適用于高寒高原地區(qū)運輸車的電氣系統(tǒng)

汪 暉

（東風商用車有限公司商用車技術中心，湖北 武漢 430056）

東風某平頭載貨運輸車是東風公司歷經近2年時間開發(fā)的適應于高原高寒地區(qū)的新款車型，該車采用天錦一排半駕駛室、康明斯共軌國ⅢISD發(fā)動機 （發(fā)動機電控單元型號為CM2150E）?？紤]到高原高寒地區(qū)的低溫冷起動困難，電氣系統(tǒng)除配備發(fā)動機預熱控制系統(tǒng)外，還增加了燃油加熱控制系統(tǒng)、冷卻液加熱控制系統(tǒng)、超級電容器等方案來提高低溫冷起動性能。該車型還采用了軍用防空照明和信號系統(tǒng)等特殊裝置，以適應用戶多方面的需求。整車電氣系統(tǒng)以安全、可靠為設計原則，以國內外標準為設計依據，整車線束端子采用全自動方式壓接，端配點采用超聲波焊接及透明帶膠熱縮管包扎，線束固定有序分布，很好地提高了整車電氣性能、降低了整車故障率。

該載貨運輸車的電氣系統(tǒng)由電源系統(tǒng)、起動系統(tǒng)、燈光照明系統(tǒng)、安全報警系統(tǒng)、附加系統(tǒng)等組成。下面分別說明各系統(tǒng)的電氣主要參數(shù)和特性。

1 電源系統(tǒng)

1.1 特性要求

在-41～12.5℃范圍內，電源系統(tǒng)電壓應隨溫度的升高而降低，溫度系數(shù)為-12～-15 mV／℃，在溫度25±5℃、 發(fā)電機50%負載、 轉速3 500 r／min時，調節(jié)電壓應為28±0.2V。電源系統(tǒng)調節(jié)電壓最高不大于30V。

1.2 組成

電源系統(tǒng)由發(fā)電機、易熔線、低溫蓄電池、電源總開關、熔斷器總成等組成。

1）發(fā)電機具有防水性能，額定電流70A。

2）低溫蓄電池采用6-QA-180型號的少維護蓄電池，電池容量為180Ah，具有良好的低溫起動特性，可在溫度為-41℃的環(huán)境下進行工作。

3）易熔線有2根，額定容量分別是100 A和200 A。布置在蓄電池與發(fā)電機電路中的易熔線主要是起短路保護；布置在燈光系統(tǒng)的供電線路中的易熔線是加強對燈光系統(tǒng)的使用安全性。

4）電源總開關可方便地接通或切斷電源，以保證行車和維修的安全性。

5）熔斷器總成共有34路熔斷絲，其中1路為預留電源接口。在熔斷器盒銘牌上標注有各檔熔斷絲的用途，便于維修時尋找故障點，提高了電路維修的方便性。表1為用電器熔斷絲容量。

2 起動系統(tǒng)

起動系統(tǒng)由起動機、點火鎖、超級電容器、充電開關、副起動開關、熄火停機開關、起動保護繼電器等組成。

1）減速起動機具有防水性能，額定輸出功率為6.0kW，自帶起動繼電器。

2）點火鎖是4檔開關，分別是ON檔、ST檔、ACC檔、OFF檔。ACC檔電感負載連續(xù)可達5A，ON檔電感負載連續(xù)可達10A，ST（起動）檔電感負載連續(xù)可達35 A，具有連續(xù)重復起動時必須回到OFF檔的特性，這對起動機、蓄電池有很好的保護作用，尤其是防止起動機觸電燒蝕。

表1 用電器及熔斷絲容量對應表

3）超級電容器也叫起動電容，是內含電子控制器和一個32 F電容的總成件，見圖1。

超級電容器利用電容快速充放電的原理，通過電子控制器，控制超級電容的充電和放電時間及放電時刻，提高起動性能。該系統(tǒng)主要由超級電容、控制模塊、傳感器和充電開關等構成。其特性如下：輸入電壓16～32 V；起動放電電壓32～36 V；具有短路保護功能，提高車輛在低溫-40℃或蓄電池能量不足環(huán)境下的起動能力，抑制并衰減汽車電源電路總線上產生的浪涌電壓，改善整車電環(huán)境，提高電子產品的可靠性。

超級電容器與低溫蓄電池構成起動電容系統(tǒng)，利用電容快速充放電的原理，通過電子技術的控制，激活或置換出蓄電池的部分能量，降低起動時電源系統(tǒng)的內阻，提高蓄電池的有效能量及起動能力。超級電容器的外部接線見圖2。

4）起動保護繼電器用于保護起動機的觸點，減少起動機的故障率。

5）副起動開關和熄火停機開關用于車下起動和斷開發(fā)動機，增加使用操作的便利性。

3 燈光照明和信號系統(tǒng)

燈光照明和信號系統(tǒng)分為常規(guī)照明和信號系統(tǒng)、軍用照明和信號系統(tǒng)兩部分。

3.1 常規(guī)照明和信號系統(tǒng)

常規(guī)照明和信號系統(tǒng)由前組合燈總成、側轉向燈、前轉向燈及霧燈總成、示廓燈、側標志燈、后尾燈總成、工作燈、前閱讀燈等組成。

前組合燈總成包括遠光燈、近光燈、位置燈，其中位置燈與近光燈在同一腔室內。前組合燈采用4燈制式前照燈結構，遠光燈采用功率70 W的鹵素燈泡，型號H1；近光燈／遠光燈采用功率70W／75W的鹵素雙絲燈泡，型號H4；位置燈采用功率為5W的白熾燈泡，型號W5W。整個燈具采用多反射面配光，燈罩透明，燈殼上布置有光束照射位置的調整裝置和外部線束固定支架，采用內置防水膜的通氣蓋安裝在通氣孔處，燈泡后蓋設計為圓盤旋轉方式，為換裝燈泡提供了便利性。電氣接口即插接器設計為鑲嵌在燈殼上，并采用防水性能優(yōu)異的進口國產化件，極好地保證了燈具的密封性。遠光共有4個，夜間照明時能使車前100m以上的路面有明亮均勻的照明。側轉向燈布置在車門上，左右車門各1個，采用功率21W的白熾燈泡，型號P21W。前轉向燈及霧燈總成包含轉向燈和霧燈，轉向燈采用功率21 W的白熾燈泡，型號PY21W；霧燈采用功率70W的鹵素燈泡，型號H3。

后尾燈總成采用LED光源，包含后霧燈、制動燈、位置燈、側標志燈、牌照燈、轉向燈、倒車燈等。制動燈功率2.4 W，后霧燈、位置燈、側標志燈、牌照燈、轉向燈、倒車燈功率均為2.1W。

示廓燈采用功率10W的白熾燈泡，型號R10W；側標志燈采用5 W的白熾燈泡，型號R5W；工作燈采用21 W的白熾燈泡，型號P21W；前閱讀燈采用5W的白熾燈泡4個，型號C5W，自帶調整開關。遠光繼電器控制遠光2路供電，近光繼電器控制近光1路供電。

3.2 軍用照明和信號系統(tǒng)

軍用照明和信號系統(tǒng)由防空前照燈、防空燈開關、防空制動燈組成。防空前照燈采用LED光源，工作電流不大于0.5 A，顏色為白色，具有兩檔亮度。防空燈開關為翹板式開關，觸點功率為電感負載80 W，具有自鎖裝置。防空尾燈采用LED光源，工作電流不大于0.5A，為復合式尾燈，燈的上半部為防空制動信號，顏色為紅色；燈的下半部有4個特種縫隙，用于防空位置燈信號，顏色為綠色。

防空燈開關接通時轉為軍用照明和信號系統(tǒng)狀態(tài)，即車輛處于防空駕駛狀態(tài)，任何常規(guī)照明和信號燈均不接通，僅儀表照明及顯示除外。

4 信號裝置、儀表及輔助電氣設備

信號裝置、儀表及輔助電氣設備為汽車的安全性提供了有力保障。包含盆型電喇叭、氣喇叭、刮水電機、刮水間歇繼電器、組合儀表等總成。

1）盆型電喇叭為雙音小三度和音，音響穿透能力強，音色悅耳，聲級為105～118dB，可連續(xù)工作30s， 符合國家電磁兼容GB／T 21437.2-2008／ISO 7637-2：2004《道路車輛 由傳導和耦合引起的電騷擾 第2部分：沿電源線的電瞬態(tài)傳導要求》。

2）氣喇叭為渦輪型，聲音清晰，工作氣壓在300～1000kPa范圍。氣電喇叭轉換開關讓駕駛員方便選擇聲音類型。

3）刮水電機具有過載保護、自動復位等功能，其基本性能見表2。

表2 刮水電機特性

4）組合儀表有指示燈點亮提示及多功能蜂鳴報警功能。指示燈包含發(fā)動機故障指示、發(fā)動機維護報警指示、門開指示、遠光燈指示、近光燈指示、前霧燈指示、后霧燈指示、氣壓過低指示、水溫過高指示、水位過低指示、安全帶指示、駐車制動指示、排氣制動指示、機油壓力過低報警指示等。多功能蜂鳴報警包括氣壓過低報警、水溫過高報警、水位過低報警。行車時若氣壓低于535 kPa，則報警燈亮同時多功能蜂鳴器會發(fā)出聲響；停車時若駐車制動開關接通，多功能蜂鳴器不發(fā)出聲響，但儀表指示燈點亮。

組合儀表為數(shù)字式組合儀表，通過CAN總線和歐Ⅲ發(fā)動機通信。組合儀表包含了發(fā)動機轉速表、車速表、燃油表、水溫表、前橋氣壓表和后橋氣壓表共6個指針表，若干個報警指示燈和1個液晶顯示屏，所有指針儀表均由步進電機驅動。所有報警指示燈都采用發(fā)光二極管。組合儀表從CAN線上采集數(shù)據和信息，并點亮指示燈顯示故障代碼。儀表參數(shù)可以標定。

5 附加系統(tǒng)

附加系統(tǒng)是作為改善車輛使用環(huán)境或提高發(fā)動機起動效率或駕乘人員的工作條件而設置的。附加系統(tǒng)包括主副油箱切換、空調、燃油加熱系統(tǒng)、冷卻液加熱系統(tǒng)、應急電源插座、收放機、風窗洗滌器等總成。

5.1 油箱

采用主副油箱轉換開關選擇主、副油箱。當車輛行駛距離較長，主油箱油量不夠時，可按下主副油箱轉換開關選擇副油箱繼續(xù)供油。

5.2 空調

通過空調開關的調節(jié)來實現(xiàn)暖風和空調的切換。

當空調開關處于斷開狀態(tài)時，空調系統(tǒng)與電源斷開，空調系統(tǒng)處于停止狀態(tài)。這時，接通暖風開關時，暖風電機的不同檔位、調檔電阻及暖風電機構成回路。暖風開關的檔位不同，串聯(lián)在回路中的電阻阻值不同，以此達到調節(jié)電機速度的目的。

當空調開關處于接通位置時，空調系統(tǒng)與電源導通，暖風系統(tǒng)與電源斷開，空調系統(tǒng)工作。

5.3 燃油加熱系統(tǒng)

燃油加熱系統(tǒng)由控制電路、油箱加熱器、濾清器加熱器、燃油管路加熱器組成。燃油加熱系統(tǒng)接線圖如圖3所示。

1）控制電路由接線盒、顯示器、開關及連接線束構成。

2）油箱加熱器采用PTC加熱材料加熱，具有自保護特性，結構為全封閉集成一體式。

3）濾清器加熱器采用PTC加熱材料，具有自保護特性，其結構為整體式。

4）燃油管路加熱器結構為溫度控制器與加熱線直接布置在原車燃油管路內，不需改變原燃油管路布置。每個加熱器均由一個溫控器控制，在燃油溫度低于7℃時，溫控器自動接通，開始對燃油進行加熱。當燃油溫度達到24℃時，溫控器斷開，自動停止加熱。

5）顯示器由燃油加熱開關和10個指示燈組成。閉合開關，開關上的紅色指示燈點亮，此時燃油加熱系統(tǒng)的電源被接通，顯示器開始工作，自檢完成后，燃油加熱系統(tǒng)進入工作狀態(tài)。加熱裝置根據溫度的變化自動對發(fā)動機供油油路中的燃油進行加熱，以滿足發(fā)動機對燃油性能的需求。指示燈的數(shù)字與對應加熱器線束上的編號相對應。

整車燃油加熱部分有：主油箱進油管加熱器、主油箱加熱器、副油箱加熱器、副油箱進油管加熱器、電磁泵進油管加熱器、副油箱回油管加熱器、油水分離器加熱器、細濾加熱器、電磁泵出油管加熱器、發(fā)動機進油管加熱器共10處加熱。

5.4 冷卻液加熱系統(tǒng)

冷卻液加熱器由蓄電池供電，使用柴油作燃料，油泵從油箱吸入燃油，在加熱器燃燒室中揮發(fā)成燃油蒸氣后，與助燃風輪送入的助燃空氣混合充分燃燒，通過熱交換器將熱量傳導給循環(huán)液體，并送入車廂散熱除霜系統(tǒng)，然后流回發(fā)動機 （或水箱），達到加熱效果。可參考圖4。

5.5 應急電源插座總成

應急電源插座總成也稱為副起動插座總成，見圖5，用于汽車在蓄電池欠電情況下的點火起動。通過最大起動電流時，插座觸點的電壓降小于0.5V。

5.6 風窗洗滌器

風窗洗滌器由洗滌開關和刮水間歇繼電器聯(lián)合控制。當刮水電機處于停止、高速或低速時，按下洗滌開關，洗滌器噴水，刮水電機仍維持原工作狀態(tài)。當刮水電機處于間歇檔時，按下洗滌開關，洗滌器噴水，此時刮水電機停止工作；松開洗滌開關后，洗滌器停止噴水，3s左右刮水電機處于間歇檔工作狀態(tài)。洗滌器最大容量為3L，噴水量在200cm3／10s以上，噴口壓力大于78.5kPa。

5.7 收放機總成

收放機總成具有全電子音量控制特性，可調頻、調幅收音，有標準USB接口，可實現(xiàn)MP3放音。

6 總結

東風某平頭載貨軍用運輸車的電氣系統(tǒng)在設計中突出了以下特點。

1）通過發(fā)動機電控系統(tǒng)和電子油門控制，降低了發(fā)動機排放，提高了發(fā)動機工作效率。

2）通過CAN總線和歐Ⅲ發(fā)動機通信。

3）可通過診斷接口讀取發(fā)動機ECU存儲的故障信息，提高了維修檢測的便利性。

4）電器產品具有良好的可靠性和性能特性，如開關、電機的耐久性分別超過8萬和500h；閃光器電磁兼容特性可滿足ISO 7637-2《道路車輛.傳導和耦合引起的電干擾.第2部分：僅沿電源線瞬間電導》、ISO 11452-4《道路車輛.窄帶輻射電磁能量產生的電子干擾用部件試驗方法.第4部分：大容量電流注入 （BCI）》 標準；刮水電機的電磁兼容特性滿足ISO 7637-2標準。

7 結束語

該運輸車的電氣設計應重點考慮如何在高寒、高原地區(qū)很好地解決發(fā)動機起動問題，如何保證油管、油箱內的燃油流動順暢，如何改善維修便利性和操作方便性，如何提高電磁兼容特性，如何保證整車的性能可靠性等多個方面。

目前該運輸車已進入市場，用戶滿意度很高，隨之而來的使用范圍也逐漸擴大。隨著電子技術的發(fā)展和新材料的大量應用，運輸車在整車性能提升方面也會有極大提高，這將對行業(yè)各層人員帶來新的挑戰(zhàn)和機遇。

［1］李清明，程森，劉漢軍.汽車發(fā)動機故障分析詳解［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2007.

［2］李鐵軍.柴油機電控技術實用教程［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2010.

［3］（德）W.齊默爾曼，R.施密特加爾.汽車總線系統(tǒng)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2011.