整车电器原理设计规范.doc

电器原理设计规范
子系统参数汇总表及漏电流分配表以及ECM限值提供给线束及其他科室
一、 电器原理设计流程
下图为电器原理设计流程：
用电器子系统集成
电源、搭铁点规划
接收子系统参数输入
原理、功能匹配、控制逻辑确认
评审问题封闭
批准
评审
评审

原理图输出给线束设计

电负荷计算

根据评审意见修改
发电机输出电流确认

漏电流规划
蓄电池容量确认

S图文件设计

根据评审意见修改

二、 电器原理设计基本要求：
1、 据整车电器状态配置表，需要动力、底盘、发动机、车身、电装和电控部门输入相关电器参数，指导进行整车原理设计工作。
2、电气原理设计应执行国家标准与企业标准；
3、电器原理设计中应考虑到产品电流、电压、功率要求、工作条件、各子系统之间信号传输方式及信号要求。
三、电源分配
1、电源模式及选用原则
1.1电源的四种模式
表1 电源的模式
序号
电源模式
定义
应用范围
适用用电器
1
记忆电
蓄电池正极直接供电系统，不受电源总开关控制
这部分的电源所接负载一般都是汽车的安全件或重要件，即使电源总开关关闭也可以供电，用电器可以应用报警、记录等功能
闪光器、仪表等
2
常电或30电
蓄电池直接供电系统，受电源总开关控制
这部分的电源所接负载一般都是汽车的安全件或重要件，主要目的是在为这些件提供电能时尽量少的加以控制，确保这些件即使汽车发动不起来也能短暂正常工作，以方便维修等。
发动机ECU及发动机传感器的工作电源、ABS控制器的电源、OBD电源等
3
IG电源
点火开关控制的供电系统
这部分电器件基本上是在发动机工作运转的情况下才使用，取自发电机的电源
仪表电源、洗涤电机电源、干燥器电源等
4
ACC电源
发动机起动时卸掉负载的电源
这部分电器件一般所带的负载较大，且在汽车起动时不必工作。
点烟器电源、收放机电源等

1. 2缓熔保险的选用及分配原则
1.2.1缓熔保险的分配原则：
●缓熔保险一般多用于一级保护，主要保护主线路线束；
整车设置一个总保险，对整车电源系统进行保护；
整车缓熔保险分为几路，IG电单独一路，灯光保险一路，启动电路与空调可共用一路缓熔；与预热相关的系统单独一路缓熔；暖风可与一些短时工作的电机共用一路缓熔保险；
●发动机ECU、ABS等对整车性能及安全影响大，另外，易受其他用电设备干扰的电器件必须单设缓熔保险。
●起动机和预热器等大功率的、并涉及整车性能的用电设备， 应各单设一个缓熔保险。
●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的干扰并不敏感。因此，这类电负荷可以根据情况相互组合，共同使用一个缓熔保险。
●对于为增加舒适性而设置的普通电器件类的电负荷可以根据情况相互组合，共同使用一个缓熔保险。
● 缓熔保险一定要设置在离蓄电池最近的位置，以更多的保护线束与用电器设备。
1.2.2 电源应满足各单元法规的要求：
危险报警灯电源必须是常电。位置灯的电源也必须是常电。后雾灯必须在前雾灯或远光灯、近光灯打开的前提下才能打开，但需能够独立关闭。近光灯开启时，远光灯必须关闭；远光灯开启时，近光灯允许开启。
应满足各单元功能的要求：
潍柴WP 10系统发动机ECU模块要求四路常电和一路IG电。
1.2.3无特殊要求的情况，设计人员可以根据不同的情况来加以规定，并进行调整。
法规规定制动灯要在制动装置开启时点亮。法规并未规定制动灯的电源是常电还是IG电，通常原理设计都接在常电上；国III或者国IV带ECM主继电器的车型，由于制动信号都需要提供给ECM，且ECM在点火开关IG档的时候，制动灯才会亮。
原理图上，规定大功率用电器要加继电器，继电器线圈端受点火开关的ACC或ON档控制，继电器30端一般接常电。受ACC电控制的用电器一般有电动后视镜、点烟器、收放机、DVD、GPS、导航，其余用电器或用电器的继电器线圈端一般都接IG电。
1.3插片式保险的分配和选用
1.3.1插片式保险一般多用于二级保护，主要保护分支线束和用电设备，因此尽量使每一路用电设备回路单设保险丝；
1.3.2插片式保险的分配原则
●尽量使每一路用电设备回路单设片式保险；
●电阻型的负载与电感型的负载尽量避开使用同一片式保险。
●在保险熔断前，线束绝缘层不能熔化或者燃烧。
●喇叭、转向灯等电负荷相互间的干扰并不敏感类电负荷可以根据情况相互组合，共同使用一个保险。
1.4 保险的布置
除极少数例外，所有保险都安装于保险丝盒内。当在保险丝盒内安装保险或者继电器时，热量分布必须均衡。保险和继电器在不同的负载循环中带有不同的电流。将高电流和/或高负载使用的保险或继电器集中将引起过热点。为避免这种情况，将不同类型的负载交错。不要将连续工作的继电器过于集中，在它们中间穿插间歇工作的保险或继电器。不要将高电流保险过于集中（如30A的保险），在它们中间穿插低电流的保险。
四.接地分配原则
1、接地分配在线束设计中是很重要的，否则会造成信号干扰，影响某些电器的功能实现； 常用搭铁方法有如下两种，简示如图1、图2 。
电器3
电器2
电器1
电器3
电器2
电器1

无 ●

图1 图2

1.1、接地就近原则，就是在用电器的附近搭铁，这样就可以将在某一范围内的用电器的地合并在一起。图1中，在线束中设计一个打钉点，然后连接到搭铁点，其优点是可以减少导线的使用，降低了线束的直径与质量，但是，这样会引起接地信号相互干扰。图2中，就可以降低这种干扰，但是增加了线束的使用量。一般对于控制单元、传感器、仪表等的地使用图2所示方法。
1.2、在选择搭铁点时，我们必须要将电子地和功率地区分开来，也要将模拟地和数字地分开来接，以避免信号间的相互干扰，因为他们对地的冲击是不同的，而这种对地的冲击会影响较敏感的电子电器元件的工作。但是对同一控制器而言，而不能将两者分开太远，因为，如果两者距离过远，那么两者间的电位差就越大，那么对同一控制器而言，地电位就存在比较大的差异，这个也会影响用电器的工作。
2、接地分配和布置原则：
●不允许串路；
●就近搭铁；
●电机类（刮水器电机、洗涤泵电机、暖风电机、电磁阀等）接地线单独接地（分布在驾驶室 内、车架上）；
●收放机地线单独接地（驾驶室内）；
●弱信号传感器的接地线（仪表地线）应单独接地（接蓄电池负极），保 证信号正常传输；
●ECU（安全气囊ECU、发动机ECU）地线易受其他零件工作时干扰，分别单独搭铁到蓄电池负极；
●车架上各接地点之间地线互相连接，接地点直接通过螺栓、齿形垫片，安装到车架上；
●驾驶室和车架之间必须有连接地线；
●搭铁点尽量布置在容易维护的地方，便于搭铁点维护；
●搭铁点位置优先选择在各主要的梁上，除非特殊的情况外，不允许使用支架搭铁，避免搭铁不良；
●不要把接地装置布置在严重的飞溅区域；
●不要把和电有关的组成部件或接地螺丝钉布置在油箱和油管的附近；
●蓄电池负极与车架和车身分别单独搭铁；
●电子扇需要单独接地，大功率设备单独搭铁；
●其它：对所有电感元件提出要求，增加吸收电阻（消弧电阻）或二极管，避
免电磁干扰的发生。
五、相关功能逻辑的工作原理设计
1、 国III、国IV系列排放设计车型，ECU需要空调请求信号来提升发动机怠速，同时控制整车空调工作；在原理设计过程中，需要对ECU的控制逻辑进行确认，空调请求逻辑（高请求或者低请求），空调控制逻辑（高批准或者低批准）；
2、 组合仪表报警灯由ECU驱动的部分，需要在原理设计是确认控制逻辑，共分为四种情况：1）控正；2）控负；3）两端都控；4）悬空；对仪表内部电路要求（包括对漏电流的处理）；
3、 与法规要求相关的控制逻辑(灯光控制逻辑)：
3.1后雾灯控制逻辑：只有当远光灯、近光灯或前雾灯打开时，后雾灯才能打开；后雾灯可以独立于任何其他灯而关闭；后雾灯可以连续工作，直至位置灯关闭时为止。之后，一直处于关闭状态，直至再次打开。
3.2前雾灯的控制开关必须独立于远光灯、近光灯或任何远近光灯。
3.3危险警告电路连接：由单独配置的开关打开各转向信号灯，并同步闪烁。必须配备接通指示器。闪光警告指示灯与规定的指示器一起工作；对于牵有挂车的汽车，危险警告信号控制开关也应能打开挂车上的所有转向信号灯，即使在发动机控制装置处于不能再行启动的情况下，应仍能发出危险警告信号。
3.4制动灯：当使用行车制动装置时，制动灯应点亮。
3.5转向信号灯：转向信号灯的开关应独立于其他的灯。在车辆同一侧的所有转向信号灯，应由一个开关控制同时打开或关闭，并同步闪烁；前、后转向信号灯必须配备工作指示器，可以是指示灯（视觉的）或发声器（听觉的），或者两者兼有。若是指示灯应是闪烁的，当前或后转向信号灯任一发生故障时，该指示灯或熄灭，或不再闪烁，或以另一种明显不同的频率闪烁。若为发声器必须响声清晰，发生故障时声频应明显变化。对于牵有挂车的汽车，除非汽车上的指示器能够显示出车辆组合上每个转向信号灯的故障，否则应配备一种专用于显示挂车上转向信号灯工作状况的指示灯。
3.6远光灯：远光灯可以同时或成对打开。从近光变为远光时，至少要打开一对远光灯。从远光变为近光时，所有的远光灯必须同时关闭；远光灯打开时，允许近光灯也开着。
六、继电器的选用
汽车继电器主要分为插入式汽车继电器和组合式汽车继电器。在选择时应从输入参数、输出参数、时间参数、环境条件、安全规定等方面考虑。
1、输入参量选择原则
汽车继电器在选用时主要应考虑线圈额定电压、动作电压、释放电压、线圈功耗、最大连续电流、线圈电阻等输入参数。
输入参量选择时需注意以下事项：
1.1汽车继电器的使用环境温度，一般分为发动机舱(最高极限温度为125℃)和驾驶舱(最高极限温度为85℃)，线圈电阻随环境温度的变化而变化，对继电器吸动、释放电压有一定的影响，不同继电器的影响程度不同。一般70℃下的吸合电压一般比20℃下的吸合电压高20%左右。
1.2通过电磁继电器与电子线路组合来实现要求功能的组合式继电器，控制电路存在压降，可能造成继电器线圈两端的电压太小，无法驱动继电器动作。
1.3在继电器动作后，一般要求线圈上应施加最低动作电压以上电压，推荐使用的保持电压应高于80%的额定电压，最好为额定电压。不推荐使用低保持电压或提供给继电器线圈的电压较低，因为这样会减弱产品抗振性及承载能力，容易导致继电器发生误动作。
1.4为满足低动作电压的要求，汽车继电器一般设计功耗较高，长期施加在线圈上的电压值，一般应小于120%额定电压。特别在高温下使用，会造成线圈温度过高，老化加速，严重时有可能发生线圈绝缘层损坏，匝间短路而使继电器失效。
1.5直流继电器释放电压一般为5%～10%额定电压，交流继电器释放电压一般为10%～30%额定电压。当线路上剩余电压过大，会造成继电器不释放。
1.6采用开关控制继电器线圈通断时，应考虑开关触点回跳影响。
1.7电压规格的选用应尽量采用通用规格，直流为12VDC、24VDC、交流为110VAC、220VAC。
1.8当继电器线圈通电一段时间后，线圈发热。这时进行继电器触点切换动作，其吸合电压高于冷态吸合电压，可能造成继电器不动作。
1.9继电器线圈断电时会产生反电势，反电势对电子线路有破坏作用，可选择带电阻或续流二极管的继电器，但应考虑电源极性。
2、输出参量选择原则
汽车继电器在选用时主要应考虑触点组数、触点形式、触点负载、触点材料、电寿命、机械寿命等输出参数。
2.1、常用触点组合形式
继电器常用组合形式有常开型触点、常闭型触点、转换型触点、常开双输出型触点。
2.2、负载类型
汽车系统采用的是直流电源，当继电器触点开断瞬间，即产生电弧，电弧热能会使触点严重烧损。此外直流负载的电流总是朝一个方向流动，会引起触点材料定向转移。国内外长期实践证明，继电器约70%的故障发生在触点上。大多数汽车继电器负载能力，只标称阻性负载，但汽车继电器实际使用中往往不是阻性负载，还有感性负载、灯负载、电机或容性负载，因此存在较高的冲击电流，应根据冲击电流的大小选择使用，以冲击电流不超过标称阻性负载为原则，触点负载大小应尽量降额使用。
2.3根据负载容量大小和负载性质（阻性、感性、容性、灯载及电机负载）确定参数：
一般情况，继电器切换负荷在额定电压下，电流大于100mA、小于额定电流的75%最好。
电流小于100mA会使触点积碳增加，可靠性下降。
触点在不同负载类型、不同负载大小条件的电接触特性、失效现象及失效机理是有差别的。
3、不同负载类型进行说明：
3.1灯负载：由于灯丝冷态电阻很小，接通瞬间的浪通电流高达稳态电流15倍。如此大的浪涌电流会使触点迅速烧蚀，甚至产生熔焊失效。一般可串入限流电阻来减少浪涌电流。
3.2电机负载：电动机静止时输入阻抗很小，启动瞬间浪涌电流很大。当电动机启动后，产生内部电动势，致使触点电流趋于减小，关断时，触点间出现反电势，常常会引起拉弧，造成触点烧蚀。
3.3感性负载：电感器、轭流圈接通瞬间，电磁线圈有抑制电流上升的功能，不会出现浪涌电流；电磁铁、接触器线圈接通瞬间会出现浪涌电流；这四种负载关断时，贮存在电磁线圈中的电磁能通过触点间燃弧消耗掉，这将导致触点烧蚀，金属转移、粘接。采用RC网络、二级管、压敏电阻等触点保护装置可减少触点的烧蚀。
3.4容性负载：容性电路的充电电流可能非常大，开始时，电容器类似短路，其电流仅受线路电阻的限制。有时，用户并未意识到其负载是容性的，实际上，长的传输线、消除磁干扰的滤波器、电源等都是强容性的。串联限流电阻，可以减少接通瞬间的浪涌电流。容性负载电流曲线近似于灯负载。
常用负载浪涌电流大小见表2：
表2 负载浪涌电流大小
负载类型
浪涌电流
浪涌时间（ms）
备注
阻性
稳态电流

灯
5～10倍稳态电流
＜300

电机
5～10倍稳态电流
＜300
可用5～6倍的阻性负载来代替试验
感性
3～10倍稳态电流
20～40
电磁铁线圈
容性
20～40倍稳态电流
10～40
长输送线、滤波器、电源类应看作容性负载
4、继电器选择时应注意以下几个方面：
4.1最大开断电压、最大开断电流、最大开断功率均不应大于规定值。
4.2汽车继电器负载电压通常为12VDC，直流负载电压超过30VDC时，允许开断的电流随负载电压升高急剧下降，选用时，应进行负载试验。
4.3触点负载应大于最小允许负载。
4.4负载开断频率应低于规定值，若无规定可按低于10次/分钟考虑。
4.5使用多组触点继电器时，应保持负载在电源的同一相，避免继电器故障时，产生短路现象。
4.6在利用继电器控制的线路中，应充分考虑继电器的各种触点短路、开路故障，避免因此造成电源短路等严重的事故。
4.7一般情况下，实际开断阻性负载应适当低于额定阻性负载，建议在50～70%。
4.8继电器使用于除阻性负载外的其他负载时，应尽量进行实际负载开断试验。
4.9选择继电器负载与外壳上标注值不一致，可以参照产品试验报告中电寿命的额定负载。
4.10产品使用于低电平负载场合时，应选用相应的继电器，必要时选用双触点继电器。
4.11继电器正常使用时可以不加灭弧电路，在开断具有冲击电流、冲击电压的负载时，加入适当的灭弧电路可以延长产品寿命。
4.12当负载性质改变时，其触点负载能力将发生变化。
5、触点材料
对于触点材料，满足下述参数：低且稳定的接触电阻；优良的耐蚀性和抗粘着性；触点耗损及转移尽量小；不受外界环境的影响，有良好的耐腐蚀性；易加工。下面介绍几种常用的触点材料：
表3 常用触点材料
触点材料
性能
应用场合
Ag
导电导热最好，具有低的接触电阻，缺点是在硫化气体下易形成高阻的硫化膜，在低电压低电流下易产生接触不良现象。
用于轻负载电路
AgNi10
抗磨损，易焊接，有良好的耐弧性能。
在中等范围负载
AgCdO
较低的接触电阻，有优异的耐抗弧抗融能力，缺点是在硫化气体下易形成高阻的硫化膜。
镉属有害化学物质，很少使用
AgSnO2
耐烧损，抗熔焊能力高，抗腐蚀性能优良，几乎无材料转移。
大电流阻性负载，有较高冲击电流的电机、灯负载
AgSnO2InO3
加入In元素后，抗熔焊能力更高。
大负载电路、闪光灯负载
6、时间参数选择原则
继电器在选用时主要应考虑动作时间、释放时间、吸合回跳时间、释放回跳时间等时间参数。对于汽车继电器，一般对上述时间参数不关注，对组合式汽车继电器，一般关注闪光频率、延时时间等。
7、环境条件选择原则
继电器选用时应考虑高温、低温、高低温交替工作、湿热、冲击、振动等环境条件。
选择时应注意以下事项：
7.1产品使用温度范围要求应适当低于产品的极限工作温度范围；在高温下工作时，开断负载应适当降低。
7.2在潮湿(湿度超过RH85%)、腐蚀性气氛条件下使用时，应采用密封型继电器。
7.3继电器振动、冲击性能应满足模块或整车要求，并进行相应试验。
8、安全规定选择原则
继电器选用时应考虑以下安全性能参数：
8.1阻燃性能：产品使用的绝缘材料应具有良好的阻燃性能及足够的耐温性能。
8.2绝缘抗电水平：汽车继电器的典型值为耐压500VAC、绝缘电阻100MΩ。
8.3电磁兼容要求：对电磁干扰或射频干扰比较敏感的装置周围，最好不要选用交流电激励的继电器。选用直流继电器要选用带线圈瞬态抑制电路的产品。那些用固态器件或电路提供激励及对尖峰信号比较敏感地地方，也要选择有瞬态抑制电路的产品。
9、安装使用选择原则
9.1继电器的安装
继电器的外形、安装方式、安装脚位形式很多，运用时必须按整机的具体要求，考虑继电器高度和安装面积、安装方式、安装脚位等。
9.2继电器的安装原则
继电器安装一般采用以下原则：
9.2.1满足同样负载要求的产品具有不同的外形尺寸，根据所允许的安装空间，可选用低高度或小安装面积的产品。但体积小的产品有时在触点负载能力、灵敏度方面会受到一定限制。
9.2.2继电器的安装方式有PC板、快速连接式、插座安装式等。对体积小、不经常更换的继电器，一般选用PC板式。对经常更换的继电器，选用插座安装式。对主回路电流超过20A的继电器，选用线速连接式，防止大电流通过线路板，造成线路发热损坏。对于汽车继电器，目前大部分采用的是插座安装式。
9.2.3 当在驾驶室配电盒内安装保险或者继电器时，热量分布必须均衡。将高电流或高负载使用的保险或继电器集中会引起过热点。为避免这种情况，不能将连续工作的继电器（保险）过于集中，在它们中间穿插短时工作的保险或继电器。
六．几种电路设计缺陷
1、图3所示的原理图，音响系统易受其他电器件干扰，安全气囊、EMS是安全件，这三个电器件不应使用同一个保险，应各自设计一个保险。

图3 图4
2、图4、图5所示的原理图，为保险与线径匹配不合理。20A和15A的保险不能保护0.5 mm2的线束，在虚接发热的情况下，线束容易熔化燃烧。
3、图6所示的原理图，尽量不要在线路中出现分线的情况。如果插件端子实在是不能压接大平方的线束，也要使分线线束的长度尽可能的短。

图5 a 图5 b 图6