王啟虎

前言

汽車(chē)電路中從電源到用電設(shè)備只用一根導(dǎo)線連接，以汽車(chē)底盤(pán)、發(fā)動(dòng)機(jī)等金屬機(jī)體作為一根公用導(dǎo)線的接線方式稱(chēng)為單線制。采用單線制時(shí)，電源的一個(gè)電極接到車(chē)體上稱(chēng)為搭鐵。汽車(chē)電源系統(tǒng)的負(fù)極與車(chē)體相連稱(chēng)作負(fù)極搭鐵，反之為正極搭鐵。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，國(guó)產(chǎn)汽車(chē)電氣系統(tǒng)均采用負(fù)極搭鐵的形式[1]。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷進(jìn)步，為使汽車(chē)具備更高的可操作性、安全性和舒適性，要在汽車(chē)內(nèi)部配置更多的電氣設(shè)備，而搭鐵設(shè)計(jì)的合理性和可靠性將成為這些電氣設(shè)備能否正常工作的關(guān)鍵。格爾發(fā)重卡曾出現(xiàn)過(guò)因儀表臺(tái)骨架由噴漆改為過(guò)塑處理工藝變化引起儀表臺(tái)的搭鐵點(diǎn)搭鐵不良，導(dǎo)致出現(xiàn)開(kāi)大燈或雨刮時(shí)水溫指示偏高的問(wèn)題。汽車(chē)搭鐵的設(shè)計(jì)一定要引起足夠重視。

1、整車(chē)搭鐵概念及形式

1.1 搭鐵的概念

為了節(jié)約電線材料和方便安裝，汽車(chē)電路一般都是采用單線制，即從電源到用電設(shè)備只用一根導(dǎo)線連接，而用汽車(chē)車(chē)身骨架、底盤(pán)、發(fā)動(dòng)機(jī)等金屬導(dǎo)體作為公共通道構(gòu)成回路的另一導(dǎo)線，這種方式便稱(chēng)為“搭鐵”。蓄電池的負(fù)極接車(chē)架稱(chēng)為“負(fù)極搭鐵”；蓄電池的正極接車(chē)架稱(chēng)為“正極搭鐵 ”。根據(jù)我國(guó)QC／T 413—2002《汽車(chē)電氣設(shè)備基本技術(shù)條件》的規(guī)定，汽車(chē)采用單線制時(shí)，應(yīng)使其負(fù)極搭鐵。

1.2 搭鐵的類(lèi)型和功能

根據(jù)連接的回路的工作特性不同，搭鐵所扮演的角色也不同。

（1）電源搭鐵：其功能是向電器件提供一個(gè)電流傳輸通道。如照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、各種工作電機(jī)、電磁閥等，這些用電器的特點(diǎn)是回路電流較大。

（2）信號(hào)搭鐵：其功能是保證汽車(chē)上一些自動(dòng)化設(shè)備能夠良好運(yùn)行，主要包括無(wú)線設(shè)備、控制器以及傳感器的特殊搭鐵。如ABS控制器、發(fā)動(dòng)機(jī)ECM、組合儀表，這些用電器要求一個(gè)穩(wěn)定的工作電位。

（3）防靜電搭鐵：其功能是保證汽車(chē)精密設(shè)備以及駕乘人員不受靜電影響和危害的搭鐵，如燃油箱的加油口、輪胎附近等都較易產(chǎn)生靜電?？ㄜ?chē)多用金屬油箱，且全車(chē)鈑金件較多，很少有此類(lèi)問(wèn)題。

1.3 搭鐵的連接方式

（1）單點(diǎn)搭鐵 。指整個(gè)電路系統(tǒng)中，只有一個(gè)搭鐵點(diǎn)，其他需要搭鐵的電器設(shè)備通過(guò)公共地線串聯(lián)到該點(diǎn)，稱(chēng)為串聯(lián)單點(diǎn)搭鐵（如圖1所示）；或由各電器設(shè)備分別引出獨(dú)立搭鐵點(diǎn)直接接于該點(diǎn) ，稱(chēng)為并聯(lián)單點(diǎn)搭鐵（如圖2所示）。

（2）多點(diǎn)搭鐵。指汽車(chē)上電子設(shè)備的各個(gè)搭鐵點(diǎn)直接接到就近的車(chē)體上或直接接到電瓶負(fù)極（如圖3所示）。

1.4 搭鐵方式比較

(1) 串聯(lián)單點(diǎn)搭鐵方式 。串聯(lián)單點(diǎn)搭鐵電路的等效電路（如圖4所示）。

設(shè)電器件1、電器件2、電器件3到搭鐵線的電流分別為，Il、I2、I3，各段搭鐵線上的電阻分別為R1、R2、R3。公用搭鐵線上 A、B、C點(diǎn)的電位分別為UA、UB、UC則：

由上可見(jiàn)，多級(jí)電路單點(diǎn)搭鐵的不同搭鐵點(diǎn)處的電位均不為零，可能相差很多且相互影響很大。在設(shè)計(jì)線路時(shí)，要把低電平電路的電器設(shè)備布置到最靠近G點(diǎn)的位置。此時(shí)，該電器件搭鐵線最短，使其受干擾的可能性最低。反之，若把低電平電路的電器設(shè)備布置到高電平的位置，則會(huì)使低電平電路電器件相對(duì)于基準(zhǔn)電位有大的電位差，接地線也最長(zhǎng)，容易受到干擾。

（2）并聯(lián)單點(diǎn)搭鐵。并聯(lián)單點(diǎn)搭鐵的等效電路（如圖5所示），電器件 1、2、3 的搭鐵電位 UA=I1R1，UB=I2R2，UC=I3R3。

可見(jiàn)，各電路的地點(diǎn)電位只與本電路的地電流I及地阻抗R有關(guān)，不受其他電路的影響，可有效地避免各電器設(shè)備間的公共地阻抗干擾。但是搭鐵線既多且長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致線束體積增大。

（3）混合搭鐵。車(chē)輛的搭鐵連接中，導(dǎo)線自身電阻的存在、搭鐵金屬件自身電阻的存在、搭鐵連接點(diǎn)接觸電阻的存在，使得車(chē)輛整體的搭鐵連接方式并不是單純的串聯(lián)搭鐵或并聯(lián)搭鐵，而是一種混合連接的狀態(tài)（如圖6所示）。

這種混合電路中，就要通過(guò)合理的布置和連接減少系統(tǒng)中串聯(lián)部分的電阻，在局部形成大功率電源回路搭鐵與敏感的信號(hào)回路搭鐵成并聯(lián)結(jié)構(gòu)以減少電源搭鐵對(duì)信號(hào)搭鐵的影響。

1.5 搭鐵設(shè)計(jì)的目的和方法

1.5.1 搭鐵設(shè)計(jì)的目的

搭鐵設(shè)計(jì)的目的通過(guò)具體的措施，在接受的成本范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn) “到電源負(fù)極的小電壓降”的追求。追求是“到電源負(fù)極的小電壓降”，成本的可接受是約束。我們的方法是通過(guò)合理的分析、布局、連接以實(shí)現(xiàn)資源高效的利用。

1.5.2 搭鐵的方法

（1）電源搭鐵類(lèi)，因其大電流的特性決定我們的重點(diǎn)是盡可能減少到電器件到電源負(fù)極之間的電阻。實(shí)現(xiàn)方式是回路的大截面和減少接觸電阻，可以充分利用車(chē)架和車(chē)身的大截面低阻值的特性，輔以大截面電纜在公共回路上的連接，形成一個(gè)至電源負(fù)極低電阻的平臺(tái)。各電器件用較大截面導(dǎo)線就近連接到這個(gè)平臺(tái)上，這樣就會(huì)形成每個(gè)電器件到電源負(fù)極低電阻、小電壓降的目標(biāo)。連接回路使用的導(dǎo)線截面根據(jù)通過(guò)的電流進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，達(dá)到控制成本的目的。

（2）信號(hào)搭鐵，因其小電流的特性，決定我們的側(cè)重點(diǎn)不能放在降低回路電阻，那樣做的結(jié)果是成本高而電壓降并不明顯，而是從減少其電器件到電源負(fù)極所經(jīng)回路的電流入手。也就是要盡可能避免串聯(lián)單點(diǎn)搭鐵的結(jié)構(gòu)尤其是和大電流電器件形成串聯(lián)單點(diǎn)搭鐵。當(dāng)不可避免的和大電流電器件形成串聯(lián)單點(diǎn)搭鐵時(shí)，那么就需要調(diào)整搭鐵分布，使信號(hào)搭鐵的位置靠近電源負(fù)極一端，并加大共用回路導(dǎo)線截面，減少共用回路電阻值，達(dá)到“到電源負(fù)極的小電壓降”的目標(biāo)。

1.5.3 汽車(chē)電路搭鐵點(diǎn)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)ECU、ABS等裝置對(duì)整車(chē)性能及安全影響較大，而且容易受其他用電設(shè)備干擾，所以這些電器件搭鐵點(diǎn)一定要單設(shè)，即采用多點(diǎn)搭鐵方式；

（2）弱信號(hào)的傳感器的搭鐵線應(yīng)單獨(dú)搭鐵，且搭鐵點(diǎn)最好設(shè)在距離傳感器較近的位置，以保證信號(hào)的真實(shí)傳遞；

（3）無(wú)線電系統(tǒng)為避免干擾，應(yīng)單獨(dú)搭鐵；

（4）蓄電池搭鐵線、發(fā)動(dòng)機(jī)搭鐵線等因電線截面積較大，通過(guò)的電流也較大。因此，需要控制好長(zhǎng)度和走向，減小電壓降，增加安全性；

（5）對(duì)于關(guān)鍵安全的電器設(shè)備，搭鐵線不僅要單設(shè)，而且要采用復(fù)式搭鐵，以免一處搭鐵失效，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；

（6）一般電器設(shè)備可根據(jù)具體布置情況相互組合公用搭鐵點(diǎn)，采用單點(diǎn)與多點(diǎn)組合方式搭鐵，避免搭鐵線過(guò)長(zhǎng)，造成不必要的電壓降；

（7）信號(hào)搭鐵和電源搭鐵不能鉚接，必須分開(kāi)搭鐵，以避免信號(hào)問(wèn)的相互干擾。

2、某車(chē)型搭鐵故障分析

2.1 現(xiàn)象描述

江淮某載貨車(chē)ZK02ZX84匹配玉柴YC6A260-33發(fā)動(dòng)機(jī)，客戶(hù)在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)開(kāi)啟前照燈、霧燈者或打開(kāi)空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)時(shí)，儀表的水溫表異常向上跳動(dòng)，有時(shí)直接進(jìn)入水溫表的報(bào)警區(qū)，讓駕 駛員誤以為是發(fā)動(dòng)機(jī)水溫偏高。關(guān)閉前照燈或者空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)后，水溫表向下回落，指示正常。通過(guò)檢查分析，水溫表搭鐵在儀表臺(tái)骨架上，然后骨架與駕駛室本體相連在與車(chē)架連接，形成回路。但是儀表臺(tái)骨架在生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)過(guò)噴塑處理，駕駛室也經(jīng)過(guò)電泳和噴漆處理，導(dǎo)致水溫表搭鐵不良。將水溫表搭鐵線重新引線，搭到車(chē)架縱梁上后，水溫表指示正常，問(wèn)題排除。

2.2 原因分析

圖8是水溫表的電路原理示意圖。車(chē)輛常行駛時(shí)，發(fā)電機(jī)發(fā)電供給全車(chē)用電設(shè)備，包括對(duì)蓄電池充電，電流流向如圖8中箭頭所示。儀表采樣到的水溫信號(hào)U為水溫傳感器電壓U1降和搭鐵點(diǎn)電壓降UR2、UR3之差(UR2、UR3的電壓方向與U、U1相反)，即：U=U1-UR2-UR3。

當(dāng)車(chē)輛的搭鐵良好時(shí),搭鐵處的接觸電阻 R2、R3較小，在1.7 -4mA范圍內(nèi)，一般情況下載貨汽車(chē)消耗的電流在l0～50A之間，搭鐵點(diǎn)引起的電壓降為0.0 1 7～0.2V。水溫傳感器信號(hào)的變化范圍為0.5～3.5 V之間,搭鐵點(diǎn)電壓降引起的水溫信號(hào)變化不到水溫信號(hào)幅值的 5%,水溫表的指示變化較小，不易被駕駛員察覺(jué)。但是，如果搭鐵不良，搭鐵點(diǎn)的接觸電阻就會(huì)變大，搭鐵點(diǎn)產(chǎn)生較大的電壓降，儀表采樣到的水溫信號(hào)U也會(huì)相應(yīng)變小，導(dǎo)致水溫表指示不正常。以開(kāi)前照燈為例，水溫表指示從正常的溫度(85～95℃之間)跳轉(zhuǎn)到報(bào)警區(qū)(102～120℃之間)，通 過(guò)該車(chē)水溫表的參數(shù)設(shè)置可以得出，采樣到的水溫信號(hào)從1.05V變化到0．6 5V，減小0.4V。前照燈開(kāi)啟時(shí)，電流消耗增加大約 15A，由此可以計(jì)算出搭鐵點(diǎn)的電阻為 0.4V/15A =26.6mΩ。此接觸阻值明顯超出搭鐵點(diǎn)要求，對(duì)水溫表的影響是顯而易見(jiàn)的。

2.3 改進(jìn)措施

針對(duì)儀表臺(tái)骨架和駕駛室連接部位進(jìn)油漆涂裝工藝前，在搭鐵點(diǎn)處和骨架與駕駛室連接處預(yù)先安裝螺栓或者粘貼遮蔽膠帶，阻止搭鐵點(diǎn)在油漆涂裝過(guò)程中形成漆層，在線束裝配時(shí)，取下預(yù)裝螺栓或者除掉遮蔽膠帶，再正常安裝搭鐵線，減小接觸電阻。在將水溫表的搭鐵直接達(dá)到車(chē)架縱梁，保證搭鐵接觸電阻最小。

3、結(jié)論

通過(guò)以上對(duì)搭鐵的介紹和案例的分析可以看出車(chē)輛上正確、可靠地搭鐵，對(duì)于車(chē)輛電氣信號(hào)可靠傳輸車(chē)輛電器安全車(chē)輛正常駕駛等方面至關(guān)重要，不正確、不可靠地搭鐵會(huì)引起意想不到的后果，甚至?xí)斐刹考p壞、車(chē)輛不能駕駛等后果和安全隱患。如何確保車(chē)輛搭鐵點(diǎn)工藝的可靠性，技術(shù)人員提出了不同的解決措施。

一種是普遍采用的做法是在裝配搭鐵點(diǎn)前，采用鋸齒形墊圈，裝配在車(chē)身或者車(chē)架表面，然后裝配上搭鐵線和螺栓，利用螺栓擰緊過(guò)程來(lái)帶動(dòng)鋸齒墊圈旋轉(zhuǎn)，刮掉金屬表面的油漆層，達(dá)到可靠搭鐵的目的。此方式成本低、操作簡(jiǎn)單、裝配方便，但存在一個(gè)問(wèn)題，即油漆層被鋸齒型墊圈破壞后，容易受到雨水的侵蝕，時(shí)間長(zhǎng)了，容易銹蝕，導(dǎo)致接觸電阻增大。為此，需要定期檢查和維護(hù)這些搭鐵點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上我公司為了避免鋸齒墊圈損壞和銹蝕導(dǎo)致搭鐵不良，在搭鐵之前使用刮漆工具，將搭鐵孔周?chē)推峁纬庑闻c鋸齒墊圈一致，然后在采用鋸齒墊圈加螺栓方式固定，最后涂抹凡士林，增加導(dǎo)電效果和防銹功能。

另一種搭鐵方式是將車(chē)輛上所有附件線和搭鐵線直接接在蓄電池的負(fù)極上，這樣就以避免搭鐵點(diǎn)銹蝕的問(wèn)題，但會(huì)增加搭鐵的成本，采用這種方式的車(chē)輛不多見(jiàn)。

[1] 孫仁云,付百學(xué). 汽車(chē)電器與電子技術(shù). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社[M],2006,8.

[2] JDD-CV-E10-2011_電氣系統(tǒng)搭鐵設(shè)計(jì)基準(zhǔn)書(shū).