電子發(fā)燒友App
汽車線束是汽車電路的網(wǎng)絡(luò)主體，沒有線束也就不存在汽車電路。隨著人們對汽車的安全性、舒適性、經(jīng)濟(jì)性和排放性要求的提高，汽車線束變得越來越復(fù)雜，但車身給予線束的空間卻越來越小。因此，如何提高汽車線束的綜合性能設(shè)計(jì)便成為關(guān)注的焦點(diǎn)，而且汽車線束制造廠家不再單純地搞線束后期設(shè)計(jì)和制造，和汽車主機(jī)廠家聯(lián)合進(jìn)行前期開發(fā)成為必然的趨勢。筆者根據(jù)幾年來從事線束設(shè)計(jì)和制造的經(jīng)驗(yàn)，談?wù)劸€束的一般設(shè)計(jì)流程和設(shè)計(jì)原則。
整車電路設(shè)計(jì)1.電源分配設(shè)計(jì)汽車的供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否合理，直接關(guān)系到汽車電器件的正常工作與否和全車的安全性，因此世界各國的汽車線束設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)基本都是以安全為主。整車電氣系統(tǒng)基本上由3個部分組成。蓄電池直接供電系統(tǒng)(一般稱常電或30電)。這部分的電源所接負(fù)載一般都是汽車的安全件或重要件，主要目的是在為這些件提供電能時盡量少的加以控制，確保這些件即使汽車發(fā)動不起來也能短暫正常工作，以方便到站點(diǎn)維修等。如：發(fā)動機(jī)ECU及發(fā)動機(jī)傳感器的工作電源、燃油泵的工作電源、ABS控制器的電源、診斷接口電源等。點(diǎn)火開關(guān)控制的供電系統(tǒng)(一般稱為IG檔或巧電)。這部分電器件基本上是在發(fā)動機(jī)工作運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下才使用，取自發(fā)電機(jī)的電源，避免了為蓄電池充電時爭電源的可能性。如：儀表電源、制動燈電源、安全氣囊電源等。發(fā)動機(jī)起動時卸掉負(fù)載的電源(一般稱為ACC電源)。這部分電器件一般所帶的負(fù)載較大，且在汽車啟動時不必工作。一般有點(diǎn)煙器電源、空調(diào)電源、收放機(jī)電源、刮水器電源等。2.線路保護(hù)設(shè)計(jì)線路保護(hù)就是要對導(dǎo)線加以保護(hù)，兼顧對回路電器件的保護(hù)。保護(hù)裝置主要有熔斷器、斷路順和易熔線。1、熔斷器的選取原則發(fā)動機(jī)ECU、ABS等對整車性能及安全影響大，另外，易受其他用電設(shè)備干擾的電器件必須單設(shè)熔斷器。發(fā)動機(jī)傳感器、各類報(bào)警信號燈和外部照明燈、喇叭等電器件對整車性能及安全影響也較大，但該類電負(fù)荷對相互間的干擾并不敏感。因此，這類電負(fù)荷可以根據(jù)情況相互組合，共同使用一個熔斷器。對于為增加舒適性而設(shè)置的普通電器件類的電負(fù)荷可以根據(jù)情況相互組合，共同使用一個熔斷器。熔斷器分快熔式和慢熔式?？烊凼饺蹟嗥鞯闹饕考羌?xì)錫線，其中片式熔斷器結(jié)構(gòu)簡單、可靠性和耐振好、易檢測，所以被廣泛采用；慢熔式熔斷器實(shí)際上是錫合金片，這種結(jié)構(gòu)的熔斷器一般串接到感性負(fù)載的電路中，如電機(jī)電路。電阻型的負(fù)載與電感型的負(fù)載盡量避開使用同一個熔斷器。一般根據(jù)電器件的最大連續(xù)工作電流計(jì)算并確定熔斷器容量，可按經(jīng)驗(yàn)公式：熔斷器額定容量=電路最大工作電流/80%（70%）。2、斷路器斷路器最大的特點(diǎn)是可恢復(fù)性，但其成本較高，使用較少。斷路器一般都是熱敏機(jī)械裝置，它利用兩種金屬的不同熱變形，使觸點(diǎn)開閉或自行接通。新型的斷路器，使用PTC固體材料作為過流保護(hù)元件，它是一種正溫度系數(shù)的電阻，根據(jù)電流或溫度的高低斷開或接通。這種保護(hù)元件的最大優(yōu)勢是當(dāng)故障排除后能自動接通，不需人工調(diào)節(jié)和拆換。3、易熔線易熔線的特點(diǎn)是當(dāng)線路通過極大的過載電流時，易熔線能在一定的時間內(nèi)(一般≤5s)熔斷，從而切斷電源，防止產(chǎn)生惡性事故。易熔線也是由導(dǎo)體和絕緣層構(gòu)成，絕緣層一般為氯磺化聚乙烯材料，因?yàn)榻^緣層較厚，所以看。起來比同規(guī)格的導(dǎo)線粗。易熔線一般接在蓄電池直接引出的電路中。易熔線的常用的公稱截面有0.3m㎡、0.5m㎡、0.75m㎡、1.0m㎡、1.5m㎡，甚至還有8m㎡等更大截面的易熔線。易熔線的導(dǎo)線線段長度分為(50±5)mm、(100±10)mm、(150±15)mm3種。易熔線應(yīng)有明顯的標(biāo)志，當(dāng)其熔斷后，其標(biāo)志仍應(yīng)存在以便于更換。易熔線的熔斷特性如表1所示。 ?
?3.繼電器的選取設(shè)計(jì)
?繼電器分為電流式和電壓式2種。一般根據(jù)用電器的功率和開關(guān)的承載能力來決定是否選用繼電器。常用繼電器的設(shè)備一般有刮水器、喇叭、除霜、前照燈、霧燈、風(fēng)扇、鼓風(fēng)機(jī)、轉(zhuǎn)向燈（閃光器）等。繼電器分6V、12V、24V3種，常用的繼電器額定電壓為12V。選用繼電器要參考的技術(shù)要求：①可靠性好；②性能穩(wěn)定；③質(zhì)量輕、體積小、壽命長，對周圍元器件影響??；④結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好、成本低。?4.搭鐵分配設(shè)計(jì)原則發(fā)動機(jī)ECU、ABS等對整車性能及安全影響大，且易受其他用電設(shè)備干擾，所以這些件的搭鐵點(diǎn)一定要單設(shè)。對于安全氣囊系統(tǒng)，它的搭鐵點(diǎn)不僅應(yīng)單設(shè)，而且為了確保其安全可靠，最好采用復(fù)式搭鐵。其目的是其中一處搭鐵失效，系統(tǒng)可以通過另一搭鐵點(diǎn)搭鐵，確保系統(tǒng)安全工作。無線電系統(tǒng)為避免千擾，也要單獨(dú)搭鐵。弱信號傳感器的搭鐵最好獨(dú)立，搭鐵點(diǎn)最好是在離傳感器較近的位置，以保證信號的真實(shí)傳遞。其他電器件可根據(jù)具體布置情況相互組合共同搭鐵點(diǎn)。原則是就近搭鐵，避免搭鐵線過長，造成不必要的電壓降。蓄電池負(fù)極線、發(fā)動機(jī)搭鐵線等因?qū)Ь€截面較大，因此一定要控制好線長和走向，減小電壓降；為增加安全性，發(fā)動機(jī)、車身一般要單獨(dú)連到蓄電池負(fù)極搭鐵；搭鐵方式：一是通過孔式接頭搭鐵，此法一定要在接頭的尾部烤上熱縮管絕緣；二是通過內(nèi)部短接的護(hù)套直接搭鐵。
?線束三維布局走向設(shè)計(jì)
?此流程主要是模擬仿真不同區(qū)域的線束走向、直徑，考慮線束過孔的密封盒保護(hù)，模擬線束的固定孔位和固定方式等，如圖一所示。三維布線用的主要軟件有PRO-E、UG和CATIA等。
?插接件的選取設(shè)計(jì)
?
?插接件是線束的核心部件，插接件的性能直接決定著線束整體的性能，而且對全車的電器穩(wěn)定性、安全性起著決定性的作用。1.插接件的選取設(shè)計(jì)原則插接件選取要保證與電器件的良好接觸，使接觸電阻降為最低，提高可靠性，優(yōu)先選用雙彈簧式壓緊結(jié)構(gòu)的插接件。根據(jù)導(dǎo)線的截面積和通過電流的大小合理選擇插接件。發(fā)動機(jī)艙內(nèi)對接的護(hù)套，由于艙內(nèi)溫度、濕度偏大且存在著很多腐蝕性氣體和液體，因此一定要選擇防水性護(hù)套。在同一條線束中若用同一種護(hù)套，其顏色一定要有區(qū)別。基于汽車外觀的整體協(xié)調(diào)性，在發(fā)動機(jī)艙中應(yīng)優(yōu)先選用黑色或深色的護(hù)套。為減少線束對接用護(hù)套的種類和數(shù)量，優(yōu)先選用混合型件，使裝配固定方便。對于要求性能較高的安全氣囊、ABS、ECU等用的端子插接件，應(yīng)優(yōu)先選用鍍金件以保證安全可靠性。蓄電池接頭(電瓶夾)內(nèi)部為錐體，錐度為1：9；電瓶夾的材料為鍍錫銅、鍍鋅銅或鉛銻合金。不同規(guī)格的插接件可承載的電流一般如下：1系列，10A左右；2.2或3系列，20A左右；4.8系列，30A左右；6.3系列，45A左右；7.8或9.5系列，60A左右。?2.插接件原材料（材質(zhì)）性能分析1、護(hù)套材質(zhì)(塑料件)常用的材質(zhì)主要有PA6、PA66、ABS、PBT、pp等，筆者總結(jié)了它們的具體性能差異，見表2。設(shè)計(jì)插件時可根據(jù)不同的需求選擇不同的材質(zhì)，還可根據(jù)實(shí)際情況在塑料中添加阻燃或增強(qiáng)材料，以達(dá)到增強(qiáng)或阻燃的目的，如添加玻璃纖維增強(qiáng)等。?
?2、端子材質(zhì)(銅件)插接件用的銅主要是黃銅和青銅(黃銅的硬度比青銅的硬度稍低)，其中黃銅占的比重較大。另外，可根據(jù)不同的需求選擇不同的鍍層。導(dǎo)線的選取設(shè)計(jì)
?1.導(dǎo)線類型的選擇線束設(shè)計(jì)選用導(dǎo)線類型重點(diǎn)考慮線束所處的環(huán)境和功能。例如：發(fā)動機(jī)周圍環(huán)境溫度高，腐蝕性氣體和液體也很多。因此，一定要使用耐高溫、耐油、耐振動、耐摩擦導(dǎo)線；行李廂蓋上的導(dǎo)線要在低溫下保持其彈性，所以要選用冷彈性導(dǎo)線保證其正常工作；自動變速器上的導(dǎo)線一定要耐高溫、耐液壓油，其溫度穩(wěn)定性要好；弱信號傳感器要用屏蔽導(dǎo)線，例如爆震傳感器和曲軸位置傳感器、ABS輪速傳感器等；門內(nèi)線耐彎曲性要求高等。汽車線束常用的導(dǎo)線通常使用多股絞合銅導(dǎo)線，絕緣皮為PVC絕緣材料。線束用導(dǎo)線要有耐溫、耐油、耐磨、防水、防腐蝕、抗氧化、阻燃等特性。汽車線束常用的導(dǎo)線種類有日標(biāo)(AVSS等)、國標(biāo)(QVR)、德標(biāo)(FLRY)、美標(biāo)等幾大系列。AVSS(AVS)導(dǎo)線的特點(diǎn)是薄皮絕緣，柔韌性較好；QVR的特點(diǎn)是絕緣皮厚，比較柔軟，延展性好；德標(biāo)導(dǎo)線絕緣皮更薄，柔韌性好；美標(biāo)導(dǎo)線絕緣皮一般為熱塑性或熱固性彈性體，還有經(jīng)過輻照工藝加工的。可根據(jù)用戶的需求和不同的工作環(huán)境選取適當(dāng)類型的導(dǎo)線。2.計(jì)算選取導(dǎo)線截面積根據(jù)電器件功率的大小計(jì)算流通導(dǎo)線的電流；長時間工作的電氣設(shè)備可選擇實(shí)際載流量60%的導(dǎo)線；短時間工作的用電設(shè)備可選用實(shí)際載流量60%的導(dǎo)線；短時間工作的用電設(shè)備可選用實(shí)際載流量60%-100%之間的導(dǎo)線。根據(jù)不同的工作環(huán)境和溫度大小適當(dāng)改變導(dǎo)線的截面積。根據(jù)導(dǎo)線的走向、插接件的數(shù)量(即電壓降的大小)適當(dāng)改變導(dǎo)線的截面積。關(guān)于導(dǎo)線截面積的計(jì)算，也有一些專家總結(jié)出一些經(jīng)驗(yàn)公式：I=P/UsA=IρL/Ud。式中：I——電流；P——功率；Us——系統(tǒng)電壓；A——導(dǎo)線截面積；Ud——允許最大電壓降損失；ρ——銅電阻率；L——導(dǎo)線長度。或按下面經(jīng)驗(yàn)公式：I=A×10+8/2允許流通電流與導(dǎo)線截面積關(guān)系經(jīng)驗(yàn)理論值(比按上面公式計(jì)算值偏大)如表3所示。
?
?全車線束密封件（橡膠件）的設(shè)計(jì)
?
?汽車線束過孔時一般運(yùn)用橡膠件進(jìn)行過渡，以起到耐磨、防水、密封等作用。主要分布在以下部位：發(fā)動機(jī)與駕駛室接口處、前艙與駕駛室接口處(左右共2處)、四門(或有后背門)與車廂接口處、油箱進(jìn)口處。常用的材質(zhì)一般為天然橡膠、氯丁膠、硅橡膠、三元乙丙等。天然橡膠的特性：具有良好的彈性和機(jī)械強(qiáng)度，有優(yōu)異的耐曲撓性，有較高的撕裂強(qiáng)度和良好的耐寒性。缺點(diǎn)：耐老化性不大好，不耐油和臭氧，易燃。氯丁膠的特性：耐臭氧、耐熱老化、耐油等性能較好，具有難燃性和自熄性；但耐低溫性不好。硅橡膠的特性：耐熱性、耐寒性和耐侯性較好；缺點(diǎn)是不耐油。三元乙丙的特性：耐侯性、耐臭氧、耐熱、耐腐蝕性、耐酸堿等性能都較好，而且擁有高強(qiáng)度和高伸縮率；缺點(diǎn)：粘接性較差，且彈性沒天然橡膠好，耐油性差。比較而言，三元乙丙的綜合性能較好，所以現(xiàn)在汽車線束用橡膠件一般選用三元乙丙材料。?全車線束包扎和固定設(shè)計(jì)
?1.線束包扎設(shè)計(jì)線束外包扎起到耐磨、阻燃、防腐蝕、防止干擾、降低噪聲、美化外觀的作用，一般根據(jù)工作環(huán)境和空間大小制定以下包扎設(shè)計(jì)方案。發(fā)動機(jī)線束工作環(huán)境惡劣，因此全用高阻燃性、防水、機(jī)械強(qiáng)度高的波紋管包扎；前艙線工作環(huán)境也相對較差，大部分枝干也用阻燃性好的波紋管包扎，部分分支用PVC管包扎；儀表線工作空間較小，環(huán)境相對較好，可用膠帶全纏或花纏；門線和頂篷線工作空間較小，可用膠帶全纏，部分枝干可用工業(yè)塑料布包扎；較細(xì)的頂篷線可直接用海綿膠帶粘在車身上；底盤線因與車體接觸部位較多，因此用波紋管包扎防止線束磨損。2.包扎用原材料的性能分析
1、波紋管
波紋管在線束包扎中一般占到60%左右，甚至更多。主要的特點(diǎn)就是耐磨性較好，在高溫區(qū)耐高溫性、阻燃性、耐熱性都很好。波紋管的耐溫在-40-150℃間。它的材質(zhì)一般分PP和PA2種。PA材質(zhì)在阻燃、耐磨方面優(yōu)于PP材質(zhì)；但PP材質(zhì)在抗彎曲疲勞性方面強(qiáng)于PA材質(zhì)。
2、PVC管PVC管的功用和波紋管差不多。PVC管柔軟性和抗彎曲變形性較好，而且PVC管一般為閉口，所以PVC管主要用于線束拐彎的分支處，以便使導(dǎo)線圓滑過渡。PVC管的耐熱溫度不高，一般在80℃以下。3、膠帶
膠帶在線束中起到捆扎、耐磨、絕緣、阻燃、降噪、作標(biāo)記等作用，在包扎材料中一般占到30%左右。線束用膠帶一般分PVC膠帶、氣絨布膠帶和布基膠帶3種。PVC膠帶耐磨性、阻燃性較好；耐溫在80℃左右，降噪性不好，價格較便宜。絨布膠帶和布基膠帶材料為PET。絨布膠帶的包扎性和降噪性最好，耐溫在105℃左右；布基膠帶的耐磨性最好，耐溫最高150℃左右。絨布膠帶和布基膠帶共有的缺點(diǎn)是阻燃性不好，價格昂貴。?
3.線束固定設(shè)計(jì)中央電器盒一般用鋼板條、螺栓等固定，或用電器盒本身設(shè)計(jì)的固定結(jié)構(gòu)直接安裝在車身上。各條線束一般用塑料扎帶、扣鉤等固定在車身孔內(nèi)。車身孔大多為圓孔或橢圓孔，一般直徑為5mm、6mm、7mm不等。各條線束間對接的護(hù)套一般用護(hù)套支架集體固定起來，并安裝在車身上。海獅、MPV等較大車型的車身線長且粗，一般用護(hù)板固定在車身上，以降低震動和噪聲。
編輯：黃飛
工商網(wǎng)監(jiān)
評論