基于瞬态电流影响的汽车线束选取分析

金保永 孙仁云 张潇 刘涛

摘 要：本文以某自卸车为例，通过实验对汽车线束设计过程中极易忽略的瞬态电流、线束温度等问题，提出了汽车电路中导线截面积、接插件等线束部件的选取原则和注意事项，为整车运行的可靠性提供参考。

关键词：汽车线束；瞬态电流；导线截面积

随着汽车产业的发展，电子产品在汽车上得到大量应用。据统计平均每辆汽车上的电子产品占整车成本的20%-30%，某些高档车上的电子产品占整车成本的50%以上[ 1 ]。汽车线束作为整车的神经网络为了满足整车的需求，其数量、质量和规格的选取在整车设计过程中显得越来越重要。

1 汽车线束选取

汽车线束电阻通常很小，整车设计过程中很容易忽略线束本身的影响。随着各种电子类产品在汽车上的应用，线束特别是一些带发热类阻性负载的回路，其静态电阻和工作电阻对整车线束回路影响相差很大。汽车线束的设计主要包括导线的选取、端子和连接件的选取、包扎固定设计以及合理的布线等。其中导线的选取是其中的重点。

1.1 导线类型选取

汽车整车线束通常采用铜质多芯线，绝缘皮通常使用薄壁PVC 绝缘材料，其类型的正确选用要考虑线束的工作环境和功能。目前国内外汽车线束常用的导线种类有AVSS、QVR、FLRY、美标等几大系列[ 2 ]，这几种线束各有特点。线束设计应根据实际情况，合理选用导线类型，避免选取类型不符造成整车运行过程中出现安全隐患。

1.2 导线截面积的选择

线束设计的首要任务是保证整车运行的可靠性，其次是降低成本。导线横截面积的确定，首先根据回路中电气设备的工作电流、工作时间选择实际载流量60%-100%的导线；其次，根据线束回路中连接器数量、导线长度、电压降的大小和导线实际工作环境适当改变导线截面积，这样确定的导线截面积才能在满足整车运行可靠的基础上降低成本。导线的横截面积确定相关公式：

1）用电设备电流计算公式：

式中：I-用电设备电流；P-负载功率；U-额定电压。

2）导线横截面积计算公式：

式中：A-导线截面积，单位 mm2；I-额定电流，单位 A；ρ-导线电阻率，铜芯导线一般取值为 0.0185Ω*mm2/m；L-导线长度，单位 m；UJ-导线允许的电压降，单位 V。

3）线束在工作过程中常伴随着发热现象，设计线束时常通过控制电流密度的方法限制线束的发热问题。

由于计算时需要引入电压降，因此在实际的设计过程中常常运用经验公式进行计算：

导线截面积的选取和电流是有直接关系的，在实际设计过程中应通过精确的计算。

2 发热类阻性负载电流对线束影响

由于汽车运行的需要在许多线束回路中都含有发热类阻性负载。对于带发热类阻性负载的线束回路，起动瞬间电气设备本身电阻值远远小于额定电阻值，那么起动瞬间回路中的瞬时电流也将远远大于线束回路稳定电流值。

以某自卸车为例：整个车身近20个灯具，这些灯具均为本文所说发热类阻性负载，在整车通电瞬间各线束回路由于启动电阻较小，回路中瞬态电流将会很大，对整个回路电气设备（例如继电器等）冲击很大，特别是在选取线束是没有考虑发热类阻性负载的静态特性，导致整个回路导线过细，那么瞬时电流必定超出回路电器的标称可耐受电流，从而引起相关电器的故障，例如黏连现象、短路、迅速老化等，从而造成安全事故。

以实车测试左近光灯为例：在初始环境温度26.4℃，电池组供电电压实测24V的条件下，对左近光灯线束进行了测量（导线实际采用截面积1mm2）， 图1为起动瞬间该线束回路瞬态电流测试结果，图2为左近光灯线束稳定电流测试结果。由图1、图2可知通电瞬间瞬态电流最大值可以达到14.72A，回路工作稳定后通过电气设备的电流仅为2.64A，通过对比两值相差较大，如此高的瞬态电流长期使用定会对该回路线束、电器等部件造成损害，实验过程中通过整车线束进行热成像测试发现该回路继电器温度较高（如图3所示），图4是FLUKE红外热像仪对灯光控制继电器测试的温度变化趋势（测试前5分钟测试间隔为0.5分钟，5～10分钟测试间隔为1分钟，之后测试30和60分钟），测试温度整体呈现增高趋势。那么在回路瞬态电流多次冲击和关键部件温度过高的工作环境下，很容易造成回路中相关部件的黏连短路，进而使该回路长通，出现故障，整车的安全性、可靠性也都会受到影响。

3 實验结果分析

通过对实验室测试的相关实验数据结果分析，发现汽车线束在设计过程中常常会忽略线束回路本身的电阻影响。通过对整车线束的测试分析发现线束中存在瞬时电流过大、某些部件温度过高等现象。同时发现发热类阻性负载回路导线截面积绝大多数选取0.5-0.75mm2，通过图1、图2实测电流数据和QC/T29106-2002汽车低压电线束条件进行比较，发现实测图1起动瞬态电流大于标准要求，瞬态电流虽然在整车运行过程中持续时间很短，但多次起动情况下仍对线束回路有较大冲击，在汽车运行过程中将很容易出现故障。

以左近光灯为例，由图1试验数据可知左近光灯线束通电后瞬态电流可达14.72A，由公式（4）计算可得A为1.072mm2，由于线束在整车运行工程中伴随持续的发热考虑运行的安全性线束截面积应留有一定的余量，故A取1.5为好。

实验同时对汽车近光灯；危险报警灯等回路线束进行测试，瞬态电流均比回路稳定电流大。由此可见瞬态电流过大是发热类阻性负载回路的共性，因此为保证整车运行的安全性，在设计选取汽车此类线束时要充分考虑线束的这种现象。

4 线束设计的选取方法

线束作为整车运行的神经网络，导线的选取一定要通过精确计算并结合实际情况选择合适的截面积。起动瞬态电流、回路运行时的温度这些容易被忽视的细小因素在设计过程中也要引起设计者的重视。汽车起动瞬间电流必定很大，长时间运行线束温度也一定会升高，所以在设计之初导线截面积可适当取大些，以满足线束回路运行的需要。

线束回路不仅包括导线还有端子、接插件等保护附件，以及继电器、熔断器等电器部件，对于这些部件除了精确的计算还应根据实际工作环境进行合理选取。

例如发动机部位温度高、腐蚀性大、长期振动，处于这种部位的导线、端子以及接插件极易与其他部件发生摩擦、碰撞，因此发动机部位的线束部件就要有耐高温、耐腐蚀、密封好的特点。

5 结语

本文主要介绍了汽车线束的选取，通过实验测试表明起动瞬态电流、线束温度对整车运行安全也至关重要，提出了线束选取遵循的原则和注意事项。同时瞬态电流、线束温度等极易忽略的汽车安全因素在汽车设计时也应进行综合考虑并满足相关国家和行业标准。

参考文献：

[1] 孙仁云，付百学，等.汽车电器与电子技术[M].北京：机械工业出版社，2012.

[2] 梁磊.汽车线束设计及可靠性研究[D].中北大学，2015.

基金项目：

西华大学研究生创新基金项目（ygj2016088），

西华大学学生创新创业项目（15208561-3）

作者简介：金保永（1989-），男，河南开封人，硕士，主要从事汽车电控技术的研究。