陳敬淵

（嶺南師范學院機電工程研究所，廣東湛江524048）

汽車線束設計的原則和方法

陳敬淵

（嶺南師范學院機電工程研究所，廣東湛江524048）

汽車新技術發(fā)展較快，車輛上的電氣成份增加較為明顯，汽車己由原來簡單電路和機械結構發(fā)展成為較高程度的機電一體化集成體。汽車上信號傳輸和設備接收工作指令都是靠線束來完成，線束在汽車的電氣系統(tǒng)中起到了橋樑的作用。線束設計的目的就是要提高車輛電氣系統(tǒng)的使用壽命，從而更加有效保護車輛和人員的安全。而設計方法的正確與否是最終達到設計目的之關鍵所在，若設計方法不當設計目的就不可能達到，甚至引起汽車線束短路、燒線以至危害到車輛和人員生命安全。根據(jù)本人從事汽車生產(chǎn)、維修、設計和汽車專業(yè)教學二十多年的工作經(jīng)驗，提出汽車線束的設計方法和設計過程的有關問題，希望可以起到拋磚引玉的作用。

汽車線束；設計方法；原則；設計過程

隨著消費者對車輛性能要求提高和環(huán)境保護意識增強，化油器式的發(fā)動機已經(jīng)被淘汰，取而代之的是匹配電噴發(fā)動機的現(xiàn)代汽車。而電噴發(fā)動機與傳統(tǒng)化油器式的發(fā)動機明顯不同的地方就是電路，多了EUC、傳感器和執(zhí)行元件。這些電路元件只有有效連接起來，才能發(fā)揮相互之間的作用，而把這些電路元件連接起來的橋梁就是線束，它用多根導線按電路原理圖綁扎或粘合在一起而成。在汽車電路系統(tǒng)中，線束的合理設計與否與汽車電氣設備是否能正常工作起著決定性的作用。據(jù)此，提出汽車線束的設計方法和設計過程的有關問題，希望能夠提高車輛電氣系統(tǒng)的使用壽命，從而更加有效保護車輛和人員的安全。

1　線束在汽車電路系統(tǒng)中的作用與重要性

線束的作用是把整車的電路元件連接起來，并起到傳輸信號的作用。若線束中的導線斷路、短路，電路元件就無法正常工作或被燒壞。信號就無法傳遞，造成車輛不能行使的現(xiàn)象，甚至使整車著火而造成財產(chǎn)的損失、人員的傷亡情況。所以，要保持車輛的正常工作，線束起到很關鍵的作用。因此，設計好線束，對車輛的正常工作很關鍵。

2　線束設計依據(jù)

線束設計主要依據(jù)是整車的尺寸與電路原理圖中所標注的電氣設備的數(shù)量。電路原理圖是一種采用按功能布局法排列的圖形符號，用來表示系統(tǒng)、分系統(tǒng)的裝置、部件、設備和軟件等實際電路的各組元件的連接關系，而不需要考慮圖形比例和實際尺寸、形狀或位置的簡圖。線束的長度及走向便是按照車輛實際尺寸和電路原理圖中的電路元件相應的位置來設計的，為了裝配和檢修方便，同時又能降低成本和減少故障率，大部分國家采取負極搭鐵，連接電路元件的導線采取單線制。

3　線束設計的一般原則

為了汽車在生產(chǎn)、維修時工作方便，通常把導線的絕燃層做成不同的顏色。同時，根據(jù)用電設備的功率的大小及距離電源長度，來決定導線的橫截面積。同時，應充分考慮電路設備的可靠接地。然后，將走向相同的導線包扎成束，并用不同的材料作線束的保護層。這樣，對線束就能夠進行合理有效的保護。此外，線束應具備裝拆方便、維修方便的特點。本人在設計三星sxz2815的線束時，把走向相同的起動機和發(fā)電機的導線包扎在一起，形成一束線束。

3.1導線不同顏色的原則

為了汽車生產(chǎn)和維修方便，不同電路元件之間的連接導線絕燃層，采取不同的顏色。因而，在制造線束時，應購置各種不同型號、不同顏色的導線。

3.2導線合理的橫截面積的原則

導線的橫截面積是指線芯的橫截面積。合理的導線橫截面積是線束設計時重點考慮的對象。它是根據(jù)所連接的用電設備的功率大小來定，在電壓一定情況下，功率大的用電設備流過所連接的導線的電流就大。因此，就應該選擇橫截面積大的導線。反之，功率小的用電設備，流過所連接的電流就小。因此，就應該選擇橫截面積較小的導線。若用小橫截面積的導線來連接大功率的用電設備時，流過導線的大電流便會產(chǎn)生較大的熱量而把導線的絕燃層燒毀，造成短路的事故。因此，在設計線束時，應充分考慮用電設備的功率。根據(jù)用電設備的功率來確定導線的橫截面積。

3.3導線最短距離的原則

在確定用電設備之間導線的長短問題時，盡量考慮最短的距離，因為選用最短的導線既可以節(jié)省材料、降低成本，又可以減少連接設備之間的電阻，減少電壓降，從而提高用電效率。因此，在設計線束時，是根據(jù)用電設備之間的距離，來確定導線的尺寸。

3.4導線保護層的原則

導線的走向和尺寸確定之后，就要進行包扎，線束包扎主要是對線束進行保護的作用。因為，汽車在行駛過程中，路面的泥漿和水會帶著一些化學物質(zhì)飛濺在線束上，對線束有一定的腐蝕的作用。同時，線束也會與車身產(chǎn)生摩擦，一旦絕燃層被破壞，就會造成短路，使車輛出現(xiàn)故障。因此，對線束進行包扎保護和緊固也很重要。

3.5導線便于維修的原則

車輛在行使的過程中，由于自然的老化的現(xiàn)象或使用不當?shù)仍颍豢杀苊獬霈F(xiàn)故障。因此，對車輛的維修在所難免。當涉及到電路的維修時，就順著線束的走向來用電設備進行檢修，如：中心保險絲、繼電路等。因此，在設計線束時，要充分考慮電路元件的安裝位置，把用電元件安裝在容易觸摩得到的地方，以便于檢查和維修。

4　線束設計過程

4.1導線橫截面積的選擇

4.1.1導線許用電流

導線許用電流是指導線本身所允許通過電流流量能力［1］。許用電流應比額定電流要大，一般大20%～40%左右。否則，設備工作時導線就會因為超負荷的電流流過產(chǎn)生的熱量造致絕燃層燒壞。在整個汽車電系中，電源電路尤其重要。汽車上有兩個電源：蓄電池和發(fā)電機。發(fā)電機輸出的功率應大于全車電路元件的功率之和。這樣，電路元件才能正常工作，否則，用電設備就會處于欠壓的情況下而無法正常工作。

4.1．2導線的電壓降

電壓降是指用電設備在工作過程中，當電流流過導線時，由于導線的電阻對電流起到一定的阻礙作用［1］。從而，消耗了一定的電量，從而造成用電設備終端電壓降低，把這個電壓降低值稱為電壓降。在線束設計時，當導線長度定下來以后，就需要考慮終端用電設備電壓，以保證達到額定電壓值。這樣用電設備才能夠正常工作。在12 V電路系統(tǒng)中，線路所造成的電壓降應小于0.5 V，在24 V電路系統(tǒng)中。線路電壓降應小于0.6 V.如果電壓降超過這個范圍，用電設備就有可能會處于欠壓狀況下，而無法正常工作。在整車用電設備當中，起動機工作時所消耗的電能最大，造成的電壓降也就最大，起動機起動時，造成電壓降一般達到1.0 V左右。而蓄電池的額定電壓是有限的，有效電壓在12.4～12.6 V范圍［1］，起動機工作時，蓄電池電壓便處放電的狀態(tài)，放電電壓只有11.4～11.6 V左右［1］。這時發(fā)電機的發(fā)電量又處于未正常狀態(tài)，因此，整車上的其它用電設備基本上就靠這個電壓來維持了。因此，要想用電設備能正常工作起動機起動時，電壓降越低越好。

導線橫截面積主要是由許用電流及電壓降兩方面來決定。下面以大燈及大燈線路為例來進一步進行論述導線橫截面積的設計問題。當大燈的功率為55W，蓄電池電壓為12 V，導線長度為6 m時，需要選擇的導線的線徑可如下確定：

（1）計算出大燈的額定電流，由功率公式P=IU可以推出I=P/U，所以大燈額定電流I=55W/12 V =4.58 A［1］.

（2）計算大燈連接導線橫截面積，由電阻率公式R=ρL/S和歐姆定律I=U/R可以推出大燈導線額定橫截面積S=ρIL/U mm2［1］，把銅的電阻率0.0175Ω mm2/m、額定電流4.58A、導線長度6 m、電壓降0.5 V代入S=ρIL/U mm2［1］，得到大燈導線額定橫截面積S=ρIL/U＝0.0175Ωmm2/m（銅）×4.58A×6m/0.5 V =0.962 mm2［1］.

（3）完整大燈導線橫截面積的計算值，考慮導線端子、開關、繼電路、保險絲所產(chǎn)生的電壓降。再加上開燈瞬間所耗的電量增大約30%左右的情況下，應在0.962 mm2基礎上加上0.962 mm2×30%＝0.289 mm2，大燈導線橫截面積為0.962 mm2+0.289 mm2＝1.251 mm2，完整大燈導線橫截面積的計算值S=1.5 mm2的導線。

4.1．3用電設備功率較小時導線橫截面積的確定

當用電設備的功率較小時，所需要的額定電流也較小。因此，截面也應較小，但當導線截面較小時，在汽車在行駛過程中，由于震動，可能會出現(xiàn)導線折斷的現(xiàn)象。因此，導線截面不宜過小。根據(jù)本人多年來從事專業(yè)的工作經(jīng)驗，當額定電流小于3 A時，導線橫截面為0.75 mm2比較合適。

4.2導線材料、絕燃顏色、導線端子、線束護套的選擇

（1）導線材料按JB677—71標準來確定［2］，選用QVR型銅芯聚氯乙烯絕燃低壓電線［3］。此外，由于發(fā)動機表面溫度較高，發(fā)動機線束應選用耐熱的QVR—105型銅芯聚氯乙烯絕燃低壓導線［2］。

（2）有關導線顏色的選用方面［2］，應把全車導線顏色進行統(tǒng)籌設計，負極采用一種顏色，一般用黑色線為負極線。此外，把截面積相同時的導線采用不同的顏色［2］，以利于安裝和維修。若用同一種顏色截面積又相同的導線來連接不同的用電設備時，在裝配或修理汽車時，就容易產(chǎn)生混亂。有關導線的顏色選擇依照《中華人民共和國行業(yè)標準》。

（3）導線端子表面需進行防腐處理，預防氧化。當用電設備許用電流低于9 A時，采用寬度為2～4.8的端子［3］。用電設備許用電流大于10 A時，采用用寬度為6.3～9.5 cm或以上的端子［3］。導線端子的尺寸選擇可在《天海電路》查到。

（4）為了方便電設備的安裝與維修，在盡量在同一組線束采相同規(guī)格與顏色的絕燃防護套。特別是在線束經(jīng)過車身孔處，必須加上防護套，否則，汽車在行駛過程中，由車輛顛頗，鈑金便會使導線的絕燃層割穿而出理短路。同時絕燃防護套也可以防止高溫、泥水或其它一些酸堿性物質(zhì)的腐蝕破壞，底盤導線采用阻燃和機械性能好的波紋防護套。而駕駛室線束采用耐寒、耐熱絕燃塑料粘膠帶包扎。本人在設計三星汽車SXZ2815底盤線束時，導線的材料是選擇銅芯導線耐熱150℃的聚氯烯絕燃低壓電線，在導線顏色的設計時，起動機電源線用B（黑色），控制線用Y（黃色）。

5　結束語

為了裝配和維修車輛的方便，在設計時，一般把整車線束分成若干段。首先，在整車線束上找到適合的分段點，該分段點必須具備拆裝方便和維修方便的特點。一般在底盤與駕駛室的交界處和駕駛室與發(fā)動機交界處進行分段比較合適。把整車線束分成若干段后，畫出分段線束圖，并標注出分段線束之間的接插件。因為，是靠這些接插件把分段的線束連接起來成為整車線束的。此外，為了線束的生產(chǎn)的方便，畫出每分段線束相對應的線路走向圖，線路走向圖實則是線束的解剖圖。圖上清楚注明該線束的導線的數(shù)目、截面積的大小和顏色。這樣，技術工人就能夠在生產(chǎn)線束時，根據(jù)線路走向圖，找出實際導線的數(shù)目，把導線截面積的大小、顏色擺在一起，然后包扎起來，便形成線束。

［1］王希波．機械制圖與電氣制圖［M］．第三版.北京：勞動出版社，2003．

［2］蔡明德．中華人民共和國行業(yè)標準［M］．北京：勞動出版社，1989.

［3］河南天海電路公司．天海電路［M］．河南：河南天海電路公司，1998．

The Prin Cip le and Way of Automobile Wiring Harness Design

CHEN Jing-yuan
（Electrical and Mechanical Engineering Institue Lingnan Normal University，Zhanjiang Guandong 524048，China）

The development of new automobile technology，the increase of the electrical components on the vehicle ismore obvious，the car has been developed into a high degree of mechanical and electrical integration by the original simple circuit and mechanical structure.The signal transmission and equipment receiving work instructions on the vehicle are done by the wire harness，and the wire harness plays a role of the bridge in the electrical system of the vehicle.The purpose of harness design is to improve the service life of the vehicle electrical system，which ismore effective to protect the safety of vehicles and personnel.And the design method is correct or not is the key to achieve the ultimate goal of the design，if the design method is not possible to achieve the purpose of design is not possible to achieve.Even causing the car wiring harness short circuit，burn the line even harm to the vehicle and personnel life safety.The according to the work experience I have engaged in automobile production，maintenance，design and automotive professional teaching formore than 20 years of proposed the relevant issues related to the design method and design process of the automotive wiring harness，hope can play a valuable role.

automobile wiring harness；design method；principle；design process

U463.5

A

1672-545X（2016）06-0025-03

2016-03-13

湛江市非資助科技攻關計劃項目（2014B01095）資助。

陳敬淵（1968－），男，廣東湛江人，本科，教師，主要從事汽車制造與維修工藝、汽車實驗研究。