劉曉軍

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某車型汽車線束系統(tǒng)設(shè)計及測試研究

劉曉軍

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

汽車線路是整車上必不可少的一部分，所有線束均連接整車用電設(shè)備，線束對整個電路而言非常重要，線束匹配不良造成電器無法工作、過載短路等情況的發(fā)生，都會造成不好的后果。線束系統(tǒng)測試是對線束設(shè)計進行驗證過程。

線束；保險匹配；線束系統(tǒng)測試

CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)05-79-04

引言

汽車線束是汽車電路的連接主體，沒有線束也就沒有汽車電路，線束是由導線、連接器、電氣盒、保險絲、繼電器及一些絕緣膠帶等輔助材料組成。隨著汽車電氣化水平越來越高，汽車線束也越來越復雜，這就要求線束具有數(shù)據(jù)傳輸性能、很高的可靠性。

1、汽車線束設(shè)計流程

線束設(shè)計首先要根據(jù)項目構(gòu)化的電氣功能配置，并結(jié)合本公司的現(xiàn)有的電氣架構(gòu)平臺進行整車電氣原理圖設(shè)計，同時結(jié)合車體3D數(shù)據(jù)進行線束三維布置，完在成線束二維圖紙初版。再根據(jù)線束首次樣件結(jié)合電器臺架進行功能驗證。最后進行整車電器搭載及測試驗證。

本文主要介紹線束系統(tǒng)中保險絲、導線線徑、接地、繼電器的設(shè)計以及整車電器系統(tǒng)的測試驗證。

1、汽車保險絲設(shè)計

汽車保險絲主要是用來保護線束的，根據(jù)用電設(shè)備的功率選取合適的保險，然后在根據(jù)保險的規(guī)格來選取合適的線徑。其中緩熔保險一般用于一級保護，主要用于保護主線路保險，也用于保護一些瞬時大功率及電機類的用電設(shè)備。

1.1 保險容量的常規(guī)選擇

1.1.1 計算電器負載電流

負荷電流(A) = [額定功率(W)/公稱電壓(V)] X [電源電壓(V)/公稱電壓(V)]

額定功率(W);負荷的額定功率

公稱電壓(V);負荷的額定功率定義時電壓

電源電壓(V);實際電源電壓

1.1.2 選擇適用于負載的保險的額定電流

根據(jù)負載電流和環(huán)境溫度決定

?MINI保險負荷余量率：額定電流的75%以下；

?J-CASE保險負荷余量率：額定電流的50%以下。

保險負載電流(A) = [負荷電流(A)/負荷余量率(%)]

保險環(huán)境溫度額定電流(A)=保險額定值(A)/溫度折減系數(shù)。

保險環(huán)境溫度額定電流(A)≧保險的負載電流/溫度折減系數(shù)。這只是相對于穩(wěn)態(tài)電流而言，由于汽車電器大部分是脈沖電流和穩(wěn)態(tài)電流的疊加值，并且同時還要考慮保險工作的環(huán)境溫度，根據(jù)不同的保險絲廠家提供的環(huán)境溫度值進行修正。

下圖為某廠家MINI型保險絲溫度折減系數(shù)表：

圖1

下圖是某廠家J-CASE型保險絲溫度折減系數(shù)表：

圖2

通常，駕駛室內(nèi)溫度按照80℃選擇，發(fā)動機艙溫度按照120℃選擇。溫度折減系數(shù)表如下：

表1

汽車上大多用電器并不是穩(wěn)態(tài)電流，而是脈沖電流和穩(wěn)態(tài)電流疊加（如下圖），相應(yīng)的保險絲必須要承受足夠的脈沖次數(shù)，經(jīng)驗值要求相對I2t＜30%,保險絲可以承受10萬次以上的脈沖沖擊。

圖3

此種特性的負載可以通過相對I2t來校核。脈沖電流I2t和保險絲熔斷I2t的比值得到相對I2t保險絲熔斷I2t是保險絲在熔化的過程中電流電流轉(zhuǎn)化的熱能。

圖4

2、導線線徑的選擇

按照耐溫等級，根據(jù)JASO D611標準將日標導線分為：普通一般導線：耐溫80℃，如：AV、AVS、AVSS等；耐熱導線：耐溫100℃，如：AVX、AVSX、AVSSX等；耐溫120℃，如：AEX、AESSX。

根據(jù)經(jīng)驗，不同類型的導線與保險的匹配關(guān)系：

表2

3、接地選擇

在接地的設(shè)計有個就近原則，就是在用電器的附近搭鐵，這樣就可以將在某一范圍內(nèi)的用電器的地合并在一起。一般有兩種方案。第一種方案，我們在線束中設(shè)計一個打卡點。然后在連接到車身上，其優(yōu)點是可以減少導線的使用，降低了線束的直徑與質(zhì)量，但是，這個也會引起接地信號會相互干擾。第二種方案，所有用電器直接接到車身接地點上。就可以降低這種干擾，但是他增加了線束的使用量。一般對于控制單元、傳感器、儀表等的地使用第二種方法，而對與燈具、風扇等就可以使用第一種方法。再者在選擇搭鐵點時，我們必須要將電子地和功率地區(qū)分開來，也要將模擬地和數(shù)字地分開來接，以避免信號間的相互干擾，因為他們對地的沖擊是不同的，而這種對地的沖擊會影響較敏感的電子電器元件的工作。但是對同一控制器而言，而不能將兩者分開太遠，因為，如果兩者距離過遠，那么兩者間的電位差就越大，那么對同一控制器而言，地電位就存在比較大的差異，這個也會影響用電器的工作。

我們知道在車身上，控制單元的地和電器負載的功率地是不同，在控制單元中，為了保證各種傳感器和執(zhí)行器的工作，控制單元就引一個地到車身，這個稱之為參考地，而其他傳感器的地就直接和控制單元相連，然后通過控制器的內(nèi)部在和參考地相連，這樣在控制單元就會把這個參考地的電位鉗制在零電位，同時將車身上雜波去除。而其他電器負載就搭鐵點作為參考電位。這兩者之間是不同的。車身搭鐵的分布，在電路中，電源都會由最近的地方回到電源的負極。 那么就要求我們在設(shè)計搭鐵點時，充分考慮其布置，保證電源都能回到蓄電池的負極，而不會對其他的地造成影響。

4、繼電器選型

汽車系統(tǒng)采用的是直流電，負載回路的繼電器觸點在斷開時候容易產(chǎn)生電弧。且不同的負載，由于特性一致，在回路接通瞬間，產(chǎn)生的沖擊電流或則浪涌電流大小和頻率都不一樣。對繼電器負載回路的影響也不一樣，觸點穩(wěn)態(tài)負載大小應(yīng)根據(jù)沖擊電流的大小降額使用。計算公式：負荷電流(A) = [額定功率(W)/公稱電壓(V)]*[電源電壓(V)/公稱電壓(V)]。公稱電壓為12V,電源電壓為13.5V。

部分汽車繼電器的負載能力，只標稱阻性負載，但汽車繼電器實際使用的往往不是阻性負載，而是感性負載、燈負載、電機負載，因存在較高的沖擊電流，觸點穩(wěn)態(tài)負載大小應(yīng)根據(jù)沖擊電流的大小降額使用。下面對幾種負載進行說明：

（1）燈負載：由于汽車大燈冷態(tài)電阻很小，接通瞬間的浪涌電流為穩(wěn)態(tài)電流的5倍-10倍。大的浪涌電流會使觸點產(chǎn)生熔焊失效。

（2）電機負載：電機負載主要有風機、油泵、雨刮電機等，電機負載在啟動時有4倍左右沖擊電流，持續(xù)時間300ms左右，容易造成觸點沾接。

（3）感性負載： 電磁鐵、喇叭接通瞬間會出現(xiàn)浪涌電流，關(guān)斷時，產(chǎn)生較高的反向電壓，貯存在電磁線圈中的電磁能通過觸點間燃弧消耗掉，這將導致觸點燒蝕，金屬轉(zhuǎn)移、粘接。

（4）阻性負載：阻性負載主要是電加熱設(shè)備。

5、線束系統(tǒng)測試

測試是驗證整車保險與線束的選擇是否合理，主要包括用電器負載特性測試、短路和過載測試。

5.1 負載特性測試：通過測量負載在不同的工作狀況時（啟動時、正常穩(wěn)定工作時或電機負載堵轉(zhuǎn)時）的電壓電流，以描述負載的動態(tài)及穩(wěn)態(tài)特性，測試原理如下。試驗時給整車蓄電池外接一個穩(wěn)壓直流電源，與蓄電池并聯(lián)提供一個14.4V（±0.2V）左右的電壓。測試原理圖如下：

圖5

以江淮某款SUV車型玻璃升降電機測試為例：測量升降電機在瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)兩種情況下負載電流電壓的最大值、平均值和持續(xù)時間。

圖6

以此為例對江淮某款SUV整車所有用電器負載特性統(tǒng)計，下圖為部分用電器負載特性測試：

表3

對于測試結(jié)果，出現(xiàn)以下為不符合項：

5.2 短路測試選取線束回路保護元件下的最具風險的負載進行，測量短路電流、以及由通到斷的時間數(shù)據(jù)，結(jié)合實際的線束表現(xiàn)以判定系統(tǒng)是否滿足實際需求其測試原理如下。驗時給整車蓄電池外接一個穩(wěn)壓直流電源，與蓄電池并聯(lián)提供一個14.4V（±0.2V）左右的電壓。測試原理圖如下：

圖7

以此為例對江淮某款SUV整車所有用電器進行短路測試統(tǒng)計，下圖為部分用電器短路測試：

表4

對于測試結(jié)果，出現(xiàn)以下為不符合項：

表5

5.3 加載測試主要是確認保險絲是否在規(guī)定時間后熔斷以及保險絲熔斷前導線是否有過熱或燒蝕、回路插件是否損壞。其原理是給保險回路加載一定的額定電流，確認保險絲熔斷時間和導線的溫度是否滿足要求

下圖為 MINI保險加載電流熔斷時間：

圖8

下圖為J-CASE保險保險加載電流熔斷時間：

圖9

同時以日標導線為例，對導線加載電流時，同時要求導線溫度不能超過導線冒煙溫度。

以日標導線為例，導線冒煙溫度：

表6

6、結(jié)論

汽車線束作為電氣系統(tǒng)的一個重要組成部分，對電器件能正常工作重要。本文從線束設(shè)計流程出發(fā)，分別介紹了線束與保險匹配、接地設(shè)計、繼電器選型以及整車電氣測試并結(jié)合江淮瑞風某款MPV車型，將汽車線束設(shè)計與測試應(yīng)用到實際車型中。

[1] 夏建華.接地技術(shù)在汽車線束設(shè)計中的應(yīng)用[J].河南省汽車工程學會，2011.08.

[2] 高攸剛. 屏蔽與接地[J]. 北京郵電大學出版社, 2004.

[3] 魏春源譯. BOSCH汽車工程手冊[J]. 北京理工大學出版社, 2009.

A Model the Vehicle Wire Harness Design and Test Research

Liu Xiaojun
( AnHui JiangHuai Automobile group CO., LTD., Anhui Hefei 230601 )

the wire harness is also indispensable important part of the automobile circuit. All wire harness connection vehicle electrical equipment. wire harness is very important for the whole circuit, Wirie harness match bad cause electrical not work properly while short circuit overload occurs, will cause bad consequences. Wiring harness system test is to verify this wiring harness design process.

wire harness; fuse matching; wiring harness system test

U467.3

A

1671-7988 (2017)05-79-04

劉曉軍，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.05.026