汽車(chē)搭鐵可靠性研究及一種搭鐵失效故障分析
發(fā)布時(shí)間：03/08 —— 2022
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在汽車(chē)用電器工作過(guò)程中，發(fā)電機(jī)與蓄電池正極作為電源輸入提供了電流的來(lái)源，而蓄電池負(fù)極、車(chē)身、用電器負(fù)極之間相互連通則保證了電氣回路的完整性。在負(fù)極回路中，連接點(diǎn)稱(chēng)為搭鐵點(diǎn)，連接的導(dǎo)線(xiàn)稱(chēng)為搭鐵線(xiàn)。
單線(xiàn)制搭鐵方式是目前多數(shù)汽車(chē)所采用的一種接地處理方式，本文主要論述的內(nèi)容也是基于此種搭鐵方式。1可靠的搭鐵對(duì)整車(chē)線(xiàn)束的重要性搭鐵作為整個(gè)電流回路的一部分，其可靠性直接影響著用電器功能的實(shí)現(xiàn)。若搭鐵設(shè)計(jì)不好，不僅會(huì)導(dǎo)致回路電壓降增大、不同搭鐵之間的串?dāng)_、引發(fā)用電器故障，更嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致線(xiàn)束燒蝕等問(wèn)題。因此，汽車(chē)搭鐵的可靠性及合理性就顯得尤為重要。本文將從用電器類(lèi)型、搭鐵的種類(lèi)、搭鐵線(xiàn)的接法、搭鐵端子的防護(hù)、搭鐵端子的緊固、搭鐵點(diǎn)的涂裝遮蔽、搭鐵端子的防轉(zhuǎn)等方面來(lái)探究提高可靠性的方法。2.1通過(guò)用電器類(lèi)型來(lái)合理確定搭鐵（1）主搭鐵需要單獨(dú)進(jìn)行搭鐵，比如發(fā)動(dòng)機(jī)的搭鐵、車(chē)身的搭鐵。（2）重要零部件、大電流用電器、有特殊要求的用電器需要單獨(dú)搭鐵，比如ECU、TCU、氣囊、EPS電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、WCBS線(xiàn)控制動(dòng)系統(tǒng)等。（3）在共用搭鐵的設(shè)計(jì)時(shí)，為了避免不同類(lèi)型負(fù)載通過(guò)搭鐵線(xiàn)互相干擾，需要將信號(hào)類(lèi)搭鐵和功率類(lèi)搭鐵分開(kāi)；而在信號(hào)型用電器的搭鐵設(shè)計(jì)時(shí)，盡量將模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的搭鐵線(xiàn)分開(kāi)；在功率型用電器設(shè)計(jì)時(shí)，盡量將電阻型和電感型的搭鐵線(xiàn)分開(kāi)。在整車(chē)的回路中，電流都會(huì)沿最近的路線(xiàn)回到電源負(fù)極。所以在布置搭鐵點(diǎn)的位置時(shí)，大的原則是就近原則。這里將從普通搭鐵和主搭鐵兩個(gè)方面分別論述。（1）普通搭鐵。搭鐵點(diǎn)需盡量設(shè)計(jì)在距離電器件較近的地方。搭鐵分支設(shè)計(jì)時(shí)要盡量減少搭鐵回路長(zhǎng)度，這樣就能降低電線(xiàn)上的電壓降。
（2）主搭鐵。比如車(chē)身到蓄電池負(fù)極的搭鐵、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的搭鐵。由于搭鐵線(xiàn)上的電壓降會(huì)直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，尤其是冷啟動(dòng)。一方面可以從縮短搭鐵回路的長(zhǎng)度來(lái)降低電壓降，比如合理布置搭鐵線(xiàn)的走向來(lái)縮短線(xiàn)束長(zhǎng)度。另一方面可以通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體直接接到電池負(fù)極的方式來(lái)減少搭鐵點(diǎn)處的電壓降。圖1的搭鐵方式為發(fā)動(dòng)機(jī)缸體直接連接蓄電池負(fù)極，在搭鐵線(xiàn)上焊接搭鐵片，搭鐵片通過(guò)螺栓固定到車(chē)身上，實(shí)現(xiàn)車(chē)身與蓄電池負(fù)極的連接。此種搭鐵方式要比圖2中的搭鐵方式更能降低起動(dòng)回路的電壓降。
這兩種搭鐵線(xiàn)的接法各有優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)比情況及使用建議詳見(jiàn)表1。
無(wú)論使用哪種方法，都要綜合考慮盡可能地減短搭鐵線(xiàn)的長(zhǎng)度、節(jié)省成本和提高可靠性。對(duì)于如蓄電池負(fù)極線(xiàn)、發(fā)動(dòng)機(jī)搭鐵線(xiàn)等導(dǎo)線(xiàn)截面積較大的線(xiàn)束，一定要控制好線(xiàn)長(zhǎng)及走向，減小電壓降。對(duì)于處于濕區(qū)或者可能會(huì)漏水區(qū)域的搭鐵點(diǎn)，需要考慮到濕區(qū)環(huán)境對(duì)搭鐵點(diǎn)的影響，可從主被動(dòng)兩方面來(lái)同時(shí)防護(hù)。主動(dòng)方面，搭鐵端子首先避免布置于濕區(qū)或者漏水區(qū)域。如不能避免或者車(chē)身的結(jié)構(gòu)較難更改，可以將搭鐵點(diǎn)分支走向設(shè)計(jì)為U型結(jié)構(gòu)，這樣水流不會(huì)順著導(dǎo)線(xiàn)流到搭鐵端子處，如圖5所示。被動(dòng)方面，對(duì)于濕區(qū)位置的搭鐵端子，使用雙層熱縮管或者浸錫的方式對(duì)端子與導(dǎo)線(xiàn)的壓接部位進(jìn)行密封處理，避免液體進(jìn)入到導(dǎo)線(xiàn)內(nèi)部造成導(dǎo)線(xiàn)氧化和腐蝕。同時(shí)，對(duì)于搭鐵分支的包覆方式更改為PVC膠帶實(shí)纏后再包布基膠帶。
目前主流車(chē)型采用兩種裝配方式，一種是車(chē)身鈑金焊有背母，用螺栓來(lái)固定搭鐵端子。另一種是車(chē)身鈑金上焊植焊螺柱，用螺母來(lái)固定搭鐵端子。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，為了保證搭鐵的良好，一般使用前一種方式，使用刮漆螺栓來(lái)固定搭鐵端子。搭鐵端子的固定力矩需要根據(jù)實(shí)際使用的標(biāo)準(zhǔn)件來(lái)確定。目前汽車(chē)上一般使用M6和M8兩種規(guī)格的螺栓和螺母，其中發(fā)動(dòng)機(jī)搭鐵和車(chē)身到蓄電池負(fù)極的主搭鐵一般使用M8的，其余使用M6的。M8的緊固力矩一般設(shè)定為17±1Nm，M6的緊固力矩一般設(shè)定為9±1Nm。車(chē)身在涂裝工藝處理在制造過(guò)程中，搭鐵點(diǎn)涂裝遮蔽這一點(diǎn)容易被忽視。但如果處理不當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致搭鐵失效或更為嚴(yán)重的燒蝕故障，務(wù)必引起重視。針對(duì)此種現(xiàn)象，建議在車(chē)身進(jìn)入涂裝車(chē)間之前，利用工藝螺栓進(jìn)行預(yù)安裝遮蔽，涂裝完成后拆除，進(jìn)入總裝后再配合使用刮漆螺栓。但是要注意的是，工藝螺栓的使用次數(shù)不可太多，當(dāng)遮蔽效果下降時(shí)必須要更換工藝螺栓。目前越來(lái)越多的車(chē)型上使用的搭鐵端子都是帶有防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的，如圖6所示。使用防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的端子有兩點(diǎn)優(yōu)勢(shì)。一方面可以保證在緊固過(guò)程中端子不隨轉(zhuǎn)，這樣就能使緊固力矩更好地實(shí)施，增強(qiáng)了緊固效果。另一方面，在實(shí)際裝配過(guò)程中，普通搭鐵端子的隨轉(zhuǎn)可能會(huì)對(duì)裝配工人造成手部傷害。
本小節(jié)介紹一個(gè)在實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中遇到的搭鐵失效的故障，以供參考。在某車(chē)型的騾車(chē)試制階段，某一輛騾車(chē)裝配完成點(diǎn)火起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)機(jī)拖動(dòng)5秒左右后停止。再次點(diǎn)火起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)機(jī)無(wú)反應(yīng)。測(cè)試此輛問(wèn)題車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體對(duì)蓄電池負(fù)極電阻為1歐，用手甚至可以轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)到車(chē)身的搭鐵端子，而同批次其他正常起動(dòng)車(chē)輛為0~0.1歐。初步判斷為發(fā)動(dòng)機(jī)搭鐵不良，導(dǎo)致電壓降過(guò)高，無(wú)法滿(mǎn)足起動(dòng)需求電流。但是再次點(diǎn)火起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)機(jī)無(wú)反應(yīng)，說(shuō)明并非單純是起動(dòng)電流不足的原因，需要繼續(xù)排查。測(cè)量與點(diǎn)火有關(guān)的線(xiàn)束通斷情況，發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)線(xiàn)束與機(jī)艙線(xiàn)束的對(duì)接件某針腳發(fā)生燒蝕現(xiàn)象，如圖7所示。測(cè)量點(diǎn)火控制線(xiàn)后發(fā)現(xiàn)開(kāi)路，將線(xiàn)束拆開(kāi)后發(fā)現(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架測(cè)試接地線(xiàn)（此接地線(xiàn)僅為便于發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架測(cè)試時(shí)用，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)艙線(xiàn)車(chē)身搭鐵點(diǎn)回到蓄電池負(fù)極。此接地線(xiàn)僅在開(kāi)發(fā)階段的試制樣車(chē)上用，屬于冗余的搭鐵線(xiàn)）燒蝕，連同附近針腳的點(diǎn)火控制線(xiàn)一并燒斷。圖8為此車(chē)型的搭鐵拓?fù)涫疽鈭D。
至此，原因查明：由于發(fā)動(dòng)機(jī)到車(chē)身的主搭鐵不良，車(chē)輛起動(dòng)時(shí)部分起動(dòng)電流經(jīng)冗余搭鐵線(xiàn)與蓄電池負(fù)極形成回路，造成線(xiàn)路過(guò)載燒蝕。由于是騾車(chē)，此故障做特殊處理。首先，對(duì)燒斷的點(diǎn)火信號(hào)線(xiàn)重新接線(xiàn)，保證起動(dòng)控制回路的正常。其次，剪斷發(fā)動(dòng)機(jī)線(xiàn)束上冗余的這個(gè)搭鐵線(xiàn)，以消除隱患，發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架測(cè)試時(shí)，單獨(dú)再接一根搭鐵線(xiàn)。最后，對(duì)問(wèn)題搭鐵點(diǎn)重新緊固到位，并復(fù)核同批次的其他車(chē)輛此處的緊固力矩，確定搭鐵良好。
搭鐵可靠性對(duì)于汽車(chē)電路系統(tǒng)的可靠性而言十分重要。同時(shí)，各種原因?qū)е碌拇铊F不良現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，比如搭鐵緊固件失效導(dǎo)致的松動(dòng)、搭鐵接觸面由于銹蝕或噴涂等原因?qū)е碌慕佑|不良而增大電阻等。這些故障導(dǎo)致電壓降不正常而影響用電器的工作，或者導(dǎo)致電流分流到其他回路而影響其他電路，嚴(yán)重的有可能會(huì)導(dǎo)致線(xiàn)束燒蝕。因此，汽車(chē)搭鐵在設(shè)計(jì)時(shí)尤其要引起重視并遵循正確的設(shè)計(jì)原則，方能切實(shí)提高搭鐵的可靠性。
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