一種安全可靠防水的輕卡底盤熔斷絲盒

【摘 要】隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，車輛配置的日益豐富化帶來車載電器設(shè)備數(shù)量的顯著增長。這一趨勢不僅對汽車的電源分配系統(tǒng)提出更高層次的要求，也對熔斷絲盒的結(jié)構(gòu)設(shè)計和空間布局提出新的挑戰(zhàn)。特別是對于輕卡底盤而言，隨著高功率電器的普及，傳統(tǒng)的電源分配方式已難以滿足需求，亟需在有限的空間內(nèi)增設(shè)一級電源分配方案，并且要充分考慮到防水性的要求。文章對底盤上的熔斷絲盒設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)論述，旨在探索通過設(shè)計創(chuàng)新和優(yōu)化，如何有效應(yīng)對電源分配需求的不斷增長，確保電源系統(tǒng)的高效運行和整車的可靠性。

【關(guān)鍵詞】防水性;安全;通用化;設(shè)計;輕卡底盤熔斷絲盒

中圖分類號：U463.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-8639（ 2024 ）09-0053-03

The Utility Model Relates to a Safe Reliable and Waterproof Light Truck Chassis Fuse Box

TU Lihong，DONG Qiang，LIU Qin，WEI Weihua，SUN Kai

（Jiangling Motors Co.，Ltd.，Nanchang 410300，China）

【Abstract】With the rapid development of the automobile industry，the increasing richness of vehicle configuration has brought about a significant increase in the number of on-board electrical equipment. This trend not only puts forward higher requirements for the power distribution system of automobiles，but also poses new challenges for the structural design and spatial layout of the circuit breaker box. Especially for the light truck chassis，with the popularity of high power appliances，the traditional power distribution method has been difficult to meet the demand，it is urgent to add a power distribution scheme in a limited space，and fully consider the requirements of water resistance. This article will discuss the design of the circuit breaker box on the chassis in detail，aiming to explore how to effectively respond to the growing demand for power distribution through design innovation and optimization to ensure the efficient operation of the power system and the reliability of the vehicle.

【Key words】waterproofing;secure;generalize;design;light truck chassis fuse box

隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車的配置也越來越豐富，其中車載電器設(shè)備的數(shù)量也越來越多，因此對整車電氣電路的性能、可靠性要求也越來越高。隨著國家對輕卡環(huán)保要求的提高，國VI排放的實施，傳感器等電器元件增多，加上眾多配置的升級，輕卡總電氣功率越來越大，整車用電器對電源的要求也越來越高。輕卡車型因蓄電池布置在底盤車架上，完全外漏，電源分配尤其是大電流的電源分配受到不小限制，在進(jìn)行電源分配時需要考慮進(jìn)水風(fēng)險，因此大小電源往往在底盤熔斷絲盒中進(jìn)行分配。本文將重點對底盤上的熔斷絲盒的設(shè)計做一些論述。

1 輕卡車型底盤熔斷絲盒的現(xiàn)狀

受限于輕卡車型的發(fā)動機(jī)以及車架的布置位置，其蓄電池布置在底盤上完全外露，為安全又合理地對眾多電氣設(shè)備進(jìn)行有效電源管理和分配，其底盤熔斷絲盒也布置在蓄電池附近的底盤位置上，故要求熔斷絲盒具有一定的防水性。

隨著用戶對輕卡及輕卡特種或?qū)Ｓ密囆凸δ?、安全的升級，如ESP、大功率的柴油預(yù)熱，以及特種車輛的改裝，其大電源的分配越來越捉襟見肘，熔斷絲盒通用性、平臺化效果差。

2 輕卡車型底盤熔斷絲盒的開發(fā)趨勢

2.1 平臺化、通用化

新設(shè)計的底盤熔斷絲盒平臺化、通用率高;減少模攤費，降低零件的成本;在后續(xù)產(chǎn)品上可借用，無需重新開發(fā)，減少開發(fā)成本。平臺化需要關(guān)注以下方面。

1）布置平臺化：熔斷絲盒的布置可滿足當(dāng)前以及后續(xù)所有輕卡車型的需求。

2）容量平臺化：熔斷絲盒的容量可滿足當(dāng)前所有輕卡車型的需求，并在基礎(chǔ)上適當(dāng)預(yù)留，可以兼顧后續(xù)配置的增加以及輕卡特種改裝的需求。

3）零件平臺化：熔斷絲盒使用的端子、限制件以及端子材料、限制件的材料、主體和上下蓋均作平臺化開發(fā)，達(dá)到未來車型僅按需開發(fā)其中的某一部件即可完成盒體的開發(fā)，如上蓋、下蓋等。

4）容量平臺化：在設(shè)計熔斷絲盒時，對其容量的考量是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，使其能夠適配于多種車型和配置，從而實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。這種通用化的熔斷絲盒不僅能夠滿足當(dāng)前所有輕卡車型的電源分配需求，還為未來配置的增加以及特種改裝車輛留出了適當(dāng)?shù)挠嗟?。此外，通用化的設(shè)計減少了對特定車型專用部件的依賴，降低了開發(fā)和生產(chǎn)成本，同時也簡化了后期的維護(hù)和升級工作。因此，熔斷絲盒的容量設(shè)計不僅要考慮到即時需求，還應(yīng)滿足未來發(fā)展，以通用化為原則，以達(dá)到降低成本、提高效益的目標(biāo)。

2.2 防水性

新設(shè)計的底盤熔斷絲盒具備一定的防水性能，無需整車外部額外增加保護(hù)措施，達(dá)到整車防水要求。

2.3 裝配性、維修性

熔斷絲盒作為線束的關(guān)鍵零件，其裝配以及維修具備一定的便利性。

1）OEM方便裝配：熔斷絲盒作為線束關(guān)鍵零件一般位于線束的中央部分，裝配便利，可以通過其裝配位置定義、定型其他線束位置的裝配。

2）線束工廠的裝配：熔斷絲盒集成的大電流的功能越多，線徑越粗，要方便工廠操作。

3）維修性：除了內(nèi)部熔斷絲、繼電器具有替換性之外，熔斷絲盒的外圍件應(yīng)和主體打散，提高維修的便利性。

2.4 散熱性

熔斷絲盒集成大功率以及長時間工作的用電器，需要關(guān)注熔斷絲盒散熱問題，避免局部過熱導(dǎo)致對應(yīng)功能失效、燒熔，甚至燒車的問題。

3 輕卡車型底盤熔斷絲盒的結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 外部結(jié)構(gòu)設(shè)計

結(jié)合輕卡整車布置的情況，選定在當(dāng)前及未來車型上更改較少的位置或者不更改，且在靠近蓄電池附近的位置做基礎(chǔ)固定，本設(shè)計采用穩(wěn)定性高的三角固定的方式，如圖1所示。

依據(jù)熔斷絲盒的固定選定位置以及外形平臺化，初步確定盒體的防水等級和周邊部件的設(shè)計方案。這一戰(zhàn)略不僅鎖定了設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)，還顯著降低了線束及熔斷絲盒周邊部件的研發(fā)和模具成本，為項目帶來經(jīng)濟(jì)效益的同時，也加快了產(chǎn)品開發(fā)周期。

3.2 材料選型

基于熔斷絲盒的布置位置、成本、可靠性等因素，盒體以及關(guān)鍵配件的材料選型也很重要，既要考慮盒體的強度、可靠性，還要考慮盒體的經(jīng)濟(jì)性，主要體現(xiàn)在盒體本身和盒體內(nèi)部的材料。

1）熔斷絲盒包含上下蓋以及主體部分，因上下蓋為固定主體，不承載電流并結(jié)合盒體的經(jīng)濟(jì)性，其材料推薦PA66+GF*或者PA66+TD20，其主體部分作為盒體的關(guān)鍵部分，需要韌性好、環(huán)境適應(yīng)性強以及穩(wěn)定性好的材料，推薦PA66+PP或PA6-（GF10+GB20）。

2）端子的材料選擇：對于不同功能的端子需根據(jù)材料的特性做出適當(dāng)?shù)倪x擇，如J-Case匯流排，需承載更大的電流，推薦T2材料;min熔斷絲的匯流排，需具備一定的韌性以確保端子多次插拔后仍能恢復(fù)初始的位置，但其承載電流較小，根據(jù)這一屬性，推薦C19400或C7025;對于盒體內(nèi)其他的常規(guī)端子，依然可以遵循上述規(guī)則，對于承載電流大的端子，優(yōu)先推薦C19400，承載電流小的端子，可考慮經(jīng)濟(jì)性的材料Qsn6.5-0.1。

熔斷絲盒的材質(zhì)選擇根據(jù)其功能特性進(jìn)行差異化，旨在實現(xiàn)成本效益最大化。這種材料選擇策略不僅提升了經(jīng)濟(jì)效益，同時也為技術(shù)積累貢獻(xiàn)了寶貴資料，為未來熔斷絲盒的研發(fā)和設(shè)計提供了堅實的基礎(chǔ)和參考依據(jù)。

3.3 防水性

本設(shè)計中熔斷絲盒主體采用主體內(nèi)嵌入熔斷絲盒下蓋方式，如圖2所示，用上下蓋擠壓密封，線束出線端用密封圈嵌入下蓋，并和上蓋過盈配合，以達(dá)到IP56防塵防水的設(shè)計，其密封結(jié)構(gòu)如圖3所示。

上下蓋的密封設(shè)計如圖4所示，上蓋部分做凹槽，同時在上蓋凹槽內(nèi)填充密封墊，在下蓋部分做凸起，上下蓋裝配后，通過相互擠壓密封墊以達(dá)到防水效果。

上蓋嵌入主體內(nèi)，其盒體的防水僅需在上下蓋上完成，防水失效的風(fēng)險低，在同等級的防水效果上，僅設(shè)計一道防水邊，設(shè)計成本低;上下蓋和主體打散，便于更換及售后維修。

3.4 熔斷絲盒容量選定及主體的設(shè)計

熔斷絲盒的主體設(shè)計方案的核心為熔斷絲容量的選定以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的排布。

1）容量的選擇。本設(shè)計為輕卡底盤熔斷絲盒的設(shè)計，其輕卡車型的特點是配置低、后期配置升級的可能性大、后期的改制需求大。對此，為做出平臺化的熔斷絲盒，首先需對輕卡車型現(xiàn)有配置的電源分配做平臺化設(shè)定，對輕卡平臺車型的電源重新劃分，整理平臺化的電源分配表（表1），進(jìn)而確定當(dāng)前車型下的配置需求。其次，對于改裝車市場，了解改裝的需求，做預(yù)留設(shè)計。最后，對于配置升級，以乘用車配置為參考進(jìn)行市場調(diào)研，確認(rèn)哪些配置需要增加，如乘用車常見配置后視鏡加熱功能，在輕卡車型無配置，但屬于實用性功能，需做預(yù)留設(shè)計。

2）熔斷絲盒結(jié)構(gòu)的設(shè)計。依據(jù)熔斷絲盒的容量需求，該熔斷絲盒的核心結(jié)構(gòu)設(shè)計為3路大電流熔斷絲（>60A）為高功率設(shè)備供電，一路連接常電為熔斷絲盒持續(xù)輸入，多路小電流熔斷絲為低功率設(shè)備供電，并使用繼電器的控制方案。為了優(yōu)化空間使用和提高安全性，這些組件被巧妙地布置在熔斷絲盒主體的短邊豎向區(qū)域。具體而言，3個MIDI型熔斷片用于大電流輸出，同時一個專用端口用于常電大電源輸入，大電流熔斷片與熔斷絲盒線束的出線端分別位于熔斷絲盒短邊的兩側(cè)，如圖5所示，熔斷絲盒JASE、MIN熔斷絲以及繼電器布置在主體的正面，繼電器和熔斷絲的排布應(yīng)隔行布置，避免盒體內(nèi)發(fā)熱量積聚在某一處，無法及時散出，導(dǎo)致功能失效、燒熔，甚至燒車。

熔斷絲盒適配的二級件選取市面常用的，降低主體適配件的開發(fā)成本，如本設(shè)計中采用市面常用的故障率低的回型端子。

4 產(chǎn)品驗證

熔斷絲盒作為線束的關(guān)鍵部件，在開發(fā)中應(yīng)從理論分析、臺架以及整車分階段驗證。

1）理論分析與驗證：在熔斷絲盒的設(shè)計過程中，需要緊密結(jié)合模具工程師進(jìn)行模流分析。這一步驟旨在產(chǎn)品設(shè)計早期階段，通過理論分析與模擬，識別并解決潛在的結(jié)構(gòu)問題，從而優(yōu)化設(shè)計方案。模流分析的應(yīng)用不僅幫助確認(rèn)所選材料是否滿足熔斷絲盒的模具和制造工藝要求，也為模具的設(shè)計提供指導(dǎo)，包括澆口位置的選擇、冷卻系統(tǒng)的布局規(guī)劃以及注塑過程中的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)定，如填充時間和保壓時間等。這樣的綜合分析和優(yōu)化，對確保最終產(chǎn)品的品質(zhì)、提升生產(chǎn)效率以及縮短產(chǎn)品開發(fā)周期具有重要作用。

2）臺架驗證：在產(chǎn)品樣件制作完成后，進(jìn)行臺架驗證是確保產(chǎn)品品質(zhì)和性能滿足設(shè)計要求的關(guān)鍵步驟。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《QC/T 707—2004車用中央電氣接線盒技術(shù)條件》，對產(chǎn)品進(jìn)行一系列嚴(yán)格的測試，包括電壓降、絕緣性、漏電流、關(guān)鍵壽命、熱沖擊、高低溫環(huán)境適應(yīng)性、振動、跌落以及溫升試驗。這些測試旨在全面評估產(chǎn)品的電氣性能、機(jī)械強度、環(huán)境適應(yīng)性和耐用性，確保最終產(chǎn)品能夠滿足設(shè)計規(guī)范和使用需求。

3）整車驗證：在完成熔斷絲盒的開發(fā)之后，將其安裝于整車中進(jìn)行驗證是至關(guān)重要的一步。通過在不同工況下測試熔斷絲盒，并收集與熔斷絲盒相關(guān)的車型振動頻率數(shù)據(jù)，可以進(jìn)一步分析并確認(rèn)熔斷絲盒的設(shè)計是否適應(yīng)不同車型的環(huán)境，確保其達(dá)到預(yù)期的平臺化應(yīng)用效果。這不僅有助于驗證產(chǎn)品性能，還是優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計、提高產(chǎn)品可靠性的關(guān)鍵步驟。

5 結(jié)束語

在汽車行業(yè)的快速發(fā)展中，隨著車輛配置的日益豐富，熔斷絲盒的作用愈發(fā)重要。一個設(shè)計精良的熔斷絲盒，不僅能夠確保電氣系統(tǒng)的安全運行，還能有效地支撐車輛的功能擴(kuò)展和性能提升。本文探討了一種集防水性、大電流承載能力、平臺化設(shè)計以及低成本于一身的底盤熔斷絲盒設(shè)計，這種設(shè)計在當(dāng)前階段展現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢。

這款熔斷絲盒通過精巧的設(shè)計，實現(xiàn)了在惡劣環(huán)境下的防水保護(hù)，同時能夠承載大電流，滿足了高性能車輛的需求。其平臺化的設(shè)計理念，使得這款熔斷絲盒能夠在不同車型之間共享，從而實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，有效降低了成本。這一系列特性使得它成為了當(dāng)前市場上比較具有優(yōu)勢的底盤熔斷絲盒。

然而，任何設(shè)計都不可能完美無缺，適配所有車型。熔斷絲盒的設(shè)計必須考慮到車型配置、線束布置狀態(tài)、盒體容量、成本以及其他特殊需求等多方面因素。只有通過細(xì)致的定制化設(shè)計，才能打造出真正適合特定車型需求的熔斷絲盒。這種需求導(dǎo)向的設(shè)計方法，是確保熔斷絲盒功能性和實用性的關(guān)鍵。

（編輯 楊凱麟）