汽车的电气系统设计说明书

新骞车电气系统设计

摘要

电器与电子设备是方程式赛车的重要组成部分，其性能的好坏会直接影响到赛车的经济性、可靠性与安全性。

方程式赛车电气系统的设计主要针对各部分分别设计，由各部分的局部原理图绘制出整车电路原理图，在此基础上根据整车电路的实际连接情况绘制电器接线图，然后进行整车电气系统线束的布置设计。根据线束的布置和车架的结构尺寸，确定线束的长度。根据实际的接线图的连接情况，确定每一段的粗细与长度。

设计中绘图主要以autoCAD绘图为主，主要完成了对点火系统、起动系统、仪表系统以及充电部分的设计，并完成了整车电路原理图、电路接线图、整车线束布置图。线束设计和绘制方面，将可靠性的要求结合传统的绘图方法，减少由设计不合理产生的可靠性缺陷，从根本上提高整车电气系统的可靠性。在线束布置图的绘制方法上，总结绘图的经验，结合绘图软件的优势，使绘图更为高效、准确和合理。

此次方程式赛车电气系统设计严格按照大学生方程式赛车大赛规则进行，设计出的各个系统都能满足比赛要求。

关键词：电气系统，线束，可靠性，设计

FORMULA RACING ELECTRICAL

SYSTEM DESIGN

ABSTRACT

Electrical and electronic equipment is an important part of formula car, its performance will directly affect the economy , reliability, and safety of the formula car.

Formula car electrical system design is for each major parts design.drawing a vehicle of the circuit principle diagram In the basis Each part of the local principle.According to the actual situation of the whole circuit connection drawing electric wiring diagrams, Then the vehicle electrical wiring system layout design. According to the layout and wiring frame structure size determine the length of the wire. According to the actual connection on circuit wiring diagram, determine each section of the size and length.

Mainly drawing in autoCAD in the design having finished the design of the ignition system，starting system, instrument and the design of charging system. Meanwhile finished the electric schematic diagram, circuit wiring diagram, wiring harness arrangement diagram of the whole car in the aspect of wiring harness and drawing, Combining reliability with traditional drawing method to reduce the shortage of reliability caused by unreasonable design , improve the reliability of the electrical system , in the method of drawing circuit wiring diagram, summarizing drawing

The design of electrical system of formula car in strict accordance with the rule of Students formula racing series，and every system can satisfy the demands of the racing。

KEY WORD：electrical system ,automobile wiring harness, reliability, design

目录

第一章绪论 (4)

§1.1大学生方程式赛车简介 (4)

§1.2方程式赛车电气系统的特点 (4)

§1.2.1 一般汽车电气系统主要特点 (5)

§1.2.2方程式赛车与一般汽车电气系统的区别 (5)

§1. 3 方程式赛车电气设备线路 (6)

§1.3.1方程式赛车线路与线束 (6)

§1.3.2方程式赛车电路图 (8)

§1.4 方程式赛车电气系统设计的内容 (10)

第二章方程式赛车电气系统总体设计 (12)

§2.1电气系统总体设计方案 (12)

§2.2 方程式赛车电气系统各部分的设计 (13)

§2.2.1 充电部分的设计 (13)

§2.2.2 起动部分的设计 (17)

§2.2.3 点火部分的设计 (21)

§2.2.4 仪表及其它 (29)

§2.3方程式赛车电器总成电路图 (31)

第三章方程式赛车线束的设计 (34)

§3.1方程式赛车线束的设计方法 (34)

§3.2 方程式赛车线束总成设计 (37)

§3.2.1 线束的布置 (37)

§3.2.2 线束总成设计 (38)

第四章结论 (41)

参考文献 (42)

致谢 (43)

第一章绪论

§1.1大学生方程式赛车简介

Formula SAE，是由各国SAE，即汽车工程师协会举办的面向在读或毕业7个月以内的本科生或研究生举办的一项学生方程式赛车比赛，湖南大学是最早参与到该项赛事的中国高校，他们在2007年就制作了一台赛车去参加在美国本土的比赛。现今已经有湖南大学、上海交通大学、同济大学、厦门理工学院、华南理工大学等高校参与其中。

中国大学生方程式汽车大赛（以下简称"FSAE"）是中国汽车工程学会及其合作会员单位，在学习和总结美、日、德等国家相关经验的基础上，结合中国国情，精心打造的一项全新赛事。

目前，中国汽车工业已处于大国地位，但还不是强国。从制造业大国迈向产业强国已成为中国汽车人的首要目标，而人才的培养是实现产业强国目标的基础保障之一。大学生方程式赛车活动将以院校为单位组织学生参与，赛事组织的目的主要有：

一是重点培养学生的设计、制造能力、成本控制能力和团队沟通协作能力，使学生能够尽快适应企业需求，为企业挑选优秀适用人才提供平台；

二是通过活动创造学术竞争氛围，为院校间提供交流平台，进而推动学科建设的提升；

大赛在提高和检验汽车行业院校学生的综合素质，为汽车工业健康、快速和可持续发展积蓄人才,增进产、学、研三方的交流与互动合作等方面具有十分广泛的意义。

§1.2方程式赛车电气系统的特点

大学生方程式赛车电气系统与一般汽车的电气系统有一定的差别。但总体也是由车载电源和各种用电设备组成，由于其特殊的工作环境，方程式赛车电气系统有其自身的特点。

§1.2.1 一般汽车电气系统主要特点

1.低压

汽车电系有6V、12V和24V三种额定电压，现代汽车普遍采用12V电系，一些重型汽车采用24V电系，有的重型汽车只是其柴油发动机启动系采用24V 电源，其他的用电设备仍为12V电系，通过电源转换开关来改变电源的电压。采用低压的主要优点是安全;蓄电池的单格数可较少，可使蓄电池的结构尺寸减少，重量减轻；此外，灯具的灯丝较粗，有利于延长灯具的使用寿命。

2.直流

汽车电系采用直流电是因为需要用蓄电池作为发动机电力起动的电源，蓄电池电能消耗后也必须用直流电充电，因此，汽车上电气系统一般都是直流电

3.单线制

汽车上两个电极及所有的用电设备都是并联的，用电设备只用一根导线与电源正极相连，利用发电机、车身及车架等金属体作为公共回路，与电原的负极相连，单线制具有线路清晰、用线少、安装检修方便等优点。在一些小轿车上，部分采用双线制这些用电设备的负极是用导线连接到一个公共接地点或连接到一根公共地线上。

4.负极搭铁

蓄电池、发电机及各用电设备的一极直接与其安装位置的发动机、车身及车架等机体相连，此称为“搭铁”。蓄电池的负极与机体连接的称为负极搭铁，按ZBT 35001—1987《汽车电器设备技术条件》的规定，国产汽车电气系统一定为负极搭铁。现代汽车电系均采用负极搭铁。

§1.2.2方程式赛车与一般汽车电气系统的区别

根据大赛规则，对方程式赛车电气系统的安全性要求较高，并且检修方便，赛车必须装有两个主开关，控制任意一个主开关都可以使发动机熄火。在每一个主开关的附近都必须有国际电子标识：有红色闪电的白边蓝底的三角形标识。任何交流发电机的励磁导线都必须可以用主开关断开，以防止任何回流进入励磁线圈电路。

第一主开关必须满足下列要求：主开关必须在车手的右边，靠近主环位置，置于肩的高度并且可以从车外部轻易操作。可以使所有电路断路，包括

电池，交流发电机，车灯，燃油泵，点火器和电路控制器。所有电池电流必须经过这个开关。必须采用旋钮开关，并可直接起作用，而不能通过一个继电器控制电路。

驾驶舱操控主开关必须满足下列要求：安放在车手处于紧急状况下或慌乱下易于操控的位置。安放位置必须在车手系紧安全带时仍然可轻易碰到。靠近方向盘，不可被方向盘或车其它部分挡住，建议想换挡机构一样放在方向盘的一侧。必须为按/拉式紧急开关。此开关可以通过继电器起效。并且开关必须如下安装：在on位置时，按下开关可以切断所有燃油泵和点火器的电源。在off位置时，拉开开关可以开动点火器和燃油泵。扭转开关和按键扭转开关也可使用。

车上必须装有一个制动踏板超程开关。在万一制动踏板超程引起制动系统失效时，这个开关必须能够被启动并停止发动机。该开关必须能够彻底断绝点火，同时切断传给任何电动燃油泵的电力，重复启用此开关不能恢复给这些部件的动力。并且它必须被设计成不能被车手重置。开关只有被相似的部件代替才可，而不是通过依靠逻辑程序控制器、发动机控制单元，或有相似功能的数字控制器来替代。

§1. 3 方程式赛车电气设备线路

方程式赛车线路的基本特点与一般汽车的线路特点一样，都属于单线制，并联并且负极搭铁。

§1.3.1方程式赛车线路与线束

方程式赛车电气设备线路主要包括导线和线路插接器，由同路的导线包扎起来组成的线束。

1.线路

1）导线

导线是组成方程式赛车电器线路的基础元件，方程式赛车导线均采用多股铜线。

（1）导线截面积

导线的截面积根据所接用电设备的电流值确定，为保证导线由足够的机

械强度规定截面积最小不能小于0.5,各种低压导线标称截面积所允许载流值如表1-1所示。

表1-1 低压导线标称截面积允许载流值

导线标称截面积/m㎡ 1.1 1.5 2.5 3.0 4.0 6.0 10 13 导线允许载流值/A 11 14 20 22 25 35 50 60 导线标称截面积是根据规定换算方法得到的截面积值，它既不是线芯的几何截面积也不是各股铜线几何面积之和。

赛车车主要线路导线的标称截面积推荐值如表1-2所示。

表1-2 赛车主要线路导线的标称截面积推荐值标称截面积/ mm2适用的电路

0.5 仪表灯、指示灯、燃油表、冷却液温度表、油压表、电钟等

0.8 制动灯、点火线圈初级绕组等电路

1.0 前照灯、电喇叭（3A以下）等电路

1.5 前照灯、电喇叭（3A以上）等电路

1.5-4.0 其他5A以上电路

4.0-6.0 柴油车电热塞电路

6.0-25 电源电路

16-95 起动电路

（2）导线的颜色

为方便布线和检修，汽车各条线路的导线均采用不同的颜色，各国对汽车导线的颜色有不同的规定。比如我国要求截面积4.0mm2以上的导线采用单色，其他导线则采用双色（在主色基础上加附加色条）。导线的接线端和电路图上一般都标有导线颜色代码，国际标准组织（ISO）规定采用各颜色的英文字母为导线代码，导线颜色的英文代码如表1-3

表1-2 赛车线路中的颜色代码

颜色黑白红绿黄棕蓝灰紫橙英文代号 B W R G Y Br Bl Gr V O

2）线路插接器

插接器由插头和插座两部分组成，用于电器设备与线路的连接和线路之

间的连接。与老式的单线连接方式相比，插接器连接方式具有接线方便迅速、线束结构简捷紧凑、避免接线错误等优点，已经被方程式赛车和汽车普遍采用。

方程式赛车上不同位置所用的插接器的端子数目、几何尺寸和形状各不

相同。为保证连接可靠，插接器设有锁止装置，大多数插接器具有良好的密

封性，以防止油污、水和灰尘等进入而使端子锈蚀。

2.线束

线束是由同路的导线包扎起来组成的。可使线路不凌乱，便于安装，而

且起到了保护导线的作用。有些赛车采用了线间连接的插接器，使线束设计

的自由度增加，其线束的数量也较多。使用这些针对性较强，相对较小的线束，给整车线路的安装、检修和更换带来了方便。

§1.3.2方程式赛车电路图

方程式赛车电路图用于表示赛车电气线路的结构与电路原理，是根据整

车电气设计要求，将整车的电源、用电设备等组成系统，按照各自电路的连

接关系；通过开关、导线、熔丝、继电器等配电装置连接起来构成的完整电

路用电路图的形式表达出来。是电气系统设计、制造、装配和维修的依据。

目前被广泛应用的表达方法有: 线路图、原理图、线束图等。

1.电路原理图

电路原理图用于表达电气系统的电路工作原理，是利用简明的图形符号

按电路原理将每一个系统连接起来,再将每个系统排列起来。

电路原理图的优点在于对线路图作了高度的简化, 图面清晰, 简单明了, 通俗易懂, 电路和连接控制关系清楚, 因此对迅速分析与排除电气故障十分

有利。更值得一提的优点是利用电路原理图中的图形符号重新输入计算机里, 还可开发和研制新的汽车电路图。

为了便于绘图和读图，将原理图分为整车电路原理图和局部原理图。整

车电路图的优点在于对全车电路有完整的概念，它既是一幅完整的全车电路图，又是一幅互相联系的局部电路图。重点难点突出、繁简适当。

局部电路原理图，为了弄清汽车电器的内部结构，各个部件之间相互连

接的关系，弄懂某个局部电路的工作原理，常从整车电路图中抽出某个需要

研究的局部电路，参照其他翔实的资料，必要时根据实地测绘、检查和试验

记录，将重点部位进行放大、绘制并加以说明。这种电路图的用电器少、幅面小，看起来简单明了，易读易绘；其缺点是只能了解电路的局部。

2.电路线路图

电器线路图用于表示电气线路的实际连接关系和线路的分布情况，线路图是传统的汽车电路表达方法,它是将汽车电器在汽车上的实际位置用线从电源到开关至搭铁连接起来所构成的。

线路图的主要优点是: 图中电器的外形、安装位置都与实际情况一致,因此可以循线跟踪地查找。导线中间的分支、接点容易找到, 便于制作线束,因此仍有不少汽车制造厂家沿用, 汽车电器维修中的老技工也惯用线路图。

线路图的缺点是线路密集, 纵横交错, 绘图必须将电器元件的外形、连接点都绘在图上，难度大，读图、查图、分析故障等均不方便。读线路图需要一定的基础知识和实践经验。随着电子系统的发展，以目前的状况，一张图纸已经很难标出所有的元器件。所以线路图的应用也遇到了一些困难。

1）线路分布图

线路分布图可表示整车电器的大致位置和线路的连接情况，从线路分布图中可了解整车电气系统各大电器的大致布置情况和线路的实际走向，但线路密集，且纵横交错，线路寻查和电路原理分析较为复杂。

2）接线图

接线图表示了各电器与电源之间的实际连接关系，但各电器的位置和线路的布置都做了简化。接线图经常被当作电路原理图使用，但分析电路原理不如原理图简单明了。接线图的优点是对故障查询的帮助比原理图作用大得多，比线路图要简明的多

3.电路线束图

电路线束图用于表示电路线束和电器的具体布置。根据所表示的侧重点不同，电路线束图大致可分为线束结构图、线束定位图和布线图三种。

线束结构图用以表示整车电路线束的组成、各条线束的结构和连接部件；线束定位图用于表搭一条或几条电路线束的走向、连接点及线束固定等信息；线束布置图用于表示某个电器系统的线束及所连接电器部件的分布情况。

线束定位图和布置图直观、清晰的反映了汽车电路线束的分布和线束所连接器件的具体位置。一些电路线束图还给出了各插接器端子的排列情况，给查找电器和线路故障提供了方便。

§1.4 方程式赛车电气系统设计的内容

此次方程式赛车电器系统的设计主要是根据大赛规则，对整车电器系统进行设计，赛车电气系统的要求比一般汽车要严格，主要表现在安全性，可靠性。此次方程式赛车的电器系统设计主要针对点火系统，起动系统，电源系统和仪表系统的设计。大赛的规则对电器系统作了严格的要求。下面是大赛规则对电气系统的要求。

1.主开关

1）赛车必须装有两个主开关，控制任意一个主开关都可以使发动机停转。

2）在每一个主开关的附近都必须有国际电子标识：有红色闪电的白边蓝底的三角形标识。

备注:任何交流发电机的励磁导线都必须可以用主开关断开，以防止任何回流进入励磁线圈电路。

2.第一主开关

1）第一主开关必须满足下列要求：

主开关必须在车手的右边，靠近主环位置，置于肩的高度并且可以从车外部轻易操作。

可以使所有电路断路，包括电池，交流发电机，车灯，燃油泵，点火器和电路控制器。

所有电池电流必须经过这个开关。

用旋钮开关，并可直接起作用，而不能通过一个继电器控制电路。

3.驾驶舱操控主开关

驾驶舱操控主开关必须满足下列要求：

安放在车手处于紧急状况下或慌乱下易于操控的位置。

安放位置必须在车手系上安全带时仍然可轻易碰到。放在方向盘边上，不可被方向盘或车其它部分挡住。建议像换档机构一样放在方向盘的一侧。

必须为按/拉式紧急开关。开关必须如下安装：

在on位置时，按下开关可以切断所有燃油泵和点火器的电源。在off 位置时，拉开开关可以开动点火器和燃油泵。扭转开关和按键扭转开关也可使用。可以通过继电器起效。