浅谈汽车线束设计及搭铁分析

王超颖

(奇瑞汽车河南有限公司，河南 开封 475000)



浅谈汽车线束设计及搭铁分析

王超颖

(奇瑞汽车河南有限公司，河南 开封 475000)

摘要：汽车线束设计关系到整车用电设备的功能实现和行车安全。本文主要对汽车负载分配设计、线路保护设计、导线的选取及线束的布置等进行介绍，并对搭铁线设计进行分析。

关键词：继电器；保险；线束设计；搭铁分析

汽车线束是汽车电路各部件联系的载体，有人曾经做过一个形象的比喻，汽车线束是血管，汽车引擎是心脏，心脏因血管而跳动，引擎因线束而运转，可见汽车线束对于汽车整车电路正常稳定的重要性，故了解汽车线束设计中的一些设计原则是很有必要的。然而，搭铁设计尤为重要,首先是搭铁的回路增加，其次是需要搭铁的功能越来越多，因搭铁不良而导致流经电气设备的电流发生变化，产生电位差，从而影响设备的性能。因此，汽车线束设计在电器系统设计开发中尤为重要。

1负载分配设计原则

汽车的供电系统设计是否合理，直接关系到汽车正常运行及驾驶员的安全性，因此世界各国的汽车线束设计原则基本都是以安全为主。点火开关工作结构即整车电器负载分配如图1所示。

图1　点火开关工作结构原理

·LOCK档：钥匙只有在该档位才能拔出来，此时方向盘被锁定且发动机停止工作。

·ACC档：钥匙旋到该档位时受该档位控制的用电器均能操作，如收音机和点烟器。

·IG1、IG2档：此时是ON档，除启动机不受控制外，其他用电器均能启动正常工作。

·START档：启动发动机，在此时ACC档和IG2档用电器均断电停止使用，以便有足够的电量用以启动，但松开钥匙后钥匙将自动回到ON档，所有用电器均可正常使用[1]。

目前国内汽车设计一般要求的电源分配如下：

1) 常电：控制备用电源、制动灯、喇叭、室内顶灯及门控灯、脚踏灯、行李箱灯、防盗系统和诊断系统等用电设备，即这些用电设备的取电方式是由蓄电池直接供给。

2) ACC电：主要控制音响系统、点烟器、座椅加热和电动天窗等设备。

3) ON电：主要控制组合仪表、安全气囊、电动外后视镜调节、电动玻璃升降、空调鼓风机、倒车影像和大灯以及ECU、ABS、BCM、ESP等控制系统。

4) ST电：启动机，规定启动瞬间切断ACC和IG2上的所有控制负载[1]。

2线路保护设计原则

线路保护就是对线束的导线加以保护，并兼顾对回路电器件的保护[2]，其保护装置主要有熔断器和断路器，选取时一定要按照实际情况分析，不能马虎。

2.1熔断器的选取原则

汽车用熔断器就是平常所说的保险丝，当汽车电路发生故障和异常时，伴随着电流不断升高，并且升高的电流有可能损坏电路中的某些重要器件或贵重器件，也有可能烧毁电路甚至造成火灾时，熔断器将会自身熔断切断电流，从而保护整车电路的安全运行。熔断器按形状分可分为片式熔断器、方形熔断器或玻璃管式熔断器等；按额定电压可分为高压熔断器和低压熔断器；按熔断速度可分为快熔和慢熔；选取时需考虑负载的类型、工作环境温度及电流的范围。熔断器的容量可根据下述经验公式推算：

·公式1：

在常温(25 ℃)下选择保险丝额定电流的75%为工作单位，当环境温度升高时，保险丝的载流能力会下降，温度下降的系数为0.15%/℃：

I保=I工作/(0.75*K) .

其中：K=1-(T-25 ℃)*0.15%/℃，即温度系数；I保为保险丝的额定电流，即保险丝的容量；I工作为负载工作的实际电流；T和负载工作的环境温度。

说明：公式中的温度系数(K)可以根据不同类型的保险丝温度性能曲线来确定。

·公式2：

保险丝的额定容量=电路最大工作电流/80%

·公式3：

保险丝容量(F)≥

负载特性包括连续负载和间断负载，连续负载是指工作时间在10 s以上的用电设备，间断负载是指工作时间在10 s以下的用电设备。

·峰值电流时间：如出现峰值电流的时间<0.2 s的为1.0、如时间>0.3 s的为0.7。(说明：结合现在电器件的设计水平，暂定出现峰值电流时间>0.3)

·负载装配区域：如布置在室内则系数为1.0、如布置在发动机舱则系数为0.9。

·保险丝的安装区域：如保险丝单独连接则系数为1.0、如安装在保险丝盒内则系数为0.9。

例：喇叭保险丝：工作电流是8 A，则：FUSE的容量≥8 A/[1.1*0.7*0.9*0.9]=13 A，根据保险丝的实际规格可选择15 A的保险丝来保护线路[2]。

在电路设计过程中有关保险丝的选择可以结合上面的经验公式来选定。

2.2继电器的选取原则

汽车常用的继电器一般是通过小电流来控制大电流，从而达到保护用电器的作用。选取继电器时必须根据用电器的功率和开关的承载能力来决定，如果开关的触点耐电流能满足负载的额定电流就可以不用选择继电器来保护。常用继电器的设备一般有刮水器、喇叭、前照灯、雾灯、除霜、风扇和鼓风机等，目前乘用车设计所选用的继电器一般为12 V，其选择的相关技术要求如下：

1) 继电器线圈：额定电压为12 V，工作电压范围9 V～15 V，触点吸合电压一般不大于8 V，触点断开电压一般不小于2.5 V。

2) 继电器触点：根据整车电器控制逻辑确定触点类型(常开、常闭和双触点等)，触点材料一般有AgSnO、AgNiO或银合金，触点负载性质一般有电阻性负载、电感性负载、点击负载和灯具负载等；触点额定容量有15 A、20 A、30 A、40 A、60 A、70 A、80 A等，其机械寿命不小于1×107次。

3) 线圈额定电流的选择：对没有特殊要求的继电器(喇叭、除霜器、雾灯等)一般优先选用汽车普通继电器(成本底)，对一些固定在PCB电路板上及控制模块系统中的继电器需选用线圈上并联瞬态抑制(又叫削峰)二极管或电阻的继电器(成本高)，此线圈的额定电流可根据相应的控制系统来确定。

4) 环境温度范围：一般继电器的耐温范围在-40 ℃～85 ℃，部分耐高温继电器的耐温范围在-40 ℃～125 ℃。设计时考虑到设计成本，对继电器的耐温要求应根据继电器所装配位置进行确定，如装配在室内，耐温范围-40 ℃～85 ℃；如装配在前舱，耐温范围-40 ℃～125 ℃。

3导线选取原则

设计时首先应重点考虑线束所处的环境和功能，如：发动机舱周围环境温度高，腐蚀性气体和液体也很多，因此，一定要选用耐高温、耐油、耐振动和耐摩擦的导线，行李箱盖上的导线要在低温下保持弹性，门内导线耐弯曲度要求高；同时选用不同标准的导线其性能也有很大区别，德标导线绝缘皮薄柔韧性好，国标导线绝缘皮厚、延伸性好，日标导线绝缘皮薄、柔韧性较好，美标导线绝缘皮一般为热塑性和热固性弹性体，还有经过辐照工艺加工的，这些均可根据不同需求和工作环境进行合理的选择。

3.1导线截面积的选取原则

1) 根据电器件功率的大小计算流通导线的电流，长时间工作的电气设备可选择实际载流量 60%～100%之间的导线。

2) 根据不同的工作环境和温度大小适当改变导线的截面积。

3) 根据导线的走向、连接器的数量(即电压降的大小)适当改变导线的截面积[1]。

截面积的选择计算可根据经验公式：

注：I—导线中通过的电流，S—导线截面积。

导线截面积常用规格有0.3 mm2、0.5 mm2、0.75 mm2、1.0 mm2、1.5 mm2、2.0 mm2、2.5 mm2、4.0 mm2、6.0 mm2、10 mm2等，它们各自都有负载电流值，配用于不同功率用电设备。以开瑞绿卡整车线束为例，0.5 mm2规格线适用于仪表灯、指示灯等；0.75 mm2规格线适用于牌照灯、前后小灯等；1.0 mm2规格线适用于喇叭、转向灯、雾灯等。

3.2导线颜色的选取原则

为了便于识别和检修汽车电器设备，在设计时通常将电线束中的低压线采用不同颜色，而线色的选配应优先选用单色，再选用双色，双色线的导线颜色由两种颜色组合而成，其标注的第一色为主色，第二色为辅助色。

在各种汽车电器中功率搭铁线应用黑色电线，黑色电线除作功率搭铁线外，不作其它用途；而电子搭铁线应用棕色电线，棕色电线除作电子搭铁线外，不作其它用途；双绞线的颜色在黄/黄棕、黄白/黄红、黄黑/黄绿、黄蓝/绿黄四组中选取；CAN双绞线的颜色为绿/黄、绿黑/黄黑、绿红/黄红[3]。

表1　线束的颜色及代号

表2　双色线的选用顺序

4线束布置

汽车线束布置是一个复杂的过程，需要考虑的方方面面很多，布置时注意事项如下：

1) 线束布置要顺其自然，在视觉上不感觉走向牵强，在

装配中不和其他零部件干涉，在维修中不感觉难于操作。

2) 接地线要按照假想的回路设置搭铁点，且搭铁点要布置在大的构件上。

3) 线束要避免与周围部件干涉，线束和周围零部件间隙均匀，和热源保持足够距离，同时避开油路。

4) 信号线尽可能避开大电流导线和干扰源，防止电磁干扰。

5) 在满足功能的情况下，尽量避免重复走线，尽可能地减少导线的长度和根数，从而达到减轻重量及降低成本，同时要保证线束质量，安全可靠。

6) 通过利用防护橡胶套来保证线束穿过金属孔时避免被切断或割裂。

7) 与运动零部件之间的间隙应大于25 mm。

8) 保险丝和继电器更换的方便性，使用频率高的用电器，其保险丝和继电器在保险丝盒内的位置布置在易寻找、易操作的位置，在保险丝盒内的布置，要将其散热量大小和其工作时间考虑在内，避免局部早期失效。

9) 利用CATIA软件中的Electrical Harness Assembly模块进行整车线束走向的模拟，明确固定点和避免干涉点并确定线束长度。

5汽车搭铁设计分析

搭铁设计在汽车线束设计中尤为重要，否则会造成信号干扰，从而影响某些电器件的正常功能实现，下面将具体论述汽车搭铁的类型、功能及在整车中的分配：

1) 整车地：顾名思义就是整车电路的地，它是由蓄电池负极直接接到车身，使车身成为一个大的负极，所有的搭铁点都是通过车身搭铁，因此汽车电路中的接地又被称之为搭铁。

2) 功率地：主要是指大功率用电设备的搭铁，例如发动机冷却风扇、刮水电机、玻璃升降电动机、空调鼓风机等，这些用电器的电流一般较大，会对其他弱电流或信号线产生干扰。

3) 信号地：一般指小电流信号的搭铁，有模拟信号、数字信号等，信号一般比较敏感，容易被干扰。

4) 屏蔽层搭铁：对于娱乐系统天线及高压工作用电器，由于其工作过程中对周围电磁场影响较大，必须采用单芯屏蔽线，以达到保证接收信号准确，且对周围线束电磁场影响最小作用。

上述搭铁点的设计均要遵循强弱电分开搭铁原则、安全件单独搭铁原则和就近搭铁原则，避免搭铁线过长，造成不必要的电压降。

6结论

汽车线束设计的是否合理在很大程度上影响着汽车的整体性能，目前开瑞绿卡所研发车型的整车线束设计方法及搭铁点布置均按照上述设计原则进行，首先根据整车配置进行合理的电源分配，其次按照用电器的功率大小而合理地选择导线线径、保险丝容量和继电器大小，最后通过三维线束布置模拟出线束的基本走向、固定位置、固定方式和线束分支的长短，从而保证线束满足汽车的环境性能、电气性能和机械性能等要求，实现电信号的传递，确保用电设备的正常工作。

参考文献

[1]奇瑞汽车股份有限公司.整车电路系统开发手册[Z].2012.

[2]吁苗，帅希士.整车线束设计及搭铁策略分析[J].汽车电器，2010(1)：6-8.

[3]奇瑞汽车股份有限公司企标标准.汽车用低压电线颜色规范Q/SQR.04.1200-2009[S].2010-10-26.

收稿日期：2015-01-29

作者简介：王超颖(1987- )，女，黑龙江人，助理工程师，研究方向：汽车电器。

文章编号：1674- 4578(2016)02- 0034- 02

中图分类号：U463.6

文献标识码：A

Introduction on the Design of Automobile Wiring Harness and Analysis for Grounding

Wang Chaoying

(CheryAutomobileHenanCo.,Ltd,KaifengHenan475000,China)

Abstract:Automotive wiring harness design is related to the function realization of vehicle electrical equipment and driving safety. In this paper, the load distribution design on car, design of line protection, the selection and arrangement of wire conductor are introduced, and the wire design is analyzed.

Key words:relay; insure; design of wiring harness; analysis of grounding