Электроника и электрооборудование автомобилей

 
 
 
 
 
В. И. Кочергин, Е. А. Ижбулдин 
 
 
 
 
 
 
ЭЛЕКТРОНИКА И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ 
АВТОМОБИЛЕЙ 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024 
 
 
 

УДК  629.33 
ББК   39.3 
К75 
 
 
 
Рецензенты: 
д-р техн. наук, доцент, зав. кафедрой «Подъемно-транспортные, путевые, строительные  
и дорожные машины» ФГБОУ ВО «Сибирский государственный университет  
путей сообщения» (СГУПС) Ильиных Андрей Степанович; 
д-р техн. наук, доцент, директор Инженерного института ФГБОУ ВО «Новосибирский  
государственный аграрный университет» (НГАУ) Гуськов Юрий Александрович 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Кочергин, В. И. 
К75  
Электроника и электрооборудование автомобилей : учебное пособие / 
В. И. Кочергин, Е. А. Ижбулдин. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 
2024. – 116 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1967-3 
 
Раскрыты вопросы устройства и эксплуатации электрооборудования подвижного 
состава автомобильного транспорта. Представлены сведения об устройстве и принципах работы, перспективах их дальнейшего развития, методах технического обслуживания и диагностики основных электронных и электромеханических систем современных автомобилей.  
Для студентов высшего и среднего профессионального образования, обучающихся по направлениям подготовки укрупненной группы специальностей 23.00.00 «Техника и технологии наземного транспорта». 
 
УДК 629.33 
ББК 39.3 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-1967-3 
” Кочергин В. И., Ижбулдин Е. А., 2024 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
 

ǩȉȌȋȌȔȏȌ 
 
Современный автомобиль невозможно представить без многочисленных 
электронных и электрических систем, необходимых для обеспечения надежной, 
эффективной и безопасной эксплуатации подвижного состава. Повышение требований к техническому состоянию, дорожной и экологической безопасности 
транспортных средств, а также развитие средств навигации и контроля приводят к повышению мощности и увеличению количества источников и потребителей электрической энергии транспортных и транспортно-технологических машин. Это неизбежно вызывает возрастание сложности и стоимости электронных и электрических устройств транспортных средств.  
Эксплуатационная надежность современного автомобиля во многом определяется техническим состоянием элементов электрооборудования. От его работоспособности зависят безопасность движения, расход топлива, уровень затрат на поддержание работоспособности автомобиля и степень загрязнения 
окружающей среды. При этом на элементы электрооборудования у автомоби- 
лей приходится в среднем до 30  отказов и неисправностей [1]. Качество и 
надежность любого технического устройства, в том числе, электрооборудования, закладывается на этапе проектирования автомобиля и должно обеспечиваться в процессах производства и эксплуатации. Современные, более сложные по схемным решениям и конструкции электрические и электронные системы и агрегаты управления, контроля, освещения и сигнализации, в значительной мере определяют показатели долговечности и безотказности и требуют 
наличия соответствующих знаний, умений и навыков у специалистов по эксплуатации и сервисному обслуживанию автомобильного транспорта. Ежегодное расширение состава и номенклатуры парка автомобилей также требует высокой грамотности обслуживающего персонала, высоких профессиональных 
знаний и навыков, умения принимать наиболее верные инженерные и управленческие решения. 
В предлагаемом учебном пособии содержатся основные сведения об 
устройстве и принципах работы, перспективах их дальнейшего развития, методах технического обслуживания и диагностики основных электронных и электромеханических систем современных автомобилей. Приведены примеры основных технических решений, используемых в конструкции автомобильных аккумуляторных батарей, генераторных установок, систем электростартерного пуска, систем зажигания двигателей внутреннего сгорания, датчиков бортовых электронных устройств, систем управления подачей топлива и агрегатами трансмиссии, систем обеспечения активной и пассивной безопасности, а также приборов и агрегатов дополнительного оборудования автомобилей, систем освещения и сигнализации. В учебном пособии также содержатся сведения о перспективных конструкциях подвижного состава автомобильного транспорта, таких, как транспортные средства с гибридными силовыми установками и электромобили. 
3 
 

1. ǵǸǴǵǩǴȂǬǸǵǸǹǧǩDzȆȅȀǯǬȄDzǬDZǹǷǯǾǬǸDZǯǼǽǬǶǬǰ 
ȄDzǬDZǹǷǵǵǨǵǷǺǫǵǩǧǴǯȆǧǩǹǵdzǵǨǯDzǬǰ 
 
Основными элементами, входящими в состав электрооборудования автомобилей, следует считать электрические машины (двигатели и генераторы); коммутационные аппараты (контакторы, магнитные пускатели, реле); силовые провода и кабели, провода и коммутационное оборудование систем управления, 
датчики, а также контрольно-измерительные приборы, системы освещения и 
сигнализации. В общем случае электрическую цепь автомобиля можно представить как совокупность источников электрической энергии (активных элементов), потребителей электрической энергии (пассивных элементов), элементов управления и связующих элементов (провода, коммутационная аппаратура, 
распределительные и защитные устройства и др.) >2, 3, 4, 5@. 
Источниками энергии на транспортно-технологических машинах служат 
генераторы и аккумуляторные батареи. Номинальные значения напряжения бортовой сети для потребителей электроэнергии и источников энергии в виде аккумуляторов принимается из ряда 6 – 12 – 24 В, а для генераторов, соответственно, 7 – 14 – 28 В. В настоящее время с увеличением числа и суммарной 
мощности потребителей энергии существует тенденция увеличения напряжения бортовой сети более указанных выше и получивших наибольшее распространение значений. В этом случае уменьшаются величина силы тока и уровень энергопотерь, но напряжение питание бортовой сети нецелесообразно выбирать выше величины 36 Вольт. Большее напряжение питания сделать нельзя 
из соображений электробезопасности, поскольку величина напряжения 40 В 
уже считается опасной для человека с точки зрения физиологического поражения электрическим током. Стандартное напряжение в цепях аккумуляторных 
батарей электромобилей составляет 400 В и может достигать значительно больших значений (800 или даже 920 В). При этом в большинстве электромобилей 
бортовое напряжение питающей сети также составляет традиционные 12 В, обеспечиваемые дополнительным инвертором. 
 Основу пассивных элементов электрооборудования автомобилей, получающих питание от источников электрической энергии, и связанных между собой определенным образом для выполнения заданных функций, составляют резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и различные полупроводниковые приборы. Идеальных резисторов, конденсаторов или индуктивностей не 
существует. Реальным элементам электрической цепи в той или иной степени 
присущи свойства всех описанных выше пассивных элементов. Любой проводник или приемник электрической энергии обладает сопротивлением, емкостью и индуктивностью. К полупроводниковым приборам, широко используемым в электронных устройствах современных автомобилей, относятся различные виды диодных и транзисторных устройств. 
 
4 
 

Связующие элементы электрических цепей подвижного состава автомобильного транспорта представляют собой одиночные или соединенные в жгуты 
одножильные и многожильные изолированные провода. Как правило, преимущественно применяется однопроводная система соединения источников и потребителей электрического тока. В этом случае в качестве второго проводника 
служат металлические части корпуса («масса»). Однопроводный принцип передачи электрической энергии позволяет уменьшить количество проводов, упростить техническое обслуживание и стоимость электрооборудования. К недостаткам однопроводной схемы можно отнести повышенную вероятность возникновения короткого замыкания на «массу». Двухпроводная система также 
находит применение на автомобилях, но гораздо реже. К примеру, она может 
применяться для электропитания стояночных огней либо иных систем звуковой 
и световой сигнализации, если требуется обеспечение их работы вне зависимости от положения выключателя «массы», а также для питания некоторых видов 
оборудования, специализированного и специального подвижного состава.  
В качестве изоляционного покрытия автомобильных проводов могут использоваться термопластики (полиэтилен, полиамид, винилхлорид, фторполимеры, фторэтиленпропилены и эластомеры. Для цепей контроля и управления 
могут использоваться оптоволоконные кабели. Для защиты от повреждений 
соединительные провода в некоторых случаях оснащают бронированной изоляцией, а для снижения уровня радиопомех – экранирующей оплеткой. Жилы 
проводов выполняются обычно из медной проволоки различного сечения. Выбор меди в качестве преимущественного материала для изготовления автомобильных проводов объясняется высокой электропроводностью и эластичностью. 
Концы проводов присоединяются к контактным клеммам или штекерным разъемам. Практически все марки автотракторных проводов (ПВА, ПВАМ, ПГВА, 
ПГВАЭ и др.) выпускаются разноцветными для удобства подключения автомобильного электрооборудования и идентификации. 
Провода в электрических цепях современных автомобилей, как правило, 
собираться в так называемые жгуты проводов. Жгут – это конструкция, состоящая из двух и более скрепленных в пучок проводов и предназначенная для 
электрической связи между элементами электрооборудования автомобилей. Сечение провода в жгуте необходимо выбирать выбирается с учетом конструкции 
жгута, тепловой нагрузки и количества проводов в жгуте. Для обеспечения отсутствия натяжения и вибрации проводов жгуты в зависимости от условий эксплуатации автомобильной проводки закрепляются в автомобиле с помощью 
опор, скоб и других крепежных элементов.  
Количество штекерных разъемов в зависимости от размерного класса и 
модели автомобиля может составлять от 70 до 250 единиц, количество точек 
контакта может достигать 3000, количество проводов – до 1500. Общая длина 
проводки современного легкового автомобиля составляет в среднем от 700 до 
3200 м. Жгуты автомобильных проводов должны отвечать следующим основным требованиям: достаточное сечение входящих в их состав проводов; устой5 
 

чивость к воздействию высоких и низких температур; пожароустойчивость; механическая прочность; долговечность, устойчивость к растрескиванию изоляции; устойчивость к воздействию агрессивных технических жидкостей. 
Нормы допустимых нагрузок по току для одножильных проводов и жгутов проводов приведены соответственно в таблицах 1 и 2.  
 
Таблица 1 – Допустимая токовая нагрузка (А) для одножильных проводов 
Допустимая постоянная нагрузка по току 
при соответствующей температуре окружающей среды, А 
Номинальное 
сечение 
провода, мм2 
30 °С 
50 °С 
1,0 
19 
13,5 
1,5 
24 
17 
2,5 
32 
22,7 
4 
42 
29,8 
6 
54 
38,3 
10 
73 
51,8 
25 
129 
91,6 
35 
158 
112 
50 
198 
140 
70 
245 
174 
95 
292 
207 
120 
344 
244 
 
Таблица 2 – Допустимая токовая нагрузка (А) для жгутов проводов 
Температура окружающей среды, ƒС 
30 ƒС 
50 ƒС 
80 ƒС 
Число проводов в жгуте 
Номинальное 
сечение 
проводов 
в жгуте, мм2 
2–7 
8–19 
2–7 
8–19 
2–7 
8–19 
Допустимая постоянная нагрузка по току, А 
0,5 
9,5 
6,5 
7,5 
5,0 
5 
3,5 
0,75 
12 
8,5 
9,5 
6,5 
6,5 
4,5 
6 
 

Окончание таблицы 2 
Температура окружающей среды, ƒС 
30 ƒС 
50 ƒС 
80 ƒС 
Число проводов в жгуте 
Номинальное 
сечение 
проводов 
в жгуте, мм2 
2–7 
8–19 
2–7 
8–19 
2–7 
8–19 
Допустимая постоянная нагрузка по току, А 
1,0 
14,5 
10,5 
11,5 
8 
7,5 
5,5 
1,5 
19 
13 
15 
10,5 
10 
7 
2,5 
26 
18 
20,5 
14 
14 
9,5 
4 
34,5 
23,5 
28 
18,5 
18,5 
12,5 
6 
44 
31 
36 
25 
26 
19 
 
Наиболее перспективным конструктивным исполнением считаются плоские жгуты, в этом случае провода соединяются с основой тепловой сваркой. 
Допустимые токовые нагрузки для плоских жгутов автомобильных проводов 
приведены в таблице 3. 
 
Таблица 3 – Допустимая токовая нагрузка (А) для плоских жгутов 
Допустимая постоянная нагрузка по току 
при соответствующей температуре окружающей среды, А 
30 ƒС 
50 ƒС 
80 ƒС 
Номинальное 
сечение 
проводов 
в жгуте, мм2 
0,5 
9 
7,5 
5,5 
0,75 
11 
9,5 
7 
1,0 
13 
11 
8 
1,5 
17 
15 
10 
2,5 
23 
19 
13 
4 
31 
25 
17 
 
Требования к безопасности электрооборудования и электропроводки, в частности, содержатся в Техническом регламенте Таможенного союза «О безопасности колесных транспортных средств» [6]. В нем говорится, что все провода 
должны иметь надежную изоляцию, надежно защищены и прочно прикреплены 
таким образом, чтобы никакая их часть не соприкасалась с топливопроводами 
и деталями системы выпуска. Пример исполнения жгута автомобильных проводов приведен на рисунке 1. 
 
7 
 

 
Рисунок 1 – Жгут проводов контроллера автомобиля Лада Ларгус 
 
При установке в автомобиле дополнительных элементов электрооборудования или же при ремонтных работах необходимо руководствоваться приведенным в таблицах 1, 2 и 3 данным для выбора необходимого сечения питающих проводов. Неправильный выбор необходимого сечения провода может привести к недостаточному питанию потребителей электрической энергии, перегреву электропроводки или даже пожару. При отсутствии информации о потребляемой мощности оборудования и вероятной токовой нагрузке следует использовать известные положения закона Ома: I = U / R и универсальной формулы для определения мощности электрического тока: P = UI. При большой 
длине проводов выбирать сечение лучше с небольшим запасом, а не на грани 
приведенных значений максимально допустимой мощности, так как, чем длиннее провод, тем выше его общее сопротивление, а значит, больше величина потерь напряжения, в том числе, на нагрев провода. Провода проверяются на величину допустимого падения напряжения по формуле: 
 
                                      
/ ,
ПР
U
LI S
U
'
 
                                                (1) 
 
где  ȡ – удельное сопротивление медного провода при 20 °С, равное 
0,0185 Ом·мм2/м; 
L – длина провода в м; 
I – сила тока в А; 
S – сечение соединительного провода в мм2. 
 
Электрические контактные соединения автомобильного электрооборудования подразделяются на подвижные и неподвижные. Последние, в свою очередь, делятся на разъемные и неразъемные. Подвижные соединения  это кон8 
 

тактные системы релейно-контакторных устройств; разъемные  штекерные 
разъемы различных видов и назначения; неразъемные  наконечники проводов 
и кабелей. 
К неразъемным контактным соединениям предъявляются следующие требования: 
1) контактные соединения должны обладать необходимой механической 
прочностью и выдерживать сопротивление растяжения, составляющее не менее 
чем 30  от временного сопротивления разрыву целого провода; 
2) величина электрического сопротивления не должна быть больше, чем 
величина сопротивления равных по длине участку контактного соединения соединяемых электрических проводов;  
3) циклическое нагревание до (120r10) °С и последующее охлаждение до 
температуры окружающего воздуха контактного разъема не должно приводить 
к увеличению его электрического сопротивления более, чем в 1,5 раза. 
Коммутационную аппаратуру автомобилей принято делить на аппаратуру прямого действия (кнопки, выключатели, переключатели) и аппаратуру непрямого действия (реле, контакторы). Коммутационная аппаратура прямого действия может объединяться в комбинированные многофункциональные устройства. 
Реле  это устройство, позволяющее при достижении определенного значения входной величины сигнала изменить скачком выходную величину и, тем 
самым, осуществить необходимые коммутационные действия. Наиболее часто 
в цепях электрооборудования автомобилей применяется электромагнитное реле, устройство и общий вид которого показаны на рис. 2. По функциональному назначению контакты электромагнитных реле могут быть замыкающими, 
переключающими и размыкающими. В таком реле управляющая часть состоит 
из электромагнита, представляющего собой катушку индуктивности на стальном сердечнике, пружины и якоря, а исполнительная часть состоит из неподвижной части контакта и подвижной контактной пластины. При появлении 
тока в катушке якорь притягивается к сердечнику электромагнита, перемещает 
подвижную контактную пластину и замыкает электрическую цепь. 
Механические контакты традиционных электромагнитных реле подвержены залипанию и электроэрозионному износу, поэтому, чтобы уменьшить влияние этих деструктивных факторов, достаточно широко в автомобильной технике в последнее время используются герконы (сокращенное словосочетание «герметичный контакт»), которые также являются электромеханическими устройствами, позволяющими размыкать или замыкать электрические контакты. Это 
происходит под воздействием магнитного поля, то есть, в качестве управляющего элемента в герконе выступает постоянный магнит или электромагнит, 
а исполнительным элементом является контактная группа в виде магнитных сердечников, находящихся внутри герметичного баллона (рис. 3). Герконовые датчики отличаются высокой степенью быстродействия, долговечностью и полным отсутствием искрообразования. В автомобилях они применяются для контроля уровня технических жидкостей; в качестве датчиков положения (напри9 
 

мер, открывания дверей и лючка топливного бака); а также в качестве реле включения дневных ходовых огней и иного оборудования при появлении магнитного поля в обмотках генератора после запуска двигателя. 
 
 
Рисунок 2  Электромагнитное реле: 
а – устройство реле с замыкающими контактами; б – общий вид 
 
Все электрические цепи транспортно-технологических машин, кроме цепей зажигания и пуска, защищаются от перегрузок предохранителями. Это обусловлено необходимостью обеспечения надежности работы систем автомобильного двигателя и, в особенности, надежности работы электростартерного пуска, 
являющейся наиболее мощным потребителем электроэнергии. Предохранители 
могут быть выполнены в виде ленточных, цилиндрических или плоских (ножевых) плавких вставок (рис. 4, а); кассетных клипс (рис. 4, б); термобиметаллических устройств (рис. 4, в) и позисторов. 
 
 
 
Рисунок 3  Принцип действия герконового реле с замыкающим контактом 
10