關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)線束設(shè)計(jì)淺析

王郁森，劉 珂，石紅偉，張明亞

（1.浙江吉潤(rùn)春曉汽車部件有限公司，浙江 寧波 315000；2.吉利汽車研究院（寧波）有限公司，浙江 寧波 315000）

1 引言

發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元（簡(jiǎn)稱ECU）在整車控制單元中起著最突出的作用，發(fā)動(dòng)機(jī)控制管理系統(tǒng)的關(guān)鍵部件用于檢測(cè)并控制發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的正常工作，計(jì)算駕駛員所要求的扭矩并且同時(shí)保證最優(yōu)的燃油經(jīng)濟(jì)性，并達(dá)到國(guó)家尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)中配置了ECU工作所必需的傳感器和執(zhí)行器，通過線束將相關(guān)零部件聯(lián)系在一起。

發(fā)動(dòng)機(jī)線束的設(shè)計(jì)、材料選取、線徑和安裝布置決定了發(fā)動(dòng)機(jī)控制管理系統(tǒng)運(yùn)行的正確性和穩(wěn)定性，系統(tǒng)的正常運(yùn)行取決于正確信號(hào)的傳遞，車輛的安全運(yùn)行也同線束的各項(xiàng)性能息息相關(guān)，因此線束的設(shè)計(jì)也是車輛開發(fā)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。根據(jù)行業(yè)和各個(gè)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的不同，各個(gè)整車廠對(duì)線束的設(shè)計(jì)不盡相同，為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的性能得到穩(wěn)定的最大程度的發(fā)揮，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元對(duì)線束線的選取、線徑的大小、線阻、安裝等內(nèi)容做了一些建議，以此來(lái)滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求。

2 材料選用建議

2.1 導(dǎo)線選用

目前主要汽車制造國(guó)家如美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)和日本都制定了汽車線的本國(guó)標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)：SAEJ1128、1678；德國(guó)：DIN72551；日本：JASOD611、JASOD608；法國(guó)：NFR13414、13415；國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：ISO6722。常用的導(dǎo)線種類有日標(biāo)（AVSS等）、國(guó)標(biāo)（QVR）、德標(biāo)（FLRY）、美標(biāo)等幾大系列。AVSS（AVS）導(dǎo)線的特點(diǎn)是薄皮絕緣，柔韌性較好；QVR的特點(diǎn)是絕緣皮厚，比較柔軟，延展性好；德標(biāo)導(dǎo)線絕緣皮更薄，柔韌性好；美標(biāo)導(dǎo)線絕緣皮一般為熱塑性或熱固性彈性體，還有經(jīng)過輻照工藝加工的。

OEM可根據(jù)線束布置位置的溫度、環(huán)境（潮濕、耐磨等）條件和電流承載能力以及線束制作過程中的孔位大小、二次返修、便于操作等情況進(jìn)行決定采用哪種類型的導(dǎo)線，一般推薦使用在壓接條件允許情況下線徑盡量粗且耐高溫的導(dǎo)線，并且線的絕緣應(yīng)在400V電壓以上。

線束的兩個(gè)線頭連接處的壓接應(yīng)符合國(guó)家或者行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可以參考QC/T 29106—2014，對(duì)壓接處的處理應(yīng)考慮到絕緣、耐高溫和耐磨的要求，防止壓接處的線頭刺破膠帶導(dǎo)致短路。需熱縮部位位于熱縮管中央，熱縮后無(wú)絕緣層融化、熱縮不徹底或刺破現(xiàn)象，雙層熱縮管熱縮時(shí)，兩側(cè)必須有膠狀物流出，且無(wú)縫隙，導(dǎo)線無(wú)烤焦、銅絲扎出、銅絲漏出現(xiàn)象。

圖1 為熱縮管作業(yè)示意圖。熱縮管作業(yè)注意事項(xiàng)：①圓形片式端子，熱縮管不能超過外圓的切邊；②方形片 式端子，熱縮管不能超過方形外邊；③其他端子，熱縮管不能影響端子插值。圖2為熱縮管在端子頭部放置示意圖。

圖1 熱縮管作業(yè)示意圖

圖2 熱縮管在端子頭部放置示意圖

2.2 導(dǎo)線規(guī)格

EMS在提供的線束圖上對(duì)線徑有推薦的值?？紤]到國(guó)內(nèi)線束的材質(zhì)和品質(zhì)，OEM在設(shè)計(jì)線束時(shí)應(yīng)選用推薦的線徑或者使用大于推薦線徑的導(dǎo)線規(guī)格，以保證線束性能滿足系統(tǒng)要求。ECU引腳定義示意如圖3所示。

圖3 ECU引腳定義示意圖

2.3 線束線阻

當(dāng)導(dǎo)線上存在較大線阻時(shí)會(huì)在導(dǎo)線上產(chǎn)生較大的線上壓降從而影響信號(hào)的準(zhǔn)確性，對(duì)導(dǎo)線的電阻（ECU母端接插件端到傳感器、執(zhí)行器母端接插件端的電阻）提出如下要求。

1）點(diǎn)火驅(qū)動(dòng)信號(hào)、點(diǎn)火搭鐵、電子搭鐵、功率搭鐵<50mΩ。

2）其它信號(hào)<100mΩ。

2.4 雙絞線/屏蔽線

對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制管理系統(tǒng)中的微弱信號(hào)和敏感信號(hào)要求使用雙絞線和屏蔽線，微弱和敏感信號(hào)包括爆震信號(hào)、曲軸傳感器信號(hào)、凸輪軸傳感器信號(hào)、CAN、LIN、車速信號(hào)。

1）雙絞線的絞距應(yīng)該在20～100mm之間，同一束線束中布置的不同雙絞線的絞距應(yīng)該不同。

2）屏蔽線常用的有單層屏蔽和雙層屏蔽兩種，對(duì)單層屏蔽要求單端搭鐵、對(duì)雙層屏蔽要求外層兩端搭鐵，內(nèi)層單端同電勢(shì)搭鐵。屏蔽線中的屏蔽層在零部件接插件端應(yīng)該保留到接插件處，屏蔽線中屏蔽搭鐵應(yīng)與ECU的搭鐵線在同一電勢(shì)平面上，但是不建議接到ECU的搭鐵點(diǎn)上。

2.5 接插件

EMS在提供零部件清單的同時(shí)會(huì)提供推薦使用與之對(duì)配的母端接插件型號(hào)，建議使用EMS推薦的對(duì)配接插件。接插件應(yīng)與與發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的傳感器、執(zhí)行器經(jīng)過防水、振動(dòng)、耐溫等測(cè)試，可以保證連接的強(qiáng)度和可靠性，滿足系統(tǒng)的要求。不同的零部件因安裝位置的不同，即使同一類型零部件的防水要求都不一樣，因此采用非推薦型號(hào)接插件時(shí)，請(qǐng)進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試，以保證接插件性能滿足要求。塑件/端子點(diǎn)檢表詳見表1。

表1 塑件/端子點(diǎn)檢表

2.6 接插件針腳處理

ECU接插件針腳為鍍錫處理，因此要求選擇的對(duì)配接插件同樣采用鍍錫處理接插件中大插針和小插針在壓接的要求上是不同的，OEM可以根據(jù)自己的規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)線束制作廠提出要求，避免因壓接品質(zhì)導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。接線頭壓接可參考下面的方式，壓接需要一次完成。端子接線壓接如圖4所示。

圖4 中，a的長(zhǎng)度為0.1～0.5mm，b的長(zhǎng)度為0.1～0.5mm，c的長(zhǎng)度為<0.5mm，d的長(zhǎng)度為<0.02mm。

圖4 端子接線壓接圖示

在接插件內(nèi)部，一般母端插件小端子腳位安裝孔內(nèi)自帶防水膠墊，可以在安裝后直接插入過盈配合起到防水效果，但在大端子腳位安裝孔內(nèi)無(wú)防水膠墊，因此在進(jìn)行大端子壓線時(shí)要先將防水堵套在導(dǎo)線的絕緣處進(jìn)行壓接。

接插件中未使用的針孔應(yīng)做防水密封處理，防止水通過針孔流入到ECU針腳處，腐蝕針腳導(dǎo)致接觸不良和短路。封堵可以使用對(duì)配接插件廠商提供的盲堵或者插針，也可以使用注塑的方式。

3 線束布置建議

1）線束中的任何導(dǎo)線都不允許裸露在空氣中，對(duì)導(dǎo)線的保護(hù)措施應(yīng)該做到接插件末端尺寸預(yù)留小于10mm。

2）ECU外殼必須與車身保持良好電氣接觸，ECU搭鐵點(diǎn)不能與電池負(fù)極壓接在一起且線束搭鐵點(diǎn)應(yīng)避免選擇在容易受到腐蝕和灰塵積累的地方，搭鐵點(diǎn)處應(yīng)避免電鍍處理，但是應(yīng)做好防銹蝕處理。

3）線束布置點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離熱源，并且線束不要搭在發(fā)動(dòng)機(jī)殼體上。

4）線束的安裝位置應(yīng)與運(yùn)動(dòng)件保持一定的安全距離，且避免被其它部件擠壓。

5）線束的安裝應(yīng)避免出現(xiàn)回折和較大彎角的情況。

6）ECU接插件出線端距離第一個(gè)線束固定點(diǎn)的距離應(yīng)該在15cm左右，以后每20cm固定一次。

7）敏感信號(hào)（發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)、相位傳感器信號(hào)、加速踏板、節(jié)氣門位置、CAN等）線束的走向設(shè)計(jì)和固定位置的選擇應(yīng)距離點(diǎn)火線圈、發(fā)電機(jī)、起動(dòng)機(jī)、空調(diào)壓縮機(jī)、雨刷電機(jī)等大功率干擾源15cm以上。

8）對(duì)配接插件盡量采用端口向上的布置方式，這樣積水可以順著線束流走。

9）線束的長(zhǎng)度應(yīng)盡量短尤其是點(diǎn)火信號(hào)、噴油信號(hào)、電子節(jié)氣門體驅(qū)動(dòng)信號(hào)等大負(fù)載信號(hào)，一般小于3m。

10）盡量避免在線束中使用接插件轉(zhuǎn)接線束。

11）線束兩個(gè)固定點(diǎn)間的線束不應(yīng)緊繃，應(yīng)保持一定的松弛度，避免因預(yù)拉力導(dǎo)致線束斷裂或者接插件接觸不良。如果線束中相鄰的兩個(gè)固定點(diǎn)分別固定在發(fā)動(dòng)機(jī)和車身上，則兩個(gè)固定點(diǎn)間留取的線束長(zhǎng)度應(yīng)更大一些。

12）線束壓接帶有分支的電源線壓接點(diǎn)的選擇應(yīng)盡量靠近供電電源端。

13）ECU搭鐵線分支的壓接點(diǎn)應(yīng)盡量靠近ECU母端接插件。

14）信號(hào)分支的壓接點(diǎn)盡量靠近ECU母端接插件。

4 線束失效案例

4.1 某車型HPT變速器急加速換擋聳車故障

TCU_outputshaftspeed曲線鋸齒振蕩嚴(yán)重，急加速工況下點(diǎn)火線圈能夠?qū)CU_outputshaftspeed信號(hào)產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾并影響TCU換擋判斷。圖5、圖6所示分別為故障車輛輸出軸轉(zhuǎn)速與正常車輛輸出軸轉(zhuǎn)速。

圖5 故障車輛輸出軸轉(zhuǎn)速

圖6 正常車輛輸出軸轉(zhuǎn)速

將變速器信號(hào)線束隨意捆扎，無(wú)防屏蔽需求改為雙絞線形式，輸入軸轉(zhuǎn)速和輸出軸轉(zhuǎn)速信號(hào)無(wú)振蕩，試車無(wú)頓挫現(xiàn)象。

4.2 某車型ECU插件進(jìn)水銹蝕故障

ECU端子銹蝕后接觸不良，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈常亮，機(jī)艙美化件漏水孔在EMS插件正上方，導(dǎo)致水流向發(fā)動(dòng)機(jī)ECU插件內(nèi)部，長(zhǎng)期無(wú)法排出后導(dǎo)致端子銹蝕。EMS與機(jī)艙美化件裝配圖如圖7所示。

圖7 EMS與機(jī)艙美化件裝配圖

4.3 某車型導(dǎo)線內(nèi)部腐蝕斷路

發(fā)動(dòng)機(jī)線束斷路，通過線束導(dǎo)通測(cè)量，可判定導(dǎo)線內(nèi)部線芯斷開，進(jìn)而對(duì)線束拆解；故障回路絕緣層觀察，發(fā)生導(dǎo)線絕緣層存在小孔，投影放大后小孔呈現(xiàn)不規(guī)則形狀，線芯斷面投影分析：斷面存在綠色物質(zhì)，銅絲出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。

線束導(dǎo)線故障如圖8所示。通過顏色觀察，并結(jié)合銅材料化學(xué)特性，綠色殘留物體為銅綠（銅腐蝕后成分），殘留物體含有硫（S），線束布置在防凍液下方，絕緣層存在雜質(zhì)導(dǎo)致導(dǎo)線耐液性試驗(yàn)擊穿不合格。

圖8 線束導(dǎo)線故障圖

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文介紹了發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)對(duì)線束導(dǎo)線的選取、線徑的大小、線阻、安裝等內(nèi)容做了一些簡(jiǎn)要分析，通過材料選型以及線束布置兩個(gè)方面提出評(píng)估路徑，確定選型方案，通過故障案例規(guī)避不合理方案，希望能提供同仁參考。