布線型中央集控電器盒在某輕卡上的設(shè)計(jì)應(yīng)用

藺春明，章劍兵，韓勇，周積茂

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

布線型中央集控電器盒在某輕卡上的設(shè)計(jì)應(yīng)用

藺春明，章劍兵，韓勇，周積茂

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

本文首先介紹了電器盒的發(fā)展趨勢(shì)及在國內(nèi)輕卡的應(yīng)用情況，然后描述了布線型中央集控電器盒的技術(shù)特點(diǎn)。接著以某輕卡為例，從電器盒的內(nèi)外部結(jié)構(gòu)、電路要求、匯流排、繞線設(shè)計(jì)等方面詳細(xì)闡述了布線型中央集控電器盒在某輕卡上的設(shè)計(jì)應(yīng)用研究過程。結(jié)果表明布線型中央集控電器盒在輕卡上應(yīng)用完全具有可行性，并且其性能和可靠性方面優(yōu)于傳統(tǒng)的插入端子式電器盒。

布線型中央集控電器盒；音叉端子；刺破端子；繞線連接；單芯導(dǎo)線；匯流排

CLC NO.:U463.6Document Code:AArticle ID:1671-7988(2015)07-20-04

引言

電器盒的發(fā)展大體經(jīng)歷了如下6個(gè)階段:

① 插入端子式電器盒

② 使用金屬片的中央集控電器盒

③ 布線型中央集控電器盒

④ 印刷線路板中央集控電器盒

⑤ 電子集成中央集控電器盒

⑥ 智能型中央集控電器盒

我國汽車行業(yè)的發(fā)展水平落后于歐美日國家，電器盒的發(fā)展也滯后于他們，特別是輕卡領(lǐng)域的應(yīng)用；由于國內(nèi)輕卡的配置較低和迫于成本壓力，國內(nèi)主流輕卡企業(yè)大多選用成本較低，技術(shù)落后的插入端子式電器盒，這種電氣盒集成度非常低，浪費(fèi)導(dǎo)線、端子，而且端子容易松動(dòng)，造成接觸不好，可靠性不高。插入端子式電器盒存在諸多缺點(diǎn)，在技術(shù)上逐漸被淘汰，所以代表技術(shù)進(jìn)步和高性能、高可靠性的新型電器盒在輕卡上應(yīng)用勢(shì)在必然。本文所述的新型電器盒即第③種:布線型中央集控電器盒。

布線型中央集控電器盒用單芯銅線取代導(dǎo)線或沖壓金屬片實(shí)現(xiàn)匯流排聯(lián)接，1995年實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用。和插入端子式電器盒相比，布線型中央集控電器盒的主要優(yōu)點(diǎn)是高性能、高可靠性、高集成度。

1、布線型中央電器盒的設(shè)計(jì)應(yīng)用過程

下面以某輕卡為例，闡述該布線型中央電器盒的設(shè)計(jì)應(yīng)用過程。

1.1 結(jié)構(gòu)

該中央電器盒總成如圖1所示，主要是將熔斷器、電路導(dǎo)通和繼電器等集成在一起，起到集中控制、線路簡(jiǎn)潔、易于安裝維修的作用；結(jié)構(gòu)上主要包括端蓋、壓合板、絕緣板、端子、匯流排、繞線。

1.1.1 外部端蓋

繼電器、保險(xiǎn)絲安裝的是否牢靠，對(duì)整車電器的影響至關(guān)重要，如果松動(dòng)，輕則電器功能喪失、紊亂，重則發(fā)熱、燒車，所以在設(shè)計(jì)階段就要充分考慮。保險(xiǎn)絲、繼電器端蓋設(shè)計(jì)成圖2所示的防松脫限制型結(jié)構(gòu)，可以避免外力沖擊、整車振動(dòng)等引起的晃動(dòng)；線束端蓋通過插接件與之連接，為保證線束與電器盒連接的可靠性，端蓋與插接件均設(shè)計(jì)成自鎖形式。

1.1.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

采用雙層壓合板直落技術(shù)，音叉端子、直插端子和匯流排整體沖壓成型，繼電器、保險(xiǎn)絲與匯流排的連接采用音叉端子連接，如圖2和圖5所示，在適當(dāng)插拔力范圍內(nèi)（參考QC/T 707 中4.5.1條:與接線盒相配之繼電器和熔斷器的插入力分別為50N～150N和9N～50N）保證插腳和端子的過盈量（所有插腳的厚度為:0.8mm，端子的刀口寬度為:0.68mm，過盈量為:0.12mm），以保證接觸面積及可靠性。

壓合板單側(cè)的連接采用如圖4所示的單芯電纜繞連而成，通過對(duì)繞連工藝的調(diào)整能夠?qū)崿F(xiàn)不同的車型對(duì)電器盒內(nèi)部原理的需求，工程改變的可行性也比較容易實(shí)現(xiàn)；

單芯電纜和端子的連接通過刺破端子刺破絕緣層來實(shí)現(xiàn)，示意圖如圖3所示，在保證充足的過盈量（設(shè)計(jì)為: 0.12mm）的同時(shí)兼顧生產(chǎn)操作的簡(jiǎn)易性，保證刺破端子和電纜連接的可靠性。

為防止單芯繞線松動(dòng)脫落，設(shè)計(jì)如圖5所示的卡槽，將末端限制在槽內(nèi)，同時(shí)使用膠水將末端固定。

1.2 電路

1.2.1 電路基本結(jié)構(gòu)

電路基本結(jié)構(gòu)如圖6所示，主要包括:壓合板、絕緣隔板、繞線、端子、保險(xiǎn)絲、線束端插腳、匯流排。

1.2.2 電路基本要求

根據(jù)某輕卡整車電氣原理圖需求，該車需配置13個(gè)繼電器和27路保險(xiǎn)，其中3個(gè)額定負(fù)載15A以上的繼電器，其余均小于15A的繼電器，保險(xiǎn)絲從7.5A到30A不等。通過對(duì)整車電器負(fù)荷的計(jì)算，并考慮到電器件的使用系數(shù)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，將進(jìn)入電器盒的電源線線路設(shè)置為6路，其中3路各3.0 mm2的蓄電池電源線、2路點(diǎn)火開關(guān)3.0 mm2的 IG電源線(正常行駛檔位)、1路點(diǎn)火開關(guān)2.0 mm2的ACC+（娛樂視聽檔）電源線，其它線均為輸入、輸出等小功率控制線路或信號(hào)線路。

理論上電器件的功率越大，相應(yīng)的導(dǎo)線截面積、保險(xiǎn)絲的容量也越大。一般來說，為了安全起見，熔斷器的容量要比實(shí)際流過電器件的電流大40%左右，如某電器件的實(shí)際電流為10A，則選用14A保險(xiǎn)絲，圓整后選用15A保險(xiǎn)絲，所以在設(shè)計(jì)電路時(shí)應(yīng)以保險(xiǎn)絲的容量為準(zhǔn)，避免由于外界回路或電器盒本身異常導(dǎo)致電器盒燒壞了但是保險(xiǎn)絲還沒有熔斷的情況，設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則是要保證保險(xiǎn)絲一定要是該條線路上最脆弱的環(huán)節(jié)，所以電器盒線路的承載能力必須大于保險(xiǎn)絲的承載能力。

電路板上無論是匯流排、端子還是繞線的截面積應(yīng)等于對(duì)應(yīng)的線束中導(dǎo)線截面積，這樣才能保證電路安全的一致性，對(duì)于連續(xù)工作的負(fù)載這一點(diǎn)尤為重要。但也需兼顧實(shí)際負(fù)載的工作特性來確定線路截面積，對(duì)于瞬時(shí)工作的負(fù)載，線路截面積可適當(dāng)取小一點(diǎn)，如電喇叭、轉(zhuǎn)向燈等。

結(jié)合理論和實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)，線路截面積的選取可依據(jù)下表:

表1 線路截面積與承載電流值對(duì)應(yīng)表

1.2.3 繞線

結(jié)合該車型整車電器原理圖，電器盒大部分回路是小負(fù)載回路，對(duì)于電器盒的耐電流要求不強(qiáng)，同時(shí)保持一定的通用性，對(duì)于9A以下的回路連接均使用統(tǒng)一規(guī)格的截面積為0.55 mm2的單芯電纜來實(shí)現(xiàn)單側(cè)壓合板各個(gè)端子之間的連接，這樣可以使刺破端子、音叉端子的刀口尺寸都保持一致（刀口尺寸為:0.68mm，單芯導(dǎo)線直徑為:0.8mm），利于技術(shù)研究、設(shè)計(jì)及驗(yàn)證；其余大功率回路根據(jù)其功率大小設(shè)計(jì)成截面積不等的整體沖壓成型的匯流排或直插端子來實(shí)現(xiàn)繼電器或保險(xiǎn)絲與線束的連接。繞線按照整車原理圖的需求，將功能相同的點(diǎn)用繞線連接起來，繞線最終設(shè)計(jì)如圖7、圖8所示。

1.2.4 匯流排

為使整個(gè)電路板盡可能的小，將電器盒設(shè)計(jì)成雙層壓合板型式，這樣電路結(jié)構(gòu)可以布置4層，理論上可比傳統(tǒng)插入端子式電器盒的體積減小50%左右，而且電路的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也更容易實(shí)現(xiàn)；由于該電器盒中也有大功率的回路，該部分回路對(duì)耐電流有較強(qiáng)的要求，所以設(shè)計(jì)成整體沖壓成型的匯流排或直插端子來實(shí)現(xiàn)繼電器或保險(xiǎn)絲與線束的連接。

整體沖壓成型的匯流排一端是音叉端子，所以音叉端子的厚度與匯流排的厚度一致；根據(jù)以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，音叉端子與保險(xiǎn)絲等的插腳如果接觸面積偏小，就會(huì)導(dǎo)致接觸部分發(fā)熱，所以音叉端子的厚度至關(guān)重要。一般而言，音叉端子越厚，其接觸面積就越大，根據(jù)以往已經(jīng)應(yīng)用的電器盒的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，音叉端子的厚度一般設(shè)計(jì)為0.5mm就能滿足實(shí)際使用需求（該電器盒在設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留了一定的安全系數(shù)，匯流排厚度設(shè)計(jì)為0.7mm），同時(shí)充足的厚度可以把匯流排的寬度設(shè)計(jì)的更窄，這樣，電路板就能設(shè)計(jì)的更加小巧緊湊。例如某回路根據(jù)計(jì)算需要1.0 mm2的截面積，如果使用0.5mm厚的銅板，其寬度就可以設(shè)計(jì)成1mm，但是如果使用1mm厚的銅板，其寬度就可以設(shè)計(jì)成0.5mm，布置面積就減少了50%，理論上體積也可減少50%。

根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)際測(cè)量可以確定各個(gè)電器件的負(fù)載電流。根據(jù)負(fù)載電流可以確定匯流排線路的寬度，如電動(dòng)車窗25A，導(dǎo)線截面積選3.0 mm2，所以端子最細(xì)的地方寬度為: 3.0÷0.7＝4.3≈4.5mm，依據(jù)這種方法可計(jì)算各電路匯流排線路的寬度。但是實(shí)際選擇的匯流排線路的寬度都要大于理論計(jì)算的寬度，充足的安全系數(shù)能夠更好的保障電器盒的安全。

1.2.5 電路布置

在保證線路寬度的基礎(chǔ)上，合理布置熔斷絲、繼電器和連接端子，繼電器控制信號(hào)線的寬度盡可能的小，大負(fù)荷線路寬度必須滿足要求并預(yù)留適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)。

采用雙層壓合板進(jìn)行布線，如圖8所示。繼電器端蓋層電路板用來滿足電氣功能要求，在電路板上分布2排熔斷器，共設(shè)計(jì)了30路保險(xiǎn)絲，16個(gè)繼電器，在電器盒一端布置了負(fù)載較大的雨刮繼電器、電動(dòng)車窗、鼓風(fēng)機(jī)繼電器。繼電器端蓋層和壓合板A層之間的空間用來布置繞線，通過繞線將功能相同的點(diǎn)連接起來（一般為電流不大的回路）。壓合板A層與壓合板B層之間的空間用來布置匯流排，用絕緣隔板將該空間一分為二，可以將匯流排布置成兩層，這樣使得電路布置在較小的空間內(nèi)更容易實(shí)現(xiàn)。壓合板B層與線束端端蓋之間的空間用來布置繞線，同壓合板A與繼電器端蓋之間空間的功能相同。線束端蓋層電路板用來滿足將電路連接到線束上，在該層板上要布置與線束對(duì)接的插接端子。根據(jù)電路功能要求，不同的電路要引到不同的線束上，且不同的電路對(duì)應(yīng)的端子也不一樣，其中3路各3.0 mm2的蓄電池電源線選擇8.0mm的端子，2路點(diǎn)火開關(guān)3.0 mm2的IG電源線(正常行駛檔位)和1路點(diǎn)火開關(guān)2.0 mm2的ACC+（娛樂視聽檔）電源線選擇4.8mm的端子，其它輸入、輸出等小功率控制線路或信號(hào)線路選擇2.2mm的端子。

所有端子、匯流排采用紫銅制造來減少線路接觸電阻及電壓降，表面鍍錫防止氧化和耐腐蝕，還可防止電器盒局部發(fā)熱。

按照上述要求，設(shè)計(jì)成的成品如圖9所示:

2、驗(yàn)證

經(jīng)過整車試制、臺(tái)架及三萬公里的路試驗(yàn)證，電器盒沒有出現(xiàn)任何故障，可以得出結(jié)論:該電器盒是一款高性能、高可靠性的產(chǎn)品。

3、結(jié)論

該電器盒的整體尺寸為180 mm×110 mm×80mm，整個(gè)中央電氣接線盒體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，易于布置；經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，該電器盒性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于目前使用的插入端子式電器盒，并且針對(duì)不同車型可進(jìn)行相應(yīng)的電路改動(dòng)，具有很強(qiáng)的工程適應(yīng)性，并且還可以通過外掛繼電器的形式來擴(kuò)展其功能。

通過對(duì)布線型電器盒技術(shù)的應(yīng)用研究，使得江淮輕卡的電器盒打破了一直以來使用低端插入端子式電器盒的局面，提升了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。布線型電器盒的應(yīng)用也是一次大膽的創(chuàng)新，為布線型電器盒在輕卡、重卡、乘用車等產(chǎn)品上的應(yīng)用積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

[1] 呼延颋.昌河福瑞達(dá)中央電氣接線盒電路板的設(shè)計(jì)[J]. 汽車電器,2006，（9）:9.

[2] 全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).QC/T 420-2004 汽車用熔斷器[S].

[3] 全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).QC/T 707-2004 車用中央電氣接線盒技術(shù)條件[S].

The design and application of RW bussed electrical centers in truck

Lin Chunming, Zhang Jianbing, Han Yong, Zhou Jimao
（Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）

This paper introduces the development trend of electrical box and in the application of domestic light truck, and then describe the technical characteristics of the wiring pattern central-control electrical box. Followed by a light truck, for example, described in detail the wiring pattern central-control study design applications electrical box on a light truck from internal and external structure of electrical boxes, circuit requirements, bus, winding design and other aspects. The results showed that the wiring pattern central-control electrical box on the light truck applications that are feasible, and its performance and reliability superior to the traditional electrical box into the terminal.

RW bussed electrical centers;tuning fork terminator; pierce terminator; coiling cable connection; single-core cable; busbar

U463.6

A

1671-7988(2015)07-20-04

藺春明，就職于安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心。