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      汽車線束及接插件該如何選擇?

      汽車用低壓電線

      600V 耐電壓是在電氣分類上的低壓電線,由于在汽車領域中它附加了汽車上的特性而被成為汽車用低壓電線。電線還根據絕緣體的材料厚度而被分為耐熱型與薄型。

      汽車用低壓電線

      a)導體的構造

      汽車線束導體的構造

      b)導線旋擰方向

      線束加工導線旋擰方向

      c)旋擰方法

      汽車線束旋擰方法

      d)絕緣體

      汽車線束絕緣體

       為了防止由于發熱而引起的電線燃燒,在絕緣體內還事先添加了阻燃劑。阻燃劑同時又是可塑性材料,起著軟化絕緣體的作用,在高溫情況下,阻燃劑將被釋放而導致絕緣體硬化,隨著汽車行駛時的振動而出現裂痕,導線露出。若在這樣的情況下繼續行駛,很可能會成為電氣短路的原因之一。

      汽車用屏蔽電線及絞線:

      近幾年來,汽車產業為了向高性能/舒適型發展,正逐漸從一個開關控制一個動作的機能轉化為能自動感知駕駛/環境的變化、選擇最適合駕駛的狀態的電子式裝置。

      要進行這樣復雜的控制,所需的是能在瞬間內將很多信息無誤的進行計算的精密電子儀器。另外,要求傳感器能通過微弱的電流的變化來感應駕駛/環境的信息,在電流發生變化時 ON-OFF 能切換迅速(數字信號)。

      在這種情況下,如將大電流的電線與高壓電線(點火系統、電波)配置在一起,高電壓將損壞精密電子儀器中的半導體部品,受到這根電線影響的傳感器回路將流過與 ON-OFF 信號一樣的電流而導致動作失誤。

      因此,為了避免大電流、高電壓外部的影響,在重要的數字回路電線上使用了屏蔽線及絞線。

      a)屏蔽電線

      【構造及名稱】

      汽車線束屏蔽電線構造及名稱

      【種類與特征】

      我們把在電線外部包上能從外部將電磁波反射的屏蔽金屬的電線稱作為屏蔽電線。

      以下為屏蔽電線的種類與特征:

      汽車線束屏蔽電線的種類與特征

      b)絞線

      【構造及名稱】

      汽車線束絞線構造及名稱

      【絞線的效果】

      我們把將 2 根電線旋擰在一起的電線稱作絞線或 2 芯線,它是有效防止電磁波的干擾的方法。就象圖 2 所示的,電流線所產生的電磁波可以根據每個環的反轉而抵消。

      圖 1 所示的是在電磁波電流的誘導下,絞線所產生的電流的方向。

      如果流過電磁波電流的電流線與信號線平行,那么不論哪根線都會產生同樣方向的誘導電流。但是,如果流過電磁波電流的電源線使用與信號線旋擰間距一樣的絞線,就與信號線所產生的誘導電流是相反方向的。


       圖1誘導電流方向

       圖1誘導電流方向

       圖 2 絞線的抵消效果

       圖2誘導電流方向

       汽車線束是汽車電路的網絡主體,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、經濟性和排放性要求的提高,汽車線束變得越來越復雜,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計便成為關注的焦點,而且汽車線束制造廠家不再單純地搞線束后期設計和制造,和汽車主機廠家聯合進行前期開發成為必然的趨勢。筆者根據幾年來從事線束設計和制造的經驗,談談線束的一般設計流程和設計原則。

      一、整車電路設計

      (一)電源分配設計

      汽車的供電系統設計是否合理,直接關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計出發點基本都是以安全為主。整車電氣系統基本上由 3 個部分組成。

      蓄電池直接供電系統(一般稱常電或 30 電)。這部分的電源所接負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動不起來也能短暫正常工作,以方便到站點維修等。如:發動機 ECU 及發動機傳感器的工作電源、燃油泵的工作電源、ABS 控制器的電源、診斷接口電源等。

      點火開關控制的供電系統(一般稱為 IG 檔或巧電)。這部分電器件基本上是在發動機工作運轉的情況下才使用,取自發電機的電源,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。

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


       (二)線路保護設計

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

       1. 熔斷器的選取原則

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

      發動機傳感器、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,但該類電負荷對相互間的干擾并不敏感。因此,這類電負荷可以根據情況相互組合,共同使用一個熔斷器。

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

      熔斷器分快熔式和慢熔式??烊凼饺蹟嗥鞯闹饕考羌氬a線,其中片式熔斷器結構簡單、可靠性和耐振好、易檢測,所以被廣泛采用;慢熔式熔斷器實際上是錫合金片,這種結構的熔斷器一般串接到感性負載的電路中,如電機電路。

      電阻型的負載與電感型的負載盡量避開使用同一個熔斷器。

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

      2.斷路器

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

      3.易熔線

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

      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。易熔線的導線線段長度分為(50±5)mm、(100±10)mm、(150±15)mm3 種。

      易熔線應有明顯的標志,當其熔斷后,其標志仍應存在以便于更換。易熔線的熔斷特性如表 1 所示。


      汽車線束易熔線標準表

      表 1 易熔線的熔斷特性

      (三)繼電器的選取設計

      繼電器分為電流式和電壓式 2 種。一般根據用電器的功率和開關的承載能力來決定是否選用繼電器。常用繼電器的設備一般有刮水器、喇叭、除霜、前照燈、霧燈、風扇、鼓風機、轉向燈(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要求:①可靠性好;②性能穩定;③質量輕、體積小、壽命長,對周圍元器件影響??;④結構簡單、工藝性好、成本低。

      (四)搭鐵分配設計原則

      發動機 ECU、ABS 等對整車性能及安全影響大,且易受其他用電設備干擾,所以這些件的搭鐵點一定要單設。

      對于安全氣囊系統,它的搭鐵點不僅應單設,而且為了確保其安全可靠,最好采用復式搭鐵。其目的是其中一處搭鐵失效,系統可以通過另一搭鐵點搭鐵,確保系統安全工作。

      無線電系統為避免干擾,也要單獨搭鐵。

      弱信號傳感器的搭鐵最好獨立,搭鐵點最好是在離傳感器較近的位置,以保證信號的真實傳遞。

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

      蓄電池負極線、發動機搭鐵線等因導線截面較大,因此一定要控制好線長和走向,減小電壓降;為增加安全性,發動機、車身一般要單獨連到蓄電池負極搭鐵;

      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;二是通過內部短接的護套直接搭鐵。

      二、線束三維布局走向設計

      此流程主要是模擬仿真不同區域的線束走向、直徑,考慮線束過孔的密封和保護,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定性、安全性起著決定性的作用。

      (一)插接件的選取設計原則

      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,優先選用雙彈簧式壓緊結構的插接件。

      根據導線的截面積和通過電流的大小合理選擇插接件。

      發動機艙內對接的護套,由于艙內溫度、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套。

      在同一條線束中若用同一種護套,其顏色一定要有區別。

      基于汽車外觀的整體協調性,在發動機艙中應優先選用黑色或深色的護套。

      為減少線束對接用護套的種類和數量,優先選用混合型件,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,應優先選用鍍金件以保證安全可靠性。

      蓄電池接頭(電瓶夾)內部為錐體,錐度為 19;電瓶夾的材料為鍍錫銅、鍍鋅銅或鉛銻合金。

      不同規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)性能分析

      1.護套材質(塑料件)

      常用的材質主要有 PA6、PA66、ABS、PBT、pp 等,筆者總結了它們的具體性能差異,見表 2。設計插件時可根據不同的需求選擇不同的材質,還可根據實際情況在塑料中添加阻燃或增強材料,以達到增強或阻燃的目的,如添加玻璃纖維增強等。

      表 2 插接件護套材質的性能差異


      2.端子材質(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,可根據不同的需求選擇不同的鍍層。

       四導線的選取設計

      (一)導線類型的選擇

      線束設計選用導線類型重點考慮線束所處的環境和功能。例如:發動機周圍環境溫度高,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、耐摩擦導線;行李廂蓋上的導線要在低溫下保持其彈性,所以要選用冷彈性導線保證其正常工作;自動變速器上的導線一定要耐高溫、耐液壓油,其溫度穩定性要好;弱信號傳感器要用屏蔽導線,例如爆震傳感器和曲軸位置傳感器、ABS 輪速傳感器等;門內線耐彎曲性要求高等。

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

      汽車線束常用的導線種類有日標(AVSS 等)、國標(QVR)、德標(FLRY)、美標等幾大系列。AVSS(AVS)導線的特點是薄皮絕緣,柔韌性較好;QVR 的特點是絕緣皮厚,比較柔軟,延展性好;德標導線絕緣皮更薄,柔韌性好;美標導線絕緣皮一般為熱塑性或熱固性彈性體,還有經過輻照工藝加工的??筛鶕脩舻男枨蠛筒煌墓ぷ鳝h境選取適當類型的導線。

       (二)計算選取導線截面積

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

      根據不同的工作環境和溫度大小適當改變導線的截面積。

      根據導線的走向、插接件的數量(即電壓降的大?。┻m當改變導線的截面積。

      關于導線截面積的計算,也有一些專家總結出一些經驗公式:

      I=PUsA=IρLUd

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

      或按下面經驗公式:

      I=A×10+82

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

      汽車線束允許流通電流與導線截面積關系經驗理論值

      表 3 允許流通電流與導線截面積關系經驗值


      五、全車線束密封件(橡膠件)的設計

      汽車線束過孔時一般運用橡膠件進行過渡,以起到耐磨、防水、密封等作用。主要分布在以下部位:發動機與駕駛室接口處、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、油箱進口處。

      常用的材質一般為天然橡膠、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械強度,有優異的耐曲撓性,有較高的撕裂強度和良好的耐寒性。缺點: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,而且擁有高強度和高伸縮率;缺點: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計

      (一)線束包扎設計

      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,一般根據工作環境和空間大小制定以下包扎設計方案。

       發動機線束工作環境惡劣,因此全用高阻燃性、防水、機械強度高的波紋管包扎。

       前艙線工作環境也相對較差,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,部分枝干可用工業塑料布包扎;較細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。主要的特點就是耐磨性較好,在高溫區耐高溫性、阻燃性、耐熱性都很好。波紋管的耐溫在 -40-150℃間。它的材質一般分 PP 和 PA2 種。PA 材質在阻燃、耐磨方面優于 PP 材質;但 PP 材質在抗彎曲疲勞性方面強于 PA 材質。

       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是阻燃性不好,價格昂貴。

      (三)線束固定設計

      中央電器盒一般用鋼板條、螺栓等固定,或用電器盒本身設計的固定結構直接安裝在車身上。

      各條線束一般用塑料扎帶、扣鉤等固定在車身孔內。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套一般用護套支架集體固定起來,并安裝在車身上。




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