汽車搭鐵可靠性研究及一種搭鐵失效故障分析

李文龍

汽車搭鐵可靠性研究及一種搭鐵失效故障分析

李文龍

（北京汽車集團(tuán)越野車有限公司，北京 101300）

單線制搭鐵方式是目前多數(shù)汽車所采用的一種接地處理方式，文章主要論述的內(nèi)容也是基于此。搭鐵設(shè)計(jì)的合理性和可靠性直接影響著用電器的性能。文章的目的就在于探究如何提高汽車搭鐵可靠性，給汽車線束的設(shè)計(jì)提供參考。文章首先介紹了常見(jiàn)汽車搭鐵的種類和應(yīng)用方法，并對(duì)各類搭鐵的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析。其次，從多個(gè)方面重點(diǎn)論述了提高汽車搭鐵可靠性的方法并舉例說(shuō)明。最后，對(duì)一種搭鐵不良導(dǎo)致的汽車故障進(jìn)行了分析和總結(jié)。

汽車；搭鐵；可靠性

前言

在汽車用電器工作過(guò)程中，發(fā)電機(jī)與蓄電池正極作為電源輸入提供了電流的來(lái)源，而蓄電池負(fù)極、車身、用電器負(fù)極之間相互連通則保證了電氣回路的完整性[1]。在負(fù)極回路中，連接點(diǎn)稱為搭鐵點(diǎn)，連接的導(dǎo)線稱為搭鐵線。單線制搭鐵方式是目前多數(shù)汽車所采用的一種接地處理方式，本文主要論述的內(nèi)容也是基于此種搭鐵方式。

1 可靠的搭鐵對(duì)整車線束的重要性

隨著汽車技術(shù)的不斷革新，汽車上裝備的用電器越來(lái)越多。某些用電器的特殊接地要求也有增多，這使得汽車上的搭鐵點(diǎn)和搭鐵線也越來(lái)越多。那么保證用電器搭鐵的可靠性成為線束設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中的一項(xiàng)重要工作。搭鐵作為整個(gè)電流回路的一部分，其可靠性直接影響著用電器功能的實(shí)現(xiàn)。若搭鐵設(shè)計(jì)不好，不僅會(huì)導(dǎo)致回路電壓降增大、不同搭鐵之間的串?dāng)_、引發(fā)用電器故障，更嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致線束燒蝕等問(wèn)題。因此，汽車搭鐵的可靠性及合理性就顯得尤為重要。

2 提高搭鐵可靠性的方法

本文將從用電器類型、搭鐵的種類、搭鐵線的接法、搭鐵端子的防護(hù)、搭鐵端子的緊固、搭鐵點(diǎn)的涂裝遮蔽、搭鐵端子的防轉(zhuǎn)等方面來(lái)探究提高可靠性的方法。

2.1 通過(guò)用電器類型來(lái)合理確定搭鐵

一般分為以下幾種情況：

（1）主搭鐵需要單獨(dú)進(jìn)行搭鐵，比如發(fā)動(dòng)機(jī)的搭鐵、車身的搭鐵。

（2）重要零部件、大電流用電器、有特殊要求的用電器需要單獨(dú)搭鐵，比如ECU、TCU、氣囊、EPS電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、WCBS線控制動(dòng)系統(tǒng)等。

（3）在共用搭鐵的設(shè)計(jì)時(shí)，為了避免不同類型負(fù)載通過(guò)搭鐵線互相干擾，需要將信號(hào)類搭鐵和功率類搭鐵分開(kāi)；而在信號(hào)型用電器的搭鐵設(shè)計(jì)時(shí)，盡量將模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的搭鐵線分開(kāi)；在功率型用電器設(shè)計(jì)時(shí)，盡量將電阻型和電感型的搭鐵線分開(kāi)[2]。

2.2 搭鐵點(diǎn)的種類

在整車的回路中，電流都會(huì)沿最近的路線回到電源負(fù)極。所以在布置搭鐵點(diǎn)的位置時(shí)，大的原則是就近原則。這里將從普通搭鐵和主搭鐵兩個(gè)方面分別論述。

（1）普通搭鐵。搭鐵點(diǎn)需盡量設(shè)計(jì)在距離電器件較近的地方。搭鐵分支設(shè)計(jì)時(shí)要盡量減少搭鐵回路長(zhǎng)度，這樣就能降低電線上的電壓降。

圖1 缸體接負(fù)極

（2）主搭鐵。比如車身到蓄電池負(fù)極的搭鐵、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的搭鐵。由于搭鐵線上的電壓降會(huì)直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，尤其是冷啟動(dòng)。一方面可以從縮短搭鐵回路的長(zhǎng)度來(lái)降低電壓降，比如合理布置搭鐵線的走向來(lái)縮短線束長(zhǎng)度。另一方面可以通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體直接接到電池負(fù)極的方式來(lái)減少搭鐵點(diǎn)處的電壓降。圖1的搭鐵方式為發(fā)動(dòng)機(jī)缸體直接連接蓄電池負(fù)極，在搭鐵線上焊接搭鐵片，搭鐵片通過(guò)螺栓固定到車身上，實(shí)現(xiàn)車身與蓄電池負(fù)極的連接。此種搭鐵方式要比圖2中的搭鐵方式更能降低起動(dòng)回路的電壓降。

圖2 缸體接車身

2.3 搭鐵線的接法

目前汽車上主要有以下兩種搭鐵接法：

圖3 接法一

圖4 接法二

這兩種搭鐵線的接法各有優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)比情況及使用建議詳見(jiàn)表1[3]。

表1 兩種搭鐵線接法對(duì)標(biāo)表

無(wú)論使用哪種方法，都要綜合考慮盡可能地減短搭鐵線的長(zhǎng)度、節(jié)省成本和提高可靠性。對(duì)于如蓄電池負(fù)極線、發(fā)動(dòng)機(jī)搭鐵線等導(dǎo)線截面積較大的線束，一定要控制好線長(zhǎng)及走向，減小電壓降。

2.4 搭鐵端子的防護(hù)

對(duì)于處于濕區(qū)或者可能會(huì)漏水區(qū)域的搭鐵點(diǎn)，需要考慮到濕區(qū)環(huán)境對(duì)搭鐵點(diǎn)的影響，可從主被動(dòng)兩方面來(lái)同時(shí)防護(hù)。主動(dòng)方面，搭鐵端子首先避免布置于濕區(qū)或者漏水區(qū)域。如不能避免或者車身的結(jié)構(gòu)較難更改，可以將搭鐵點(diǎn)分支走向設(shè)計(jì)為U型結(jié)構(gòu)，這樣水流不會(huì)順著導(dǎo)線流到搭鐵端子處，如圖5所示。被動(dòng)方面，對(duì)于濕區(qū)位置的搭鐵端子，使用雙層熱縮管或者浸錫的方式對(duì)端子與導(dǎo)線的壓接部位進(jìn)行密封處理，避免液體進(jìn)入到導(dǎo)線內(nèi)部造成導(dǎo)線氧化和腐蝕[2]。同時(shí)，對(duì)于搭鐵分支的包覆方式更改為PVC膠帶實(shí)纏后再包布基膠帶[4]。

圖5 U型搭鐵分支結(jié)構(gòu)

2.5 端子裝配緊固方式及力矩

目前主流車型采用兩種裝配方式，一種是車身鈑金焊有背母，用螺栓來(lái)固定搭鐵端子。另一種是車身鈑金上焊植焊螺柱，用螺母來(lái)固定搭鐵端子。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，為了保證搭鐵的良好，一般使用前一種方式，使用刮漆螺栓來(lái)固定搭鐵端子。

搭鐵端子的固定力矩需要根據(jù)實(shí)際使用的標(biāo)準(zhǔn)件來(lái)確定。目前汽車上一般使用M6和M8兩種規(guī)格的螺栓和螺母，其中發(fā)動(dòng)機(jī)搭鐵和車身到蓄電池負(fù)極的主搭鐵一般使用M8的，其余使用M6的。M8的緊固力矩一般設(shè)定為17±1Nm，M6的緊固力矩一般設(shè)定為9±1Nm。

2.6 搭鐵點(diǎn)的涂裝遮蔽

車身在涂裝工藝處理在制造過(guò)程中，搭鐵點(diǎn)涂裝遮蔽這一點(diǎn)容易被忽視。但如果處理不當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致搭鐵失效或更為嚴(yán)重的燒蝕故障，務(wù)必引起重視。針對(duì)此種現(xiàn)象，建議在車身進(jìn)入涂裝車間之前，利用工藝螺栓進(jìn)行預(yù)安裝遮蔽，涂裝完成后拆除，進(jìn)入總裝后再配合使用刮漆螺栓。但是要注意的是，工藝螺栓的使用次數(shù)不可太多，當(dāng)遮蔽效果下降時(shí)必須要更換工藝螺栓。

2.7 搭鐵端子的防轉(zhuǎn)

目前越來(lái)越多的車型上使用的搭鐵端子都是帶有防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的，如圖6所示。使用防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的端子有兩點(diǎn)優(yōu)勢(shì)。一方面可以保證在緊固過(guò)程中端子不隨轉(zhuǎn)，這樣就能使緊固力矩更好地實(shí)施，增強(qiáng)了緊固效果。另一方面，在實(shí)際裝配過(guò)程中，普通搭鐵端子的隨轉(zhuǎn)可能會(huì)對(duì)裝配工人造成手部傷害。

圖6 防轉(zhuǎn)端子

3 一種搭鐵失效故障分析

本小節(jié)介紹一個(gè)在實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中遇到的搭鐵失效的故障，以供參考。

3.1 故障現(xiàn)象

在某車型的騾車試制階段，某一輛騾車裝配完成點(diǎn)火起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)機(jī)拖動(dòng)5秒左右后停止。再次點(diǎn)火起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)機(jī)無(wú)反應(yīng)。

3.2 故障分析

測(cè)試此輛問(wèn)題車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體對(duì)蓄電池負(fù)極電阻為1歐，用手甚至可以轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)到車身的搭鐵端子，而同批次其他正常起動(dòng)車輛為0~0.1歐。初步判斷為發(fā)動(dòng)機(jī)搭鐵不良，導(dǎo)致電壓降過(guò)高，無(wú)法滿足起動(dòng)需求電流。但是再次點(diǎn)火起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)機(jī)無(wú)反應(yīng)，說(shuō)明并非單純是起動(dòng)電流不足的原因，需要繼續(xù)排查。

測(cè)量與點(diǎn)火有關(guān)的線束通斷情況，發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)線束與機(jī)艙線束的對(duì)接件某針腳發(fā)生燒蝕現(xiàn)象，如圖7所示。測(cè)量點(diǎn)火控制線后發(fā)現(xiàn)開(kāi)路，將線束拆開(kāi)后發(fā)現(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架測(cè)試接地線（此接地線僅為便于發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架測(cè)試時(shí)用，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)艙線車身搭鐵點(diǎn)回到蓄電池負(fù)極。此接地線僅在開(kāi)發(fā)階段的試制樣車上用，屬于冗余的搭鐵線）燒蝕，連同附近針腳的點(diǎn)火控制線一并燒斷。圖8為此車型的搭鐵拓?fù)涫疽鈭D。

圖7 針腳燒蝕

至此，原因查明：由于發(fā)動(dòng)機(jī)到車身的主搭鐵不良，車輛起動(dòng)時(shí)部分起動(dòng)電流經(jīng)冗余搭鐵線與蓄電池負(fù)極形成回路，造成線路過(guò)載燒蝕。

3.3 故障解決措施

由于是騾車，此故障做特殊處理。首先，對(duì)燒斷的點(diǎn)火信號(hào)線重新接線，保證起動(dòng)控制回路的正常。其次，剪斷發(fā)動(dòng)機(jī)線束上冗余的這個(gè)搭鐵線，以消除隱患，發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架測(cè)試時(shí)，單獨(dú)再接一根搭鐵線。最后，對(duì)問(wèn)題搭鐵點(diǎn)重新緊固到位，并復(fù)核同批次的其他車輛此處的緊固力矩，確定搭鐵良好。

圖8 搭鐵拓?fù)涫疽鈭D

4 結(jié)論

搭鐵可靠性對(duì)于汽車電路系統(tǒng)的可靠性而言十分重要。同時(shí)，各種原因?qū)е碌拇铊F不良現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，比如搭鐵緊固件失效導(dǎo)致的松動(dòng)、搭鐵接觸面由于銹蝕或噴涂等原因?qū)е碌慕佑|不良而增大電阻等。這些故障導(dǎo)致電壓降不正常而影響用電器的工作，或者導(dǎo)致電流分流到其他回路而影響其他電路，嚴(yán)重的有可能會(huì)導(dǎo)致線束燒蝕。因此，汽車搭鐵在設(shè)計(jì)時(shí)尤其要引起重視并遵循正確的設(shè)計(jì)原則，方能切實(shí)提高搭鐵的可靠性。

[1] 唐鳳國(guó).論汽車搭鐵的原理及其作用[J].民營(yíng)科技,2013(11).

[2] 陳朋.汽車線束搭鐵設(shè)計(jì)[J].汽車電器,2015(4).

[3] 李雪松.汽車線束搭鐵設(shè)計(jì)策略[J].汽車電器,2018(1).

[4] 朱明.淺談汽車線束的防水密封性[J].汽車實(shí)用技術(shù),2019(10).

Research on Reliability of Automobile Grounding and Analysis of a Grounding Failure

Li Wenlong

（Beijing Automotive Group Off-road Vehicle Co., Ltd., Beijing 101300）

Single line grounding is a kind of grounding adopted by most automobiles at present, and the main content of this paper is also based on this. The rationality and reliability of grounding design directly affect the performance of electrical appliances. The purpose of this paper is to explore how to improve the reliability of automobile grounding and provide reference for the design of automobile wiring harness. This paper first introduces the types and application methods of common automobile grounding, and analyzes the advantages and disadvan -tages of various types of grounding. Secondly, the methods of improving the reliability of automobile grounding are discussed from many aspects and illustrated with examples. Finally, an automobile breakdown caused by poor grounding is analyzed and summarized.

Automobile; Grounding; Reliability

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.04.027

U467.3

B

1671-7988(2021)04-87-04

U467.3

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1671-7988(2021)04-87-04

李文龍（1987-），男，中級(jí)工程師，碩士，就職于北京汽車集團(tuán)越野車有限公司，研究方向：整車線束設(shè)計(jì)、線束開(kāi)發(fā)方式探索與推廣。