斷路器最大的特點(diǎn)是可恢復(fù)性，但其成本較高，使用較少。斷路器一般都是熱敏機(jī)械裝置，它利用兩種金屬的不同熱變形，使觸點(diǎn)開閉或自行接通。新型的斷路器，使用PTC固體材料作為過流保護(hù)元件，它是一種正溫度系數(shù)的電阻，根據(jù)電流或溫度的高低斷開或接通。這種保護(hù)元件的最大優(yōu)勢(shì)是當(dāng)故障排除后能自動(dòng)接通，不需人工調(diào)節(jié)和拆換。

 

3．易熔線

 

易熔線的特點(diǎn)是當(dāng)線路通過極大的過載電流時(shí)，易熔線能在一定的時(shí)間內(nèi)（一般≤5s）熔斷，從而切斷電源，防止產(chǎn)生惡性事故。易熔線也是由導(dǎo)體和絕緣層構(gòu)成，絕緣層一般為氯磺化聚乙烯材料，因?yàn)榻^緣層較厚，所以看。起來(lái)比同規(guī)格的導(dǎo)線粗。

 

易熔線一般接在蓄電池直接引出的電路中。易熔線的常用的公稱截面有0.3mm2、0.5mm2、0.75mm2、1.0mm2、1.5mm2，甚至還有8mm2等更大截面的易熔線。易熔線的導(dǎo)線線段長(zhǎng)度分為（50±5）mm、（100±10）mm、（150±15）mm3種。

 

易熔線應(yīng)有明顯的標(biāo)志，當(dāng)其熔斷后，其標(biāo)志仍應(yīng)存在以便于更換。

 

（三）繼電器的選取設(shè)計(jì)

 

繼電器分為電流式和電壓式2種。一般根據(jù)用電器的功率和開關(guān)的承載能力來(lái)決定是否選用繼電器。常用繼電器的設(shè)備一般有刮水器、喇叭、除霜、前照燈、霧燈、風(fēng)扇、鼓風(fēng)機(jī)、轉(zhuǎn)向燈（閃光器）等。繼電器分6V、12V、24V3種，常用的繼電器額定電壓為12V。

 

選用繼電器要參考的技術(shù)要求：①可靠性好；②性能穩(wěn)定；③質(zhì)量輕、體積小、壽命長(zhǎng)，對(duì)周圍元器件影響小；④結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好、成本低。

 

（四）搭鐵分配設(shè)計(jì)原則

 

發(fā)動(dòng)機(jī)ECU、ABS等對(duì)整車性能及安全影響大，且易受其他用電設(shè)備干擾，所以這些件的搭鐵點(diǎn)一定要單設(shè)。

 

對(duì)于安全氣囊系統(tǒng)，它的搭鐵點(diǎn)不僅應(yīng)單設(shè)，而且為了確保其安全可靠，最好采用復(fù)式搭鐵。其目的是其中一處搭鐵失效，系統(tǒng)可以通過另一搭鐵點(diǎn)搭鐵，確保系統(tǒng)安全工作。

 

無(wú)線電系統(tǒng)為避免干擾，也要單獨(dú)搭鐵。

 

弱信號(hào)傳感器的搭鐵最好獨(dú)立，搭鐵點(diǎn)最好是在離傳感器較近的位置，以保證信號(hào)的真實(shí)傳遞。

 

其他電器件可根據(jù)具體布置情況相互組合共用搭鐵點(diǎn)。原則是就近搭鐵，避免搭鐵線過長(zhǎng)，造成不必要的電壓降。

 

蓄電池負(fù)極線、發(fā)動(dòng)機(jī)搭鐵線等因?qū)Ь€截面較大，因此一定要控制好線長(zhǎng)和走向，減小電壓降；為增加安全性，發(fā)動(dòng)機(jī)、車身一般要單獨(dú)連到蓄電池負(fù)極搭鐵；

 

搭鐵方式：一是通過孔式接頭搭鐵，此法一定要在接頭的尾部烤上熱縮管絕緣；二是通過內(nèi)部短接的護(hù)套直接搭鐵。

 

2 線束三維布局走向設(shè)計(jì)

 

此流程主要是模擬仿真不同區(qū)域的線束走向、直徑，考慮線束過孔的密封和保護(hù)，模擬線束的固定孔位和固定方式等，如圖1所示。三維布線用的主要軟件有PRO-E、UG和CATIA等。

 

3 插接件的選取設(shè)計(jì)

 

插接件是線束的核心部件，插接件的性能直接決定著線束整體的性能，而且對(duì)全車的電器穩(wěn)定性、安全性起著決定性的作用。

 

（一）插接件的選取設(shè)計(jì)原則

 

插接件選取要保證與電器件的良好接觸，使接觸電阻降為最低，提高可靠性，優(yōu)先選用雙彈簧式壓緊結(jié)構(gòu)的插接件。

 

根據(jù)導(dǎo)線的截面積和通過電流的大小合理選擇插接件。

 

發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)對(duì)接的護(hù)套，由于艙內(nèi)溫度、濕度偏大且存在著很多腐蝕性氣體和液體，因此一定要選擇防水性護(hù)套。

 

在同一條線束中若用同一種護(hù)套，其顏色一定要有區(qū)別。

 

基于汽車外觀的整體協(xié)調(diào)性，在發(fā)動(dòng)機(jī)艙中應(yīng)優(yōu)先選用黑色或深色的護(hù)套。

 

為減少線束對(duì)接用護(hù)套的種類和數(shù)量，優(yōu)先選用混合型件，使裝配固定方便。

 

對(duì)于要求性能較高的安全氣囊、ABS、ECU等用的端子插接件，應(yīng)優(yōu)先選用鍍金件以保證安全可靠性。

 

蓄電池接頭（電瓶夾）內(nèi)部為錐體，錐度為1:9；電瓶夾的材料為鍍錫銅、鍍鋅銅或鉛銻合金。

 

不同規(guī)格的插接件可承載的電流一般如下：1系列，10A左右；2.2或3系列，20A左右；4.8系列，30A左右；6.3系列，45A左右；7.8或9.5系列，60A左右。

 

（二）插接件原材料（材質(zhì)）性能分析

 

1．護(hù)套材質(zhì)（塑料件）

 

常用的材質(zhì)主要有PA6、PA66、ABS、PBT、pp等，筆者總結(jié)了它們的具體性能差異，見表2。設(shè)計(jì)插件時(shí)可根據(jù)不同的需求選擇不同的材質(zhì)，還可根據(jù)實(shí)際情況在塑料中添加阻燃或增強(qiáng)材料，以達(dá)到增強(qiáng)或阻燃的目的，如添加玻璃纖維增強(qiáng)等。

 

2．端子材質(zhì)（銅件）

 

插接件用的銅主要是黃銅和青銅（黃銅的硬度比青銅的硬度稍低），其中黃銅占的比重較大。另外，可根據(jù)不同的需求選擇不同的鍍層。

 

4 導(dǎo)線的選取設(shè)計(jì)

 

（一）導(dǎo)線類型的選擇

 

線束設(shè)計(jì)選用導(dǎo)線類型重點(diǎn)考慮線束所處的環(huán)境和功能。例如：發(fā)動(dòng)機(jī)周圍環(huán)境溫度高，腐蝕性氣體和液體也很多。因此，一定要使用耐高溫、耐油、耐振動(dòng)、耐摩擦導(dǎo)線；行李廂蓋上的導(dǎo)線要在低溫下保持其彈性，所以要選用冷彈性導(dǎo)線保證其正常工作；自動(dòng)變速器上的導(dǎo)線一定要耐高溫、耐液壓油，其溫度穩(wěn)定性要好；弱信號(hào)傳感器要用屏蔽導(dǎo)線，例如爆震傳感器和曲軸位置傳感器、ABS輪速傳感器等；門內(nèi)線耐彎曲性要求高等。

 

汽車線束常用的導(dǎo)線通常使用多股絞合銅導(dǎo)線，絕緣皮為PVC絕緣材料。線束用導(dǎo)線要有耐溫、耐油、耐磨、防水、防腐蝕、抗氧化、阻燃等特性。

 

汽車線束常用的導(dǎo)線種類有日標(biāo)（AVSS等）、國(guó)標(biāo)（QVR）、德標(biāo)（FLRY）、美標(biāo)等幾大系列。AVSS（AVS）導(dǎo)線的特點(diǎn)是薄皮絕緣，柔韌性較好；QVR的特點(diǎn)是絕緣皮厚，比較柔軟，延展性好；德標(biāo)導(dǎo)線絕緣皮更薄，柔韌性好；美標(biāo)導(dǎo)線絕緣皮一般為熱塑性或熱固性彈性體，還有經(jīng)過輻照工藝加工的?？筛鶕?jù)用戶的需求和不同的工作環(huán)境選取適當(dāng)類型的導(dǎo)線。

 

（二）計(jì)算選取導(dǎo)線截面積

 

根據(jù)電器件功率的大小計(jì)算流通導(dǎo)線的電流；長(zhǎng)時(shí)間工作的電氣設(shè)備可選擇實(shí)際載流量60%的導(dǎo)線；短時(shí)間工作的用電設(shè)備可選用實(shí)際載流量60%-100%之間的導(dǎo)線。

 

根據(jù)不同的工作環(huán)境和溫度大小適當(dāng)改變導(dǎo)線的截面積。

 

根據(jù)導(dǎo)線的走向、插接件的數(shù)量（即電壓降的大?。┻m當(dāng)改變導(dǎo)線的截面積。

 

關(guān)于導(dǎo)線截面積的計(jì)算，也有一些專家總結(jié)出一些經(jīng)驗(yàn)公式：

 

I=P/UsA=IρL/Ud

 

式中：I——電流；P——功率；Us——系統(tǒng)電壓；A——導(dǎo)線截面積；Ud——允許最大電壓降損失；ρ——銅電阻率；L——導(dǎo)線長(zhǎng)度。

 

或按下面經(jīng)驗(yàn)公式：

 

I=A×10+8/2

 

5 全車線束密封件（橡膠件）的設(shè)計(jì) 

 

汽車線束過孔時(shí)一般運(yùn)用橡膠件進(jìn)行過渡，以起到耐磨、防水、密封等作用。主要分布在以下部位：發(fā)動(dòng)機(jī)與駕駛室接口處、前艙與駕駛室接口處（左右共2處）、四門（或有后背門）與車廂接口處、油箱進(jìn)口處。

 

常用的材質(zhì)一般為天然橡膠、氯丁膠、硅橡膠、三元乙丙等。

 

天然橡膠的特性：具有良好的彈性和機(jī)械強(qiáng)度，有優(yōu)異的耐曲撓性，有較高的撕裂強(qiáng)度和良好的耐寒性。缺點(diǎn)：耐老化性不大好，不耐油和臭氧，易燃。

 

氯丁膠的特性：耐臭氧、耐熱老化、耐油等性能較好，具有難燃性和自熄性；但耐低溫性不好。

 

硅橡膠的特性：耐熱性、耐寒性和耐侯性較好；缺點(diǎn)是不耐油。

 

三元乙丙的特性：耐侯性、耐臭氧、耐熱、耐腐蝕性、耐酸堿等性能都較好，而且擁有高強(qiáng)度和高伸縮率；缺點(diǎn)：粘接性較差，且彈性沒天然橡膠好，耐油性差。

 

比較而言，三元乙丙的綜合性能較好，所以現(xiàn)在汽車線束用橡膠件一般選用三元乙丙材料。

 

6 全車線束包扎和固定設(shè)計(jì) 

 

（一）線束包扎設(shè)計(jì)

 

線束外包扎起到耐磨、阻燃、防腐蝕、防止干擾、降低噪聲、美化外觀的作用，一般根據(jù)工作環(huán)境和空間大小制定以下包扎設(shè)計(jì)方案。

 

發(fā)動(dòng)機(jī)線束工作環(huán)境惡劣，因此全用高阻燃性、防水、機(jī)械強(qiáng)度高的波紋管包扎。

 

前艙線工作環(huán)境也相對(duì)較差，大部分枝干也用阻燃性好的波紋管包扎，部分分支用PVC管包扎。

 

儀表線工作空間較小，環(huán)境相對(duì)較好，可用膠帶全纏或花纏。

 

門線和頂篷線工作空間較小，可用膠帶全纏，部分枝干可用工業(yè)塑料布包扎；較細(xì)的頂篷線可直接用海綿膠帶粘在車身上。

 

底盤線因與車體接觸部位較多，因此用波紋管包扎防止線束磨損。

 

（二）包扎用原材料的性能分析

 

1．波紋管

 

波紋管在線束包扎中一般占到60%左右，甚至更多。主要的特點(diǎn)就是耐磨性較好，在高溫區(qū)耐高溫性、阻燃性、耐熱性都很好。波紋管的耐溫在-40-150℃間。它的材質(zhì)一般分PP和PA2種。PA材質(zhì)在阻燃、耐磨方面優(yōu)于PP材質(zhì)；但PP材質(zhì)在抗彎曲疲勞性方面強(qiáng)于PA材質(zhì)。

 

2．PVC管

 

PVC管的功用和波紋管差不多。PVC管柔軟性和抗彎曲變形性較好，而且PVC管一般為閉口，所以PVC管主要用于線束拐彎的分支處，以便使導(dǎo)線圓滑過渡。PVC管的耐熱溫度不高，一般在80℃以下。

 

3．膠帶

 

膠帶在線束中起到捆扎、耐磨、絕緣、阻燃、降噪、作標(biāo)記等作用，在包扎材料中一般占到30%左右。線束用膠帶一般分PVC膠帶、氣絨布膠帶和布基膠帶3種。PVC膠帶耐磨性、阻燃性較好；耐溫在80℃左右，降噪性不好，價(jià)格較便宜。絨布膠帶和布基膠帶材料為PET。絨布膠帶的包扎性和降噪性最好，耐溫在105℃左右；布基膠帶的耐磨性最好，耐溫最高150℃左右。絨布膠帶和布基膠帶共有的缺點(diǎn)是阻燃性不好，價(jià)格昂貴。

 

（三）線束固定設(shè)計(jì)

 

中央電器盒一般用鋼板條、螺栓等固定，或用電器盒本身設(shè)計(jì)的固定結(jié)構(gòu)直接安裝在車身上。

 

各條線束一般用塑料扎帶、扣鉤等固定在車身孔內(nèi)。車身孔大多為圓孔或橢圓孔，一般直徑為5mm、6mm、7mm不等。

 

各條線束間對(duì)接的護(hù)套一般用護(hù)套支架集體固定起來(lái)，并安裝在車身上。

 

7 整車低壓線束搭鐵設(shè)計(jì)

 

整車電源分配和搭鐵設(shè)計(jì)是汽車線束設(shè)計(jì)中的核心部分。良好的搭鐵設(shè)計(jì)是電源傳輸與信號(hào)傳遞的重要保證。如果搭鐵點(diǎn)選取不當(dāng)，很容易造成信號(hào)干擾，從而影響電器件的功能實(shí)現(xiàn)。

 

單線制與負(fù)極搭鐵

 

整車搭鐵系統(tǒng)有兩個(gè)重要的概念：?jiǎn)尉€制和負(fù)極搭鐵。單線制指的是在汽車電子系統(tǒng)中從電源到用電設(shè)備只用一根導(dǎo)線相連，而用汽車車身、底盤、發(fā)動(dòng)機(jī)等金屬機(jī)體作為另一公用導(dǎo)線。由于單線制節(jié)省導(dǎo)線，線路簡(jiǎn)化清晰，安裝和檢修方便，且電器件也不需要與車體絕緣，所以現(xiàn)代汽車電氣系統(tǒng)普遍采用單線制。

 

汽車電氣系統(tǒng)采用單線制時(shí)，蓄電池的一個(gè)電極接到車體上，俗稱“搭鐵”。若蓄電池的負(fù)極與車體相接，就稱負(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)汽車電氣系統(tǒng)均采用負(fù)極搭鐵。

 

搭鐵點(diǎn)的分類與介紹

 

1） 電源搭鐵蓄電池負(fù)極樁頭上的零電位。

 

2） 整車搭鐵整車上互相導(dǎo)通的，可導(dǎo)電的車身鈑金、底盤或者發(fā)動(dòng)機(jī)零部件等。

 

3） 電源信號(hào)搭鐵整車上各類電氣元器件的電源饋線。按照回路中的電流的大小/波形，可劃分為“臟搭鐵”或者“干凈搭鐵”。

 

干凈搭鐵：峰值電流小于1 A的搭鐵，如傳感器信號(hào)反饋或者不同零部件之間的控制信號(hào)（例如網(wǎng)絡(luò)通信）。

 

臟搭鐵：峰值電流大于1 A的脈沖寬度調(diào)制負(fù)載和大于1 A的開關(guān)負(fù)載，如電機(jī)類和開關(guān)類負(fù)載。

 

4） 射頻搭鐵經(jīng)常被用作控制射頻干擾的搭鐵。這類搭鐵一般都是通過裝配直接裝在車身鈑金上，不能用作任何搭鐵電流的旁路。

 

5） 天線搭鐵如收音機(jī)天線搭鐵。

 

搭鐵分配設(shè)計(jì)流程圖

 

搭鐵分配

 

考慮電器件的整車安裝位置，結(jié)合電器件負(fù)載類型及具體搭鐵類別，對(duì)各電器件進(jìn)行搭鐵分配設(shè)計(jì)。

 

4.1 總體原則

 

1） 就近搭鐵。盡可能縮短搭鐵回路長(zhǎng)度，減小回路電壓降、成本和質(zhì)量。

 

2） 盡可能減少各子系統(tǒng)之間不必要的互相干擾。

 

4.2 干擾產(chǎn)生的原理

 

理想情況下，每個(gè)電器件都需就近單獨(dú)搭鐵，然而這樣會(huì)造成整車搭鐵數(shù)量過多，極大地增加裝配復(fù)雜性，增加整車質(zhì)量和成本，因此這種方法并不是最佳選擇。在進(jìn)行搭鐵設(shè)置時(shí)，必須考慮對(duì)搭鐵進(jìn)行共用、合并。圖2為搭鐵合并干擾圖。

 

當(dāng)只有零件1工作時(shí)，I1=U／（L1+R1）；當(dāng)只有零件2工作時(shí)，I2=U／（L1+L2+R2）；當(dāng)2個(gè)零件都工作時(shí)，I1+I2=U/（L1+R1）+U/（L1+L2+R2），此時(shí)如果I2明顯大于I1時(shí)，那么零件1與搭鐵之間的電勢(shì)差會(huì)增加很大，將會(huì)影響到其正常工作。

 

R1—零件1的電阻, L1—鉚接點(diǎn)到搭鐵點(diǎn)的導(dǎo)線電阻, R2—零件2的電阻,L2—零件2到鉚接點(diǎn)的導(dǎo)線電阻

 

搭鐵合并干擾圖

 

通常的設(shè)計(jì)規(guī)范都會(huì)禁止臟搭鐵和干凈搭鐵鉚接在一起。如果高、低搭鐵電流的大小差值超過了1/5的話，這兩個(gè)搭鐵回路就不能鉚接在一起。但請(qǐng)注意，這只是相當(dāng)保守的設(shè)計(jì)規(guī)范，如果對(duì)這兩個(gè)回路做了詳盡分析后，就可以鉚接在一起。

 

從以上分析可以知曉，為了盡可能減少鉚接引起的干擾，應(yīng)該盡可能降低L1的值，即降低鉚接點(diǎn)到搭鐵之間的電阻。因此應(yīng)該盡量將鉚接點(diǎn)靠近搭鐵片，同時(shí)若有必要需要增加這段的線徑。

 

4.3 幾種搭鐵回路的連接方式

 

4.3.1 采用鉚接點(diǎn)進(jìn)行搭鐵的合并形式

 

通過鉚接點(diǎn)合并搭鐵方式圖

 

第1種方式干凈搭鐵回路之間的鉚接是允許的，第2種臟搭鐵回路之間的鉚接，需要按照4.2的方法進(jìn)行分析，若通過也是完全可以接受，對(duì)于第3種臟搭鐵與干凈搭鐵回路相互鉚接，通常是不允許這樣的，除非得到專家的評(píng)審?fù)ㄟ^才被允許。

 

4.3.2 采用搭鐵片共同搭鐵合并形式

 

通過接線片合并搭鐵方式圖

 

第1種方式干凈搭鐵回路之間的搭鐵端子搭接是允許的；第2種臟搭鐵回路之間的搭鐵端子搭接，也是完全可以接受的；對(duì)于第3種臟搭鐵與干凈搭鐵端子搭接，通常是可以接受的，但需要得到相關(guān)專業(yè)的評(píng)審?fù)ㄟ^。

 

4.3.3 在搭鐵末端一并壓接到搭鐵端子的形式

 

第1種方式干凈搭鐵回路之間的回路并接是允許的；第2種臟搭鐵回路之間的回路并接也是完全可以接受的；對(duì)于第3種臟搭鐵與干凈搭鐵回路并接，通常是可以接受的，但需要得到相關(guān)專業(yè)的評(píng)審?fù)ㄟ^。

 

通過并線壓接端子合并搭鐵圖

 

搭鐵點(diǎn)的要求

 

1） 搭鐵點(diǎn)的位置應(yīng)該便于安裝和維修，并且搭接面能夠滿足扭矩要求。

 

2） 每個(gè)搭鐵點(diǎn)不應(yīng)該接超過2個(gè)接線片。

 

3） 搭鐵點(diǎn)不應(yīng)布置在強(qiáng)飛濺區(qū)域和積水區(qū)域。

 

4） 搭鐵點(diǎn)不允許布置在通過螺栓連接的金屬件上，比如車門。儀表臺(tái)骨架設(shè)置搭鐵點(diǎn)時(shí)，只有當(dāng)其是焊接在車身上才允許。

 

5） 對(duì)于車身鈑金厚度小于3mm的地方，推薦使用焊接螺母解決方案。對(duì)于大于3mm的厚板，建議使用自攻螺釘進(jìn)行搭鐵安裝。

 

一般性的搭鐵分配原則

 

1） 發(fā)動(dòng)機(jī)ECU、ABS等對(duì)整車性能及安全影響大，易受其他用電設(shè)備干擾的電器件（如音響、油位傳感器等），這些件的搭鐵一定要單設(shè)。

 

2） 安全氣囊系統(tǒng)，搭鐵點(diǎn)不僅要單設(shè)，還需使用復(fù)合搭鐵，其目的是當(dāng)其中一處搭鐵失效時(shí)，系統(tǒng)可以通過另一搭鐵點(diǎn)搭鐵，確保系統(tǒng)安全工作。

 

3） 射頻信號(hào)為避免干擾其他系統(tǒng)，需要單獨(dú)搭鐵。

 

4） 弱信號(hào)傳感器的搭鐵最好獨(dú)立，搭鐵點(diǎn)最好是在離傳感器近的位置，以保證信號(hào)的真實(shí)傳遞。

 

5） 其他電器件可以根據(jù)具體的布置情況相互結(jié)合共用搭鐵點(diǎn)。原則就是就近搭鐵，避免搭鐵線過長(zhǎng)，造成不必要的電壓降。

 

6） 蓄電池負(fù)極線，發(fā)動(dòng)機(jī)搭鐵線等因?qū)Ь€截面積較大，因此一定要控制線長(zhǎng)和走向，減小電壓降；為增加安全性，發(fā)動(dòng)機(jī)、車身一般都要單獨(dú)連到蓄電池負(fù)極。

 

7） 需要將電子搭鐵和功率搭鐵區(qū)分開來(lái)，將模擬信號(hào)搭鐵與數(shù)字信號(hào)搭鐵分開，避免信號(hào)之間的相互干擾。

 

以上是汽車低壓線束搭鐵設(shè)計(jì)的一些內(nèi)容，實(shí)際運(yùn)用過程中，應(yīng)該靈活使用。設(shè)計(jì)完畢后，還需要通過一些必要的測(cè)試以保證設(shè)計(jì)的可靠性。

 

來(lái)源：智享汽車圈