機場除冰車底盤部分線束設計研究

李劍濤， 唐 嵐， 楊 桃， 唐 偉

（1.中國飛行試驗研究院車輛大隊，陜西 閻良 710089；2.西華大學交通與汽車工程學院，四川 成都 610039）

0 引 言

機場除冰車屬于專用車輛，專用汽車線束是車輛電氣系統組成的關鍵部件之一，其質量和可靠性對專用汽車的燃油經濟性、排放性能、安全及舒適性有很重要的影響。如果車輛線束失效，就會造成信號傳遞失效，功能設備失去作用，或者接觸電阻過大發熱，甚至造成短路失火等事故，因此在整車制造過程中十分需要對車輛的線束設計與可靠性進行研究。

1 機場除冰車底盤電氣圖

車輛底盤電氣圖是根據機場除冰車電氣系統的設計要求，將整車的電源、用電設備等組成系統，按照各自電路的連接關系，通過開關、導線、熔絲、繼電器等配電裝置連接起來構成的完整電路，并用電路圖的形式表達出來，是電氣系統設計、制造、裝配和維修的依據[1-3]。其設計流程如圖1所示。

在設計過程中利用CHS（capital harness systems）軟件繪制底盤部分線束圖，該軟件是具有繪圖、仿真、分析等多種功能，專用于電氣系統設計的軟件，其功能強大，界面清晰，同時除自帶的元器件庫外，還可以根據需要繪制和定義新的電氣元件，為繪圖和仿真分析提供了不少方便。由于線束在專用車整車電氣系統中起關鍵作用，其截面積、長短、材料等的選用與整車電氣系統的負載有直接關系，因此利用Matlab軟件編制了計算導線截面積的程序[4]，其界面如圖2所示。

圖1 線束設計流程圖

圖2 導線設計界面圖

2 線束與熔斷器匹配的原則

在車輛底盤線束設計中，線束與熔斷器之間的匹配關系需遵循以下原則：

（1）電纜在工作環境溫度下的容許電流，大于熔斷器在工作環境溫度下的最佳負載電流。

（2）極限要求為選擇電纜的煙化時間和電流的曲線，應在熔斷器的融化時間和電流的曲線之上。如果遇到熔斷器和電纜不在同一工作溫度下的情況時，應保證熔斷器在該溫度下200%額定電流時的熔斷時間，小于線束在該電流下的煙化時間。

（3）在線束短路時，為了讓熔斷器快速斷開，線束的短路電流應大于熔斷器在其工作溫度下額定電流的200%（慢熔斷器為500%）。所以要求熔斷器匹配的電纜的電阻小于等于熔斷器容許的電阻[5-6]。

3 汽車線束與熔斷器的匹配計算

由前面需遵循的原則可知，熔斷器的額定電流與線束的額定電流有一定的關系，它們的關系決定熔斷器有多大的承載性能，同時也決定了其熔斷時間。由此可見計算線束的負載電流與熔斷器的額定電流是線束設計的重要步驟之一。

3.1 計算負載電流

線束負載確定依據是整車電氣性能需要確定的，其經驗計算式如下：

式中：P——整車負載功率。

根據計算出的負載電流，選擇允許提供負載電流的連接導線的截面積。在選擇電纜截面積時，應考慮到線束的環境溫度和導體容許溫度。

3.2 根據負載電流確定熔斷器的額定電流

熔斷器的最佳電流計算如公式為

負載特性系數：建議選擇0.7～0.75（高電流型選擇 0.5）。

負載峰值電流系數：如果峰值電流時間小于0.3s，選擇系數為1，如果峰值電流時間大于等于0.3 s，選擇系數為0.7。

熔斷器的最佳電流即為負載的額定電流，但因為熔斷器的額定電流根據環境溫度變化而變化，所以需要根據表1來修正熔斷器的額定電流[7-8]。

表1 熔斷器與溫度變化率1）

4 匹配的電纜長度計算

其電纜長度計算公式為

式中：r線——與熔斷器匹配電纜的容許阻值，mΩ；

L——與熔斷器匹配電纜的長度，m；

r20——20℃時的電纜導體電阻，mΩ；

I——熔斷器在T溫度下的額定電流，A；

T——熔斷器工作環境溫度；

I23——已經選定的熔斷器的值。

5 計算選取導線截面積

計算選取導線截面積時應遵循以下規則：

（1）根據用電器件功率的大小計算流通導線的電流，為避免導線過渡發熱，應該檢查電流密度，在允許的電流密度范圍內，否則應加大導線線徑。

（2）根據不同的工作環境和溫度大小適當改變導線的截面積。

（3）根據導線的走向、插接件的數量（即電壓降的大小）適當改變導線的截面積。

（4）在確定導線截面積時要考慮電壓降和導線的發熱。

導線截面積計算步驟如下：

（1）用電設備的電流強度為

線束長度：

式中：P——負載功率；

UN——額定電壓。

（2）導線截面積計算公式為

式中：UVL——導線允許的電壓降，v。

（3）為避免導線過渡發熱，應該檢查電流密度，其公式為

6 汽車線束圖與機場除冰車底盤部分線束圖

線束圖是將有關電器的線束匯合在一起組成線束，以便于在汽車上安裝。線束圖主要表明線束各用電器的連接部位、接線柱、線頭、接插件的形狀及位置等，它是人們在汽車上能夠實際接觸到的汽車電路圖。這種圖一般不去詳細描繪線束內部的電線走向，只將露在線束外面的線頭與插接器詳細編號或用字母標記。它是一種突出裝配記號的電路表現形式，非常便于安裝、配線、檢測與維修[9-10]。在繪制線束圖時，要以該車型的發動機型號[11-12]、底盤和車身模型為依據，繪圖時先主干后支線、先復雜后簡單、先電力線后控制線的順序，在圖上要表明線束的長度、接插件的形狀、包扎的材料等以便于生產。

本機場除冰車設計中選擇的是濰柴WP6.210藍擎電控發動機，直列六缸，排量是6.23L。對于柴油機，傳統的機械供油系統越來越難以滿足日趨苛刻的排放法規、經濟性以及舒適性的要求，正逐步被功能完善的電控燃油系統取代[13-14]。機場除冰車發動機原理如圖3所示。

ECU上有3個插槽，分別是發動機傳感器線束、噴油器線束及整車線束，其中傳感器線束、噴油器線束在發動機出廠已帶好。

圖3 機場除冰車發動機ECU原理圖

7 結束語

本文著手于機場除冰車底盤線束的實際設計，在滿足整車性能要求的前提下，對原有設計方法加以改進，使車輛線束的設計更合理。通過實車驗證其整個線束布局更為合理，性能可靠，提升了機場除冰車的經濟性、排放性等，降低了其電氣系統的故障率，提升了專用汽車線束系統的可靠性。

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