某車型汽車線束系統(tǒng)設(shè)計(jì)及測(cè)試研究

劉曉軍

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某車型汽車線束系統(tǒng)設(shè)計(jì)及測(cè)試研究

劉曉軍

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

汽車線路是整車上必不可少的一部分，所有線束均連接整車用電設(shè)備，線束對(duì)整個(gè)電路而言非常重要，線束匹配不良造成電器無(wú)法工作、過(guò)載短路等情況的發(fā)生，都會(huì)造成不好的后果。線束系統(tǒng)測(cè)試是對(duì)線束設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證過(guò)程。

線束；保險(xiǎn)匹配；線束系統(tǒng)測(cè)試

CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)05-79-04

引言

汽車線束是汽車電路的連接主體，沒有線束也就沒有汽車電路，線束是由導(dǎo)線、連接器、電氣盒、保險(xiǎn)絲、繼電器及一些絕緣膠帶等輔助材料組成。隨著汽車電氣化水平越來(lái)越高，汽車線束也越來(lái)越復(fù)雜，這就要求線束具有數(shù)據(jù)傳輸性能、很高的可靠性。

1、汽車線束設(shè)計(jì)流程

線束設(shè)計(jì)首先要根據(jù)項(xiàng)目構(gòu)化的電氣功能配置，并結(jié)合本公司的現(xiàn)有的電氣架構(gòu)平臺(tái)進(jìn)行整車電氣原理圖設(shè)計(jì)，同時(shí)結(jié)合車體3D數(shù)據(jù)進(jìn)行線束三維布置，完在成線束二維圖紙初版。再根據(jù)線束首次樣件結(jié)合電器臺(tái)架進(jìn)行功能驗(yàn)證。最后進(jìn)行整車電器搭載及測(cè)試驗(yàn)證。

本文主要介紹線束系統(tǒng)中保險(xiǎn)絲、導(dǎo)線線徑、接地、繼電器的設(shè)計(jì)以及整車電器系統(tǒng)的測(cè)試驗(yàn)證。

1、汽車保險(xiǎn)絲設(shè)計(jì)

汽車保險(xiǎn)絲主要是用來(lái)保護(hù)線束的，根據(jù)用電設(shè)備的功率選取合適的保險(xiǎn)，然后在根據(jù)保險(xiǎn)的規(guī)格來(lái)選取合適的線徑。其中緩熔保險(xiǎn)一般用于一級(jí)保護(hù)，主要用于保護(hù)主線路保險(xiǎn)，也用于保護(hù)一些瞬時(shí)大功率及電機(jī)類的用電設(shè)備。

1.1 保險(xiǎn)容量的常規(guī)選擇

1.1.1 計(jì)算電器負(fù)載電流

負(fù)荷電流(A) = [額定功率(W)/公稱電壓(V)] X [電源電壓(V)/公稱電壓(V)]

額定功率(W);負(fù)荷的額定功率

公稱電壓(V);負(fù)荷的額定功率定義時(shí)電壓

電源電壓(V);實(shí)際電源電壓

1.1.2 選擇適用于負(fù)載的保險(xiǎn)的額定電流

根據(jù)負(fù)載電流和環(huán)境溫度決定

?MINI保險(xiǎn)負(fù)荷余量率：額定電流的75%以下；

?J-CASE保險(xiǎn)負(fù)荷余量率：額定電流的50%以下。

保險(xiǎn)負(fù)載電流(A) = [負(fù)荷電流(A)/負(fù)荷余量率(%)]

保險(xiǎn)環(huán)境溫度額定電流(A)=保險(xiǎn)額定值(A)/溫度折減系數(shù)。

保險(xiǎn)環(huán)境溫度額定電流(A)≧保險(xiǎn)的負(fù)載電流/溫度折減系數(shù)。這只是相對(duì)于穩(wěn)態(tài)電流而言，由于汽車電器大部分是脈沖電流和穩(wěn)態(tài)電流的疊加值，并且同時(shí)還要考慮保險(xiǎn)工作的環(huán)境溫度，根據(jù)不同的保險(xiǎn)絲廠家提供的環(huán)境溫度值進(jìn)行修正。

下圖為某廠家MINI型保險(xiǎn)絲溫度折減系數(shù)表：

圖1

下圖是某廠家J-CASE型保險(xiǎn)絲溫度折減系數(shù)表：

圖2

通常，駕駛室內(nèi)溫度按照80℃選擇，發(fā)動(dòng)機(jī)艙溫度按照120℃選擇。溫度折減系數(shù)表如下：

表1

汽車上大多用電器并不是穩(wěn)態(tài)電流，而是脈沖電流和穩(wěn)態(tài)電流疊加（如下圖），相應(yīng)的保險(xiǎn)絲必須要承受足夠的脈沖次數(shù)，經(jīng)驗(yàn)值要求相對(duì)I2t＜30%,保險(xiǎn)絲可以承受10萬(wàn)次以上的脈沖沖擊。

圖3

此種特性的負(fù)載可以通過(guò)相對(duì)I2t來(lái)校核。脈沖電流I2t和保險(xiǎn)絲熔斷I2t的比值得到相對(duì)I2t保險(xiǎn)絲熔斷I2t是保險(xiǎn)絲在熔化的過(guò)程中電流電流轉(zhuǎn)化的熱能。

圖4

2、導(dǎo)線線徑的選擇

按照耐溫等級(jí)，根據(jù)JASO D611標(biāo)準(zhǔn)將日標(biāo)導(dǎo)線分為：普通一般導(dǎo)線：耐溫80℃，如：AV、AVS、AVSS等；耐熱導(dǎo)線：耐溫100℃，如：AVX、AVSX、AVSSX等；耐溫120℃，如：AEX、AESSX。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，不同類型的導(dǎo)線與保險(xiǎn)的匹配關(guān)系：

表2

3、接地選擇

在接地的設(shè)計(jì)有個(gè)就近原則，就是在用電器的附近搭鐵，這樣就可以將在某一范圍內(nèi)的用電器的地合并在一起。一般有兩種方案。第一種方案，我們?cè)诰€束中設(shè)計(jì)一個(gè)打卡點(diǎn)。然后在連接到車身上，其優(yōu)點(diǎn)是可以減少導(dǎo)線的使用，降低了線束的直徑與質(zhì)量，但是，這個(gè)也會(huì)引起接地信號(hào)會(huì)相互干擾。第二種方案，所有用電器直接接到車身接地點(diǎn)上。就可以降低這種干擾，但是他增加了線束的使用量。一般對(duì)于控制單元、傳感器、儀表等的地使用第二種方法，而對(duì)與燈具、風(fēng)扇等就可以使用第一種方法。再者在選擇搭鐵點(diǎn)時(shí)，我們必須要將電子地和功率地區(qū)分開來(lái)，也要將模擬地和數(shù)字地分開來(lái)接，以避免信號(hào)間的相互干擾，因?yàn)樗麄儗?duì)地的沖擊是不同的，而這種對(duì)地的沖擊會(huì)影響較敏感的電子電器元件的工作。但是對(duì)同一控制器而言，而不能將兩者分開太遠(yuǎn)，因?yàn)?，如果兩者距離過(guò)遠(yuǎn)，那么兩者間的電位差就越大，那么對(duì)同一控制器而言，地電位就存在比較大的差異，這個(gè)也會(huì)影響用電器的工作。

我們知道在車身上，控制單元的地和電器負(fù)載的功率地是不同，在控制單元中，為了保證各種傳感器和執(zhí)行器的工作，控制單元就引一個(gè)地到車身，這個(gè)稱之為參考地，而其他傳感器的地就直接和控制單元相連，然后通過(guò)控制器的內(nèi)部在和參考地相連，這樣在控制單元就會(huì)把這個(gè)參考地的電位鉗制在零電位，同時(shí)將車身上雜波去除。而其他電器負(fù)載就搭鐵點(diǎn)作為參考電位。這兩者之間是不同的。車身搭鐵的分布，在電路中，電源都會(huì)由最近的地方回到電源的負(fù)極。 那么就要求我們?cè)谠O(shè)計(jì)搭鐵點(diǎn)時(shí)，充分考慮其布置，保證電源都能回到蓄電池的負(fù)極，而不會(huì)對(duì)其他的地造成影響。

4、繼電器選型

汽車系統(tǒng)采用的是直流電，負(fù)載回路的繼電器觸點(diǎn)在斷開時(shí)候容易產(chǎn)生電弧。且不同的負(fù)載，由于特性一致，在回路接通瞬間，產(chǎn)生的沖擊電流或則浪涌電流大小和頻率都不一樣。對(duì)繼電器負(fù)載回路的影響也不一樣，觸點(diǎn)穩(wěn)態(tài)負(fù)載大小應(yīng)根據(jù)沖擊電流的大小降額使用。計(jì)算公式：負(fù)荷電流(A) = [額定功率(W)/公稱電壓(V)]*[電源電壓(V)/公稱電壓(V)]。公稱電壓為12V,電源電壓為13.5V。

部分汽車?yán)^電器的負(fù)載能力，只標(biāo)稱阻性負(fù)載，但汽車?yán)^電器實(shí)際使用的往往不是阻性負(fù)載，而是感性負(fù)載、燈負(fù)載、電機(jī)負(fù)載，因存在較高的沖擊電流，觸點(diǎn)穩(wěn)態(tài)負(fù)載大小應(yīng)根據(jù)沖擊電流的大小降額使用。下面對(duì)幾種負(fù)載進(jìn)行說(shuō)明：

（1）燈負(fù)載：由于汽車大燈冷態(tài)電阻很小，接通瞬間的浪涌電流為穩(wěn)態(tài)電流的5倍-10倍。大的浪涌電流會(huì)使觸點(diǎn)產(chǎn)生熔焊失效。

（2）電機(jī)負(fù)載：電機(jī)負(fù)載主要有風(fēng)機(jī)、油泵、雨刮電機(jī)等，電機(jī)負(fù)載在啟動(dòng)時(shí)有4倍左右沖擊電流，持續(xù)時(shí)間300ms左右，容易造成觸點(diǎn)沾接。

（3）感性負(fù)載： 電磁鐵、喇叭接通瞬間會(huì)出現(xiàn)浪涌電流，關(guān)斷時(shí)，產(chǎn)生較高的反向電壓，貯存在電磁線圈中的電磁能通過(guò)觸點(diǎn)間燃弧消耗掉，這將導(dǎo)致觸點(diǎn)燒蝕，金屬轉(zhuǎn)移、粘接。

（4）阻性負(fù)載：阻性負(fù)載主要是電加熱設(shè)備。

5、線束系統(tǒng)測(cè)試

測(cè)試是驗(yàn)證整車保險(xiǎn)與線束的選擇是否合理，主要包括用電器負(fù)載特性測(cè)試、短路和過(guò)載測(cè)試。

5.1 負(fù)載特性測(cè)試：通過(guò)測(cè)量負(fù)載在不同的工作狀況時(shí)（啟動(dòng)時(shí)、正常穩(wěn)定工作時(shí)或電機(jī)負(fù)載堵轉(zhuǎn)時(shí)）的電壓電流，以描述負(fù)載的動(dòng)態(tài)及穩(wěn)態(tài)特性，測(cè)試原理如下。試驗(yàn)時(shí)給整車蓄電池外接一個(gè)穩(wěn)壓直流電源，與蓄電池并聯(lián)提供一個(gè)14.4V（±0.2V）左右的電壓。測(cè)試原理圖如下：

圖5

以江淮某款SUV車型玻璃升降電機(jī)測(cè)試為例：測(cè)量升降電機(jī)在瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)兩種情況下負(fù)載電流電壓的最大值、平均值和持續(xù)時(shí)間。

圖6

以此為例對(duì)江淮某款SUV整車所有用電器負(fù)載特性統(tǒng)計(jì)，下圖為部分用電器負(fù)載特性測(cè)試：

表3

對(duì)于測(cè)試結(jié)果，出現(xiàn)以下為不符合項(xiàng)：

5.2 短路測(cè)試選取線束回路保護(hù)元件下的最具風(fēng)險(xiǎn)的負(fù)載進(jìn)行，測(cè)量短路電流、以及由通到斷的時(shí)間數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)際的線束表現(xiàn)以判定系統(tǒng)是否滿足實(shí)際需求其測(cè)試原理如下。驗(yàn)時(shí)給整車蓄電池外接一個(gè)穩(wěn)壓直流電源，與蓄電池并聯(lián)提供一個(gè)14.4V（±0.2V）左右的電壓。測(cè)試原理圖如下：

圖7

以此為例對(duì)江淮某款SUV整車所有用電器進(jìn)行短路測(cè)試統(tǒng)計(jì)，下圖為部分用電器短路測(cè)試：

表4

對(duì)于測(cè)試結(jié)果，出現(xiàn)以下為不符合項(xiàng)：

表5

5.3 加載測(cè)試主要是確認(rèn)保險(xiǎn)絲是否在規(guī)定時(shí)間后熔斷以及保險(xiǎn)絲熔斷前導(dǎo)線是否有過(guò)熱或燒蝕、回路插件是否損壞。其原理是給保險(xiǎn)回路加載一定的額定電流，確認(rèn)保險(xiǎn)絲熔斷時(shí)間和導(dǎo)線的溫度是否滿足要求

下圖為 MINI保險(xiǎn)加載電流熔斷時(shí)間：

圖8

下圖為J-CASE保險(xiǎn)保險(xiǎn)加載電流熔斷時(shí)間：

圖9

同時(shí)以日標(biāo)導(dǎo)線為例，對(duì)導(dǎo)線加載電流時(shí)，同時(shí)要求導(dǎo)線溫度不能超過(guò)導(dǎo)線冒煙溫度。

以日標(biāo)導(dǎo)線為例，導(dǎo)線冒煙溫度：

表6

6、結(jié)論

汽車線束作為電氣系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，對(duì)電器件能正常工作重要。本文從線束設(shè)計(jì)流程出發(fā)，分別介紹了線束與保險(xiǎn)匹配、接地設(shè)計(jì)、繼電器選型以及整車電氣測(cè)試并結(jié)合江淮瑞風(fēng)某款MPV車型，將汽車線束設(shè)計(jì)與測(cè)試應(yīng)用到實(shí)際車型中。

[1] 夏建華.接地技術(shù)在汽車線束設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].河南省汽車工程學(xué)會(huì)，2011.08.

[2] 高攸剛. 屏蔽與接地[J]. 北京郵電大學(xué)出版社, 2004.

[3] 魏春源譯. BOSCH汽車工程手冊(cè)[J]. 北京理工大學(xué)出版社, 2009.

A Model the Vehicle Wire Harness Design and Test Research

Liu Xiaojun
( AnHui JiangHuai Automobile group CO., LTD., Anhui Hefei 230601 )

the wire harness is also indispensable important part of the automobile circuit. All wire harness connection vehicle electrical equipment. wire harness is very important for the whole circuit, Wirie harness match bad cause electrical not work properly while short circuit overload occurs, will cause bad consequences. Wiring harness system test is to verify this wiring harness design process.

wire harness; fuse matching; wiring harness system test

U467.3

A

1671-7988 (2017)05-79-04

劉曉軍，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.05.026