淺談汽車(chē)線束設(shè)計(jì)及搭鐵分析
發(fā)布時(shí)間：07/12 —— 2022
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汽車(chē)的供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否合理，直接關(guān)系到汽車(chē)正常運(yùn)行及駕駛員的安全性，因此世界各國(guó)的汽車(chē)線束設(shè)計(jì)原則基 本都是以安全為主。點(diǎn)火開(kāi)關(guān)工作結(jié)構(gòu)即整車(chē)電器負(fù)載分 。
LOCK 檔: 鑰匙只有在該檔位才能拔出來(lái)，此時(shí)方向 盤(pán)被鎖定且發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作。
ACC 檔: 鑰匙旋到該檔位時(shí)受該檔位控制的用電器 均能操作，如收音機(jī)和點(diǎn)煙器。IG1、IG2 檔: 此時(shí)是 ON 檔，除啟動(dòng)機(jī)不受控制外，其 他用電器均能啟動(dòng)正常工作。START 檔: 啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，在此時(shí) ACC 檔和 IG2 檔用電 器均斷電停止使用，以便有足夠的電量用以啟動(dòng)，但松開(kāi)鑰 匙后鑰匙將自動(dòng)回到 ON 檔，所有用電器均可正常使用。 目前國(guó)內(nèi)汽車(chē)設(shè)計(jì)一般要求的電源分配如下: 1) 常電: 控制備用電源、制動(dòng)燈、喇叭、室內(nèi)頂燈及門(mén)控 燈、腳踏燈、行李箱燈、防盜系統(tǒng)和診斷系統(tǒng)等用電設(shè)備，即這些用電設(shè)備的取電方式是由蓄電池直接供給。 2) ACC 電: 主要控制音響系統(tǒng)、點(diǎn)煙器、座椅加熱和電動(dòng)天窗等設(shè)備。 3) ON 電: 主要控制組合儀表、安全氣囊、電動(dòng)外后視鏡 調(diào)節(jié)、電動(dòng)玻璃升降、空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)、倒車(chē)影像和大 燈 以 及 ECU、ABS、BCM、ESP 等控制系統(tǒng)。 4) ST 電: 啟動(dòng)機(jī)，規(guī)定啟動(dòng)瞬間切斷ACC 和 IG2 上的 所有控制負(fù)載。線路保護(hù)就是對(duì)線束的導(dǎo)線加以保護(hù)，并兼顧對(duì)回路電器件的保護(hù)，其保護(hù)裝置主要有熔斷器和斷路器，選取時(shí)一定要按照實(shí)際情況分析，不能馬虎。汽車(chē)用熔斷器就是平常所說(shuō)的保險(xiǎn)絲，當(dāng)汽車(chē)電路發(fā)生故障和異常時(shí)，伴隨著電流不斷升高，并且升高的電流有可 能損壞電路中的某些重要器件或貴重器件，也有可能燒毀電 路甚至造成火災(zāi)時(shí)，熔斷器將會(huì)自身熔斷切斷電流，從而保護(hù)整車(chē)電路的安全運(yùn)行。熔斷器按形狀分可分為片式熔斷器、方形熔斷器或玻璃管式熔斷器等; 按額定電壓可分為高 壓熔斷器和低壓熔斷器; 按熔斷速度可分為快熔和慢熔; 選取時(shí)需考慮負(fù)載的類型、工作環(huán)境溫度及電流的范圍。熔斷 器的容量可根據(jù)下述經(jīng)驗(yàn)公式推算: 公式 1:在常溫( 25 ℃ ) 下選擇保險(xiǎn)絲額定電流的 75% 為工作 單位，當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，保險(xiǎn)絲的載流能力會(huì)下降，溫度下降的系數(shù)為 0.15% /℃ :其中: K = 1 -( T-25 ℃ ) * 0.15% /℃，即溫度系數(shù); I保為保 險(xiǎn)絲的額定電流，即保險(xiǎn)絲的容量; I工作 為負(fù)載工作的實(shí)際 電流; T 和負(fù)載工作的環(huán)境溫度。 說(shuō)明: 公式中的溫度系數(shù)( K) 可以根據(jù)不同類型的保險(xiǎn) 絲溫度性能曲線來(lái)確定。 公式 2: 保險(xiǎn)絲的額定容量 = 電路最大工作電流/80%公式 3:保險(xiǎn)絲容量( F) ≥ 正常工作電流/（負(fù)載特性* 峰值電流時(shí)間* 負(fù)載裝配區(qū)域* 保險(xiǎn)絲裝配區(qū)域 ）負(fù)載特性包括連續(xù)負(fù)載和間斷負(fù)載，連續(xù)負(fù)載是指工作 時(shí)間在 10 s 以上的用電設(shè)備，間斷負(fù)載是指工作時(shí)間在 10 s 以下的用電設(shè)備。峰值電流時(shí)間: 如出現(xiàn)峰值電流的時(shí)間 ＜0.2 s 的為 1. 0、如時(shí)間＞0.3 s 的為 0.7。( 說(shuō)明: 結(jié)合現(xiàn)在電器件的設(shè)計(jì)水平，暫定出現(xiàn)峰值電流時(shí)間 ＞ 0.3) 負(fù)載裝配區(qū)域: 如布置在室內(nèi)則系數(shù)為 1. 0、如布置 在發(fā)動(dòng)機(jī)艙則系數(shù)為 0.9。 保險(xiǎn)絲 的 安 裝 區(qū) 域: 如保險(xiǎn)絲單獨(dú)連接則系數(shù)為 1.0、如安裝在保險(xiǎn)絲盒內(nèi)則系數(shù)為 0.9。例: 喇叭 保 險(xiǎn) 絲: 工 作 電 流 是 8 A，則: FUSE 的 容 量 ≥8 A/［1.1* 0.7* 0.9* 0.9］= 13 A，根據(jù)保險(xiǎn)絲的實(shí)際規(guī) 格可選擇 15A 的保險(xiǎn)絲來(lái)保護(hù)線路。在電路設(shè)計(jì)過(guò)程中有關(guān)保險(xiǎn)絲的選擇可以結(jié)合上面的 經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)選定。汽車(chē)常用的繼電器一般是通過(guò)小電流來(lái)控制大電流，從而達(dá)到保護(hù)用電器的作用。選取繼電器時(shí)必須根據(jù)用電器 的功率和開(kāi)關(guān)的承載能力來(lái)決定，如果開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)耐電流能 滿足負(fù)載的額定電流就可以不用選擇繼電器來(lái)保護(hù)。常用 繼電器的設(shè)備一般有刮水器、喇叭、前照燈、霧燈、除霜、風(fēng)扇 和鼓風(fēng)機(jī)等，目前乘用車(chē)設(shè)計(jì)所選用的繼電器一般為 12 V， 其選擇的相關(guān)技術(shù)要求如下: 1) 繼電器線圈: 額定電壓為 12 V，工作電壓范圍 9 V ～ 15 V，觸點(diǎn)吸合電壓一般不大于 8 V，觸點(diǎn)斷開(kāi)電壓一般不小 于 2． 5 V。 2) 繼電器觸點(diǎn): 根據(jù)整車(chē)電器控制邏輯確定觸點(diǎn)類型 ( 常開(kāi)、常閉和雙觸點(diǎn)等) ，觸點(diǎn)材料一般有 AgSnO、AgNiO 或 銀合金，觸點(diǎn)負(fù)載性質(zhì)一般有電阻性負(fù)載、電感性負(fù)載、點(diǎn)擊 負(fù)載和燈具負(fù)載等; 觸點(diǎn)額定容量有 15 A、20 A、30 A、40 A、 60 A、70 A、80 A 等，其機(jī)械壽命不小于 1 × 107 次。 3) 線圈額定電流的選擇: 對(duì)沒(méi)有特殊要求的繼電器( 喇 叭、除霜器、霧燈等) 一般優(yōu)先選用汽車(chē)普通繼電器( 成本 底) ，對(duì)一些固定在 PCB 電路板上及控制模塊系統(tǒng)中的繼電 器需選用線圈上并聯(lián)瞬態(tài)抑制( 又叫削峰) 二極管或電阻的 繼電器( 成本高) ，此線圈的額定電流可根據(jù)相應(yīng)的控制系 統(tǒng)來(lái)確定。 4) 環(huán)境溫度范圍: 一般繼電器的耐溫范圍在-40 ℃ ～ 85 ℃，部分耐高溫繼電器的耐溫范圍在-40 ℃ ～ 125 ℃。設(shè)計(jì)時(shí)考慮到設(shè)計(jì)成本，對(duì)繼電器的耐溫要求應(yīng)根據(jù)繼電器 所裝配位置進(jìn)行確定，如裝配在室內(nèi)，耐溫范圍-40 ℃ ～ 85 ℃ ; 如裝配在前艙，耐溫范圍 -40 ℃ ～ 125 ℃。 設(shè)計(jì)時(shí)首先應(yīng)重點(diǎn)考慮線束所處的環(huán)境和功能，如: 發(fā)動(dòng)機(jī)艙周?chē)h(huán)境溫度高，腐蝕性氣體和液體也很多，因此，一定要選用耐高溫、耐油、耐振動(dòng)和耐摩擦的導(dǎo)線，行李箱蓋上的導(dǎo)線要在低溫下保持彈性，門(mén)內(nèi)導(dǎo)線耐彎曲度要求高; 同 時(shí)選用不同標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)線其性能也有很大區(qū)別，德標(biāo)導(dǎo)線絕緣 皮薄柔韌性好，國(guó)標(biāo)導(dǎo)線絕緣皮厚、延伸性好，日標(biāo)導(dǎo)線絕緣 皮薄、柔韌性較好，美標(biāo)導(dǎo)線絕緣皮一般為熱塑性和熱固性 彈性體，還有經(jīng)過(guò)輻照工藝加工的，這些均可根據(jù)不同需求 和工作環(huán)境進(jìn)行合理的選擇。 1) 根據(jù)電器件功率的大小計(jì)算流通導(dǎo)線的電流，長(zhǎng)時(shí) 間工作的電氣設(shè)備可選擇實(shí)際載流量 60% ～ 100% 之間的 導(dǎo)線。 2) 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。 3) 根據(jù)導(dǎo)線的走向、連接器的數(shù)量( 即電壓降的大小) 適當(dāng)改變導(dǎo)線的截面積。截面積的選擇計(jì)算可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式:注: I—導(dǎo)線中通過(guò)的電流，S—導(dǎo)線截面積。導(dǎo)線截面積常用規(guī)格有 0.3 mm2 、0. 5 mm2 、0.75 mm2 、 1.0 mm2 、1.5 mm2 、2.0 mm2 、2.5 mm2 、4.0 mm2 、6.0 mm2 、 10 mm2 等，它們各自都有負(fù)載電流值，配用于不同功率用電 設(shè)備。以開(kāi)瑞綠卡整車(chē)線束為例，0.5 mm2 規(guī)格線適用于儀 表燈、指示燈等; 0.75 mm2 規(guī)格線適用于牌照燈、前后小燈 等; 1.0 mm2 規(guī)格線適用于喇叭、轉(zhuǎn)向燈、霧燈等。 為了便于識(shí)別和檢修汽車(chē)電器設(shè)備，在設(shè)計(jì)時(shí)通常將電 線束中的低壓線采用不同顏色，而線色的選配應(yīng)優(yōu)先選用單色，再選用雙色，雙色線的導(dǎo)線顏色由兩種顏色組合而成，其 標(biāo)注的第一色為主色，第二色為輔助色。 在各種汽車(chē)電器中功率搭鐵線應(yīng)用黑色電線，黑色電線 除作功率搭鐵線外，不作其它用途; 而電子搭鐵線應(yīng)用棕色 電線，棕色電線除作電子搭鐵線外，不作其它用途; 雙絞線的 顏色在黃/黃棕、黃白/黃紅、黃黑/黃綠、黃藍(lán)/綠黃四組中選取; CAN 雙絞線的顏色為綠/黃、綠黑/黃黑、綠紅/黃紅
汽車(chē)線束布置是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，需要考慮的方方面面很多，布置時(shí)注意事項(xiàng)如下: 1) 線束布置要順其自然，在視覺(jué)上不感覺(jué)走向牽強(qiáng)，在裝配中不和其他零部件干涉，在維修中不感覺(jué)難于操作。 2) 接地線要按照假想的回路設(shè)置搭鐵點(diǎn)，且搭鐵點(diǎn)要 布置在大的構(gòu)件上。 3) 線束要避免與周?chē)考缮妫€束和周?chē)悴考g 隙均勻，和熱源保持足夠距離，同時(shí)避開(kāi)油路。4) 信號(hào)線盡可能避開(kāi)大電流導(dǎo)線和干擾源，防止電磁 干擾。 5) 在滿足功能的情況下，盡量避免重復(fù)走線，盡可能地 減少導(dǎo)線的長(zhǎng)度和根數(shù)，從而達(dá)到減輕重量及降低成本，同時(shí)要保證線束質(zhì)量，安全可靠。 6) 通過(guò)利用防護(hù)橡膠套來(lái)保證線束穿過(guò)金屬孔時(shí)避免 被切斷或割裂。 7) 與運(yùn)動(dòng)零部件之間的間隙應(yīng)大于 25 mm。 8) 保險(xiǎn)絲和繼電器更換的方便性，使用頻率高的用電 器，其保險(xiǎn)絲和繼電器在保險(xiǎn)絲盒內(nèi)的位置布置在易尋找、 易操作的位置，在保險(xiǎn)絲盒內(nèi)的布置，要將其散熱量大小和 其工作時(shí)間考慮在內(nèi)，避免局部早期失效。 9) 利用 CATIA 軟件中的 Electrical Harness Assembly 模 塊進(jìn)行整車(chē)線束走向的模擬，明確固定點(diǎn)和避免干涉點(diǎn)并確 定線束長(zhǎng)度。 搭鐵設(shè)計(jì)在汽車(chē)線束設(shè)計(jì)中尤為重要，否則會(huì)造成信號(hào) 干擾，從而影響某些電器件的正常功能實(shí)現(xiàn)，下面將具體論 述汽車(chē)搭鐵的類型、功能及在整車(chē)中的分配: 1) 整車(chē)地: 顧名思義就是整車(chē)電路的地，它是由蓄電池 負(fù)極直接接到車(chē)身，使車(chē)身成為一個(gè)大的負(fù)極，所有的搭鐵 點(diǎn)都是通過(guò)車(chē)身搭鐵，因此汽車(chē)電路中的接地又被稱之為 搭鐵。 2) 功率地: 主要是指大功率用電設(shè)備的搭鐵，例如發(fā)動(dòng) 機(jī)冷卻風(fēng)扇、刮水電機(jī)、玻璃升降電動(dòng)機(jī)、空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)等，這 些用電器的電流一般較大，會(huì)對(duì)其他弱電流或信號(hào)線產(chǎn)生 干擾。 3) 信號(hào)地: 一般指小電流信號(hào)的搭鐵，有模擬信號(hào)、數(shù) 字信號(hào)等，信號(hào)一般比較敏感，容易被干擾。 4) 屏蔽層搭鐵: 對(duì)于娛樂(lè)系統(tǒng)天線及高壓工作用電器， 由于其工作過(guò)程中對(duì)周?chē)姶艌?chǎng)影響較大，必須采用單芯屏 蔽線，以達(dá)到保證接收信號(hào)準(zhǔn)確，且對(duì)周?chē)€束電磁場(chǎng)影響 最小作用。 上述搭鐵點(diǎn)的設(shè)計(jì)均要遵循強(qiáng)弱電分開(kāi)搭鐵原則、安全 件單獨(dú)搭鐵原則和就近搭鐵原則，避免搭鐵線過(guò)長(zhǎng)，造成不 必要的電壓降。 汽車(chē)線束設(shè)計(jì)的是否合理在很大程度上影響著汽車(chē)的 整體性能，目前開(kāi)瑞綠卡所研發(fā)車(chē)型的整車(chē)線束設(shè)計(jì)方法及 搭鐵點(diǎn)布置均按照上述設(shè)計(jì)原則進(jìn)行，首先根據(jù)整車(chē)配置進(jìn) 行合理的電源分配，其次按照用電器的功率大小而合理地選擇導(dǎo)線線徑、保險(xiǎn)絲容量和繼電器大小，最后通過(guò)三維線束 布置模擬出線束的基本走向、固定位置、固定方式和線束分 支的長(zhǎng)短，從而保證線束滿足汽車(chē)的環(huán)境性能、電氣性能和 機(jī)械性能等要求，實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的傳遞，確保用電設(shè)備的正常 工作
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