压施加在正确的方向（极性）上时，二极管变为导体，电流流过该电路。若向错误的方向施加电压或电流，二极管仍保持为绝缘体，电流将被阻断。

2 二极管的类型和应用

按照二极管所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si管）；按照二极管功能的不同，可分为普通整流二极管、齐纳二极管、LED发光二极管、光敏二极管。

（1）普通整流二极管　只允许电流向一个方向流（从P侧到N侧）。如果反向施加电压，则电流不能流通。基于这一特性，可将普通整流二极管用于交流发电机的整流器。如图1-30所示，汽车交流发电机上的整流器就是使用普通整流二极管组成的桥式整流电路，将交流发电机产生的交流电转换成可供汽车电器使用的直流电。

图1-30　普通整流二极管的应用

（2）稳压二极管　又称齐纳二极管，正向导通和普通整流二极管情况一样。当外加的反向电压大到一定数值时，其反向电流就会突然增大，此现象称为反向击穿，而反向导通的电压为齐纳电压。只要对反向电流进行限制，这种击穿就是非破坏性的。稳压二极管被击穿后，尽管通过管子的电流能在很大的范围内变化，但稳压二极管两端的电压变化很小或几乎不变。稳压二极管就是利用这种特性来实现稳压的。

使用稳压二极管可以稳定直流电压。图1-31所示为稳压二极管及简单稳压电路，它能够在输入电压于12~15V之间摆动时，使输出稳定在5.1V。

（3）发光二极管　简称LED，如图1-32所示。它可以把电能转化成光能。发光二极管与普通整流二极管一样由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压，注入一定的电流后，电子与空穴不断流过PN结或与之类似的结构面，当电子与空穴复合时能辐射出可见光。

图1-31　稳压二极管及简单稳压电路

图1-32　发光二极管及其应用

1—发出的光线；2—PN结；3—塑料壳；4—电气接头

LED必须始终与一个串联电阻连接在一起，以便限制经过发光二极管的电流。发光二极管常用于汽车仪表、指示灯及各种灯具。

LED相对于普通灯泡的优势在于灯泡功耗低，发热小，寿命长；不会突然发生故障，而是光强度随着时间减弱；响应时间更快；抵抗机械振动的能力较强。因此LED已广泛应用在汽车灯光系统上，如前大灯、日间行车灯、尾灯、前后指示灯、倒车灯、高位刹车灯等。

（4）光敏二极管　是将光信号变成电信号的半导体器件。光敏二极管也是PN结二极管，这个PN结二极管由半导体和透镜组成。为了便于接受入射光照，PN结面积尽量做得大一些，电极面积尽量小些，而且PN结的结深很浅，一般小于1μm。

如图1-33所示，如果在有光线照射的光敏二极管上加反向电压，则反向电流就会通过。电流强度的变化和照在光敏二极管上的光线的多少成比例。

如图1-34所示，光敏二极管在汽车上主要用作光线传感器，如自动空调系统的阳光传感器，自动刮水装置的雨量传感器。

图1-33　光敏二极管的结构与作用

图1-34　光线传感器

阳光传感器又称日照传感器，它安装在仪表板上部左端，光敏二极管把光强度变化转换为电流变化。它检测通过挡风玻璃的光照量，把它变成电流信号，然后把这个信号发送给自动空调ECU，由自动空调ECU补偿车内因阳光照射引起的温度变化。

雨量传感器的工作原理如图1-35所示。这种传感器也称反射型光传感器，它是将发光二极管和受光器件（光敏二极管）配置在一个方向，通过物体将发光二极管的光反射，用受光器件进行检测。

图1-35　雨量传感器工作原理

雨量传感器通过发光二极管发出一束光线。如果挡风挡玻璃是干的，全部光线被玻璃表面反射回来；如果挡风玻璃是湿的，光线就向不同的方向折射，这样，很少的光线被挡风玻璃反射回来。

光线折射依赖于雨水的强度，当雨量传感器向自动间歇式雨刮系统的继电器发送雨水信号时，雨刮器开始工作。

六 晶体三极管

晶体三极管是由三个半导体层组成的电子元件，且每个半导体层都各有一个电气接头。如图1-36所示，根据半导体层的分布方式分为PNP型晶体管和NPN型晶体管。这三个半导体层及其接头分别称为发射极（E）、基极（B）和集电极（C）。电荷载体从发射极移动到基极（发射出去）并由集电极吸收。因此，三极管有两个PN结：一个位于发射极与基极之间；另一个位于集电极与基极之间。

图1-36　晶体三极管的两种类型

三极管是有三根导线的半导体。将一个微小的电流或电压（0.6V）施加在一根导线上，就可以控制流经其他两根导线较大的电流。这就意味着三极管可以当作放大器和开关来使用。

如图1-37所示，在一个NPN型三极管中，当电流IB从B极流到E极时，电流IC从C极流到E极。在PNP型三极管中，电流IB从E极流到B极时电流IC从E极流到C极。电流IB称为基极电流，电流IC称为集电极电流。只有在IB流通时，IC才会流通。

图1-37　三极管的工作原理

在汽车的电气系统中，用电器通过机械和电子开关打开和关闭。因为晶体管响应速度更快，没有噪声而且不会造成机械磨损，越来越多的机械开关已由晶体管所取代。如图1-38所示，三极管用于控制喷油及输出车速信号。

图1-38　三极管在汽车电路中的应用

七 电路保护装置

每个电路均配备有一个或多个电路保护装置，以防止损坏导线和电气部件。这些装置可能是熔丝（保险丝）、熔断丝、断路器，或是上述装置的综合应用。汽车上的有些控制单元通过在过载或电压超过规格时关闭电路供电来保护自己。

丰田汽车电路保护装置如表1-1所示。

表1-1　丰田汽车电路保护装置

1 熔丝

熔丝俗称保险丝。汽车上常见的熔丝有叶片式和管式两种类型。叶片式熔丝在汽车上最为常见，有特定的额定电流和色标。熔丝上标有额定电压和额定电流的永久性标记。熔丝外壳体上的两个小孔可以使维修人员很方便地检查电压降、工作电压或导通性。

熔丝是插接式装置，当超过规定值的电流流过单个电器的电路时，熔丝就会熔断，以保护电器电路。在将电路故障修复后必须更换熔丝。

①检查熔丝时，必须确认熔丝的金属丝没有熔断。

②如果熔丝的金属丝已熔断，则确认电路中没有短路。

③更换熔丝时，必须使用额定电流相同的熔丝。

2 熔断丝

熔断丝的安装位置接近电源。熔断丝通常在不宜采用熔丝或电路断路器的情况下保护较大范围的车辆电路。如图1-39所示，若发生过载，熔断丝较细的导线将熔断，从而在发生损坏前断开电路。

图1-39　熔断丝的结构

1—细导线；2—接合片；3—电路导体；4—电流过大时该部分将熔断

3 断路器

断路器可以是一个单独插接的总成，或是安装在开关内或电刷支架上。当超过规定的电流时，断路器中的一组触点将瞬时断开电路。

与熔丝不同的是，断路器每次断开后不必进行更换。断路器有循环式与非循环式两种。

（1）循环式断路器　配备一个由两种不同金属构成的双金属片，受热后每种金属的膨胀率不同。当超过一定量的电流流过双金属片时，因为热量的积累，高膨胀率的金属将产生弯曲，使触点断开。因断开电路，没有电流流过，该金属将冷却并收缩，直到触点将电路再次接通。

（2）非循环式断路器　用一段高阻导线绕在双金属臂上，在触点打开时电路仍可通过这段导线维持一个高电阻通路。它所产生的热量使双金属片在电路撤去电压前不致冷却下来将触点接通。撤去电压后双金属片才可冷却下来使电路复原。

八 继电器

继电器是利用较小的电流来控制较大电流的远程控制开关。汽车电气系统中所使用的继电器体积较小，触点控制的电流也较小，属于小型继电器。它们通常安装在熔丝/继电器盒中，如图1-40所示。

图1-40　熔丝/继电器盒中的继电器

1 继电器的结构与工作原理

汽车上广泛使用机械式继电器，这种机械式继电器一般由铁芯、线圈、电枢、触点簧片等组成。继电器的内部结构如图1-41所示。

图1-41　继电器的内部结构

机械式继电器通常依据电磁铁的工作原理工作。如图1-42所示，若一个由电源、开关及灯泡组成的电路设备，要求用强电流直接接线，则开关及接线都要有承受此强电流的能力，可使用一开关利用弱电流去接通和断开继电器，然后由后者通过的大电流去接通或断开灯泡。当开关闭合时，电流经过触点1及2使线圈励磁，线圈的磁力吸引触点3和4之间的动触点，结果触点3、4接通并使电流流向灯泡。当开关断开时，线圈断电，线圈的磁力也随之消失，动触点就会在弹簧的反作用力下返回原来的位置，使动触点与静触点分开。

图1-42　继电器的工作原理

2 继电器的类型

如图1-43所示，继电器按断开及接通方式可分为如下三种。

（1）常开型　工作时通过控制电流使负荷电路闭合的继电器称为常开继电器。如图1-43（a）、（b）所示，这种类型的继电器不工作时是断开的，只有在其线圈受激时才闭合。

（2）常闭型　工作时通过控制电流使负荷电路断开的继电器称为常闭继电器。如图1-43（c）所示，这种类型的继电器不工作时是闭合的，只有在其线圈受激时才断开。

（3）切换型　将常开型和常闭型两种继电器结合在一起的继电器，即工作时使一侧工作触点断开，另一侧工作触点闭合。如图1-43（d）所示，这种类型的继电器两组触点之间的切换，由线圈受激状态决定。

图1-43　继电器的类型

3 继电器在汽车上的应用

汽车上许多电器需要用电气开关进行控制。由于汽车电气系统电压较低，具有一定功率的电器工作电流较大，一般在几十安以上，这样大的电流如果直接用开关或按键进行通断控制，开关或按键的触点将因为无法承受大电流的通过而烧毁。因此，在汽车的电气系统中，有很多地方应用了继电器，如供电继电器、燃油泵继电器、冷却风扇控制继电器、启动继电器、喇叭继电器、闪光继电器、雨刮继电器等。

汽车发动机燃油泵的控制电路示意图如图1-44所示。

图1-44　燃油泵的控制电路示意图

九 开关装置

开关装置用来控制汽车电路的通断，决定各用电器是否工作。因此，电路中主要的开关往往汇集了很多线路，如点火开关、转向盘下方的组合开关及电动车窗开关等。对开关的要求是坚固耐用、安全可靠、操作方便、性能稳定。图1-45所示为汽车上的三大重要开关。下面对点火开关和组合开关进行详细讲解。

图1-45　汽车开关装置

1 点火开关

点火开关是汽车电路中最重要的开关，是各条电路分支的控制中心，是多挡多接线柱开关。其主要功能是在Lock挡位锁住转向盘转轴，在ON或IG挡位接通点火电源、仪表指示等，还有启动（ST或Start）挡、附件挡（ACC主要是收放机专用）。其中操作启动挡时必须用手克服弹簧力，扳住钥匙，一松手就弹回点火挡，不能自行定位，而其他挡均可自行定位。下面以大众捷达和吉利汽车的点火开关为例，讲述点火开关电路及工作原理。

捷达汽车常用的点火开关D有三挡位式与四挡位式，图1-46所示为捷达三挡位点火开关电路。三挡位式点火开关具有0、Ⅰ、Ⅱ（或LOCK、ON、START）挡位。0挡时钥匙可自由插入或拔出，顺时针旋转40°为Ⅰ挡，继续再旋转40°为Ⅱ挡，外力消除后能自动复位到Ⅰ挡。

图1-46　捷达三挡位点火开关电路

捷达轿车点火开关挡位示意图如图1-47所示。

图1-47　捷达轿车点火开关挡位示意图

点火开关位于0位置：点火开关处于关闭状态，汽车转向盘被锁死，具有防盗功能。此时电源总线30与P端子接通，操作停车灯开关，可使停车灯点亮，与点火开关钥匙是否拔下无关。如将点火开关钥匙插入，将使30与SU端子接通，蜂鸣器可工作。

点火开关位于Ⅰ位置：启动后，松开点火开关钥匙，点火开关将自动逆时针旋转回到位置Ⅰ，这是工作挡。这时P端子无电，而15、X、SU三端子通电。15端子通电，点火系统继续工作；X端子通电使前照灯、雾灯等工作，以满足夜间行驶的需要。

点火开关位于Ⅱ位置：电源总线30与50、15、SU端子接通，使起动机运转；30与15端子接通使点火系统分电器等进入工作状态。因P端子断电，停车灯不能工作；因X端子断电，前照灯、雾灯等不能工作。

目前汽车大量采用四挡位式点火开关，它具有0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ（或LOCK、ACC、ON、START）四挡位，在三挡位的基础上增加了一个ACC电气附件工作挡，其他不变。图1-48所示为吉利汽车四挡位点火开关挡位示意图，点火开关的1、5端子为供电输入，3端子为ACC输出，6端子为点火挡输出，2端子为大电流用电器输出，4端子为启动控制。启动时断开端子2输出，但不断开点火挡输出端子6。

图1-48　吉利汽车四挡位点火开关挡位示意图

2 组合开关

汽车组合开关将灯光开关（照明、变光）、信号开关（转向、危险警告、超车）、刮水器／清洗器开关等组合为一体，安装在便于驾驶员操作的转向柱上。组合开关一般是分体式的，分灯光操作手柄和雨刮操作手柄。如图1-49所示，组合开关卡接在转向柱上，左手边为灯光开关，右手边为雨刮开关。组合开关的挡位及控制电路将在第二章详细介绍。

图1-49　汽车组合开关

十 导线与线束

汽车用导线有高压导线和低压导线两种，两者均采用铜质多芯软线。汽车电路图中纵横交错的线路就是具有各种功能的导线，导线标注了颜色、线径，有的还标注了导线编码（线号），以便区分和查找。

在汽车上，为了安装方便和保护导线，将走向相同的许多导线用棉纱编织物或聚氯乙烯塑料带包扎成束，称为线束。线束由多种规格的导线、连接器护套、端子、导管、胶带、保险片等零件通过分叉、铆接、缠扎、装配而成。通过线束的连接，整车各电气电子设备才能正常工作。

根据线束安装位置的不同，汽车线束包括前舱线束、发动机线束、仪表板线束、空调线束、车身底板线束、车门线束和顶棚线束等。奇瑞瑞虎5汽车1.5T车型右前门线束及插件位置如图1-50所示。

图1-50　奇瑞瑞虎5汽车1.5T车型右前门线束及插件位置