汽車線束設(shè)計及線束用原材料的選擇研究

劉旭杰

[摘 ? ?要]汽車線束是汽車電器件、控制系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)等的連接手段，影響著汽車的整體性能，線束設(shè)計的合理性，與其原材料選擇的準確性，是汽車線束設(shè)計階段需要深入探析的問題。文章基于汽車線束的設(shè)計及原材料的選擇進行了分析，在供電線束設(shè)計中，需注重線路保護、保險絲、搭鐵接地的設(shè)計原則和細節(jié)，在插接件設(shè)計中，重點關(guān)注的是插接件的工作環(huán)境、導(dǎo)線種類的選擇和導(dǎo)線截面積的計算，而在密封件與包扎固定設(shè)計中，需采取因地制宜的設(shè)計原則，按照工作環(huán)境和設(shè)計性能的要求，結(jié)合原材料的性能進行設(shè)計與選擇。

[關(guān)鍵詞]汽車線束;汽車線束設(shè)計;線束原材料

[中圖分類號]U463.6 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）03–00–03

Discussion on Design of Automobile Wiring Harness

and Selection of Raw Materials for Wiring Harness

Liu Xu-jie

[Abstract]Automobile wiring harness is the connection method of automobile electrical components， control system， braking system， etc.， which affects the overall performance of the car. The rationality of the wiring harness design and the accuracy of its raw material selection are issues that need to be deeply analyzed in the automotive wiring harness design stage. This paper analyzes the design of automobile wiring harness and the selection of raw materials. In the design of power supply wiring harness， it is necessary to pay attention to the design principles and details of line protection， fuses， and grounding. In the design of connectors， the focus is on connectors The working environment， the selection of wire types and the calculation of wire cross-sectional area， as well as in the design of seals and wrapping fixings， it is necessary to adopt the design principle of adapting to local conditions， according to the requirements of the working environment and design performance， combined with the performance of raw materials. Design and select.

[Keywords]automotive wiring harness; automotive wiring harness design; wiring harness raw materials

目前，汽車的控制系統(tǒng)、用電設(shè)備發(fā)展智能化與自動化程度較高，功能多且技術(shù)先進，線束設(shè)計的可操作空間變小，增加了汽車線束設(shè)計的復(fù)雜性和難度。因此，線束設(shè)計與其原材料的選用，需要根據(jù)線束實際工作環(huán)境的溫度、濕度、腐蝕性氣體，以及線束本身的功能性，是否處于彎曲、磨損區(qū)域等，進行線束設(shè)計與原材料性能的選擇。

1 汽車線束之線路設(shè)計及原材料的選擇

1.1 供電線束設(shè)計

（1）蓄電池線束，主要的功能是存儲電源與輸出電源，連接著汽車的發(fā)動機、發(fā)電機，以及其他的重要件。在汽車發(fā)電機停止運行的狀態(tài)下，也可為汽車內(nèi)的電器輸送電源。

（2）點火開關(guān)線束，屬于電源控制系統(tǒng)，在發(fā)電機正常運行下，將開關(guān)移至ST擋時接通電器件，像是儀表、安全氣囊等，對發(fā)電機的電源進行合理的分配，不會影響到蓄電池的正常充電。

（3）上電檔線束，也具有控制電源信號的作用，通常連接電器件的負載較大，主要有車身控制器、汽車天窗、汽車避振系統(tǒng)、刮水器、空調(diào)等。在汽車不運行的情況下，將其上移至1擋或2擋時，為其連接的電器供電，但是在電器正常的狀態(tài)下則無電。

（4）啟動擋線束，用于控制啟動機，打開點火開關(guān)后，接通啟動擋電源，促進發(fā)電機運轉(zhuǎn)。

1.2 線路保護設(shè)計

汽車供電系統(tǒng)在運行過程中，有時會出現(xiàn)電壓、電流過大問題，引起線路短路、燒毀等現(xiàn)象，需使用線路保護設(shè)計對導(dǎo)線、電器件等進行保護。其中保險絲應(yīng)用較多，當汽車線路出現(xiàn)電壓、電流異常后，首先會熔斷保險絲，達到切斷線路的目的，形成對線路及線路上元器件的保護作用。

1.2.1 汽車保險絲設(shè)計原則

（1）基本原則。應(yīng)遵循保險絲的額定容量是線路最大電流的1.25倍，電線的額定電流則是其1.25倍的原則。（2）選取原則。線路電流小于30 A的情況下，選擇的保險絲是速熔，應(yīng)用的優(yōu)點是體積小、結(jié)構(gòu)簡單，主要的部件是細錫線，缺點是使用的穩(wěn)定性不足;大于30 A選擇的是慢熔，保險絲的實質(zhì)是錫合金片，實際應(yīng)用的穩(wěn)定性較好，主要連接汽車的感性負載，像防抱死制動電路、冷凝器風(fēng)扇電路、電機電路等。（3）合并原則。汽車對于線束的安全性有著較高的要求，理論上來說為了保護電源線的安全，需每根電源線上設(shè)計1個保險絲，那么整個線路的保險絲數(shù)量將超過200個，需要采用合并設(shè)計，在保護汽車線路安全的基礎(chǔ)上，進行保險絲的合并使用。

1.2.2 汽車繼電器設(shè)計

由于汽車采用的是蓄電池供電，電壓不夠穩(wěn)定，電源通常為12 V，需使用繼電器進行電流的控制，維持汽車電器件（轉(zhuǎn)向燈、油泵、前照燈）的安全運行。繼電器在設(shè)計中，應(yīng)注重其切換負載功率、抗沖性、抗振性等參數(shù)。

1.2.3 搭鐵接地設(shè)計

①電子控制單元是汽車的控制中心，有車載電腦之稱，還有防抱死制動系統(tǒng)、發(fā)動機控制器等，都需進行單獨接地，防止受到汽車電器件干擾而導(dǎo)致失效，對于汽車的行駛安全至關(guān)重要。②汽車的安全氣囊在發(fā)生危險時保護著車內(nèi)人員的安全，為了避免其失效，需采取雙接地措施，形成雙重保險。③汽車的娛樂系統(tǒng)，容易受到環(huán)境中其他信號的干擾，應(yīng)單獨搭鐵;重要的傳感器，為了避免其信號傳遞遭到干擾，盡可能單獨接地。④剩余電器件以就近接地為原則，相鄰的器件合并接地，主要是為了防止線路過長導(dǎo)致的電壓下降問題。⑤發(fā)動機也是單獨接地，搭鐵線的截面較大，應(yīng)設(shè)計好走向，嚴格控制接線長度，可以套熱縮管后在機艙內(nèi)接地，也可使用孔式接地片接地。

2 汽車線束之插接件設(shè)計及原材料的選擇

2.1 設(shè)計與選用原則

汽車插接件主要選擇對象是雙彈簧式壓緊結(jié)構(gòu)的插接件，選擇的標準是按照導(dǎo)線的截面大小，并結(jié)合導(dǎo)線中的電流值進行選用，以此保證電器件的良好接觸，減少接觸電壓，保證電器件運行安全可靠。如果插接件用于發(fā)動機艙內(nèi)，由于艙內(nèi)高溫、濕度大，有著多種腐蝕性物質(zhì)，對接時要使用防水性護套，出于美觀的需要，注意顏色選擇以深色為主。建議選擇混合型線束，防止護套過多占用空間過大，并且安裝較為方便。

2.2 原材料性能

2.2.1 護套材料

護套材料的性能詳見表1，每種材料都有著自身的優(yōu)缺點，根據(jù)插接件設(shè)計的位置與要求進行靈活的選擇。像耐熱性差的護套材料不能使用在汽車高溫位置，氧化性差的護套則不可應(yīng)用在濕度大、溫度高的位置，而有的材料有著良好的耐腐蝕性，可用于有腐蝕性物質(zhì)的工作環(huán)境中。為了提升護套的防護性能，可在插件護套設(shè)計環(huán)節(jié)根據(jù)需要在護套中加入阻燃和增強材料，使材料具備更好的耐磨性、抗沖擊性與阻燃能力。

2.2.2 端子材料

基于汽車線束的高要求，在插接件端子材料設(shè)計中，通常使用的端子材料為黃銅，青銅也有使用，但是黃銅使用較多。端子在實際的設(shè)計中，還需根據(jù)端子所處的位置，對端子進行鍍層，以提高端子的抗腐蝕性能。

3 汽車線束之導(dǎo)線設(shè)計及原材料的選擇

3.1 導(dǎo)線類型

導(dǎo)線是汽車線束的主體，在線束導(dǎo)線設(shè)計中需慎重考慮線束所處的環(huán)境，像是高溫、濕度大、存在腐蝕性物質(zhì)，選用的導(dǎo)線要耐熱、耐化學(xué)藥品、尺寸穩(wěn)定。比如，行李箱蓋位置，選用的是冷彈性導(dǎo)線，即使天氣嚴寒，導(dǎo)線仍然具有良好的彈性;變速器位置溫度高且存在液壓油，選擇的導(dǎo)線要整體穩(wěn)定、耐熱性好。還有就是導(dǎo)線的功能，弱信號傳感器對于抗干擾能力有著較高的要求，選用的是屏蔽導(dǎo)線;汽車門經(jīng)常開關(guān)，那么選用的門內(nèi)線要具備良好的抗彎曲性與耐疲勞性。

3.2 導(dǎo)線截面積設(shè)計

長時間與短時間工作的電器件對于導(dǎo)線有著不同的要求，長時間使用的是實際載流量60%的導(dǎo)線，短時間的為60%～100%的導(dǎo)線，還需要根據(jù)導(dǎo)線的實際用途進行導(dǎo)線截面積的調(diào)整。導(dǎo)線截面積的計算公式為I=P/UsA=IpL/Ud，I是電流，P電器件功率，Us是系統(tǒng)電壓，A導(dǎo)線截面積，Ud最大電壓降，p銅電阻率，L導(dǎo)線長度。也可使用經(jīng)驗公式確定導(dǎo)線截面積與載流量，計算公式為I=A×10+8/2，理論計算的值通常偏大，具體經(jīng)驗值見表2。

4 汽車線束之密封件設(shè)計及原材料的選擇

汽車線束在穿過接口時，應(yīng)采用密封件進行包裹，以避免接口磨損線束，還具有防水的效果。密封件的材料為各種橡膠，橡膠具體特性見表3。整體上來看三元乙丙橡膠各項性能突出，與汽車線束的工作環(huán)境有著很好的適配性，所以在線束密封件材料的選擇中應(yīng)用較為普遍。

5 汽車線束之包扎固定設(shè)計及原材料的選擇

5.1 包扎設(shè)計

汽車線束包扎設(shè)計為保護措施，包扎的原材料具備良好的抗腐、抗磨、抗燃，以及抗干擾的作用，提高線束的耐久性，延長線束的使用壽命。在線束包扎設(shè)計中，在保證包扎效用的基礎(chǔ)上，根據(jù)線束應(yīng)用的實際進行設(shè)計，針對工作環(huán)境惡劣的條件采用波紋管包扎，確保線束的安全可靠運行，像是發(fā)動機上的線束;針對環(huán)境較差的情況，采取以波紋管為主、PVC管為輔的包扎設(shè)計，滿足較差工作環(huán)境的要求;工作環(huán)境較好的區(qū)域，像是儀表盤上的線束使用膠帶纏繞即可，如果工作空間有限，也可使用膠帶，并使用工業(yè)塑料布進行補充;底盤線工作條件較差，與車體接觸磨損較大，需使用波紋管進行保護。

5.2 原材料性能

5.2.1 膠帶

膠帶是汽車線束包扎應(yīng)用較多的材料，包扎較為靈活，操作簡單，包扎后起到絕緣、防磨、抗燃的效用。常用的膠帶有3種類型：①PVC膠帶，經(jīng)濟環(huán)保、阻燃、耐候性、耐磨性表現(xiàn)優(yōu)良;但是當溫度達到80 ℃時，降噪性下降。②絨布膠帶，使用天然橡膠制作，具有很好的降噪性，抗張強度為55 N/cm，耐溫性在-40 ～105 ℃。③布基膠帶，使用聚乙烯與紗布纖維混合制作，韌性與耐低溫好，粘合力大，且耐高溫、耐老化，應(yīng)用的缺點是阻斷性欠佳。

5.2.2 波紋管

波紋管以其優(yōu)越的綜合性能，在汽車線束包扎中的應(yīng)用占比超過了60%。汽車線束使用的波紋管一般采用三元乙丙橡膠制作，繼承了該橡膠綜合性能，具有優(yōu)秀的抗老化、抗氧化、抗磨損性能，彈性好且高低溫性能好，耐溫性在-40 ～150 ℃，在線束防護中的應(yīng)用可防塵減震，延長線束的使用壽命。

5.2.3 PVC管

PVC管采用聚氯乙烯樹脂制作，耐酸堿、柔軟性好，實際的應(yīng)用中不易變形，在荷載的作用下PVC管產(chǎn)生屈服，不會發(fā)生破裂問題。由于PVC管表面光滑和良好的柔軟性，可用于線束拐彎處的包扎。使用的缺點是耐溫性較差，最高只達80 ℃，不適合用在溫度較高的工作環(huán)境。

6 結(jié)語

汽車線束可以說遍布整個汽車結(jié)構(gòu)，被稱之為汽車的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對于汽車使用的安全性與舒適性有著直接的影響，因此，汽車線束對于設(shè)計及其原材料的選擇有著非常高的要求。需在線束設(shè)計過程中，根據(jù)線束的工作條件、功能性、工作空間等，進行線路、插接件、導(dǎo)線以及線束包扎固定的針對性設(shè)計，以提高設(shè)計的可行性，確保線束原材料與工作環(huán)境的最大化適應(yīng)，以保證汽車投入使用后整體性能的穩(wěn)定性與可靠性。

參考文獻

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