汽车线束设计综述

1汽车线束设计综述汽车上的电源和各种电气零件通过线束来实现电路物理连接，线束分布遍布全车。如果把发动机比作汽车心脏的话，那么线束就是汽车的神经网络系统它负责整车各个电器零件之间的信息传递工作。随着人们对舒适性、经济性、安全性要求的不断提高，汽车上的电子产品种类也在不断增加，汽车线束越来越复杂线束的故障率也相应增加。这就要求提高线束的可靠性和耐久性等性能，在这里笔者就汽车线束设计、工艺、生产及检验方面的知识同各位同仁探讨一下。1、电气原理图的设计、计算汽车线束是全车汽车电气原理的物理表现形式，因此应先有电气原理图再有线束图进而根据线束图生产线束，在设计电气原理图前应具备以下条件：1.1掌握《电气设计任务书》的技术要求和全车电气配置情况；1.2根据电气负载功率消耗确定熔断器容量大小、计算导线线径并根据负载工作原理和功能要求进行载荷分配，确定电路的保护方式及确定总保险的容量。《电气设计任务书》的技术要求和全车电气配置情况是由各个汽车制造厂自己制定的，不再多说。下面重点介绍一下1.2的相关内容：1.2.1如何确定熔断器容量大小熔断器按保护形式分，可分为：过电流保护与过热保护。用于过电流保护的熔断器就是平常所说的保险丝。采用熔断器保护电路时，用电设备的最大持续电流应小于熔断器额定电流的80％。根据每一路的最大工作电流来选定熔断器的额定电流，其关系式为：熔断器的额定电流=每一路的最大工作电流÷0.8。例如：众泰2008右前照灯远光灯功率60w，稳态最大工作电流5A，按此关系式得出熔断器的额定容量为6.25A，考虑到安全系数熔断器容量确定为10A。对于一些感性原件比如点火线圈、怠速步进电机其瞬时自感电动势产生的峰值电流远远超过正常工作时的最大电流，熔断器可以在短时间内通过很大的峰值电流，因此对于带有感性原件的电路一般不考虑自感电动势产生的电流。1.2.2导线线径的确定在确定导线截面积时要考虑电压降和导线的发热（1）用电设备的电流强度为：I=P/UＮ（P—负载功率;UＮ—额定电压）（2）导线截面积计算公式为：A=IρL/UＶＬ（I--电流，安培；P---功率，瓦；A—导线截面积，平方毫米;ρ—铜导线电阻率，一般取值0.0185Ω.mm²/m；L--导线长度，米；UＶＬ--导线允许的电压降，伏特）（3）为避免导线过渡发热，应该检查电流密度其公式为：S=I/A各种电路允许的电压降UＶＬ及导线的电流密度如表1、表2所示表1（额定电压12V）电路导线电压降UＶＬ（V）整个电路电压降（V）备注发电机B+至蓄电池0.4--在额定电压和额定功率时的电流起动机主电缆0.5--在+20℃时的起动机短路电流照明电路0.10.1功率小于15W照明电路0.30.3功率大于15W吸引线圈和保持线圈1.51.92双金属臂触点其他电路0.51.5表2（额定电压12V）导线截面积（mm²）30℃允许连续电流（A）50℃允许连续电流（A）允许电流密度（A）0.3586.5100.5117.8107.51510.6101.01913.5101.52417102.53222.7104.04229.81065438.36107351.86169869.662512991.643515811245019814047024517431.2.3进行完上述工作以后，根据电路的性质进行载荷分配同一个负载的不同电路最好共用一路保险，比如：喇叭、喇叭开关、喇叭继电器电源线要用同一路保险；电路性质相似的也可以共用同一路保险，比如：雨刮电机和喷水电机可以共用同一路保险；发动机电子控制器单元、ABS电子控制器单元的电源不可与其他电路共用同一路保险。1.2.4在设计电路保护方式时应根据负载功率大小和负载工作特性确定电路采用的保护方式，可以用来保护电路的装置有：熔断器、断电器、易熔线等。对于在平常工作时容易过载的电路不用熔断器，比如窗缝处易结冰，玻璃升降受阻造成电路过载出现大电流，这种电路宜采用断电器保护。断电器有手动复位和自动复位两种，下图1所示为自动复位断电器的主视图：图1：有些国家在设计电路保护时采用易熔线，用来保护主电源线路一般设置在电瓶处。但是由于现在全车的用电设备越来越多，一条易熔线只能保护一条电路因为空间的问题也不宜设置过多的易熔线，所以就要用到大容量的熔断器。这种大容量熔断器可以有60A、100A、150A等规格将这些熔断器设置在一个熔断器盒内，既节省空间、简化电路又可以同时保护多条电路。2、设计三维布线图和二维线束图在完成了电气原理图的绘制后，接下来要设计三维布线图和二维线束图2.1三维布线图的设计线束的走向布局主要受控于电器负载的安装位置，因此根据电器负载的安装位置确定线束的走向布局，现在国际通用的有E型和H型布局（如图2所示），众泰2008就采用H型布局。车身主线束沿仪表中控台一部分通过左右两侧的车身钣金孔向车头方向，另一部分沿地板向后给后不照明等系统供电。此种电路断电器利用双金属片对过电流起反应的特性，当出现过载或电路故障引起过电流时，双金属片被过大的电流加热而弯曲，触点副随之张开。此时，电路断开电流不再流经断电器，当双金属片自然冷却后再次将触点副闭合，如果电路仍然引起过电流，电路断电器再次张开触点直到不再过载为止。双金属带由两种不同的金属带制成，一种对热反应比另一种迅速，这便引起双金属带具有与流过电流成比例地弯曲的特性。32.1.1模拟仿真不同区域的线束直径；2.1.2确定线束过孔的密封与保护；图2：2.1.3确定线束的固定孔位与保护方式；2.1.4根据装配性要求对线束进行合理分块，尽量减少线束间的对接，因为线束对接的地方容易出现电路连接不良的情况。2.1.5设置线束的搭铁点，线束搭铁位置的设计要注意以下几点：Ⅰ、弱信号传感器的搭铁线，应单独就近搭铁；Ⅱ、各个电子控制单元应单独搭铁，防止信号干扰；Ⅲ、蓄电池负极、发动机、变速箱搭铁要慎重选择。2.2二维线束图的设计本着提高线束可靠性、减轻线束质量、优化线束布局的原则科学合理的设计线束二维图纸。线束二维图是生产线束的产品图纸，因此图纸上应包含所有与生产线束有关的信息，包括采用导线的线型、线径、颜色，线束护套（及端字）型号，包扎方式要求，过孔密封与保护，固定卡扣的型号技术要求及其他设计和工艺要求等。有关汽车线束设计方面的一些标注编号如下：QC/T29106-2004汽车低压电线束技术条件QC/T414-1999汽车用低压电线的颜色（优先选用此标准规定的颜色）QC/T417.1~5-2001车用电线束插接器QCn29005-1990汽车用低压电线束质量分等QCn29009-1991汽车用电线接头技术条件QCn29010-1991汽车用低压电线接头型式、尺寸和技术要求GB5054-1985;汽车与挂车的七芯电缆线.pdfJB／T8139-1995公路车辆用低压电缆（电线）QC/T420-2004汽车用熔断器线束护套是影响线束质量的关键因素，在选用时要格外注意，根据流过导线电流的大小和允许的插接范围选用合适的护套。在选用护套时还应注意，同种类型形状相同而且安装位置又接近的护套，要用颜色予以区分，比如：众泰2008发动机线束中碳罐电磁阀与喷油嘴所用的护套是相同的，为防止工人装配错误，将碳罐电磁阀护套颜色规定为蓝色，喷油嘴护套规定为黑色。与负载连接的护套取决于负载一旦全车的电气配置确定下来，负载已定则护套也随之确定。对接部分的护套在选用时自由度较大，总的原则是要连接可靠（优先采用双弹簧压紧式结构）散热性好过电流能力强，大线径的导线尽量选用单独的护套，以防止过热影响整个电路的正常工作。一般来讲，在驾驶室内的护套对于密封防护要求不太严格的部分，考虑到成本的问题建议选用非密封式的，而在发动机舱内的护套则必须选用带防水结构的护套，这类护套有半密封式和全密封式两种，对于电子控制单元多采用的是全密封式结构，压接端子尾部和护套两半结合处均采用橡胶密封件保护，其他的护套保护采用半密封式结构。对于线束的包扎方式要求：驾驶室内仪表横梁部分的线束、门板内线束及其他容易出现磨损的部分一定要用耐磨材料保护比如：工业塑料布；地板上的线束及远离发动机部分的线束采用阻燃型波纹管，离排气管较近部分的线束必须采用耐高温材料予以保护比如：耐高温波纤管、石棉管等。关于二维线束的设计内容非常多，这里先简述一下，后续作展开讲述。3、线束的工艺和生产3.1线束工艺在线束二维产品图纸出来以后，要编排线束的生产工艺，工艺是服务于生产的两者密不可分，因此将两者结合起来一起分析。3.1.1开线工艺开线是线束生产的第一个工位，开线工艺的准确性直接关系到整个生产进度，一旦出现错4误特别是开线尺寸偏短，会导致所有工位的返工，费时费力影响生产效率。所以在编制开线工艺是一定要根据图纸的要求合理确定导线的开线尺寸，剥头尺寸。制作开线操作说明书，制作流程跟踪卡。3.2.2压接工艺开线之后的第二个生产工位，根据图纸要求的端子类型确定压接参数，制作压接操作说明书，对于有特殊要求的需要在工艺文件上注明并培训操作工。比如：有的导线需要先穿过护套后才可压接，它需要先预装导线然后从预装工位返回再压接；还有刺破式压接用到专用的压接工具，这种压接方式具有良好的电接触性能。3.3.3预装工艺编制预装工艺操作说明书，为了提高总装效率，复杂的线束都要设置预装工位，预装工艺的合理与否直接影响到总装配的效率也反映出一个工艺人员的技术水平高低。如果预装部分装配的偏少或者装配的导线路径不合理会加大总装配人员的工作量，放慢流水线的速度所以工艺人员要经常呆在现场不断总结经验，这样才能编制出合理的生产工艺。3.3.4总装工艺根据产品开发部门设计的装配台板，设计工装设备、物料盒规格尺寸并将所有装配护套和附件的编号贴于物料盒上以提高装配效率。编制各个工位装配内容和要求，平衡整个总装工位防止出现一点工作量过大，拉下整个流水线速度的情况。要做到工位平衡，工艺人员必须对每个操作了熟于心并现场测算工时，随时调整装配工艺。线束工艺还包括编制材料消耗定额明细表、工时测算、工人培训等。4、线束的检验为了确保线束的质量，线束的检验也贯穿于生产中的每个环节，由于线束主要起到连接作用所以对于端子压接要求很高，见下表3所示不同线径的导线规定的拉脱力不得低于表中数值表3：导线公称截面积/mm²拉力/Ｎ导线公称截面积/mm²拉力/Ｎ0.5506.04500.758010.05001.010016.015001.515025.019002.52003522004.0270≧50.0-120.02700接点或一个端子同时连接两根或两根以上导线时，选择截面积较大的导线测量拉力。线束在终检时主要检验尺寸和导通行能，可用卷尺检测线束各个分支的尺寸是否符合图纸要求；除了非常简单的线束外，导通性能的检测要用到导通台，它是一个事先设定好检测程序的微机检测仪器。在检测前要将检测线束的编号、名称输入进去，这样当对应的线束按照各个对应的插孔连接完毕后，就可进行电路导通检验，如有故障则可通过微机显示屏显示出来，以提示检测人员。5、总线技术世界上通用的汽车总线控制方法有两种：LONWORKS总线和CAN总线。不管哪一种其目的都是为了提高线束可靠性，减少传统导线的数量，实现电路信号的数字传输。德国BOSCH公司已经开发出了CAN总线协议，它可以用于各种信号的传输，并有两种传输速率10K-100K和100K-1M波特率。由于总线技术的产生，相关的汽车电器零部件也要基于总线协议进行设计开发，以便可以在共同的传输协议下，按照预定的优先级别实现数据的交互传输。