整车线束设计概述.pdf

212023(7-8)技术纵横轻型汽车技术整车线束设计概述张爱磊徐芙蓉（南京依维柯汽车有限公司）摘要：作为汽车电路整体网络控制的主要组成部分，汽车线束在汽车各个方面的性能中起着至关重要的作用。如果不能保证汽车线束的安全，那么就无法保证整车的安全。近年来，汽车用户对汽车的安全性、稳定性和舒适性的要求不断提高，构成汽车电路的线束结构变得越来越复杂。关键词：汽车线束安全性稳定性1前言汽车电子系统是汽车整体组成中必不可少的部分，而线束则是汽车电子系统的核心组成。线束承担着电流的运输以及电信号的传递，线束一般由插接线、包裹层、导线以及其他零部件组成。随着消费者对安全事故的不断警惕，人们对于汽车的安全指数要求也越来越高，但是要满足上述要求就必须依赖于电子技术的安全性。现代社会汽车上的电子设备越来越多，在满足了人们丰富的驾驶需求的同时，也使得汽车的线路变得错综复杂，造成了汽车的安全指数下降的问题，汽车的线束设计的问题正在引起人们的关注，也是必须要解决的一大专业性难题。汽车线束由电线，连接器，端子，护套，胶带，热缩管，保险丝，继电器，波纹管，PVC管和保险丝盒等配件组成，它们起着汽车神经网络的作用，传递信号并执行电能 2 。汽车线束的主流设计采用“4+X”方案，即汽车线束分为四大主线：发动机线束、前舱线束、仪表板线束和车身线束，附加的行李箱线束、顶部线束、前后保护线束和四个门小线束。2汽车线束电源分配系统电线束电源电路设计是汽车电路设计基础和前提，所有电路电源与控制逻辑均依赖于电源电路设计，同时电源电路设计作为电源分配设计的核心内容也是整个电路设计的关键，需要在设计完成后通过模拟分析，确保汽车电路应用的可靠性。2.1电源分配定义电源分配需要根据客户电器属性表、功能配置表以及单元电路等要求进行分析设计，以此来体现出整车的电源分配、逻辑控制关系和电路保护方案。实际分配流程如图1所示。电源分配中线路的选择应遵循近路原则，线路的长度要尽量短，而且尽量不要存在绕路的情况，因为用电设备产生的干扰会在主线路上进行累加，如此将对用电设备运行的稳定性和准确性产生影响。而无绕路情况的电源分配电路，可以改善用电器运行的稳定性。如图2 所示为绕路情况与非绕路情况电源分配电路示图。2.2电源分配系统构成汽车线束作为非常复杂的一个系统，从散件2023(7-8)22轻型汽车技术技术纵横设计开始电器供座商电器优业商整车配置装配置表分析折负教设各确定建立电器属性表保险和缝负载设务布电器的梯三位三分析电源模式磁定定复支/验证电源分配图设计结束图1电源分配设计流程图电源用电器3电源用电器3用电器1用电器2用电器1用电器2图2绕路情况与非绕路情况示图层面可以将其划分为导线、端子和接插件以及线束保护等，在汽车线束中与电源分配相关的零部件主要包括导线、保险丝、中央电器盒以及继电器等。2.3汽车电源类型汽车电源电能主要是由蓄电池和发电机所提供，蓄电池所存储的电能用于汽车电器件在车辆未启动时使用消耗，并用于整车启动；发电机是将工作中所产的机械能转化为电能，后将其供给电器件以及蓄电池充电，由于整车制造商电源分配设计中并不完全相同，但基本可以分为六种类型，分别为常电档位（KL30）、钥匙信号电源（KL15）、信号电源、起动电源、德系车辆KL75和发动机相关零件单独电源(KL87)。上电发动行KL-301！一1-KL-15-爱动机自动1发动机次启动制SSRKL-0-KL-7S-KL.87KL.S-图3各类电源上电情况电源类型是有电源管理控制进行的，一般为车身控制模块进行管理。即点火钥匙的位置信号传递给车身控制模块，车身控制模块根据信号判断控制相应电源类型的继电器连通或者断开（如232023(7-8)技术纵横轻型汽车技术图3）。在配备无钥匙功能进人的车辆中，由无钥匙系统控制器读取钥匙信号，并传递给车身控制单元。2.4电源分配的作用和意义电源分配是对整车供电及电气系统的控制，包括：电能供应系统，线路保护，电气控制以及电源管理。在电源分配过程中，整个电气系统用电方式可以分为三种，用电器直接由蓄电池供电系统、用电器由点火开关控制的系统、负载要在发动机启动时卸掉的供电系统。在选择供电方式时要充分考虑汽车电器件的特点和工作环境。汽车的安全件或重要件如发动机控制器、制动防抱死控制器等一般采用蓄电池直接供电的方式，目的是为了保证在发动机不工作时用电器也可以暂时工作。需要保证在发动机启动后工作的用电器如安全气囊的电源等，一般选用点火开关控制的供电系统。对于负载很大而在发动机启动过程中不需要运行的用电设备如多媒体电源、空调电源、雨刮电源等，一般采用当发动机启动时卸掉的供电系统。3导线与保险丝的匹配3.1保险丝选型依据为了防止出现故障时损坏用电设备和导线，在电源与用电设备之间串联有电路保护装置。如图4所示为某车型部分保险丝与其保护的用电设备。汽车上常用的电路保护装置为保险丝。在设计整车电路的过程中，需要按照用电负载的额定电流及保险丝容量确定的经验公式求得整车电气系统电路上适用的保险丝容量，之后依据各用电负载的电气属性选取熔断丝的类别（慢熔式或者快熔式）完成保险丝的选型。3.2保险丝与电器件匹配算法22图4保险丝保护电路局部原理图108622410Time(ms)图5脉冲电流波形2023(7-8)轻型汽车技术24技术纵横13t=areaunder2curve电源（A)(t)电液(A)()1(t)t,时间()时间($)图612t的计算方法108Muouno224810Timems)图7稳态电流波形电器件的工作电流主要可以分为以下几个类型：1)脉冲电流在电源分配系统中为很短的时间范围内（一般为几毫秒）产生比较大的电流，电流为安培级别，如图5 所示。脉冲电流不包含稳态电流，且持续时间不超过10 0 毫秒。脉冲电流值可以超过保险丝的标称值，但是保险丝也相应的必须承受符合要求的脉冲次数。I2t的计算方法如图6 所示。2)稳态电流即电流波形不会发生变化，或者有稳定的波形可以经过简单的计算换算成恒定有效电流值，如图7 所示。由于保险丝是热响应元件，环境温度是保险丝的负载能力的一个重要影响因素，环境温度与衰减关系即RR值如图8 所示。安全系数为一般保险丝余量，视具体保险丝类型而定，各整车制造厂根据各自的产品策略不同取值也不尽相同，取值一般是0.7 至0.8 之间。3)浪涌电流在初始阶段有较大的脉冲而后回归于稳定的252023(7-8)技术纵横轻型汽车技术1201151101051008075704020206080100120140AmbientTemperature(C)图8保险丝额定值温度衰减曲线201628026810Timems图9浪涌电流波形电流，如图9 所示。浪涌电流可以看作脉冲电流与稳态电流的叠加，同样的对于脉冲电流的冲击保险丝需要承受足够的次数，同时保险丝还需要承受一定时间的持续稳态电流。同样，针对寿命的预估需要进行相对I2t的计算，而这次计算的分母熔断I2t并不是一个定值，由于电流的持续时间与单独的脉冲持续时间不是处于一个数量级，保险丝的熔断I2t也会随时间增加。4线束的搭铁设计4.1塔铁点分配设计搭铁也叫接地，汽车接地点分配是整车开发的关键部分，直接关系到整车功能实现与安全性能，接地问题严重时会出现重大的汽车安全事故。搭铁设计在电气设计中有着十分关键的作用，一方面需确保线路可以构成完整的回路，另一方面2023(7-8)26轻型汽车技术技术纵横要保证完整的传递信号。在进行搭铁点设计时，应充分考虑到电器负载的类型、功能，合理地分配搭铁线和搭铁点，以确保整车电器负载的良好工作状态。另外，随着整车电子设备的不断增减，电磁兼容性的问题随之而出，搭铁设计在其中起着关键的作用。4.2搭铁的类型汽车电路都为直流电路，连接电源的正极和负极。整车搭铁一般都是负极线搭铁。负极搭铁的优势在于对用电器的影响小，可以减少车架和车身的电化学腐蚀，并且接地可靠。按照接地点的用途不同，一般将搭铁分为电源搭铁、起动机搭铁、车身搭铁、信号搭铁和防静电搭铁。电源搭铁的方式是使整车中的各个电器设备构成完整的回路，确保电器设备的正常运行。信号搭铁主要目的是为了保证整车的控制器、传感器等控制单元能够实现良好信号的传递。例如ECU、ABS、多媒体等为保证其工作性能，要根据需求做特殊的搭铁处理。防静电搭铁主要是为了将整车上产生的静电传导出去，确保汽车和驾乘人员的安全。高速旋转的轮胎，燃油箱加油口等处都聚集了大量的静电，威胁着行车安全。除此之外，汽车上一些较为精密的电子和无线电设备也十分容易受到静电的影响。4.3搭铁点的布置搭铁点的布置作为搭铁设计中的关键，布置位置是否合理不仅影响用电负载的正常工作，还关系到整个线束布置方案的确定。在电气线路中，电流都会通过最近的线路流回到电源的负极。所以在搭铁点的位置时，要慎重设计其布置，保证电流可以回到电源的负极，同时不能干扰其他用电器的接地点。首先需要考虑的就是各用电器的就近搭铁，这样不仅可以减少搭铁线束的长度，在一定程度上也可以提高搭铁的可靠性；其次就是在选择搭铁点时，控制单元的信号地和电器负载的功率地应该分开搭铁，由于这两种用电设备对地的冲击不同，会干扰到敏感电子电器元件的运行，所以分开搭铁可以避免信号地受到影响后系统工作异常。5结语随着汽车工业和电子技术产业的飞速发展，电子技术在汽车中的使用越来越普遍，用户对汽车的各个方面都有越来越高的要求。除了自身的功能外，还增加了许多娱乐和主动安全系统，因此，汽车线束的设计非常重要。汽车线束设计可靠性的提高是一个繁琐的设计和测试过程，必须完整地控制汽车线束系统设计的各个方面。参考文献1刘雯,赵小洋，康思字,何科伟.汽车线束布局及可靠性分析.汽车实用技术，2 0 18(13)：5 5-56+67.2潘景徐浅析汽车线束的现状和发展趋势J.科技经济导刊,2 0 18,2 6(18):6 7-6 8.