汽车维修专业电工电子技术知识应用和学习方法

高武

（北京市城市管理高级技术学校，北京 102627）

1 电工电子技术在汽车的应用

汽车产业的发展也伴随着汽车新技术的发展和应用，如汽油机、柴油机的电控化，以满足不断严格的排放法规；车辆动力系统向混动化、电动化发展，整车控制向人工智能化等演变。搭载的汽车电子系统大幅增加，汽车电子的比例在中级轿车、高级轿车和混合动力轿车中分别占15%、28%和47%[1]。

伴随着汽车电子系统的应用，电工电子技术在汽车上的应用也快速增加，以满足对动力性、智能化的市场需求，应用中如常见的电脑ECU、传感器和执行器（喷油器、电磁阀、电动机）等。随着电工电子技术从汽车电子向动力电子转变，大功率的固态电子器件迅速发展，如大功率的金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的出现，极大促进了电动机驱动和交流调速技术发展[2]。

车辆装备的汽车电子系统不断增加，也向中高职院校汽车维修专业的学生提出了新的挑战。电工电子技术的新材料、新技术不断涌现，如新一代功率半导体SiC（碳化硅），已经应用在特斯拉电动汽车的电机控制器中，具有耐受更高温度和电压，实现高开关特性等。面对涌现的新材料和新技术，汽车维修专业的学生需要打好电工电子技术的基础，改进学习方法，不断学习掌握新知识，跟上汽车技术创新和发展步伐。

学习和掌握新知识和新技能，专业基础理论知识尤为重要。汽车维修专业课程主要包括电工电子技术、计算机控制技术、汽车构造、汽车电子技术、汽车维修技术、汽车故障诊断检测以及汽车排放与控制等[3]。电工电子技术课是重要的一门专业基础课，掌握和学好课程，将为汽车维修专业的学生今后顺利走上工作岗位打好基础。

2 电工电子技术基础的重要性

电工电子技术基础是汽车维修专业的主要专业基础课程，如果电工电子专业课没有学好，将会影响实践中解决故障的能力。

随着多轴数控加工技术进步，车辆的机械部件加工精度提高，机械性能提升，机械故障在下降，车辆故障常多发于电气系统部件，所以应加强学习电工电子知识。下面介绍与电工电子专业知识相关的案例。

2.1 案例一：并联电路故障

在一次柴油机高压共轨技术培训课上，培训老师给学员们设置了一个故障，难住了全班培训学员，故障排除后大家也不得其解。

故障现象：正常起动后，发动机只能怠速运转，加速踏板不起作用。

故障诊断：确认故障现象后，用故障诊断仪确定现行故障码为加速踏板传感器对地短路，根据故障代码的提示，又对加速踏板位置传感器进行检测，检测结果是该传感器电源电压为0.0V，说明ECM供给该传感器的电源电路可能有故障。查阅电路图发现，ECM与该传感器之间没有任何元件和插头，检查ECM与该传感器之间线路正常，此时大家不知所措。

老师提醒大家按基本故障诊断程序进行，于是大家整理思路，按读码、清码、再读码、分析数据、线路检测以及元件检测的诊断流程进行检查，在分析数据时发现进气压力信号只有93kPa，小于正常值。大家对进气压力传感器线路和元件进行检测，线路电压正常，而传感器的电阻测量值为0.0 Ω，代表短路，此时大家觉得有了意外收获。

更换传感器后，试车时发动机加速正常，用诊断仪检测加速踏板传感器故障也变成了非现行故障并能顺利清除，经模拟运行后读取故障码显示系统正常无故障码。读数据时，进气压力信号在怠速中速和高速均为在正常值范围内，确认故障已排除。故障原因是进气压力传感器短路故障，但故障码却是加速踏板对地短路，但大家不明白为什么是这样。

故障分析：如图1所示，当闭合开关K1，断开K2，电压表显示应接近5.0 V。保持K1闭合，闭合K2，电压表显示0.0 V。对照该车电路，加速踏板位置传感器与进气压力传感器电源电路为并联关系，当其中一个发生短路，两个传感器电源电压均变为0.0V，也就是说当进气压力传感器短路后，加速踏板电源电压同时也就变为0.0 V，故加速踏板失去作用，又因为加速踏板位置信号优先于进气压力信号，故出现了故障码与故障现象不一致。

图1 案例一所用电路

2.2 案例二：串联电路故障案例

有一批轻型货车出现了冬天起动困难的故障。

故障现象：冬天早上起动时起动机无力，不能顺利着车，但用车拖或人力推车就很容易着车。

故障诊断：在观察起动现象时注意到，起动机运转时继电器盒内有继电器不断的吸合断开的声音，据此，初步判断故障原因可能是起动过程系统电压过低引起的。用万用表检测起动时的系统电压，电压检测值为6.5V，确认故障原因为起动过程系统电压过低，用万用表分别检测在起动时起动系电路各点对地电位，发现起动机外壳、车架与蓄电池负极之间的电压高达5.0V。

因为起动机外壳与车架是通过发动机搭铁线相联，车架与蓄电池负极是通过蓄电池搭铁线相联，分析电路，判断故障点为电源负极与车架搭铁不良。将电源负极与车架搭铁线与搭铁点重新处理并紧固，排除故障后经试验起动正常。

故障分析：如图2所示，当开关K1闭合，K2断开时，电压表显示为12.0V,当开关K1闭合，K2闭合时，电压为显示为6.5 V。对比上述故障，搭铁点接触不良就产生一定的接触电阻。这相当于电路中下面那个电阻，而上面这个电阻相当于电路中的用电设备（包括ECM），当出现搭铁不良时，搭铁点分压过大，系统电压过低，用电器就不能正常工作，继电器不能正常吸合，ECM电源电压低于工作电压而不工作，造成车辆无法起动。

图2 案例二所用电路

分析该故障发现，蓄电池搭铁点的接触电阻非常小，如此小的电阻对电路有这么大的影响。因此不难推断，维修时常用测量电阻的方法判断开关、插接器、搭铁点等是否接触良好的方法，可能不够准确，有时反而可能带来误导。接触是否良好的判断应该依该点接触电阻分压的大小来判，分压过大对电路就有影响，通常分压小于0.2V 即可判断为接触良好。

类似的案例较多，这里只简单列举了这两个案例。表面上看这些故障很复杂，故障分析排除难度很大。但经过上述分析不难看出，用到的知识无非就是串、并联电路的基本知识，并没有用到太多的理论和计算，只要电工基础扎实，汽车常见故障甚至疑难故障，都能够快速解决。所以说，学好电工电子基础知识对汽车维修专业学生来说至关重要，是汽车诊断的基础。

3 学习电工电子技术的方法

电工电子知识抽象难懂，目前所使用的汽车电工电子技术学习材料，大多是将传统的电工、电子技术专业知识稍作修改而成的，在内容上并没有突出针对汽车的应用，缺乏有效针对性。随着汽车领域电子新技术的应用越来越广泛，汽车上电子装置越来越多，成为机电一体化的有机结合，电工电子技术已成为汽车技术人员必须掌握的知识。因此，学习汽车电工电子技术要改变学习内容和方法。

首先，以够用为原则，避开对汽车专业要求不高和关系不大的内容以及一些复杂的理论公式推导和计算，同时避免厌学。其次，将电工电子技术与汽车专业结合，使自己的学习更具有目的性。最后，在学习内容中结合现代汽车电子控制的新技术，实实在在感受到学有所用，从而调动自己的学习积极性[4]。

汽车维修技术是理论与实际联系非常紧密，在理论指导下实操性很强，对汽车维修专业学生综合素质要求很高。成为一名优秀的技术人员应当熟悉汽车电气系统的组成，理解汽车各系统电气设备的作用、结构与工作原理，掌握常见故障的分析方法，了解汽车电子控制装置的作用、结构与工作原理，汽车性能的检测方法和常用检测仪器的使用等。

学生往往在学习实践中存在一个学习误区，重视新技术的培训和学习，而对基础专业课不够重视。结果是费了很大劲，学习效果不理想。掌握好基础课程，遇到新知识和新技能也能迎刃而解，如果基础不扎实，只一味的培训和学习新技术，那只能是一知半解，空中楼阁，理解不透，更做不到灵活运用了。

通过掌握相关的知识，故障分析就很容易。电工电子技术比较抽象，不易理解，一直是汽车维修专业学生学习和培训的难点。通过车辆中电工电子技术的主要应用不难看出，电工基础知识（基本概念）、简单电路的分析方法以及常用电子元件的功用和特性，是汽车电工电子专业课最为重要的内容。这些内容掌握和运用好基础知识就可以解决工作中的大部分问题，同时对学习汽车电气、汽车新技术有很大帮助。所以学习电工与电子技术应以基础内容为主，具体学习内容和学习方法如下。

3.1 学习内容

（1）电工基础知识学习内容：电路的组成、电流方向、电压及电压的单位、电阻及电阻的单位、电流强度及电流强度的单位、欧姆定律、电路的三种状态。欧姆定律学会电压、电阻和电流三者的定性关系即可，不必过多纠缠在数据计算方面。电路的三种状态应作为重点，要会分析断路、短路状态下电路中各点相对参考点的电压变化情况，因为这是学习汽车电气系统故障分析方法的基础，非常重要。

（2）电磁学部分的学习内容：包括磁体、磁极和磁场概念。要知道磁体能吸引铁、钴和镍等金属，电流（包括通电线圈）周围存在磁场，磁场具有力和能的性质，这些是汽车电气系统中电磁元件原理与检修的基础。例如：继电器、调节器和电磁开关等。

磁场对通电直导线的作用和磁场对通电线圈的作用，这是学习电动机的基础，理解原理即可。电磁感应、电磁感应的条件，理解原理即可，这部分内容是汽车电气维修的重点，在理解电气系统工作原理和检修过程中的作用非常大，这是发电机的原理、点火系的原理、也是很多传感器的基本工作原理。

（3）三相交流电部分的学习内容：包括交流电与直流电的区别、运用桥式整流电路将交流电转换为直流电、正弦交流电的概念及三要素、三相交流电的基本知识。

（4）电功的基本概念：包括电功率的概念及单位、满载和超载的含义。

（5）基本常用电路元件的名称和作用：电阻器在电路中的作用是控制电流、分配电压；电容器的作用是隔断直流电、通过交流电，贮存能量。电感器的作用是阻止交流电通过、使直流电能顺利通过，贮存能量。这部分内容的重点应放在各元件的作用上，为后续学习打好基础。

（6）电子技术中基础部分学习内容：什么是半导体、什么是P型半导体、什么是N型半导体、什么是PN结、PN结的单向导电性及正、反向连接。这部分内容重点应放在PN结的单向导电性及PN结正、反向连接，记住一些结论即可。

例如，什么是晶体二极管，晶体二极管的符号，晶体二极管的单向导电性及正、反向连接，导通电压的含义，以及晶体二极管在电路中的简单应用等。晶体三极管亦是如此。

这部分内容应少讲理论，重点是晶体二极管、三极管的符号，各极的名称及符号，以及二极管、三极管的开关特性（关键是导通条件及开关特性的应用）。

3.2 学习注意事项

（1）避开深奥的理论，重点理解学习简单的基础知识，较深的知识点记住它的结论，知道怎么应用就行了。例如，PN结的单向导电性，记住PN结正向导通、反向截止，知道电路怎么接是正向接法、怎么接是反向接法就行了，至于为什么PN结具有单向导电性就没有必要深入学习了。这样可以增强自信心，不再怕学电工。

（2）紧密结合汽车修理工作实际，在学习过程中应尽可能与专业知识联系起来。比如，在学习理解电路的三种状态各点电位变化时，一定要结合工作实例。这样可以提高学习兴趣，正确认识电工电子技术基础的重要性。

4 结束语

以上主要从两个案例说明了电工电子技术是汽车电工的基础，在实用性、基础性的原则下列出了在汽车维修作业过程中应用较多的电工基础知识，并提出了学习的建议，避难就简，学以致用，让大家从学习汽车技术的误区中走出来，重新认识汽车电工电子，希望对大家有所帮助。