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汽车线束设计及线束用原材料

-3-20 16:49:40      【文章字体：大 中 小】 打印  收藏  关闭 
原作者：谷孝卫

汽车线束是汽车电路网络主体，没有线束也就不存在汽车电路。伴随大家对汽车安全性、舒适性、经济性和排放性要求提升，汽车线束变得越来越复杂，但车身给线束空间却越来越小。所以，怎样提升汽车线束综合性能设计便成为关注焦点，而且汽车线束制造厂家不再单纯地搞线束后期设计和制造，和汽车主机厂家联合进行前期开发成为肯定趋势。笔者依据几年来从事线束设计和制造经验，谈谈线束通常设计步骤和设计标准。
一、整车电路设计
<一）电源分配设计
汽车供电系统设计是否合理，直接关系到汽车电器件正常工作是否和全车安全性，所以世界各国汽车线束设计出发点基础全部是以安全为主。整车电气系统基础上由3个部分组成。
蓄电池直接供电系统<通常称常电或30电）。这部分电源所接负载通常全部是汽车安全件或关键件，关键目标是在为这些件提供电能时尽可能少加以控制，确保这些件即使汽车发动不起来也能短暂正常工作，以方便到站点维修等。如：发动机ECU及发动机传感器工作电源、燃油泵工作电源、ABS控制器电源、诊疗接口电源等。
点火开关控制供电系统<通常称为IG档或巧电）。这部分电器件基础上是在发动机工作运转情况下才使用，取自发电机电源，避免了为蓄电池充电时争电源可能性。如：仪表电源、制动灯电源、安全气囊电源等。
发动机起动时卸掉负载电源<通常称为ACC电源）。这部分电器件通常所带负载较大，且在汽车起动时无须工作。通常有点烟器电源、空调电源、收放机电源、刮水器电源等。
<二）线路保护设计
线路保护就是要对导线加以保护，兼顾对回路电器件保护。保护装置关键有熔断器、断路顺和易熔线。
1．熔断器选择标准
发动机ECU、ABS等对整车性能及安全影响大，另外，易受其它用电设备千扰电器件必需单设熔断器。
发动机传感器、各类报警信号灯和外部照明灯、喇叭等电器件对整车性能及安全影响也较大，但该类电负荷对相互间干扰并不敏感。所以，这类电负荷能够依据情况相互组合，共同使用一个熔断器。
对于为增加舒适性而设置一般电器件类电负荷能够依据情况相互组合，共同使用一个熔断器。
熔断器分快熔式和慢熔式。快熔式熔断器关键部件是细锡线，其中片式熔断器结构简单、可靠性和耐振好、易检测，所以被广泛采取；慢熔式熔断器实际上是锡合金片，这种结构熔断器通常串接到感性负载电路中，如电机电路。
电阻型负载和电感型负载尽可能避开使用同一个熔断器。
通常依据电器件最大连续工作电流计算并确定熔断器容量，可按经验公式：熔断器额定容量＝电路最大工作电流÷80%<或70%）。
2．断路器
断路器最大特点是可恢复性，但其成本较高，使用较少。断路器通常全部是热敏机械装置，它利用两种金属不一样热变形，使触点开闭或自行接通。新型断路器，使用PTC固体材料作为过流保护元件，它是一个正温度系数电阻，依据电流或温度高低断开或接通。这种保护元件最大优势是当故障排除后能自动接通，不需人工调整和拆换。
3．易熔线
易熔线特点是当线路经过极大过载电流时，易熔线能在一定时间内<通常≤5s）熔断，从而切断电源，预防产生恶性事故。易熔线也是由导体和绝缘层组成，绝缘层通常为氯磺化聚乙烯材料，因为绝缘层较厚，所以看。起来比同规格导线粗。
易熔线通常接在蓄电池直接引出电路中。易熔线常见公称截面有0.3mm2、0.5mm2、0.75mm2、1.0mm2、1.5mm2，甚至还有8mm2等更大截面易熔线。易熔线导线线段长度分为<50±5）mm、<100±10）mm、<150±15）mm3种。
易熔线应有显著标志，当其熔断后，其标志仍应存在方便于更换。易熔线熔断特征如表1所表示。

<三）继电器选择设计
继电器分为电流式和电压式2种。通常依据用电器功率和开关承载能力来决定是否选择继电器。常见继电器设备通常有刮水器、喇叭、除霜、前照灯、雾灯、风扇、鼓风机、转向灯<闪光器）等。继电器分6V、12V、24V3种，常见继电器额定电压为12V。
选择继电器要参考技术要求：①可靠性好；②性能稳定；③质量轻、体积小、寿命长，对周围元器件影响小；④结构简单、工艺性好、成本低。
<四）搭铁分配设计标准
发动机ECU、ABS等对整车性能及安全影响大，且易受其它用电设备干扰，所以这些件搭铁点一定要单设。
对于安全气囊系统，它搭铁点不仅应单设，而且为了确保其安全可靠，最好采取复式搭铁。其目标是其中一处搭铁失效，系统能够经过另一搭铁点搭铁，确保系统安全工作。
无线电系统为避免千扰，也要单独搭铁。
弱信号传感器搭铁最好独立，搭铁点最好是在离传感器较近位置，以确保信号真实传输。
其它电器件可依据具体部署情况相互组合共用搭铁点。标准是就近搭铁，避免搭铁线过长，造成无须要电压降。
蓄电池负极线、发动机搭铁线等因导线截面较大，所以一定要控制好线长和走向，减小电压降；为增加安全性，发动机、车身通常要单独连到蓄电池负极搭铁；
搭铁方法：一是经过孔式接头搭铁，此法一定要在接头尾部烤上热缩管绝缘；二是经过内部短接护套直接搭铁。
二、线束三维布局走向设计
此步骤关键是模拟仿真不一样区域线束走向、直径，考虑线束过孔密封和保护，模拟线束固定孔位和固定方法等，图1所表示。三维布线用关键软件有PRO-E、UG和CATIA等。

三、插接件选择设计
插接件是线束关键部件，插接件性能直接决定着线束整体性能，而且对全车电器稳定性、安全性起着决定性作用。
<一）插接件选择设计标准
插接件选择要确保和电器件良好接触，使接触电阻降为最低，提升可靠性，优先选择双弹簧式压紧结构插接件。
依据导线截面积和经过电流大小合理选择插接件。
发动机舱内对接护套，因为舱内温度、湿度偏大且存在着很多腐蚀性气体和液体，所以一定要选择防水性护套。
在同一条线束中若用同一个护套，其颜色一定要有区分。
基于汽车外观整体协调性，在发动机舱中应优先选择黑色或深色护套。
为降低线束对接用护套种类和数量，优先选择混合型件，使装配固定方便。
对于要求性能较高安全气囊、ABS、ECU等用端子插接件，应优先选择镀金件以确保安全可靠性。
蓄电池接头<电瓶夹）内部为锥体，锥度为1:9；电瓶夹材料为镀锡铜、镀锌铜或铅锑合金。
不一样规格插接件可承载电流通常以下：1系列，10A左右；2.2或3系列，20A左右；4.8系列，30A左右；6.3系列，45A左右；7.8或9.5系列，60A左右。
<二）插接件原材料<材质）性能分析
1．护套材质<塑料件）
常见材质关键有PA6、PA66、ABS、PBT、pp等，笔者总结了它们具体性能差异，见表2。设计插件时可依据不一样需求选择不一样材质，还可依据实际情况在塑料中添加阻燃或增强材料，以达成增强或阻燃目标，如添加玻璃纤维增强等。

2．端子材质<铜件）
插接件用铜关键是黄铜和青铜<黄铜硬度比青铜硬度稍低），其中黄铜占比重较大。另外，可依据不一样需求选择不一样镀层。
四、导线选择设计
<一）导线类型选择
线束设计选择导线类型关键考虑线束所处环境和功效。比如：发动机周围环境温度高，腐蚀性气体和液体也很多。所以，一定要使用耐高温、耐油、耐振动、耐摩擦导线；行李厢盖上导线要在低温下保持其弹性，所以要选择冷弹性导线确保其正常工作；自动变速器上导线一定要耐高温、耐液压油，其温度稳定性要好；弱信号传感器要用屏蔽导线，比如爆震传感器和曲轴位置传感器、ABS轮速传感器等；门内线耐弯曲性要求高等。
汽车线束常见导线通常使用多股绞合铜导线，绝缘皮为PVC绝缘材料。线束用导线要有耐温、耐油、耐磨、防水、防腐蚀、抗氧化、阻燃等特征。
汽车线束常见导线种类有日标<AVSS等）、国家标准<QVR）、德标<FLRY）、美标等几大系列。AVSS<AVS）导线特点是薄皮绝缘，柔韧性很好；QVR特点是绝缘皮厚，比较柔软，延展性好；德标导线绝缘皮更薄，柔韧性好；美标导线绝缘皮通常为热塑性或热固性弹性体，还有经过辐照工艺加工。可依据用户需求和不一样工作环境选择合适类型导线。
<二）计算选择导线截面积
依据电器件功率大小计算流通导线电流；长时间工作电气设备可选择实际载流量60%导线；短时间工作用电设备可选择实际载流量60%-100%之间导线。
依据不一样工作环境和温度大小合适改变导线截面积。
依据导线走向、插接件数量<即电压降大小）合适改变导线截面积。
相关导线截面积计算，也有部分教授总结出部分经验公式：
I=P/UsA=IρL/Ud
式中：I——电流；P——功率；Us——系统电压；A——导线截面积；Ud——许可最大电压降损失；ρ——铜电阻率；L——导线长度。
或按下面经验公式：
I=A×10+8/2
许可流通电流和导线截面积关系经验理论值<比按上面公式计算值偏大）如表3所表示。

五、全车线束密封件<橡胶件）设计
汽车线束过孔时通常利用橡胶件进行过渡，以起到耐磨、防水、密封等作用。关键分布在以下部位：发动机和驾驶室接口处、前舱和驾驶室接口处<左右共2处）、四门<或有后背门）和车厢接口处、油箱进口处。
常见材质通常为天然橡胶、氯丁胶、硅橡胶、三元乙丙等。
天然橡胶特征：含有良好弹性和机械强度，有优异耐曲挠性，有较高撕裂强度和良好耐寒性。缺点：耐老化性不大好，不耐油和臭氧，易燃。
氯丁胶特征：耐臭氧、耐热老化、耐油等性能很好，含有难燃性和自熄性；但耐低温性不好。
硅橡胶特征：耐热性、耐寒性和耐侯性很好；缺点是不耐油。三元乙丙特征：耐侯性、耐臭氧、耐热、耐腐蚀性、耐酸碱等性能全部很好，而且拥有高强度和高伸缩率；缺点：粘接性较差，且弹性没天然橡胶好，耐油性差。
比较而言，三元乙丙综合性能很好，所以现在汽车线束用橡胶件通常选择三元乙丙材料。
六、全车线束包扎和固定设计
<一）线束包扎设计
线束外包扎起到耐磨、阻燃、防腐蚀、预防干扰、降低噪声、美化外观作用，通常依据工作环境和空间大小制订以下包扎设计方案。
发动机线束工作环境恶劣，所以全用高阻燃性、防水、机械强度高波纹管包扎。
前舱线工作环境也相对较差，大部分枝干也用阻燃性好波纹管包扎，部分分支用PVC管包扎。
仪表线工作空间较小，环境相对很好，可用胶带全缠或花缠。
门线和顶篷线工作空间较小，可用胶带全缠，部分枝干可用工业塑料布包扎；较细顶篷线可直接用海绵胶带粘在车身上。
底盘线因和车体接触部位较多，所以用波纹管包扎预防线束磨损。
<二）包扎用原材料性能分析
1．波纹管
波纹管在线束包扎中通常占到60%左右，甚至更多。关键特点就是耐磨性很好，在高温区耐高温性、阻燃性、耐热性全部很好。波纹管耐温在-40-150℃间。它材质通常分PP和PA2种。PA材质在阻燃、耐磨方面优于PP材质；但PP材质在抗弯曲疲惫性方面强于PA材质。
2．PVC管
PVC管功用和波纹管差不多。PVC管柔软性和抗弯曲变形性很好，而且PVC管通常为闭口，所以PVC管关键用于线束拐弯分支处，方便使导线圆滑过渡。PVC管耐热温度不高，通常在80℃以下。
3．胶带
胶带在线束中起到捆扎、耐磨、绝缘、阻燃、降噪、作标识等作用，在包扎材料中通常占到30%左右。线束用胶带通常分PVC胶带、气绒布胶带和布基胶带3种。PVC胶带耐磨性、阻燃性很好；耐温在80℃左右，降噪性不好，价格较廉价。绒布胶带和布基胶带材料为PET。绒布胶带包扎性和降噪性最好，耐温在105℃左右；布基胶带耐磨性最好，耐温最高150℃左右。绒布胶带和布基胶带共有缺点是阻燃性不好，价格昂贵。
6.3线束固定设计
中央电器盒通常见钢板条、螺栓等固定，或用电器盒本身设计固定结构直接安装在车身上。
各条线束通常见塑料扎带、扣钩等固定在车身孔内。车身孔大多为圆孔或椭圆孔，通常直径为5mm、6mm、7mm不等。
各条线束间对接护套通常见护套支架集体固定起来，并安装在车身上。
海狮、MPV等较大车型车身线长且粗，通常见护板固定在车身上，以降低震动和噪声。
信息起源：
汽车电器