王超穎

(奇瑞汽車河南有限公司，河南 開封 475000)

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淺談汽車線束設(shè)計(jì)及搭鐵分析

王超穎

(奇瑞汽車河南有限公司，河南 開封 475000)

摘要：汽車線束設(shè)計(jì)關(guān)系到整車用電設(shè)備的功能實(shí)現(xiàn)和行車安全。本文主要對汽車負(fù)載分配設(shè)計(jì)、線路保護(hù)設(shè)計(jì)、導(dǎo)線的選取及線束的布置等進(jìn)行介紹，并對搭鐵線設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：繼電器；保險(xiǎn)；線束設(shè)計(jì)；搭鐵分析

汽車線束是汽車電路各部件聯(lián)系的載體，有人曾經(jīng)做過一個(gè)形象的比喻，汽車線束是血管，汽車引擎是心臟，心臟因血管而跳動(dòng)，引擎因線束而運(yùn)轉(zhuǎn)，可見汽車線束對于汽車整車電路正常穩(wěn)定的重要性，故了解汽車線束設(shè)計(jì)中的一些設(shè)計(jì)原則是很有必要的。然而，搭鐵設(shè)計(jì)尤為重要,首先是搭鐵的回路增加，其次是需要搭鐵的功能越來越多，因搭鐵不良而導(dǎo)致流經(jīng)電氣設(shè)備的電流發(fā)生變化，產(chǎn)生電位差，從而影響設(shè)備的性能。因此，汽車線束設(shè)計(jì)在電器系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)中尤為重要。

1負(fù)載分配設(shè)計(jì)原則

汽車的供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否合理，直接關(guān)系到汽車正常運(yùn)行及駕駛員的安全性，因此世界各國的汽車線束設(shè)計(jì)原則基本都是以安全為主。點(diǎn)火開關(guān)工作結(jié)構(gòu)即整車電器負(fù)載分配如圖1所示。

圖1　點(diǎn)火開關(guān)工作結(jié)構(gòu)原理

·LOCK檔：鑰匙只有在該檔位才能拔出來，此時(shí)方向盤被鎖定且發(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)，但松開鑰匙后鑰匙將自動(dòng)回到ON檔，所有用電器均可正常使用[1]。

目前國內(nèi)汽車設(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)頂燈及門控?zé)?、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[1]。

2線路保護(hù)設(shè)計(jì)原則

線路保護(hù)就是對線束的導(dǎo)線加以保護(hù)，并兼顧對回路電器件的保護(hù)[2]，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。

2.1熔斷器的選取原則

汽車用熔斷器就是平常所說的保險(xiǎn)絲，當(dāng)汽車電路發(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%/℃：

I保=I工作/(0.75*K) .

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)≥

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15 A的保險(xiǎn)絲來保護(hù)線路[2]。

在電路設(shè)計(jì)過程中有關(guān)保險(xiǎn)絲的選擇可以結(jié)合上面的經(jīng)驗(yàn)公式來選定。

2.2繼電器的選取原則

汽車常用的繼電器一般是通過小電流來控制大電流，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)用電器的功率和開關(guān)的承載能力來決定，如果開關(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)斷開電壓一般不小于2.5 V。

2) 繼電器觸點(diǎn)：根據(jù)整車電器控制邏輯確定觸點(diǎn)類型(常開、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：對沒有特殊要求的繼電器(喇叭、除霜器、霧燈等)一般優(yōu)先選用汽車普通繼電器(成本底)，對一些固定在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 ℃。

3導(dǎo)線選取原則

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)艙周圍環(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。

3.1導(dǎo)線截面積的選取原則

1) 根據(jù)電器件功率的大小計(jì)算流通導(dǎo)線的電流，長時(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[1]。

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。以開瑞綠卡整車線束為例，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。

3.2導(dǎo)線顏色的選取原則

為了便于識別和檢修汽車電器設(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?。籆AN雙絞線的顏色為綠/黃、綠黑/黃黑、綠紅/黃紅[3]。

表1　線束的顏色及代號

表2　雙色線的選用順序

4線束布置

汽車線束布置是一個(gè)復(fù)雜的過程，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，在視覺上不感覺走向牽強(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) 線束要避免與周圍部件干涉，線束和周圍零部件間隙均勻，和熱源保持足夠距離，同時(shí)避開油路。

4) 信號線盡可能避開大電流導(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) 通過利用防護(hù)橡膠套來保證線束穿過金屬孔時(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)并確定線束長度。

5汽車搭鐵設(shè)計(jì)分析

搭鐵設(shè)計(jì)在汽車線束設(shè)計(jì)中尤為重要，否則會(huì)造成信號干擾，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搭鐵的類型、功能及在整車中的分配：

1) 整車地：顧名思義就是整車電路的地，它是由蓄電池負(fù)極直接接到車身，使車身成為一個(gè)大的負(fù)極，所有的搭鐵點(diǎn)都是通過車身搭鐵，因此汽車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)對其他弱電流或信號線產(chǎn)生干擾。

3) 信號地：一般指小電流信號的搭鐵，有模擬信號、數(shù)字信號等，信號一般比較敏感，容易被干擾。

4) 屏蔽層搭鐵：對于娛樂系統(tǒng)天線及高壓工作用電器，由于其工作過程中對周圍電磁場影響較大，必須采用單芯屏蔽線，以達(dá)到保證接收信號準(zhǔn)確，且對周圍線束電磁場影響最小作用。

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，避免搭鐵線過長，造成不必要的電壓降。

6結(jié)論

汽車線束設(shè)計(jì)的是否合理在很大程度上影響著汽車的整體性能，目前開瑞綠卡所研發(fā)車型的整車線束設(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短，從而保證線束滿足汽車的環(huán)境性能、電氣性能和機(jī)械性能等要求，實(shí)現(xiàn)電信號的傳遞，確保用電設(shè)備的正常工作。

參考文獻(xiàn)

[1]奇瑞汽車股份有限公司.整車電路系統(tǒng)開發(fā)手冊[Z].2012.

[2]吁苗，帥希士.整車線束設(shè)計(jì)及搭鐵策略分析[J].汽車電器，2010(1)：6-8.

[3]奇瑞汽車股份有限公司企標(biāo)標(biāo)準(zhǔn).汽車用低壓電線顏色規(guī)范Q/SQR.04.1200-2009[S].2010-10-26.

收稿日期：2015-01-29

作者簡介：王超穎(1987- )，女，黑龍江人，助理工程師，研究方向：汽車電器。

文章編號：1674- 4578(2016)02- 0034- 02

中圖分類號：U463.6

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Introduction on the Design of Automobile Wiring Harness and Analysis for Grounding

Wang Chaoying

(CheryAutomobileHenanCo.,Ltd,KaifengHenan475000,China)

Abstract:Automotive wiring harness design is related to the function realization of vehicle electrical equipment and driving safety. In this paper, the load distribution design on car, design of line protection, the selection and arrangement of wire conductor are introduced, and the wire design is analyzed.

Key words:relay; insure; design of wiring harness; analysis of grounding