馬雷剛
(安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司,安徽 合肥 230601)
載貨汽車的搭鐵設(shè)計(jì)探討
馬雷剛
(安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司,安徽 合肥 230601)
文章針對載貨汽車電氣系統(tǒng)中的重要組成部分——搭鐵的設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。分別討論了汽車搭鐵的功能類型分類、各種搭鐵連接方式的優(yōu)缺點(diǎn)、及設(shè)計(jì)目標(biāo)的設(shè)置和實(shí)施方案的選擇,結(jié)合載貨汽車具體搭鐵布置與連接結(jié)構(gòu),最終從設(shè)計(jì)的角度總結(jié)出一套搭鐵建議方案,以便后期汽車電路的搭鐵設(shè)計(jì)時(shí)參考使用。
搭鐵設(shè)計(jì);電壓降;電阻
CLC NO.:U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)08-34-03
汽車電路中從電源到用電設(shè)備只用一根導(dǎo)線連接,以汽車底盤、發(fā)動(dòng)機(jī)等金屬機(jī)體作為一根公用導(dǎo)線的接線方式稱為單線制。采用單線制時(shí),電源的一個(gè)電極接到車體上稱為搭鐵。汽車電源系統(tǒng)的負(fù)極與車體相連稱作負(fù)極搭鐵,反之為正極搭鐵。按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,國產(chǎn)汽車電氣系統(tǒng)均采用負(fù)極搭鐵的形式[1]。隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷進(jìn)步,為使汽車具備更高的可操作性、安全性和舒適性,要在汽車內(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。曾有有車輛出現(xiàn)過因儀表臺骨架由噴漆改為過塑處理工藝變化引起儀表臺處的搭鐵點(diǎn)搭鐵不良,導(dǎo)致出現(xiàn)開雨刮時(shí)水溫指示偏高的問題。汽車搭鐵的設(shè)計(jì)一定要引起足夠重視。
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)信號搭鐵:其功能是保證汽車上一些自動(dòng)化設(shè)備能夠良好運(yùn)行,主要包括無線設(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嚩嘤媒饘儆拖洌胰団k金件較多,很少有此類問題。
(1)串聯(lián)單點(diǎn)搭鐵,其等效電路如圖1所示。電器件1、2、3經(jīng)過的電流分別是I1、I2、I3,串聯(lián)搭鐵回路各處的等效電阻分別為R1、R2、R3,那么掛點(diǎn)A、B、C三點(diǎn)的電位則分別是UA=(I1+I2+I3)R1,UB=UA+(I2+I3)R2,UC=UA+UB+ I3R3。由此可知,采用串聯(lián)單點(diǎn)搭鐵連接方式,雖可以極大的減少導(dǎo)線的使用量簡化線束且方便布置,但當(dāng)電器件電流較大時(shí)各掛接點(diǎn)的電位相差較多,當(dāng)開啟或關(guān)閉某一電器件時(shí),會使另外電器件的搭鐵電位發(fā)生劇烈跳變。
圖1 串聯(lián)單點(diǎn)搭鐵等效電路圖
(2)并聯(lián)單點(diǎn)搭鐵連接方式,其等效電路如圖2所示。電器件1、2、3的搭鐵電位UA=I1R1,UB=I2R2,UC=I3R3。此種連接方式各電器件搭鐵電位互不影響,能夠有效的提高抗干擾性能,但存在搭鐵導(dǎo)線使用量多,布置難度加大的缺點(diǎn)。
圖2 并聯(lián)單點(diǎn)搭鐵等效電路圖
車輛的搭鐵連接中,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3。我們要做的就是通過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回路搭鐵成并聯(lián)結(jié)構(gòu)以減少電源搭鐵對信號搭鐵的影響。
圖3 車輛搭鐵等效電路圖
搭鐵設(shè)計(jì)的目的通過具體的措施,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。我們的方法是通過合理的分析、布局、連接以實(shí)現(xiàn)資源高效的利用。
(1)電源搭鐵類,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,可以充分利用車架和車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。各電器件用較大截面導(dǎo)線就近連接到這個(gè)平臺上,這樣就會形成每個(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)。
載貨汽車搭鐵的金屬載體按模塊主要分為:車身鈑金、車架、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體、儀表臺金屬骨架等幾部分。而電源的負(fù)極有發(fā)電機(jī)負(fù)極和蓄電池負(fù)極兩個(gè)。常見的布置及連接如圖4所示。儀表臺金屬骨架與駕駛室直接貼合在一起形成導(dǎo)通連接;駕駛室與車架通過駕駛室懸置形成導(dǎo)通連接,并通過電纜5進(jìn)行并聯(lián)加強(qiáng);車架與蓄電池負(fù)極之間通過電纜1進(jìn)行導(dǎo)通連接;發(fā)動(dòng)機(jī)與車架通過發(fā)動(dòng)機(jī)懸置形成導(dǎo)通連接,并通過電纜3進(jìn)行并聯(lián)加強(qiáng);起動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)分別通過電纜2和電纜4形成與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的導(dǎo)通連接。
圖4 一般載貨汽車搭鐵連接主干回路結(jié)構(gòu)
(1)由于起動(dòng)回路電流較大,重型載貨汽車短時(shí)電流達(dá)1000A以上,因此電纜1、電纜2、電纜3的截面一定要足夠大,電纜長度要盡量短,電纜3的布置在起動(dòng)機(jī)附近,以保證起動(dòng)機(jī)工作的電壓充足。
(2)電纜4極其兩端接觸電阻是發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后整個(gè)車輛搭鐵回路的終端串聯(lián)電阻,這段回路電阻也要盡可能減小,圖5的連接方式進(jìn)行起動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)和車架之間的搭鐵連接也是一種很好的方式。減少發(fā)電機(jī)到車架和起動(dòng)機(jī)到車架兩條搭鐵回路中搭鐵螺栓安裝形成的接觸電阻的次數(shù),減少起動(dòng)回路電阻,也減少發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體上的搭鐵安裝點(diǎn)及由于搭鐵刮漆不良產(chǎn)生高電阻的風(fēng)險(xiǎn)。但此種方式會使得電纜4的長度增加。
圖5 起動(dòng)機(jī)處的搭鐵連接
(3)電纜5及其兩端接觸電阻(駕駛室懸置的導(dǎo)電性能因材料和結(jié)構(gòu)不同,差別很大,此處不予討論)是駕駛室內(nèi)搭鐵電器件的搭鐵串聯(lián)部分電阻,對駕駛室內(nèi)搭鐵電器件影響較大。因此電纜5的設(shè)置要盡可能的短,以充分利用車身和車架的良好導(dǎo)電性能,電纜內(nèi)導(dǎo)體截面以8mm2以上為佳(具體根據(jù)駕駛室搭鐵的用電器功率調(diào)整)。這樣在駕駛室內(nèi)就形成了一個(gè)至電源負(fù)極低電阻的平臺。這樣駕駛室內(nèi)的電源搭鐵到電源負(fù)極的電阻比較小,電壓降也小。駕駛室內(nèi)的信號搭鐵也會有一個(gè)小電阻的和駕駛室內(nèi)電源搭鐵的共用回路。
(4)駕駛室內(nèi)電器件的信號搭鐵和電源搭鐵一定分開安裝。禁止使用一個(gè)搭鐵點(diǎn),以盡可能的降低共用回路的長度(是抽象意義上的長度,此處指減少了一個(gè)安裝搭鐵點(diǎn)時(shí)形成的共用接觸電阻)。如果某駕駛室內(nèi)電器件的信號接地要求非常高,我們可以以較大截面導(dǎo)線引出連接至車架甚至電源負(fù)極,以盡可能的減少共用回路的長度和電阻值,達(dá)到“到電源負(fù)極的小電壓降”的目標(biāo)。
表1 一般載貨汽車搭鐵連接建議表
好的車輛的搭鐵設(shè)計(jì)是車輛各功能用電器正常工作的重要保證,試驗(yàn)測試和驗(yàn)證是設(shè)計(jì)是否達(dá)到目標(biāo)的最好的手段。只有通過不斷的測試比較和設(shè)計(jì)改正、優(yōu)化才能最終形成一個(gè)優(yōu)秀的作品。
[1] 孫仁云,付百學(xué). 汽車電器與電子技術(shù).北京:機(jī)械工業(yè)出版社[M], 2006,8.
Discussion on the Ground Design of Truck
Ma Leigang
( Anhui Jianghuai Automobile Corp., Ltd., Anhui Hefei 230601 )
The design of the grounding system that is an important part of the truck electric system is discussed in this paper. Discusses the classification of function types of the grounding, advantages and disadvantages of various ground connections, the design goal setting and the implementation plan choice,Combined with the specific truck ground layout and ground connection structure, Finally summed up a set of ground proposals from the perspective of design For later reference use.
Ground design; Voltage drop; Resistance
U462.1
A
1671-7988 (2017)08-34-03
馬雷剛,就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心。
10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.08.011