技术| 汽车低压线束导线选型设计

汽车线束是汽车电路的网络主体，通过合理的设计布置、连接电源以及各种控制器、执行器、显示器等电气设备，传递信号，使之实现功能。如某一功能回路出现故障，将导致相应电器功能失效，汽车线束是汽车关键系统之一。 

随着人们对汽车性能要求的提高，汽车线束变得越来越复杂，导线选型合理可靠， 可有效节约线束综合成本，降低线束的总体质量，保证汽车功能安全运行。

低压汽车导线按照标准不同主要分国标、日标、德标、 美标等4大系列。

参照标准如下。

1） 国标线缆参照标准：GB／T  8139。

2） 日标线缆参照标准：JASO D608、D609、D611。

3） 德标线缆参照标准：ISO 6722。

4） 美标线缆参照标准：SAE  J1128、 SAE  J1678、 US一 CAR-21。

导线选型设计流程见图1。

图1 导线选型设计流程图

3.1   用电设备电流计算

整车用电设备参数收集后进行用电设备额定电流的计算：

用电设备电流＝(额定功率／标称电压）×(实际电压／标称电压）

额定功率：用电设备的额定功率；

标称电压：通常指不接任何负载的电压，一般为12V； 

实际电压：实际加载在电气设备上的电压，一般取13.5V或14V。

3.2   熔断器选取

熔断器选型时，首先根据整车负载的类型选取相应类型的熔断器，一般启动电流较小或冲击时间较短的电器负载以及阻性负载选用快熔型熔断器，电流冲击较大或冲击时间较长的负载以及感性负载选用慢熔型熔断器。

负载电流为稳态电流时：I_f=I_n/负载特性系数×RR

式中 I_f ：熔断器理想工作电流，I_n ：用电设备额定电流，负载特性系数一般取0.75，RR ：环境温度折损系数，选取可参考图2，T：熔断器工作环境温度。

图2  环境温度折损系数的选取

对于脉冲电流或浪涌电流需要根据负载I-T特性曲线计算I²t， 验证熔断器使用寿命满足电气设备的使用要求。熔断器的厂家不同，计算方法不同。例如某厂家熔断器计算方法中熔断器的使用寿命依据相对I²t判断， 即电流累计I²t和 熔断器熔断I²t的比值。选择相对I²t小于且最接近30%的熔断器，承载冲击次数不少于105次。

3.3   导线选取

导线的选取分为导线种类和线径的选取，一般先选导线种类再选导线的线径。导线的种类选取通常参照以下内容。

1）由于导线随着环境温度的升高其载流量会降低，导线选取时需根据线束的工作环境选取相应耐温等级的导线，导线耐温等级分8个温度等级，参照ISO  6722。

2）高频振动、工作环境恶劣、湿度大且易腐蚀部位导线，其耐振动性能、耐磨性能、耐腐蚀性能以及耐潮湿性能应满足相关试验要求。

3） 对于弱信号电路或易受干扰的信号电路，性能要求较高的如安全气囊、ABS、 影音系统电路选用双绞线或屏蔽线。

4）导线的颜色的选取参照QC /T  414 《汽车用低压电线的颜色》相关要求。

导线线径选取参照以下方法：

根据用电设备额定电流查找导线供应商提供的导线参数表（表1），查询不同环境温度下导线额定载流量选取导线的额定载流量大于负载原则， 初步选定线径。

3.4  熔断器、导线匹配校核

匹配原则：根据烟化时间——电流曲线和熔断器熔断时间——电流曲线对比验证所选导线线径是否与熔断器匹配， 保证导线烟化时间——电流曲线位于熔断器熔断时间——电流曲线上方且无交叉， 即导线的发烟时间大于熔断器的熔断时间，如图3 所示。

表1  不同环境温度下的电线载流量最大值（A）

图3  熔断器、导线匹配校核

若导线的发烟曲线位于熔断器的熔断曲线上方，说明熔断器的熔断时间小于导线的发烟时间，两者匹配。若两条曲线有交叉或导线的发烟曲线位于熔断器熔断曲线下方，说明在某种工况条件下，熔断器的熔断时间大于导线的发烟时间，导线与熔断器匹配不良，存在烧蚀风险，需重新调整线径。

为了验证过程简单化，通常取短时间熔断电流和长时间熔断电流验证。计算公式：

l_z=l_f×N×[1-0.15%×（T-23℃）]

式中l_z：熔断器熔断电流 l_f：熔断器额定电流。

对于快熔熔断器，短时间熔断电流为额定电流的200%，N=200%；长时间熔断电流为额定电流的135%，N=135%。对于慢熔熔断器，短时间熔断电流为额定电流的600%，N= 600%；长时间熔断电流为额定电流的200%，N=200%。通过以上计算验证熔断器熔断电流是否小于导线发烟电流，如果不满足需重新选择导线。

3.5   导线长度压降校核

用电设备参数表中对回路线阻、压降有严格要求的，需对整个回路进行压降校核。公式：

U₁=R₁×负载电流×回路长度

式中U₁：导线回路实际压降；R₁：工作环境温度下导线单位长度阻值（表1）。

计算出回路压降≤回路允许压降，如不满足，需重新导线选型。

综上介绍导线选型方法，导线选型在汽车原理设计中至关重要，每个回路都需准确计算、校核，才能实现线束安全性，轻量化设计。