Электрооборудование и электронные системы транспортных средств

А. Н. Карташевич

А. А. Рудашко

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ 
И ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ 
ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Допущено Министерством образования Республики Беларусь 

в качестве учебного пособия для учащихся учреждений 

образования, реализующих образовательные программы 
среднего специального образования по специальностям 
«Автосервис», «Техническая эксплуатация автомобилей», 

«Организация технического сервиса транспортных средств»

2-е издание, стереотипное

Минск
РИПО
2022

УДК 656(075.32)
ББК 39.1я723

К21

А в т о р ы:

заведующий кафедрой тракторов, автомобилей и машин  

для природообустройства УО «Белорусская государственная орденов  

Октябрьской Революции и Трудового Красного Знамени сельскохозяйственная 

академия» доктор технических наук, профессор А. Н. Карташевич;

доцент этой же кафедры кандидат технических наук, доцент А. А. Рудашко

Р е ц е н з е н т ы:

цикловая комиссия специальностей «Техническая эксплуатация автомобилей», 

«Автосервис» УО «Поставский государственный колледж» (Д. В. Михас¸нок);

доцент кафедры «Техническая эксплуатация автомобилей» 

МОУВО «Белорусско-Российский университет»  

кандидат технических наук, доцент Н. А. Коваленко

Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или любой ее 

части не может быть осуществлено без разрешения издательства.

Выпуск издания осуществлен при финансовой поддержке Министерства образо
вания Республики Беларусь.

К21

Карташевич, А. Н.

Электрооборудование и электронные системы транспортных средств : 

учеб. пособие / А. Н. Карташевич, А. А. Рудашко. – 2-е изд., стер. – Минск : 
РИПО, 2022. – 314 с. : ил.

ISBN 978-985-895-046-0.

В учебном пособии изложены основы электротехники, электроники 
В учебном пособии изложены основы электротехники, электроники 

и цифровой техники. Представлены условные обозначения элементов 
и цифровой техники. Представлены условные обозначения элементов 
электросхем, особенности их представления в технической документации 
электросхем, особенности их представления в технической документации 
транспортных средств, основы построения бортовых цепей. Рассмотретранспортных средств, основы построения бортовых цепей. Рассмотрены системы электроснабжения, пуска, зажигания и системы управления 
ны системы электроснабжения, пуска, зажигания и системы управления 
бензиновыми и дизельными двигателями. Описаны системы освещения 
бензиновыми и дизельными двигателями. Описаны системы освещения 
и сигнализации, информационно-диагностические системы, системы 
и сигнализации, информационно-диагностические системы, системы 
управления агрегатами, системы комфорта и безопасности транспортных 
управления агрегатами, системы комфорта и безопасности транспортных 
средств.
средств.

Предназначено для учащихся учреждений образования, реализующих 
Предназначено для учащихся учреждений образования, реализующих 

образовательные программы среднего специального образования по спеобразовательные программы среднего специального образования по специальностям «Автосервис», «Техническая эксплуатация автомобилей» и 
циальностям «Автосервис», «Техническая эксплуатация автомобилей» и 
«Организация технического сервиса транспортных средств».
«Организация технического сервиса транспортных средств».

УДК 656(075.32)

ББК 39.1я723

ISBN 978-985-895-046-0      
 © Карташевич А. Н., Рудашко А. А., 2021

 
 
 
              © Оформление. Республиканский институт

 
 
 
 
       профессионального образования, 2021

ВВЕДЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Электрические и электронные системы применяют практи
чески во всех узлах и механизмах транспортных средств, значительно повышая их эксплуатационные свойства. Использование 
электроники в управлении двигателями внутреннего сгорания 
позволяет снизить расход топлива и токсичность отработавших 
газов. Электронные системы управления трансмиссией, рулевым 
управлением, тормозной системой, подвеской и другими агрегатами улучшает безопасность движения и комфортность транспортных средств.

Изучение учебной дисциплины «Электрооборудование и элек
тронные системы транспортных средств» направлено на формирование знаний о физических процессах, происходящих в электротехнических и электронных устройствах; о назначении отдельных 
электронных компонентов и принципе построения электрических 
схем; назначении, устройстве и работе приборов, аппаратов и систем электрооборудования; принципах функционирования электронных систем управления агрегатами транспортных средств; на 
приобретение умений диагностирования электронных систем.

Первое электрооборудование появилось в 1886 г. на автомо
биле К. Бенца, в котором использовалась электрическая система зажигания с батареей, индукционной катушкой и запальной 
свечой. В 1889 г. Ж. Бутон изобрел контакты прерывателя для 
системы с катушкой зажигания. В 1895 г. Э. Морс применил 
систему зарядки аккумуляторов от динамо-машины. В 1902 г. 
Р. Бош внедрил магнето высокого напряжения. Трехщеточный 
генератор, разработанный Г. Лейтнером и Р. Лукасом, появился в 1905 г. В этом же году М. Рис изобрел электрический гудок. В 1912 г. Ч. Каттеринг для автомобиля «Кадиллак» создал стартер, батарейную систему зажигания, систему освещения. В 1921 г. в автомобиле появился первый радиоприемник. 
В 1939 г. на автомобилях появились плавкие предохранители и 
цветные провода.

Введение

1950–1960-е годы ознаменовались широким распростране
нием электрического оборудования на автомобилях: двухнитевых ламп в фарах, мигающих указателей поворота, электровентиляторов, подогрева сидений, электропривода стеклоочистителей, стеклоподъемников, зеркал и т. д. Управление этими 
устройствами потребовало применения в электрических схемах 
значительного количества электромагнитных реле и полупроводниковых приборов, что означало приход в автомобилестроение 
электроники.

В 1960-е годы стали широко применять полупроводнико
вые диоды в выпрямителях генераторов переменного тока. Изобретение в 1948 г. полупроводникового транзистора дало новый 
толчок развитию электронных приборов в автомобилях. Сначала 
транзисторы начали использовать в регуляторах напряжения и 
коммутаторах систем зажигания, а затем и в других устройствах 
(например, в радиоприемниках). В 1958 г. появились первые интегральные схемы, которые уже с 1967 г. используют в генераторных установках, системах зажигания, электронных системах 
впрыска, системах управления трансмиссией, тормозами и т. д. 
Тогда же появился первый электронный спидометр.

Изобретение микроЭВМ в 1972 г. открыло новую эру в раз
витии автомобильной электроники. Если раньше все электронное оборудование было аналоговым, то с 1976 г. на автомобилях начали применять цифровые системы для управления углом 
опережения зажигания. Большой толчок развитию цифровых 
электронных систем дало введение в 1970-е годы ограничений 
на состав отработавших газов и расход топлива. В результате в 
1970–1980-е годы резко увеличилось применение цифровых систем управления двигателями внутреннего сгорания – сначала 
бензиновыми, а затем и дизельными. В 1981 г. на автомобиле 
BMW появился бортовой компьютер.

В 1980-е годы большое внимание начали уделять безопасно
сти водителя и пассажиров – появились подушки безопасности 
и антиблокировочные системы тормозов. Дальнейшее развитие 
электроники предопределило внедрение в бортовую сеть транспортных средств навигационного оборудования, климат-контроля, круиз-контроля, ассистентов парковки и торможения, цифровых мультимедийных систем и многого другого электронного 
оборудования.

Введение

Весь комплекс взаимосвязанных электрических и электрон
ных устройств и систем образует бортовую сеть транспортного 
средства. В общем случае бортовая сеть состоит из источников 
электрической энергии, потребителей и электрических цепей 
управления потребителями электрической энергии.

К источникам электроэнергии относят аккумуляторную ба
тарею и генераторную установку, которые вместе с цепями управления потребителями объединяются в систему электроснабжения. В свою очередь цепи управления потребителями включают проводку, защитную и коммутационную аппаратуру и могут 
быть прямого, релейного и цифрового управления.

Бортовое оборудование, относящееся к потребителям элек
трической энергии, можно условно подразделить на навесное, 
функциональное и комфортное. 

Навесное оборудование относится к двигателю внутреннего 

сгорания и включает в себя систему электростартерного пуска, 
систему зажигания (для бензиновых двигателей без единой системы управления), системы управления бензиновыми и дизельными двигателями.

Функциональное оборудование выполняет заданные функ
ции управления трансмиссией, подвеской, рулевым управлением, 
тормозами и другими агрегатами. Сюда можно отнести системы 
освещения и сигнализации, а также информационно-диагностические системы.

Комфортное оборудование включает в себя системы конди
ционирования и отопления, охранные, противоугонные и мультимедийные системы, электропривод стеклоподъемников, зеркал, сидений и т. д. Важное значение имеют системы пассивной 
безопасности, предназначенные для противоаварийной защиты 
водителя и пассажиров.

1. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ
1. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

1.1. Электрическое поле
1.1. Электрическое поле

Все вещества состоят из молекул. Молекула – это наименьшая 

частица вещества, сохраняющая его химические свойства. Молекулы состоят из атомов. Например, молекула воды состоит из двух 
атомов водорода и одного атома кислорода. Соответственно молекулу воды можно разложить на атомы водорода и кислорода. 
Вещества, которые нельзя разложить на более простые составные 
части, называют химическими элементами. Каждому химическому элементу соответствует атом, имеющий определенный атомный номер в таблице Менделеева. Например, водород в таблице 
Менделеева расположен под номером 1, кислород – под номером 8. 
Атомный номер, атомная масса и свойства химического элемента 
зависят от структуры атома этого элемента.

Атомы состоят из ядра и электронов, движущихся по своим 

орбитам вокруг ядра (рис. 1.1). Электроны имеют отрицательный 
электрический заряд. В состав ядра входят положительно 
заряженые протоны и не имеющие электрического заряда 
нейтроны. Электрон и протон имеют одинаковый по величине 
и противоположный по знаку электрический заряд. Атомный 
номер химического элемента определяется числом протонов в 
ядре, атомная масса – общим числом протонов и нейтронов. 
Масса электронов значительно меньше массы ядра, поэтому 
электроны почти не вносят вклада в атомную массу элемента.

а 

Электрон

          б 
          в 

Рис. 1.1. Строение атома: а – водорода; б – кислорода; в – алюминия

1.1. Электрическое поле

Электроны движутся вокруг ядра по замкнутым орбитам, 

которые называют оболочками. Оболочки заполняются постепенно по мере увеличения атомного номера элемента. Сначала заполняется ближайшая к ядру оболочка, в которой не 
может быть более двух электронов. Во второй оболочке может 
разместиться максимум 8 электронов, в третьей – 18. Внешнюю оболочку называют валентной, количество электронов, 
которое она содержит, – валентностью. Таких электронов не 
бывает больше восьми. Валентные электроны слабо связаны 
с ядром и при внешних воздействиях могут отрываться от 
атомов или переходить от одного атома к другому. Оторвавшиеся от атома электроны называют свободными. Атомы и 
молекулы, имеющие либо избыток, либо недостаток электронов, называют ионами, а процесс присоединения или отрыва 
электронов – ионизацией. 

Ионизация играет большую роль в протекании электри
ческого тока. Атомы и молекулы, присоединившие к себе 
лишние электроны, заряжены отрицательно и называются 
отрицательными ионами, а потерявшие электроны – положительными, заряженными положительно.

Материалы, которые содержат большое количество свобод
ных электронов, называют проводниками, поскольку они хорошо 
проводят электрический ток. Во внешнем слое атомы металлов 
имеют от одного до трех валентных электронов и легко их теряют, поэтому металлы являются хорошими проводниками. Носителями зарядов в твердых металлах являются только электроны. Кроме металлов, проводниками могут быть электролиты, 
ионизированные газы и другие вещества.

В тех материалах, в которых валентные электроны одних ато
мов присоединяются к другим, заполняя валентные оболочки, 
свободные электроны отсутствуют. Такие материалы, препятствующие прохождению электрического тока, называют диэлектриками. К ним относят различные пластмассы, слюду, стекло, 
резину и пр. Воздух также является плохим проводником электричества.

Любой электрический заряд создает вокруг себя электриче
ское поле, с помощью которого он взаимодействует с другими 
зарядами. Электрическое поле принято изображать силовыми 
линиями – линиями напряженности электрического поля. Поля 

1. Основы электротехники

положительного и отрицательного зарядов отличаются направлением линий напряженности (рис. 1.2, а, б).

а

 
         

 б 

          

в

 

Рис. 1.2. Линии напряженности электрического поля: 
а – положительного заряда; б – отрицательного заряда;  

в – системы из положительного и отрицательного зарядов

Взаимодействие заряженных тел зависит от знака электри
ческих зарядов. Одноименно заряженные тела отталкиваются 
друг от друга, противоположно заряженные притягиваются друг 
к другу (рис. 1.2, в).

Сила, с которой взаимодействуют заряды, направлена вдоль 

прямой, соединяющей эти заряды (рис. 1.3).

Q1
Q2
F
F

Рис. 1.3. Схема взаимодействия электрических зарядов

В соответствии с законом Кулона сила взаимодействия двух 

точечных зарядов прямо пропорциональна произведению этих 
зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между 
ними:

1
2
2
0
,
4

Q Q
F
r
=
πε

где Q1, Q2 – величины зарядов, Кл; ε0 – электрическая постоянная (8,85 ∙ 10–12 Ф/м); r – расстояние между зарядами, м.

Основные единицы измерения электрических и магнитных 

величин в Международной системе единиц (СИ) приведены в 
таблице 1.1.

1.1. Электрическое поле

Таблица 1.1

Основные единицы измерения  

электрических и магнитных величин

Величина
Единица измерения

Наименование
Обозначение
Наименование
Обозначение

Электрический заряд
Q
кулон
Кл

Сила электрического тока
I
ампер
А

Электрическое напряжение
U
вольт
В

Электрическое сопротивление
R
ом
Ом

Электрическая емкость
C
фарад
Ф

Мощность электрической цепи
P
ватт
Вт

Электрическая энергия, работа
A
джоуль
Дж

Магнитная индукция
B
тесла
Тл

Магнитный поток
Ф
вебер
Вб

Индуктивность
L
генри
Гн

Поскольку силы, действующие на один и тот же заряд в раз
личных точках электрического поля, отличаются по величине и 
направлению, то вводится специальная силовая характеристика, 
называемая напряженностью электрического поля. Напряженность поля измеряется силой, действующей на единицу заряда, 
вынесенного в заданную точку поля.

Напряженность электрического поля E (В/м) заряда Q1 в точ
ке размещения заряда Q2 определяют по формуле

1
2
2
0
.
4

Q
F
E
Q
r
=
=
πε

Таким образом, напряженность поля электрического заряда 

зависит от величины заряда и расстояния от источника поля 
до точки измерения напряженности поля. Если зарядов, создающих электрическое поле, несколько, напряженность поля в 
любой точке равна сумме напряженностей отдельно от каждого 
заряда.

Ранее приведенные зависимости справедливы при размеще
нии зарядов в вакууме. Если разместить заряды в какой-либо 

1. Основы электротехники

среде, то напряженность электрического поля в этой среде Ec 
будет отличаться от напряженности поля в вакууме:

c
,
E
E
= ε

где ε – относительная диэлектрическая проницаемость среды, 
которая показывает, во сколько раз сила взаимодействия электрических зарядов в этой среде меньше, чем в вакууме. Величина ε всегда больше единицы.

Если взять две одинаковые металлические пластины, рас
положить их параллельно друг другу, зарядить одну пластину положительным зарядом +Q, а другую – отрицательным –Q, то 
между ними возникнет электрическое поле. Линии напряженности электрического поля окажутся расположенными параллельно, если расстояние r между пластинами значительно меньше 
размера пластин (рис. 1.4). Искривлением линий напряженности 
по краям пластины в таком случае можно пренебречь.

Рис. 1.4. Линии напряженности электрического поля в конденсаторе

Такие пластины образуют простейший конденсатор, который 

позволяет накапливать электрический заряд. Максимально возможная величина накопленного заряда зависит от электрической 
емкости конденсатора. Для конденсатора, размещенного в вакууме, емкость C (Ф) составит

0
,
S
C
r
ε
=

где S – площадь каждой из пластин, м2.

Для увеличения емкости конденсатора пространство между 

пластинами заполняют диэлектриком. Тогда емкость конденсатора возрастает на величину диэлектрической проницаемости заполняющего пространство материала:

0
.
S
C
r
εε
=