劉勝東

摘 要：線束作為汽車的神經(jīng)網(wǎng)絡，是將汽車各ECU用電設備聯(lián)系起來的橋梁，在整個汽車電器部件的開發(fā)工作中，線束開發(fā)工作的地位舉足輕重。本文主要從線束設計進行分析。

關鍵詞：汽車；線束；設計

引言

線束系統(tǒng)設計是一個很復雜的過程， 要考慮很多因素， 例如： 整車的空間布局， 線束各個位置的環(huán)境情況， 各用電器的功率， 整車的安裝空間等。以上因素都會制約線束系統(tǒng)的設計， 也就是說影響線束性能和布置的好壞。隨著汽車中使用的電子控制系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)越來越多， 若仍采用傳統(tǒng)的點對點連線方式， 則線束將十分的龐雜， 既占據(jù)了大量的空間也使系統(tǒng)的可靠性降低。

一、整車電氣原理設計

1.1低壓電氣設計原則

在進行低壓電氣設計時，遵循如下基本原則： 單線制利用汽車底盤、車身等金屬機件作為各種用電設備的共用連接線（俗稱搭鐵），而用電設備到電源只需另設一根導線。任何一個電路中的電流都是從電源的正極出發(fā)，經(jīng)導線流入到用電設備后，通過金屬車架流回電源負極而形成回路。

采用單線制不僅可以節(jié)省材料（銅導線），使電路簡化，而且便于安裝和檢修，降低故障率。但在一些不能形成可靠的電氣回路或需要精確電子信號的回路，為了保證其工作可靠，提高靈敏度，仍然采用雙線連接方式。

（1）負極搭鐵

所謂搭鐵，就是采用單線制時，將蓄電池的一個電極用導線連接到車身或底盤等金屬車體上。若蓄電池負極連接到金屬車體上，則稱為負極搭鐵；反之若蓄電池的正極連接到金屬車體上，稱為正極搭鐵。我國標準中規(guī)定汽車電器必須采用負極搭鐵，世界各國生產(chǎn)的汽車大多也采取負極搭鐵方式。

（2）兩個電源

兩個電源指汽車低壓有12V蓄電池和DC/DC兩個供電電源。12V蓄電池為輔助電源，在汽車未上高壓時向有關用電設備供電；DC/DC為主要電源，高壓系統(tǒng)上電后，DC/DC開始為低壓用電設備供電，同時給12V蓄電池進行充電。兩者互補有效地保證了低壓設備在不同情況下都能正常工作，同時也可以延長12V蓄電池的供電時間。

（3）用電設備并聯(lián)

將汽車上的各低壓用電設備都采用并聯(lián)方式與電源連接，各設備由各自串聯(lián)在其支路的專用繼電器、保險控制，互相不產(chǎn)生干擾。

（4）低壓直流供電

低壓設備統(tǒng)一采用12V直流電壓供電。

1.2高壓電氣設計原則

在進行高壓電氣設計時，遵循如下基本原則：

（1）雙線制

高壓電壓等級為326V，高壓部件有動力電池、空調(diào)壓縮機、電動暖風和驅動電機、充電機和DC/DC。由于高壓部件多為大功率器件，為保證運轉良好、安全無漏電，高壓電氣系統(tǒng)設計均采用雙線制。

（2）高低壓系統(tǒng)分離式設計

將高低壓線束分離開來，避免將高壓系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁干擾引入低壓系統(tǒng)，保證低壓系統(tǒng)通訊、控制信號不受干擾。

二、整車高低壓線束設計

2.1導線截面積計算

根據(jù)各用電設備的負載電流大小確定導線的截面積，計算原則為長時間工作的用電設備選用實際載流量的60%的導線，短時間工作的用電設備則可選用實際載流量60%-100%之間的導線。同時，還需要考慮電路中的電壓降和導線發(fā)熱等情況，以免影響用電設備的電氣性能和超過導線的允許溫度。

銅導線的安全載流量的推薦值為5-8A/ mm2，選擇7A。銅芯導線截面積S的上下限計算公式為：S =< I /（5-8） >= 0.125 I-0.2 I。 其中，S為銅導線截面積（mm2），I為負載電流（A）。

2.2導線顏色選擇

為便于安裝和檢修，汽車采用雙色導線，主色為基礎色，輔色為環(huán)布導線的色條帶或螺旋色帶，且標注時主色在前，輔色在后。以雙色為基礎選用時，各用電系統(tǒng)的電源線為單色，其余為雙色。

2.3汽車線束

為使汽車線路規(guī)整，安裝方便及保護導線的絕緣，汽車上的全部低壓線路，一般將不同區(qū)域的不同規(guī)格的導線用棉紗或薄聚氯乙烯帶包扎成束，這就是線束。在設計中，還需將局部塑料包扎后的線束放入側切口的塑料波紋管內(nèi)，使其強度更高，保護性能更好，查找線路故障也更便捷。

三、碰撞與高壓電安全防護設計

碰撞與高壓安全防護設計研究包括開展整車高壓電氣安全技術研究，高壓電纜布局、防護、干擾抑制設計，高壓部件設計、匹配及控制技術，高壓電安全管理技術研究，以提高汽車防塵、防水及防爆等級，實現(xiàn)漏電自檢和保護功能等。

3.1 高壓電氣系統(tǒng)分析

汽車高壓系統(tǒng)由動力電池、電機控制器、驅動電機、高壓控制盒、DC/DC變換器、車載充電機、電空調(diào)系統(tǒng)（電動壓縮機制冷+PTC制熱）等部件組成。其中動力電池、電機控制器、驅動電機為車輛唯一的能量源和動力源，驅動車輛行駛，輸出功率較大。高壓控制盒作用是通過低壓信號對高壓繼電器進行控制來實現(xiàn)對高壓電器件的上電下電功能，將動力電池的電能分配到各高壓輔助系統(tǒng)，并對分系統(tǒng)分別設置熔斷器進行保護。DC/DC變換器的主要功能是將高壓電轉換為12V的低壓電，為車輛燈光、音響、控制器等低壓設備供電同時給鉛酸電池進行充電，其作用等同于傳統(tǒng)車中的發(fā)電機。

3.2 高壓線束設計原則

C30DB高壓線束設計，遵循如下基本原則：

（1）采用雙線制：即高壓正、負極各自走線，正、負極導線之間及正、負極導線與底盤（車體）之間要保證絕緣。根據(jù)國家標準，絕緣電阻應大于500Ω/V；

（2）高低壓系統(tǒng)分離式設計：將高低壓線束分離開來，避免將高壓系統(tǒng)產(chǎn)生的電干擾引入低壓系統(tǒng)，保證低壓系統(tǒng)通訊、控制信號不受干擾；

（3）顏色區(qū)別：采用橙色醒目的線束外覆蓋件進行包裹，以警示高壓危險；

（4）電路保護裝置：為防止電流過載或短路，各支路中必須設置保護裝置，如熔斷器、斷電器等；

（5）安全電路：為避免車輛在充電過程中誤操作行車，在充電口設置充電開關，實現(xiàn)物理切斷主繼電器。

3.3 高壓連接器選擇

高壓連接器必須具有安全性、防水性、耐用性，具有防止震動而松脫的功能。安全性包括防手指觸碰、防帶電插拔、絕緣、機械強度；高壓連接器多數(shù)布置在機艙內(nèi)部，要求防水性能不低于IP67。

3.4 高壓導線選型

汽車的高壓電纜工作在高電壓大電流的情況下，要求具有嚴格規(guī)定，如漏電特性、防水特性、耐熱特性、耐燃燒特性、屏蔽特性、強度特性；上述特性直接決定高壓線纜的外徑、柔軟度、絕緣皮的材質(zhì)，常用高壓電纜的絕緣材質(zhì)有硅橡膠和TPE，硅橡膠具有耐燃燒特性優(yōu)越，但耐磨、機械性能較差，綜合考慮TPE材料的電纜綜合性能較強；高壓導線的各種性能參數(shù)按ISO6722標準來執(zhí)行。 考慮到線纜尺寸引起的壓降問題、工作溫度、環(huán)境溫度等問題，為避免電纜發(fā)熱，根據(jù)導線截面積計算公式。

四、結束語

隨著汽車電子的飛速發(fā)展，汽車線束行業(yè)也在發(fā)生日新月異的變化。在不斷完善傳統(tǒng)設計的基礎上，對新技術的不斷探索與學習顯得尤為重要?？梢灶A見的是，在國家大力倡導新能源汽車以及汽車輕量化的背景下，整個汽車線束行業(yè)將迎來重大發(fā)展機遇。

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