浅谈汽车线束设计及搭铁分析
发布时间：11/30 —— 2021
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汽车的供电系统设计是否合理，直接关系到汽车正常运行及驾驶员的安全性，因此世界各国的汽车线束设计原则基 本都是以安全为主。点火开关工作结构即整车电器负载分 。 LOCK 档: 钥匙只有在该档位才能拔出来，此时方向 盘被锁定且发动机停止工作。
ACC 档: 钥匙旋到该档位时受该档位控制的用电器 均能操作，如收音机和点烟器。IG1、IG2 档: 此时是 ON 档，除启动机不受控制外，其 他用电器均能启动正常工作。START 档: 启动发动机，在此时 ACC 档和 IG2 档用电 器均断电停止使用，以便有足够的电量用以启动，但松开钥 匙后钥匙将自动回到 ON 档，所有用电器均可正常使用。 1) 常电: 控制备用电源、制动灯、喇叭、室内顶灯及门控 灯、脚踏灯、行李箱灯、防盗系统和诊断系统等用电设备，即这些用电设备的取电方式是由蓄电池直接供给。 2) ACC 电: 主要控制音响系统、点烟器、座椅加热和电动天窗等设备。 3) ON 电: 主要控制组合仪表、安全气囊、电动外后视镜 调节、电动玻璃升降、空调鼓风机、倒车影像和大 灯 以 及 ECU、ABS、BCM、ESP 等控制系统。 4) ST 电: 启动机，规定启动瞬间切断ACC 和 IG2 上的 所有控制负载。线路保护就是对线束的导线加以保护，并兼顾对回路电器件的保护，其保护装置主要有熔断器和断路器，选取时一定要按照实际情况分析，不能马虎。汽车用熔断器就是平常所说的保险丝，当汽车电路发生故障和异常时，伴随着电流不断升高，并且升高的电流有可 能损坏电路中的某些重要器件或贵重器件，也有可能烧毁电 路甚至造成火灾时，熔断器将会自身熔断切断电流，从而保护整车电路的安全运行。熔断器按形状分可分为片式熔断器、方形熔断器或玻璃管式熔断器等; 按额定电压可分为高 压熔断器和低压熔断器; 按熔断速度可分为快熔和慢熔; 选取时需考虑负载的类型、工作环境温度及电流的范围。熔断 器的容量可根据下述经验公式推算: 公式 1:在常温( 25 ℃ ) 下选择保险丝额定电流的 75% 为工作 单位，当环境温度升高时，保险丝的载流能力会下降，温度下降的系数为 0.15% /℃ :其中: K = 1 -( T-25 ℃ ) * 0.15% /℃，即温度系数; I保为保 险丝的额定电流，即保险丝的容量; I工作 为负载工作的实际 电流; T 和负载工作的环境温度。 说明: 公式中的温度系数( K) 可以根据不同类型的保险 丝温度性能曲线来确定。 公式 2: 保险丝的额定容量 = 电路最大工作电流/80%公式 3:保险丝容量( F) ≥ 正常工作电流/（负载特性* 峰值电流时间* 负载装配区域* 保险丝装配区域 ）负载特性包括连续负载和间断负载，连续负载是指工作 时间在 10 s 以上的用电设备，间断负载是指工作时间在 10 s 以下的用电设备。峰值电流时间: 如出现峰值电流的时间 ＜0.2 s 的为 1. 0、如时间＞0.3 s 的为 0.7。( 说明: 结合现在电器件的设计水平，暂定出现峰值电流时间 ＞ 0.3) 负载装配区域: 如布置在室内则系数为 1. 0、如布置 在发动机舱则系数为 0.9。 保险丝 的 安 装 区 域: 如保险丝单独连接则系数为 1.0、如安装在保险丝盒内则系数为 0.9。例: 喇叭 保 险 丝: 工 作 电 流 是 8 A，则: FUSE 的 容 量 ≥8 A/［1.1* 0.7* 0.9* 0.9］= 13 A，根据保险丝的实际规 格可选择 15A 的保险丝来保护线路。在电路设计过程中有关保险丝的选择可以结合上面的 经验公式来选定。汽车常用的继电器一般是通过小电流来控制大电流，从而达到保护用电器的作用。选取继电器时必须根据用电器 的功率和开关的承载能力来决定，如果开关的触点耐电流能 满足负载的额定电流就可以不用选择继电器来保护。常用 继电器的设备一般有刮水器、喇叭、前照灯、雾灯、除霜、风扇 和鼓风机等，目前乘用车设计所选用的继电器一般为 12 V， 其选择的相关技术要求如下: 1) 继电器线圈: 额定电压为 12 V，工作电压范围 9 V ～ 15 V，触点吸合电压一般不大于 8 V，触点断开电压一般不小 于 2． 5 V。 2) 继电器触点: 根据整车电器控制逻辑确定触点类型 ( 常开、常闭和双触点等) ，触点材料一般有 AgSnO、AgNiO 或 银合金，触点负载性质一般有电阻性负载、电感性负载、点击 负载和灯具负载等; 触点额定容量有 15 A、20 A、30 A、40 A、 60 A、70 A、80 A 等，其机械寿命不小于 1 × 107 次。 3) 线圈额定电流的选择: 对没有特殊要求的继电器( 喇 叭、除霜器、雾灯等) 一般优先选用汽车普通继电器( 成本 底) ，对一些固定在 PCB 电路板上及控制模块系统中的继电 器需选用线圈上并联瞬态抑制( 又叫削峰) 二极管或电阻的 继电器( 成本高) ，此线圈的额定电流可根据相应的控制系 统来确定。 4) 环境温度范围: 一般继电器的耐温范围在-40 ℃ ～ 85 ℃，部分耐高温继电器的耐温范围在-40 ℃ ～ 125 ℃。设计时考虑到设计成本，对继电器的耐温要求应根据继电器 所装配位置进行确定，如装配在室内，耐温范围-40 ℃ ～ 85 ℃ ; 如装配在前舱，耐温范围 -40 ℃ ～ 125 ℃。 设计时首先应重点考虑线束所处的环境和功能，如: 发动机舱周围环境温度高，腐蚀性气体和液体也很多，因此，一定要选用耐高温、耐油、耐振动和耐摩擦的导线，行李箱盖上的导线要在低温下保持弹性，门内导线耐弯曲度要求高; 同 时选用不同标准的导线其性能也有很大区别，德标导线绝缘 皮薄柔韧性好，国标导线绝缘皮厚、延伸性好，日标导线绝缘 皮薄、柔韧性较好，美标导线绝缘皮一般为热塑性和热固性 弹性体，还有经过辐照工艺加工的，这些均可根据不同需求 和工作环境进行合理的选择。 1) 根据电器件功率的大小计算流通导线的电流，长时 间工作的电气设备可选择实际载流量 60% ～ 100% 之间的 导线。 2) 根据不同的工作环境和温度大小适当改变导线的截 面积。 3) 根据导线的走向、连接器的数量( 即电压降的大小) 适当改变导线的截面积。截面积的选择计算可根据经验公式:注: I—导线中通过的电流，S—导线截面积。导线截面积常用规格有 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，它们各自都有负载电流值，配用于不同功率用电 设备。以开瑞绿卡整车线束为例，0.5 mm2 规格线适用于仪 表灯、指示灯等; 0.75 mm2 规格线适用于牌照灯、前后小灯 等; 1.0 mm2 规格线适用于喇叭、转向灯、雾灯等。 为了便于识别和检修汽车电器设备，在设计时通常将电 线束中的低压线采用不同颜色，而线色的选配应优先选用单色，再选用双色，双色线的导线颜色由两种颜色组合而成，其 标注的第一色为主色，第二色为辅助色。 在各种汽车电器中功率搭铁线应用黑色电线，黑色电线 除作功率搭铁线外，不作其它用途; 而电子搭铁线应用棕色 电线，棕色电线除作电子搭铁线外，不作其它用途; 双绞线的 颜色在黄/黄棕、黄白/黄红、黄黑/黄绿、黄蓝/绿黄四组中选取; CAN 双绞线的颜色为绿/黄、绿黑/黄黑、绿红/黄红
汽车线束布置是一个复杂的过程，需要考虑的方方面面很多，布置时注意事项如下: 1) 线束布置要顺其自然，在视觉上不感觉走向牵强，在装配中不和其他零部件干涉，在维修中不感觉难于操作。 2) 接地线要按照假想的回路设置搭铁点，且搭铁点要 布置在大的构件上。 3) 线束要避免与周围部件干涉，线束和周围零部件间 隙均匀，和热源保持足够距离，同时避开油路。4) 信号线尽可能避开大电流导线和干扰源，防止电磁 干扰。 5) 在满足功能的情况下，尽量避免重复走线，尽可能地 减少导线的长度和根数，从而达到减轻重量及降低成本，同时要保证线束质量，安全可靠。 6) 通过利用防护橡胶套来保证线束穿过金属孔时避免 被切断或割裂。 8) 保险丝和继电器更换的方便性，使用频率高的用电 器，其保险丝和继电器在保险丝盒内的位置布置在易寻找、 易操作的位置，在保险丝盒内的布置，要将其散热量大小和 其工作时间考虑在内，避免局部早期失效。 9) 利用 CATIA 软件中的 Electrical Harness Assembly 模 块进行整车线束走向的模拟，明确固定点和避免干涉点并确 定线束长度。 搭铁设计在汽车线束设计中尤为重要，否则会造成信号 干扰，从而影响某些电器件的正常功能实现，下面将具体论 述汽车搭铁的类型、功能及在整车中的分配: 1) 整车地: 顾名思义就是整车电路的地，它是由蓄电池 负极直接接到车身，使车身成为一个大的负极，所有的搭铁 点都是通过车身搭铁，因此汽车电路中的接地又被称之为 搭铁。 2) 功率地: 主要是指大功率用电设备的搭铁，例如发动 机冷却风扇、刮水电机、玻璃升降电动机、空调鼓风机等，这 些用电器的电流一般较大，会对其他弱电流或信号线产生 干扰。 3) 信号地: 一般指小电流信号的搭铁，有模拟信号、数 字信号等，信号一般比较敏感，容易被干扰。 4) 屏蔽层搭铁: 对于娱乐系统天线及高压工作用电器， 由于其工作过程中对周围电磁场影响较大，必须采用单芯屏 蔽线，以达到保证接收信号准确，且对周围线束电磁场影响 最小作用。 上述搭铁点的设计均要遵循强弱电分开搭铁原则、安全 件单独搭铁原则和就近搭铁原则，避免搭铁线过长，造成不 必要的电压降。 汽车线束设计的是否合理在很大程度上影响着汽车的 整体性能，目前开瑞绿卡所研发车型的整车线束设计方法及 搭铁点布置均按照上述设计原则进行，首先根据整车配置进 行合理的电源分配，其次按照用电器的功率大小而合理地选择导线线径、保险丝容量和继电器大小，最后通过三维线束 布置模拟出线束的基本走向、固定位置、固定方式和线束分 支的长短，从而保证线束满足汽车的环境性能、电气性能和 机械性能等要求，实现电信号的传递，确保用电设备的正常 工作
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