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[汽車(chē)線束] 汽車(chē)線束設(shè)計(jì)的流程與原則

P:2019-08-24 11:55:38

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汽車(chē)線束是汽車(chē)電路的網(wǎng)絡(luò)主體，沒(méi)有線束也就不存在汽車(chē)電路。隨著人們對(duì)汽車(chē)的安全性、舒適性、經(jīng)濟(jì)性和排放性要求的提高，汽車(chē)線束變得越來(lái)越復(fù)雜，但車(chē)身給予線束的空間卻越來(lái)越小。因此，如何提高汽車(chē)線束的綜合性能設(shè)計(jì)便成為關(guān)注的焦點(diǎn)，而且汽車(chē)線束制造廠家不再單純地搞線束后期設(shè)計(jì)和制造，和汽車(chē)主機(jī)廠家聯(lián)合進(jìn)行前期開(kāi)發(fā)成為必然的趨勢(shì)。下面就談?wù)劸�束的一般設(shè)計(jì)流程和設(shè)計(jì)原則。


整車(chē)電路設(shè)計(jì)
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電源分配設(shè)計(jì)
汽車(chē)的供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否合理，直接關(guān)系到汽車(chē)電器件的正常工作與否和全車(chē)的安全性，因此世界各國(guó)的汽車(chē)線束設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)基本都是以安全為主。整車(chē)電氣系統(tǒng)基本上由3個(gè)部分組成：
        
蓄電池直接供電系統(tǒng)（一般稱(chēng)常電或30電）。這部分的電源所接負(fù)載一般都是汽車(chē)的安全件或重要件，主要目的是在為這些件提供電能時(shí)盡量少的加以控制，確保這些件即使汽車(chē)發(fā)動(dòng)不起來(lái)也能短暫正常工作，以方便到站點(diǎn)維修等。如：發(fā)動(dòng)機(jī)ECU及發(fā)動(dòng)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(kāi)關(guān)控制的供電系統(tǒng)（一般稱(chēng)為IG檔、15電或ON檔電）。這部分電器件基本上是在發(fā)動(dòng)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(shí)爭(zhēng)電源的可能性。如：儀表電源、制動(dòng)燈電源、安全氣囊電源等。
        
發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)卸掉負(fù)載的電源（一般稱(chēng)為ACC電源）。這部分電器件一般所帶的負(fù)載較大，且在汽車(chē)起動(dòng)時(shí)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。 
 
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線路保護(hù)設(shè)計(jì)

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


1．熔斷器的選取原則
發(fā)動(dòng)機(jī)ECU、ABS等對(duì)整車(chē)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(dòng)機(jī)傳感器、各類(lèi)報(bào)警信號(hào)燈和外部照明燈、喇叭等電器件對(duì)整車(chē)性能及安全影響也較大，但該類(lèi)電負(fù)荷對(duì)相互間的干擾并不敏感。因此，這類(lèi)電負(fù)荷可以根據(jù)情況相互組合，共同使用一個(gè)熔斷器。對(duì)于為增加舒適性而設(shè)置的普通電器件類(lèi)的電負(fù)荷可以根據(jù)情況相互組合，共同使用一個(gè)熔斷器。
        
熔斷器分快熔式和慢熔式�？烊凼饺蹟嗥鞯闹饕考羌�(xì)錫線，其中片式熔斷器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性和耐振好、易檢測(cè)，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(kāi)使用同一個(gè)熔斷器。
        
一般根據(jù)電器件的最大連續(xù)工作電流計(jì)算并確定熔斷器容量，可按經(jīng)驗(yàn)公式：熔斷器額定容量＝電路最大工作電流÷80%（或70%）。
  
2．?dāng)嗦菲?/span>

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(kāi)閉或自行接通。新型的斷路器，使用PTC固體材料作為過(guò)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(kāi)或接通。這種保護(hù)元件的最大優(yōu)勢(shì)是當(dāng)故障排除后能自動(dòng)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(guò)極大的過(guò)載電流時(shí)，易熔線能在一定的時(shí)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?yàn)榻^緣層較厚，所以看。起來(lái)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(chēng)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(zhǎng)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。


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繼電器的選取設(shè)計(jì)
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(kāi)關(guān)的承載能力來(lái)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(zhǎng)，對(duì)周?chē)骷绊懶。虎芙Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好、成本低。

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搭鐵分配設(shè)計(jì)原則
發(fā)動(dòng)機(jī)ECU、ABS等對(duì)整車(chē)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(duì)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(guò)另一搭鐵點(diǎn)搭鐵，確保系統(tǒng)安全工作。無(wú)線電系統(tǒng)為避免干擾，也要單獨(dú)搭鐵。弱信號(hào)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(hào)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(guò)長(zhǎng)，造成不必要的電壓降。
        
蓄電池負(fù)極線、發(fā)動(dòng)機(jī)搭鐵線等因?qū)Ь�截面較大，因此一定要控制好線長(zhǎng)和走向，減小電壓降；為增加安全性，發(fā)動(dòng)機(jī)、車(chē)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(guò)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(guò)內(nèi)部短接的護(hù)套直接搭鐵。

線束三維布局走向設(shè)計(jì)

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(guò)孔的密封和保護(hù)，模擬線束的固定孔位和固定方式等。三維布線用的主要軟件有PRO-E、UG和CATIA等。


插接件的選取設(shè)計(jì)

 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(duì)全車(chē)的電器穩(wěn)定性、安全性起著決定性的作用。


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插接件的選取設(shè)計(jì)原則

a.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。


b.根據(jù)導(dǎo)線的截面積和通過(guò)電流的大小合理選擇插接件。


c.發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)對(duì)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。


d.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�；谄�(chē)外觀的整體協(xié)調(diào)性，在發(fā)動(dòng)機(jī)艙中應(yīng)優(yōu)先選用黑色或深色的護(hù)套。


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


f.對(duì)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。


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插接件原材料（材質(zhì)）性能分析
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。

導(dǎo)線的選取設(shè)計(jì)
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導(dǎo)線類(lèi)型的選擇
線束設(shè)計(jì)選用導(dǎo)線類(lèi)型重點(diǎn)考慮線束所處的環(huán)境和功能。例如：發(fā)動(dòng)機(jī)周?chē)h(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(dòng)、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(dòng)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(hào)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(mén)內(nèi)線耐彎曲性要求高等。 
      
汽車(chē)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(chē)線束常用的導(dǎo)線種類(lèi)有日標(biāo)（AVSS等）、國(guó)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(guò)輻照工藝加工的。可根據(jù)用戶(hù)的需求和不同的工作環(huán)境選取適當(dāng)類(lèi)型的導(dǎo)線。

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計(jì)算選取導(dǎo)線截面積
根據(jù)電器件功率的大小計(jì)算流通導(dǎo)線的電流；長(zhǎng)時(shí)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(shí)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(jì)算，也有一些專(zhuān)家總結(jié)出一些經(jīng)驗(yàn)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(zhǎng)度。或按下面經(jīng)驗(yàn)公式：I=(A×10+8)/2       


全車(chē)線束密封件（橡膠件）的設(shè)計(jì)
汽車(chē)線束過(guò)孔時(shí)一般運(yùn)用橡膠件進(jìn)行過(guò)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(dòng)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(mén)（或有后背門(mén)）與車(chē)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(méi)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(chē)線束用橡膠件一般選用三元乙丙材料。
 
全車(chē)線束包扎和固定設(shè)計(jì)
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線束包扎設(shè)計(jì)
 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(jì)方案。
       
發(fā)動(dòng)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(duì)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(duì)較好，可用膠帶全纏或花纏。
       
門(mén)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(chē)身上。
       
底盤(pán)線因與車(chē)體接觸部位較多，因此用波紋管包扎防止線束磨損。
 
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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(guò)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(jià)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(jià)格昂貴。

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線束固定設(shè)計(jì)
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(jì)的固定結(jié)構(gòu)直接安裝在車(chē)身上。
       
各條線束一般用塑料扎帶、扣鉤等固定在車(chē)身孔內(nèi)。車(chē)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(duì)接的護(hù)套一般用護(hù)套支架集體固定起來(lái)，并安裝在車(chē)身上。
       
海獅、MPV等較大車(chē)型的車(chē)身線長(zhǎng)且粗，一般用護(hù)板固定在車(chē)身上，以降低震動(dòng)和噪聲。


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線束設(shè)計(jì)流程

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