汽車線束一體化的問題及對(duì)策

摘 要 隨著我國汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，車輛上電氣部件越來越復(fù)雜，汽車也已經(jīng)從過去的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及簡單的電路結(jié)構(gòu)發(fā)展成了機(jī)電一體化集成體。汽車設(shè)備接收工作指令和汽車信號(hào)都是通過線束來實(shí)現(xiàn)的，為了保證車輛電氣系統(tǒng)的使用年限，需要做好線束設(shè)計(jì)，保證人員和車輛的安全性，本文首先對(duì)汽車線束一體化設(shè)計(jì)存在的問題進(jìn)行了探討，然后將整車開發(fā)和線束系統(tǒng)開發(fā)緊密結(jié)合起來，取得了良好的設(shè)計(jì)要求。

【關(guān)鍵詞】汽車線束 一體化問題 導(dǎo)線橫截面積

現(xiàn)代化發(fā)動(dòng)機(jī)相較于傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)增加了執(zhí)行元件、傳感器、EUC元件，為了將這些元件的作用充分發(fā)揮出來，需要將這些電路元件充分連接起來。一般情況下，這些元件主要是通過線束進(jìn)行連接的，在汽車電路系統(tǒng)中，線束設(shè)計(jì)是否合理對(duì)電氣設(shè)備是否可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)有著直接的影響。所以，本文首先對(duì)汽車線束設(shè)計(jì)中存在的問題進(jìn)行探討，然后提出了設(shè)計(jì)措施進(jìn)行了探討，取得了良好的設(shè)計(jì)效果，保證了汽車電氣系統(tǒng)的使用年限和使用安全。

1 線束設(shè)計(jì)的所依賴的基礎(chǔ)

以整車尺寸和電路原理圖為基礎(chǔ)，準(zhǔn)確標(biāo)出其中的電氣設(shè)備是線束設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。而電路原理圖則是一種按照功能布局排列的圖形符號(hào)，并借助多種符號(hào)展現(xiàn)系統(tǒng)和分系統(tǒng)裝置、部件、設(shè)備以及軟件等實(shí)際電路不同組元件之間存在的連接關(guān)系，但是在此過程中并不需要考慮圖形的比例和實(shí)際尺寸以及形狀等。而線束的實(shí)際長度和走向則是依據(jù)車輛的實(shí)際尺寸和電路原理圖中電路元件的基本位置；為了提升裝配和檢修的便捷性，與此同時(shí)最大限度的降低成本投入和故障幾率，當(dāng)前全球范圍內(nèi)絕大多數(shù)國家都已經(jīng)采取了負(fù)極搭鐵的方式，對(duì)于電路元件的連接都是采取單線制進(jìn)行。

2 線束設(shè)計(jì)的一般性原則

2.1 采用不同的導(dǎo)線顏色

鑒于汽車生產(chǎn)及維修過程中的便利，將不同線路元件間的連接導(dǎo)線絕緣層按照不同顏色進(jìn)行區(qū)分。所以，在制造線束之前需要購置各種不同顏色的導(dǎo)線。

2.2 確保導(dǎo)線橫截面積配置的合理性

導(dǎo)線的橫截面積實(shí)際是指線芯的橫截面積。在線束設(shè)計(jì)中，保證導(dǎo)線橫截面積配置的合理性屬于設(shè)計(jì)的重點(diǎn)考慮方面。而合理性的根據(jù)則是用電設(shè)備的實(shí)際功率，若用電設(shè)備的功率較大時(shí)，經(jīng)過其連接導(dǎo)線的電流就大，則宜用橫截面積大的導(dǎo)線；若用電設(shè)備的功率較小時(shí)，連接其導(dǎo)線的電流就小，則適宜采用橫截面積小的導(dǎo)線。假若采用橫截面積小的導(dǎo)線連接功率大的用電設(shè)備，那么因流經(jīng)導(dǎo)線的大電流會(huì)產(chǎn)生出較多的熱量而造成火災(zāi)，繼而出現(xiàn)短路故障。所以，在線束設(shè)計(jì)中需要按照用電設(shè)備的功率選擇對(duì)應(yīng)的導(dǎo)線橫截面積。

2.3 降低連接導(dǎo)線長度

將用電設(shè)備間導(dǎo)線的長度盡量控制到最短程度，不但能夠節(jié)省材料和降低成本，而且還可減少設(shè)備間的電阻和電壓降，使得用電效率得到顯著提升。所以在進(jìn)行線束設(shè)計(jì)時(shí)，可按照用電設(shè)備間的距離作為導(dǎo)線的長度。

2.4 對(duì)導(dǎo)線線束進(jìn)行包扎保護(hù)

當(dāng)導(dǎo)線的走向和長度確定后還需對(duì)其進(jìn)行包扎，包扎線束的目的在于形成保護(hù)的作用。由于汽車行駛的過程中，一些帶有化學(xué)物質(zhì)的泥漿等會(huì)飛濺到線束上，從而對(duì)線束產(chǎn)生一定的腐蝕作用，另一方面，車身在運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)對(duì)線束產(chǎn)生摩擦作用，在這種情況下，如果導(dǎo)線的絕緣層被破壞，那么就會(huì)出現(xiàn)短路問題，繼而造成車輛的故障。所以，進(jìn)行線束的包扎保護(hù)和固定具有非常重要的作用。

3 汽車線束的一體化設(shè)計(jì)

3.1 導(dǎo)線橫截面積的具體選擇

3.1.1 導(dǎo)線必須能夠經(jīng)受許用電流考驗(yàn)

導(dǎo)線許用電流即就是導(dǎo)線自身所能承受電流流量的能力。通常情況下，許用電流需要被額定電流超出30%左右，否則在設(shè)備工作時(shí)，超負(fù)荷的電流經(jīng)過導(dǎo)線就會(huì)產(chǎn)生較多的熱量，從而造成絕緣層被燒壞。電源電路在汽車電系中具有極為重要的地位。汽車的電源有兩個(gè)：即蓄電池和發(fā)電機(jī)。只有發(fā)電機(jī)的輸出功率大于全車電路元件功率總和的情況下，車上的電路元件才能正常工作，此就對(duì)發(fā)電機(jī)連接導(dǎo)線的質(zhì)量提出了更高要求。

3.1.2 保證導(dǎo)線電壓降保持在合理的范圍內(nèi)

電壓降指的是用電設(shè)備工作過程中，受到導(dǎo)線電阻的影響，使得電流經(jīng)過導(dǎo)線時(shí)遇到阻礙，從而造成部分電量被消耗，繼而造成用電設(shè)備終端電壓的下降，在這個(gè)過程中電壓的降低值被稱為電壓降。進(jìn)行線束設(shè)計(jì)時(shí)，若導(dǎo)線長度確定下來之后，那么接著就應(yīng)考慮終端用電設(shè)備的電壓，確保額定電壓保持在需要的范圍內(nèi)，只有這樣才能保證用電設(shè)備的正常工作。若屬于12V的電路系統(tǒng)時(shí)，則線路所造成的電壓降應(yīng)≤0.5V，若屬于24V的電路系統(tǒng)時(shí)，則線路電壓降需要控制在≤0.6V的范圍。電壓降如果超出這一范圍，那么用電設(shè)備就會(huì)因電壓問題不能正常工作。從整車用電設(shè)備來看，起動(dòng)機(jī)起動(dòng)的一剎那所消耗的電量最大，自然形成的電壓降也是最大的。但蓄電池的額定電壓比較有限，有效電壓為12.5V左右，當(dāng)起動(dòng)機(jī)工作時(shí)蓄電池會(huì)處于放電狀態(tài)，放電電壓只有11.5V左右。由于這時(shí)的發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)還未正常，所以整車其它的用電設(shè)備主要依賴這一電壓進(jìn)行維持。由此可見，要想保證用電設(shè)備在起動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)能夠正常工作，需將電壓降控制在較低的程度。決定導(dǎo)線橫截面積的因素主要是許用電流和電壓降兩個(gè)方面。為了更深入的論證導(dǎo)線橫截面積的設(shè)計(jì)問題，以下就以大燈和大燈線路為例進(jìn)行論述。已知大燈功率為55W，蓄電池的電壓是12V，導(dǎo)線長度為6m，求出導(dǎo)線的線直徑，具體算法如下。

（1）首先計(jì)算出大燈的額定電流，從功率計(jì)算公式可以得出額定電流的計(jì)算公式是功率與電壓的比值，即為4.58A。

（2）在計(jì)算大燈連接導(dǎo)線的橫截面積時(shí)，可從電阻率公式和歐姆定律推算出大燈導(dǎo)線的額定橫截面積，然后將銅的電阻率以及計(jì)算出的額定電流數(shù)值、導(dǎo)線長度和電壓降的具體數(shù)值換入相關(guān)的計(jì)算公式，之后就能得到大燈導(dǎo)線橫截面積數(shù)據(jù)。

（3）非常完整的大燈導(dǎo)線橫截面積計(jì)算值還需考慮到導(dǎo)線端子和開關(guān)等部件所造成的電壓降。另外，在開燈瞬間還會(huì)增加約30%左右的電量損耗，所以，在實(shí)際計(jì)算中還應(yīng)將這些影響數(shù)值融入計(jì)算公式。

3.1.3 用電設(shè)備功率較小時(shí)需降低導(dǎo)線的橫截面積

用電設(shè)備所需的額定電流是與其功率大小成正比例的，所以，當(dāng)用電設(shè)備功率較小時(shí)，其連接導(dǎo)線的截面也要小，但若導(dǎo)線截面過小時(shí)，因汽車行駛過程中的震動(dòng)使得導(dǎo)線極易出現(xiàn)折斷想象，所以，導(dǎo)線截面不能太小。

3.2 對(duì)汽車束線材料的選擇

3.2.1 導(dǎo)線材料

有關(guān)導(dǎo)線材料的選擇可依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，選用QVR型銅芯、絕燃的低壓電線。

3.2.2 絕燃層顏色

在選用導(dǎo)線顏色之前，需要對(duì)全車導(dǎo)線顏色進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì)，負(fù)極通常采用黑色導(dǎo)線。針對(duì)截面積相同的導(dǎo)線，必須采用多種不同的顏色，以此方便安裝和維修。如果采用顏色相同、截面積相同的導(dǎo)線對(duì)不同的用電設(shè)備進(jìn)行連接，那么，在汽車裝配和修理的過程中就極易產(chǎn)生混淆。在具體的導(dǎo)線顏色選擇中可執(zhí)行我國有關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.3 導(dǎo)線端子

導(dǎo)線端子的表面是需要做防腐處理的，以此預(yù)防氧化現(xiàn)象的出現(xiàn)。若用電設(shè)備的許用電流達(dá)到9A以下時(shí)，則需要采用寬度在2～4.8mm范圍的端子。若用電設(shè)備許用電流超過10A時(shí)，則要用寬度為6.3mm以上的端子。

3.2.4 線束護(hù)套

為了方便工作人員進(jìn)行用電設(shè)備的安裝和維修，要求對(duì)待同一組線束盡量采用顏色和規(guī)格相同的絕燃防護(hù)套。重點(diǎn)對(duì)經(jīng)過車身孔處的線束采用防護(hù)套措施進(jìn)行加護(hù)，如果忽視這一環(huán)節(jié)工作，那么當(dāng)車輛行駛時(shí)，就會(huì)因車輛顛簸使得導(dǎo)線絕燃層被鈑金割穿，從而出現(xiàn)短路。從另一方面來說，絕燃防護(hù)套還能夠低檔高溫、水泥，甚至某些酸性物質(zhì)等的腐蝕破壞，對(duì)待底盤導(dǎo)線的保護(hù)可采用阻燃性能與機(jī)械性能都比較好的波紋防護(hù)套。對(duì)于駕駛室的線束宜用耐寒和耐熱性能較好的絕燃塑料膠帶進(jìn)行包扎。

4 結(jié)論

綜上所述，在進(jìn)行汽車線束設(shè)計(jì)時(shí)，要找出合理的分段點(diǎn)，一般在發(fā)動(dòng)機(jī)和駕駛室交界的地方、駕駛室和底盤交界的地方進(jìn)行設(shè)置，在將整車線束劃分成若干段后將分段線圖畫出來，然后將分段線束之間的插件標(biāo)出來。另外，為了可以便于線束生產(chǎn)，要將各個(gè)分段線束對(duì)應(yīng)的走向圖畫出來，圖上要將線束的界截面積、導(dǎo)線數(shù)目、導(dǎo)線顏色等標(biāo)注出來。

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作者簡介

石慶生（1965-），男，湖北省黃石市人。大學(xué)本科學(xué)歷。現(xiàn)為廣州瑞立科密汽車電子股份有限公司工程師。研究方向?yàn)槠囋O(shè)計(jì)與制造、機(jī)電一體化。

作者單位

廣州瑞立科密汽車電子股份有限公司 廣東省廣州市 510630