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汽車線束設(shè)計及選材

汽車線束是汽車電路的網(wǎng)絡(luò)主體,沒有線束也就不存在汽車電路。隨著人們對汽車的安全性、舒適性、經(jīng)濟(jì)性和排放性要求的提高,汽車線束變得越來越復(fù)雜,但車身給予線束的空間卻越來越小。因此,如何提高汽車線束的綜合性能設(shè)計便成為關(guān)注的焦點(diǎn),而且汽車線束制造廠家不再單純地搞線束后期設(shè)計和制造,和汽車主機(jī)廠家聯(lián)合進(jìn)行前期開發(fā)成為必然的趨勢。筆者根據(jù)幾年來從事線束設(shè)計和制造的經(jīng)驗,談?wù)劸束的一般設(shè)計流程和設(shè)計原則。

一整車電路設(shè)計

(一)電源分配設(shè)計

汽車的供電系統(tǒng)設(shè)計是否合理,直接關(guān)系到汽車電器件的正常工作與否和全車的安全性,因此世界各國的汽車線束設(shè)計出發(fā)點(diǎn)基本都是以安全為主。整車電氣系統(tǒng)基本上由3個部分組成。

蓄電池直接供電系統(tǒng)(一般稱常電或30電)。這部分的電源所接負(fù)載一般都是汽車的安全件或重要件,主要目的是在為這些件提供電能時盡量少的加以控制,確保這些件即使汽車發(fā)動不起來也能短暫正常工作,以方便到站點(diǎn)維修等。如:發(fā)動機(jī)ECU及發(fā)動機(jī)傳感器的工作電源、燃油泵的工作電源、ABS控制器的電源、診斷接口電源等。

點(diǎn)火開關(guān)控制的供電系統(tǒng)(一般稱為IG檔或巧電)。這部分電器件基本上是在發(fā)動機(jī)工作運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下才使用,取自發(fā)電機(jī)的電源,避免了為蓄電池充電時爭電源的可能性。如:儀表電源、制動燈電源、安全氣囊電源等。

發(fā)動機(jī)起動時卸掉負(fù)載的電源(一般稱為ACC電源)。這部分電器件一般所帶的負(fù)載較大,且在汽車起動時不必工作。一般有點(diǎn)煙器電源、空調(diào)電源、收放機(jī)電源、刮水器電源等。

(二)線路保護(hù)設(shè)計

線路保護(hù)就是要對導(dǎo)線加以保護(hù),兼顧對回路電器件的保護(hù)。保護(hù)裝置主要有熔斷器、斷路順和易熔線。

1.熔斷器的選取原則

發(fā)動機(jī)ECU、ABS等對整車性能及安全影響大,另外,易受其他用電設(shè)備千擾的電器件必須單設(shè)熔斷器。

發(fā)動機(jī)傳感器、各類報警信號燈和外部照明燈、喇叭等電器件對整車性能及安全影響也較大,但該類電負(fù)荷對相互間的干擾并不敏感。因此,這類電負(fù)荷可以根據(jù)情況相互組合,共同使用一個熔斷器。

對于為增加舒適性而設(shè)置的普通電器件類的電負(fù)荷可以根據(jù)情況相互組合,共同使用一個熔斷器。

熔斷器分快熔式和慢熔式。快熔式熔斷器的主要部件是細(xì)錫線,其中片式熔斷器結(jié)構(gòu)簡單、可靠性和耐振好、易檢測,所以被廣泛采用;慢熔式熔斷器實(shí)際上是錫合金片,這種結(jié)構(gòu)的熔斷器一般串接到感性負(fù)載的電路中,如電機(jī)電路。

電阻型的負(fù)載與電感型的負(fù)載盡量避開使用同一個熔斷器。

一般根據(jù)電器件的最大連續(xù)工作電流計算并確定熔斷器容量,可按經(jīng)驗公式:熔斷器額定容量=電路最大工作電流÷80%(或70%)。

2.?dāng)嗦菲?/p>

斷路器最大的特點(diǎn)是可恢復(fù)性,但其成本較高,使用較少。斷路器一般都是熱敏機(jī)械裝置,它利用兩種金屬的不同熱變形,使觸點(diǎn)開閉或自行接通。新型的斷路器,使用PTC固體材料作為過流保護(hù)元件,它是一種正溫度系數(shù)的電阻,根據(jù)電流或溫度的高低斷開或接通。這種保護(hù)元件的最大優(yōu)勢是當(dāng)故障排除后能自動接通,不需人工調(diào)節(jié)和拆換。

3.易熔線

易熔線的特點(diǎn)是當(dāng)線路通過極大的過載電流時,易熔線能在一定的時間內(nèi)(一般≤5s)熔斷,從而切斷電源,防止產(chǎn)生惡性事故。易熔線也是由導(dǎo)體和絕緣層構(gòu)成,絕緣層一般為氯磺化聚乙烯材料,因為絕緣層較厚,所以看。起來比同規(guī)格的導(dǎo)線粗。

易熔線一般接在蓄電池直接引出的電路中。易熔線的常用的公稱截面有0.3mm2、0.5mm2、0.75mm2、1.0mm2、1.5mm2,甚至還有8mm2等更大截面的易熔線。易熔線的導(dǎo)線線段長度分為(50±5)mm、(100±10)mm、(150±15)mm3種。

易熔線應(yīng)有明顯的標(biāo)志,當(dāng)其熔斷后,其標(biāo)志仍應(yīng)存在以便于更換。易熔線的熔斷特性如表1所示。

表1 易熔線的熔斷特性

汽車線束設(shè)計及選材

(三)繼電器的選取設(shè)計

繼電器分為電流式和電壓式2種。一般根據(jù)用電器的功率和開關(guān)的承載能力來決定是否選用繼電器。常用繼電器的設(shè)備一般有刮水器、喇叭、除霜、前照燈、霧燈、風(fēng)扇、鼓風(fēng)機(jī)、轉(zhuǎn)向燈(閃光器)等。繼電器分6V、12V、24V3種,常用的繼電器額定電壓為12V。

選用繼電器要參考的技術(shù)要求:①可靠性好;②性能穩(wěn)定;③質(zhì)量輕、體積小、壽命長,對周圍元器件影響小;④結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好、成本低。

(四)搭鐵分配設(shè)計原則

發(fā)動機(jī)ECU、ABS等對整車性能及安全影響大,且易受其他用電設(shè)備干擾,所以這些件的搭鐵點(diǎn)一定要單設(shè)。

對于安全氣囊系統(tǒng),它的搭鐵點(diǎn)不僅應(yīng)單設(shè),而且為了確保其安全可靠,最好采用復(fù)式搭鐵。其目的是其中一處搭鐵失效,系統(tǒng)可以通過另一搭鐵點(diǎn)搭鐵,確保系統(tǒng)安全工作。

無線電系統(tǒng)為避免干擾,也要單獨(dú)搭鐵。

弱信號傳感器的搭鐵最好獨(dú)立,搭鐵點(diǎn)最好是在離傳感器較近的位置,以保證信號的真實(shí)傳遞。

其他電器件可根據(jù)具體布置情況相互組合共用搭鐵點(diǎn)。原則是就近搭鐵,避免搭鐵線過長,造成不必要的電壓降。

蓄電池負(fù)極線、發(fā)動機(jī)搭鐵線等因?qū)Ь截面較大,因此一定要控制好線長和走向,減小電壓降;為增加安全性,發(fā)動機(jī)、車身一般要單獨(dú)連到蓄電池負(fù)極搭鐵;

搭鐵方式:一是通過孔式接頭搭鐵,此法一定要在接頭的尾部烤上熱縮管絕緣;二是通過內(nèi)部短接的護(hù)套直接搭鐵。

二線束三維布局走向設(shè)計

此流程主要是模擬仿真不同區(qū)域的線束走向、直徑,考慮線束過孔的密封和保護(hù),模擬線束的固定孔位和固定方式等,如圖1所示。三維布線用的主要軟件有PRO-E、UG和CATIA等。

三插接件的選取設(shè)計

插接件是線束的核心部件,插接件的性能直接決定著線束整體的性能,而且對全車的電器穩(wěn)定性、安全性起著決定性的作用。

(一)插接件的選取設(shè)計原則

插接件選取要保證與電器件的良好接觸,使接觸電阻降為最低,提高可靠性,優(yōu)先選用雙彈簧式壓緊結(jié)構(gòu)的插接件。

根據(jù)導(dǎo)線的截面積和通過電流的大小合理選擇插接件。

發(fā)動機(jī)艙內(nèi)對接的護(hù)套,由于艙內(nèi)溫度、濕度偏大且存在著很多腐蝕性氣體和液體,因此一定要選擇防水性護(hù)套。

在同一條線束中若用同一種護(hù)套,其顏色一定要有區(qū)別。

基于汽車外觀的整體協(xié)調(diào)性,在發(fā)動機(jī)艙中應(yīng)優(yōu)先選用黑色或深色的護(hù)套。

為減少線束對接用護(hù)套的種類和數(shù)量,優(yōu)先選用混合型件,使裝配固定方便。

對于要求性能較高的安全氣囊、ABS、ECU等用的端子插接件,應(yīng)優(yōu)先選用鍍金件以保證安全可靠性。

蓄電池接頭(電瓶夾)內(nèi)部為錐體,錐度為1:9;電瓶夾的材料為鍍錫銅、鍍鋅銅或鉛銻合金。

不同規(guī)格的插接件可承載的電流一般如下: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(材質(zhì))性能分析

1.護(hù)套材質(zhì)(塑料件)

常用的材質(zhì)主要有PA6、PA66、ABS、PBT、pp等,筆者總結(jié)了它們的具體性能差異,見表2。設(shè)計插件時可根據(jù)不同的需求選擇不同的材質(zhì),還可根據(jù)實(shí)際情況在塑料中添加阻燃或增強(qiáng)材料,以達(dá)到增強(qiáng)或阻燃的目的,如添加玻璃纖維增強(qiáng)等。

表2 插接件護(hù)套材質(zhì)的性能差異

汽車線束設(shè)計及選材

2.端子材質(zhì)(銅件)

插接件用的銅主要是黃銅和青銅(黃銅的硬度比青銅的硬度稍低),其中黃銅占的比重較大。另外,可根據(jù)不同的需求選擇不同的鍍層。

四導(dǎo)線的選取設(shè)計

(一)導(dǎo)線類型的選擇

線束設(shè)計選用導(dǎo)線類型重點(diǎn)考慮線束所處的環(huán)境和功能。例如:發(fā)動機(jī)周圍環(huán)境溫度高,腐蝕性氣體和液體也很多。因此,一定要使用耐高溫、耐油、耐振動、耐摩擦導(dǎo)線;行李廂蓋上的導(dǎo)線要在低溫下保持其彈性,所以要選用冷彈性導(dǎo)線保證其正常工作;自動變速器上的導(dǎo)線一定要耐高溫、耐液壓油,其溫度穩(wěn)定性要好;弱信號傳感器要用屏蔽導(dǎo)線,例如爆震傳感器和曲軸位置傳感器、ABS輪速傳感器等;門內(nèi)線耐彎曲性要求高等。

汽車線束常用的導(dǎo)線通常使用多股絞合銅導(dǎo)線,絕緣皮為PVC絕緣材料。線束用導(dǎo)線要有耐溫、耐油、耐磨、防水、防腐蝕、抗氧化、阻燃等特性。

汽車線束常用的導(dǎo)線種類有日標(biāo)(AVSS等)、國標(biāo)(QVR)、德標(biāo)(FLRY)、美標(biāo)等幾大系列。AVSS(AVS)導(dǎo)線的特點(diǎn)是薄皮絕緣,柔韌性較好;QVR的特點(diǎn)是絕緣皮厚,比較柔軟,延展性好;德標(biāo)導(dǎo)線絕緣皮更薄,柔韌性好;美標(biāo)導(dǎo)線絕緣皮一般為熱塑性或熱固性彈性體,還有經(jīng)過輻照工藝加工的。可根據(jù)用戶的需求和不同的工作環(huán)境選取適當(dāng)類型的導(dǎo)線。

(二)計算選取導(dǎo)線截面積

根據(jù)電器件功率的大小計算流通導(dǎo)線的電流;長時間工作的電氣設(shè)備可選擇實(shí)際載流量60%的導(dǎo)線;短時間工作的用電設(shè)備可選用實(shí)際載流量60%-100%之間的導(dǎo)線。

根據(jù)不同的工作環(huán)境和溫度大小適當(dāng)改變導(dǎo)線的截面積。

根據(jù)導(dǎo)線的走向、插接件的數(shù)量(即電壓降的大。┻m當(dāng)改變導(dǎo)線的截面積。

關(guān)于導(dǎo)線截面積的計算,也有一些專家總結(jié)出一些經(jīng)驗公式:

I=P/UsA=IρL/Ud

式中:I——電流;P——功率;Us——系統(tǒng)電壓;A——導(dǎo)線截面積;Ud——允許最大電壓降損失;ρ——銅電阻率;L——導(dǎo)線長度。

或按下面經(jīng)驗公式:

I=A×10+8/2

允許流通電流與導(dǎo)線截面積關(guān)系經(jīng)驗理論值(比按上面公式計算值偏大)如表3所示。

表3 允許流通電流與導(dǎo)線截面積關(guān)系經(jīng)驗值

汽車線束設(shè)計及選材

全車線束密封件(橡膠件)的設(shè)計

汽車線束過孔時一般運(yùn)用橡膠件進(jìn)行過渡,以起到耐磨、防水、密封等作用。主要分布在以下部位:發(fā)動機(jī)與駕駛室接口處、前艙與駕駛室接口處(左右共2處)、四門(或有后背門)與車廂接口處、油箱進(jìn)口處。

常用的材質(zhì)一般為天然橡膠、氯丁膠、硅橡膠、三元乙丙等。

天然橡膠的特性:具有良好的彈性和機(jī)械強(qiáng)度,有優(yōu)異的耐曲撓性,有較高的撕裂強(qiáng)度和良好的耐寒性。缺點(diǎn):耐老化性不大好,不耐油和臭氧,易燃。

氯丁膠的特性:耐臭氧、耐熱老化、耐油等性能較好,具有難燃性和自熄性;但耐低溫性不好。

硅橡膠的特性:耐熱性、耐寒性和耐侯性較好;缺點(diǎn)是不耐油。三元乙丙的特性:耐侯性、耐臭氧、耐熱、耐腐蝕性、耐酸堿等性能都較好,而且擁有高強(qiáng)度和高伸縮率;缺點(diǎn):粘接性較差,且彈性沒天然橡膠好,耐油性差。

比較而言,三元乙丙的綜合性能較好,所以現(xiàn)在汽車線束用橡膠件一般選用三元乙丙材料。

六全車線束包扎和固定設(shè)計

(一)線束包扎設(shè)計

線束外包扎起到耐磨、阻燃、防腐蝕、防止干擾、降低噪聲、美化外觀的作用,一般根據(jù)工作環(huán)境和空間大小制定以下包扎設(shè)計方案。

發(fā)動機(jī)線束工作環(huán)境惡劣,因此全用高阻燃性、防水、機(jī)械強(qiáng)度高的波紋管包扎。

前艙線工作環(huán)境也相對較差,大部分枝干也用阻燃性好的波紋管包扎,部分分支用PVC管包扎。

儀表線工作空間較小,環(huán)境相對較好,可用膠帶全纏或花纏。

門線和頂篷線工作空間較小,可用膠帶全纏,部分枝干可用工業(yè)塑料布包扎;較細(xì)的頂篷線可直接用海綿膠帶粘在車身上。

底盤線因與車體接觸部位較多,因此用波紋管包扎防止線束磨損。

(二)包扎用原材料的性能分析

1.波紋管

波紋管在線束包扎中一般占到60%左右,甚至更多。主要的特點(diǎn)就是耐磨性較好,在高溫區(qū)耐高溫性、阻燃性、耐熱性都很好。波紋管的耐溫在-40-150℃間。它的材質(zhì)一般分PP和PA2種。PA材質(zhì)在阻燃、耐磨方面優(yōu)于PP材質(zhì);但PP材質(zhì)在抗彎曲疲勞性方面強(qiáng)于PA材質(zhì)。

2.PVC管

PVC管的功用和波紋管差不多。PVC管柔軟性和抗彎曲變形性較好,而且PVC管一般為閉口,所以PVC管主要用于線束拐彎的分支處,以便使導(dǎo)線圓滑過渡。PVC管的耐熱溫度不高,一般在80℃以下。

3.膠帶

膠帶在線束中起到捆扎、耐磨、絕緣、阻燃、降噪、作標(biāo)記等作用,在包扎材料中一般占到30%左右。線束用膠帶一般分PVC膠帶、氣絨布膠帶和布基膠帶3種。PVC膠帶耐磨性、阻燃性較好;耐溫在80℃左右,降噪性不好,價格較便宜。絨布膠帶和布基膠帶材料為PET。絨布膠帶的包扎性和降噪性最好,耐溫在105℃左右;布基膠帶的耐磨性最好,耐溫最高150℃左右。絨布膠帶和布基膠帶共有的缺點(diǎn)是阻燃性不好,價格昂貴。

(三)線束固定設(shè)計

中央電器盒一般用鋼板條、螺栓等固定,或用電器盒本身設(shè)計的固定結(jié)構(gòu)直接安裝在車身上。

各條線束一般用塑料扎帶、扣鉤等固定在車身孔內(nèi)。車身孔大多為圓孔或橢圓孔,一般直徑為5mm、6mm、7mm不等。

各條線束間對接的護(hù)套一般用護(hù)套支架集體固定起來,并安裝在車身上。

聲明: 本文由入駐維科號的作者撰寫,觀點(diǎn)僅代表作者本人,不代表OFweek立場。如有侵權(quán)或其他問題,請聯(lián)系舉報。

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