一種提升汽車安全性的電路設(shè)計

伍祥龍，王宜海，韓勇

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

一種提升汽車安全性的電路設(shè)計

伍祥龍，王宜海，韓勇

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章分析了市場上汽車電路短路的主要原因，并闡述了目前汽車電路設(shè)計的主要思路。在原有的汽車電路設(shè)計基礎(chǔ)上提出了一種新的設(shè)計方法，通過改進(jìn)接地設(shè)計和增加電源斷路控制器，防止電路短路，提升汽車的安全性。

電路設(shè)計；接地設(shè)計；電源控制器

CLC NO.:U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-154-02

前言

當(dāng)今社會，隨著汽車的普及，自燃事故頻發(fā)，其中由電路短路引發(fā)起火是汽車自燃的主要原因之一。目前汽車電路的設(shè)計方法是用車身鈑金或車架等金屬件作為公用接地，即：將蓄電池的負(fù)極線和電器負(fù)載的負(fù)極線都接到車身鈑金或車架等金屬件上，利用車身鈑金或車架等金屬件的導(dǎo)電性，形成了蓄電池正極經(jīng)電器負(fù)載、再由車身鈑金或車架等金屬件到蓄電池負(fù)極的回路。該設(shè)計方法的缺陷是電器負(fù)載的電源線絕緣層一旦出現(xiàn)磨損，就會通過車身鈑金或車架等金屬件和蓄電池負(fù)極直接導(dǎo)通，造成電路短路，輕則保險熔斷，重則起火自燃。

本文提出的汽車電路設(shè)計方法，使用負(fù)極連接裝置取代車身鈑金或車架等金屬件作為整車公共接地，并且增加了電源斷路控制器和斷路執(zhí)行器。斷路控制器實時監(jiān)測整車電路工作狀態(tài)，在出現(xiàn)短路的情況下，控制斷路執(zhí)行器能夠切斷整車電源供電，從而避免了由電路短路引發(fā)的汽車自燃的危險，提高的汽車的安全性能。

1、目前的汽車電路設(shè)計

圖1 目前的汽車電路設(shè)計原理

如圖1所示，目前汽車電路的設(shè)計思路是蓄電池正極輸出電源，經(jīng)過電器負(fù)載，再由車身鈑金或車架等金屬件回到蓄電池負(fù)極，形成完整的電路回路。

這種電路設(shè)計的優(yōu)點在于汽車車身或車架的任意位置都可以作為公共接地，方便電器負(fù)載就近搭鐵，既簡化了裝配流程，又可節(jié)約汽車線束成本。但是這種電路設(shè)計有一個缺陷，當(dāng)電器負(fù)載的電源線絕緣層磨損后觸碰到車身鈑金或車架等金屬件，蓄電池正負(fù)極就會直接連通，導(dǎo)致汽車電路短路。

2、提升汽車安全性的電路設(shè)計

2.1 電路原理

如圖2所示，本文提出的汽車電路設(shè)計在原有電路的基礎(chǔ)上，增加了負(fù)極連接裝置、斷路控制器和斷路執(zhí)行器。其工作原理如下，在汽車電路正常工作的情況下，蓄電池正極輸出電源，經(jīng)斷路執(zhí)行器進(jìn)入電器負(fù)載，再由負(fù)極連接裝置回到蓄電池負(fù)極，形成完整的回路。當(dāng)某個電器負(fù)載電源線的絕緣層出現(xiàn)磨損后，碰觸到車身鈑金或車架等金屬件，會將高電平信號傳輸?shù)綌嗦房刂破鳌嗦房刂破鹘邮盏叫盘柡?，控制斷路?zhí)行器斷開蓄電池正極電源，保護(hù)汽車電路。

圖2 改進(jìn)后的汽車電路設(shè)計原理

2.2 電路實現(xiàn)

如圖3所示，負(fù)極連接裝置中包含螺栓螺母、導(dǎo)電板、絕緣板。導(dǎo)電板和絕緣板固定在一起，通過螺栓螺母裝在車身鈑金或車架上，絕緣板將導(dǎo)電板和車身鈑金或車架進(jìn)行隔離，導(dǎo)電板作為公共接地將電器負(fù)載和蓄電池負(fù)極連接在一起。斷路執(zhí)行器是由一個線圈和常閉觸點組成。初始狀態(tài)時，線圈不帶電，蓄電池正極通過常閉觸點向電器負(fù)載提供電源。斷路控制器為CD4013雙D觸發(fā)器［1］，控制器針腳A為輸入電源，針腳B為NPN三極管的發(fā)射極，針腳C接收高電平觸發(fā)信號，針腳D為NPN三極管的集電極。初始狀態(tài)時，針腳Q1輸出低電平至NPN三極管的基極，集電極和發(fā)射極不導(dǎo)通，斷路控制器針腳B和針腳D斷開；當(dāng)針腳C接收到高電平并發(fā)送給CLOCK1針腳，針腳Q1輸出低電平至NPN三極管的基極，集電極和發(fā)射極導(dǎo)通，斷路控制器針腳B和針腳D導(dǎo)通。

該電路工作邏輯如下：汽車電路正常工作時，斷路控制器針腳B和針腳D不導(dǎo)通，斷路執(zhí)行器線圈不帶電，蓄電池正極通過常閉觸點向電器負(fù)載提供電源。當(dāng)汽車上電器負(fù)載的電源線絕緣層磨損碰觸到車身鈑金或車架等金屬件，控制器針腳C會通過信號采集線接收到高電平信號，將斷路控制器的陣腳B和針腳D導(dǎo)通，斷路執(zhí)行器線圈得電，常閉觸點斷開，蓄電池停止為汽車電器負(fù)載供電。根據(jù)雙D觸發(fā)器CD4013的特性，斷路控制器針腳C接收到一次高電平信號后，針腳Q1會一直輸出高電平，控制器針腳B和針腳D的導(dǎo)通，保證在破損的電源線更換前，整車始終處在切斷電源的狀態(tài)［2］。在檢修汽車故障時，斷開蓄電池正極線，斷路控制器失去供電電源，雙D觸發(fā)器CD4013的Q1端口恢復(fù)到低電平狀態(tài)，針腳B和針腳D斷開，斷路執(zhí)行器觸點恢復(fù)初始閉合狀態(tài)。再斷開斷路控制器的信號采集線，重新接上蓄電池正極線，蓄電池為整車電器負(fù)載供電，進(jìn)行線束漏電檢修。當(dāng)短路問題排查解決后，再將斷路控制器的信號采集線重新連接，汽車電路恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。

圖3 改進(jìn)后的汽車電路設(shè)計

3、結(jié)束語

本文提出的汽車電路設(shè)計有兩個優(yōu)點：一方面，當(dāng)電器負(fù)載的電源線絕緣層磨破碰觸到車身鈑金或車架等金屬件后，斷路控制器可以及時切斷整車供電電源，消除發(fā)生短路自燃的隱患；另一方面，即使斷路控制器不切斷整車電源，由于負(fù)極連接裝置和車身鈑金或車架有絕緣板隔離，也不會導(dǎo)致汽車電路短路。當(dāng)然，對于發(fā)動機(jī)ECM和變速箱TCU這類不能隨便斷電的重要零部件可以單獨從蓄電池正極直接引電，防止在汽車行駛過程中斷路控制器監(jiān)測到電路短路突然切斷電源導(dǎo)致車輛熄火的隱患。

[1] 王卿;淺談器件CD4013[J];新余高專學(xué)報;2005年02期

[2] 江曉安,董秀峰.模擬電子技術(shù)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2002.

A Circuit Design for Promoting Car Safety

Wu XiangLong, Wang YiHai, Han Yong
（Anhui Jianghuai Automobile Co. Ltd, Anhui Hefei 230601）

This paper analyzes the important reason for the short-circuit of cars on the market, and elaborates the main idea of automobile circuit design at present. Propose a new design method based on the old way, by improving ground connection and plusing power disconnector, to prevent short-circuit and improve car security.

circuit design; grounding design; power controller

U462.1

A

1671-7988(2016)07-154-02

伍祥龍，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.048