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 образования 
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. Рассмотре-
транспортных 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 спе-
образовательные 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, значи-
тельно 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 агрега-
тами улучшает безопасность движения и комфортность транс-
портных средств.

Изучение учебной дисциплины «Электрооборудование и элек-

тронные системы транспортных средств» направлено на формиро-
вание знаний о физических процессах, происходящих в электро-
технических и электронных устройствах; о назначении отдельных 
электронных компонентов и принципе построения электрических 
схем; назначении, устройстве и работе приборов, аппаратов и си-
стем электрооборудования; принципах функционирования элек-
тронных 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 систе-
ма 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, появил-
ся в 1905 г. В этом же году М. Рис изобрел электрический гу-
док. В 1912 г. Ч. Каттеринг для автомобиля «Кадиллак» соз-
дал стартер, батарейную систему зажигания, систему освеще-
ния. 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: двухни-
тевых ламп в фарах, мигающих указателей поворота, электро-
вентиляторов, подогрева сидений, электропривода стеклоочи-
стителей, стеклоподъемников, зеркал и т. д. Управление этими 
устройствами потребовало применения в электрических схемах 
значительного количества электромагнитных реле и полупровод-
никовых приборов, что означало приход в автомобилестроение 
электроники.

В 1960-е годы стали широко применять полупроводнико-

вые диоды в выпрямителях генераторов переменного тока. Изо-
бретение 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 ин-
тегральные схемы, которые уже с 1967 г. используют в генера-
торных 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 электрон-
ное оборудование было аналоговым, то с 1976 г. на автомоби-
лях 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 си-
стем 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 транс-
портных средств навигационного оборудования, климат-контро-
ля, круиз-контроля, ассистентов парковки и торможения, циф-
ровых 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 управ-
ления потребителями объединяются в систему электроснабже-
ния. В свою очередь цепи управления потребителями включа-
ют 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 си-
стемы управления), системы управления бензиновыми и дизель-
ными 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-диагности-
ческие системы.

Комфортное оборудование включает в себя системы конди-

ционирования и отопления, охранные, противоугонные и муль-
тимедийные системы, электропривод стеклоподъемников, зер-
кал, 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. Моле-
кулы состоят из атомов. Например, молекула воды состоит из двух 
атомов водорода и одного атома кислорода. Соответственно мо-
лекулу воды можно разложить на атомы водорода и кислорода. 
Вещества, которые нельзя разложить на более простые составные 
части, называют химическими элементами. Каждому химическо-
му элементу соответствует атом, имеющий определенный атом-
ный 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. Оторвав-
шиеся от атома электроны называют свободными. Атомы и 
молекулы, имеющие либо избыток, либо недостаток электро-
нов, 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 – положи-
тельными, 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 теря-
ют, поэтому металлы являются хорошими проводниками. Но-
сителями зарядов в твердых металлах являются только электро-
ны. 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, препят-
ствующие прохождению электрического тока, называют диэлек-
триками. К ним относят различные пластмассы, слюду, стекло, 
резину и пр. Воздух также является плохим проводником элек-
тричества.

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 направле-
нием 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 постоян-
ная (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. Напряжен-
ность 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, соз-
дающих 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 элек-
трических зарядов в этой среде меньше, чем в вакууме. Величи-
на ε всегда больше единицы.

Если взять две одинаковые металлические пластины, рас-

положить их параллельно друг другу, зарядить одну пластину по-
ложительным зарядом +Q, а другую – отрицательным –Q, то 
между ними возникнет электрическое поле. Линии напряженно-
сти электрического поля окажутся расположенными параллель-
но, 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 воз-
можная величина накопленного заряда зависит от электрической 
емкости конденсатора. Для конденсатора, размещенного в ваку-
уме, 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 конденса-
тора возрастает на величину диэлектрической проницаемости за-
полняющего пространство материала:

0
.
S
C
r
εε
=