汽車線束設(shè)計可靠性研究

劉冬冬

摘 要：要實現(xiàn)車輛的各種功能，并對車輛行駛的安全起到良好的保護，汽車當中的線束設(shè)計具有非常重要的作用。就整個汽車的電氣系統(tǒng)來講，線束是整車電路的網(wǎng)絡(luò)主體，而線束當中的各個回路則是保證其穩(wěn)定性的基礎(chǔ)，因此在對汽車的電氣回路設(shè)計過程當中，必須要對汽車的電氣回路的可靠性有著很高的要求。本文主要針對汽車線束的可靠性問題展開研究，將可靠性知識應(yīng)用到汽車線束設(shè)計中，主要對線束回路、端子可靠性、接插件和線束保護可靠性進行分析，并提出合理解決方案。

關(guān)鍵詞：汽車線束；設(shè)計；可靠性

1提高整車電路設(shè)計的可靠性的方法

就整個汽車的電氣系統(tǒng)來講，線束是整車電路的網(wǎng)絡(luò)主體，在車輛的線束當中，應(yīng)將各個線路以并聯(lián)的形式進行連接，并以串聯(lián)的整體看待，電氣系統(tǒng)的正常工作，需要各個回路的正常工作。

在汽車的電氣系統(tǒng)當中想要完成一項功能，通常需要多個回路的共同參與，例如，要使得倒車指示燈系統(tǒng)能夠正常的工作，就需要電源、儀表、繼電器、開關(guān)等多個系統(tǒng)的參與，只要其中一個出現(xiàn)故障，就會導致倒車指示燈的不正常工作。線束中的每個回路都影響著整個系統(tǒng)的可靠性，因此可以說，減少回路的數(shù)量是能夠降低故障幾率的。那么如果在汽車的線束設(shè)計當中減少回路，就可以使得電氣系統(tǒng)的可靠性得到加強，但與此同時我們應(yīng)充分的認識到，要減少線束總成當中的回路，并不能以犧牲安全、排放或舒適等為代價，而是要做到對系統(tǒng)的合理優(yōu)化，提高其可靠性。在系統(tǒng)當中，可以利用減少連接點的方式提高系統(tǒng)的可靠性，但針對不同的情況，應(yīng)有不同的應(yīng)對措施，例如將信號接地線與電機接地線分開，確保信號讀取準確等。

在汽車的各種系統(tǒng)當中，不同的功能對于可靠性的要求也是不不同的，關(guān)系到車輛行車的安全以及基本功能的，往往需要非常高的可靠性，例如安全氣囊系統(tǒng)、ABS系統(tǒng)等等，而附屬功能的系統(tǒng)，則對可靠性的要求較低，例如音響、空調(diào)等系統(tǒng)，這些系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，并不會對車輛的正常行駛造成嚴重的影響，因此，根據(jù)車輛的不同系統(tǒng)，也需有區(qū)別的去對可靠性進行要求，這樣做的原因是為了有效的降低成本，最大的提升效益。

2 提高端子的可靠性設(shè)計及分析

2.1 電接觸理論

電接觸理論有幾部分組成：接觸電阻和接觸表面膜層；摩擦與摩損；彈性零件設(shè)計；接觸表面鍍層研究；微振動對接觸可靠性的影響。1）觸電阻和接觸表面膜層：連接器的電傳導過程是通過接口之間的接觸實行的，但實際上，接觸面并不是完全光滑的，而是表面粗糙不平，導致實際接觸面積大大減小，除此之外，金屬表面由于會有氧化膜或其他膜層導致不能導電。在實際接觸面積中，金屬間的接觸或準金屬接觸在介面膜被壓破或電壓擊穿的地方形成。于是，當電流通過接觸件接口時，在導電斑點處會有大量集中電流，引起導電斑點附近的電流發(fā)生收縮，這種現(xiàn)象稱為“收縮電阻”記作Rc。如果電流通過導電斑點時有含有極薄的準金屬接觸電子通過薄膜時還會遇到另一種附加電阻，稱為“膜層電阻”，用Rf表示。則接觸電阻RK可表示為：Rk=Rc+Rf。2）摩擦與磨損，汽車連接器插針與插孔之間的摩擦和磨損會而導致接觸表面不在光滑，形狀粗糙變形，還會附有熱量產(chǎn)生。隨著將表層的鍍層的磨損，會導致接觸不良。3）接觸表面鍍層，汽車連接器的端子底端通常要進行鍍鎳處理，鎳發(fā)生氧化形成的氧化層對端子底層起到了保護作用。如果對于可靠性要求較高的部位必須鍍金防止過度氧化。

2.2 端子的材料選用

連接器的判斷指標為是否具有穩(wěn)定的接觸面積。這些對于端子有幾點要求：（1）插拔壽命要求；（2）在溫度和振動條件下的負荷要求；（3）在惡劣環(huán)境下工作要求端子的制造材料多種多樣，可以更具具體端子類型、插拔頻度和環(huán)境等因素選擇。

連接器電阻組成如下：R=R1+R2+R3。R1表示導體電阻，是整個端子實測電阻之和，大小是由端子材料、橫截面積、端子長度決定的。R2為收縮電阻。端子在護套中進行接觸傳遞電信號，導電斑點附近發(fā)生電流收縮，稱為“收縮電阻”。R3為膜層電阻。接觸件表面受腐蝕及灰塵中有害物質(zhì)使接觸表面產(chǎn)生膜層，形成膜層電阻。通過實驗探討接觸壓力、材料對接觸電阻的影響（1）接觸電阻影響能力研究：實驗儀器及方案：實驗所用接觸電阻測試儀器的測量精確度度為1毫歐。實驗參數(shù)：測試電流10mA，開路電壓20mV。通過改變接觸件相互接觸面大小，并繪制研究了接觸電阻和接觸面大小的關(guān)系圖，得出結(jié)論如下，接觸電阻無法通過正向力的增加而減少，接觸端半徑對接觸電阻大小影響也不大，只和其自身特性有關(guān)。汽車連接器的設(shè)計關(guān)鍵在于降低接觸電阻，可以使用高導電率端子材料，選擇截面積較大的端子等有效方法。（2）影響接觸電阻的生產(chǎn)能力研究：根據(jù)上面的分析，端子表面粗糙度和端子膜層厚度可能影響接觸電阻的因素。根據(jù)實驗要求，選取兩種相同端子，一組不經(jīng)過處理，其表面粗糙度為Ra0.7，作為樣品1，樣品2使用處理過后表面粗糙度為Ra1.5的端子。采用酸洗除油，提高端子清潔度的樣品作為A，另一組未處理的端子，記為樣品B。用樣品1、樣品2與樣品A、樣品B分別組裝成產(chǎn)品，然后兩兩組合，分別測出相應(yīng)的接觸電阻。并且記錄。根據(jù)數(shù)據(jù)可以分析出以下結(jié)果：端子表面粗糙度和端子膜層厚度對接觸電阻有一定的影響。端子表面粗糙度提高或?qū)⒍俗颖砻嫣幚硎鼓幼儽《伎梢燥@著提高制成能力指數(shù)，從而降低接觸電阻。

3提高線束保護設(shè)計的可靠性的方法

在車輛的整體環(huán)境當中，線束的工作環(huán)境可以說是最為惡劣的，它需要在具有腐蝕性的液體或者是氣體的各種存在，并常常需要經(jīng)受高溫、碰撞等情況，在這種工作環(huán)境之下，常常就會出現(xiàn)絕緣體磨損或者是導線腐蝕等現(xiàn)象，從而導致短路，而如果想要讓線束能夠進行良好的工作，也就需要做好相應(yīng)的保護設(shè)計。

從整車來講，線束應(yīng)具有防護措施，在線束布置時，須遠離熱源并控制好長度與走向。每一段線束都應(yīng)做好固定，以免由于車輛的震動使得線束與周邊零件干涉，而對其穩(wěn)定性帶來不良的影響，尤其是在線束過車身孔處，應(yīng)采用過孔膠塞對其進行保護，防止線束被割傷或者漏水漏灰等問題發(fā)生。

必對線束進行外包扎設(shè)計，可起到耐磨、防割、防腐蝕等作用，從而要提高線束的可靠性。線束的包扎材料有多種類型，在環(huán)境比較惡劣且周圍零件較多的高溫區(qū)域，應(yīng)選擇耐溫等級高的波紋管包扎，如發(fā)動機艙的線束。駕駛艙內(nèi)的線束，環(huán)境相對較好，則可采用PVC膠帶或者絨布膠帶等進行包扎?？傊瑧?yīng)根據(jù)具體環(huán)境采用不同的包扎材料對線束進行包裹、保護。

4結(jié)語

本文通過將可靠性知識融合到汽車線束設(shè)計中，提出汽車線束系統(tǒng)可靠性方法。對于汽車可靠性設(shè)計提出了一些可行性方案。根據(jù)線束所處環(huán)境，確定線束的安裝和固定方式及防護材料的選擇。汽車產(chǎn)品的可靠性設(shè)計，能保證環(huán)境性能要求和機械性能要求，電性能，可靠的連接和信號的正確傳輸，以保證電子器件及開關(guān)正常工作。

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