汽車線束設(shè)計(jì)的原則和方法

　陳敬淵

（嶺南師范學(xué)院機(jī)電工程研究所，廣東湛江524048）

汽車線束設(shè)計(jì)的原則和方法

陳敬淵

（嶺南師范學(xué)院機(jī)電工程研究所，廣東湛江524048）

汽車新技術(shù)發(fā)展較快，車輛上的電氣成份增加較為明顯，汽車己由原來(lái)簡(jiǎn)單電路和機(jī)械結(jié)構(gòu)發(fā)展成為較高程度的機(jī)電一體化集成體。汽車上信號(hào)傳輸和設(shè)備接收工作指令都是靠線束來(lái)完成，線束在汽車的電氣系統(tǒng)中起到了橋樑的作用。線束設(shè)計(jì)的目的就是要提高車輛電氣系統(tǒng)的使用壽命，從而更加有效保護(hù)車輛和人員的安全。而設(shè)計(jì)方法的正確與否是最終達(dá)到設(shè)計(jì)目的之關(guān)鍵所在，若設(shè)計(jì)方法不當(dāng)設(shè)計(jì)目的就不可能達(dá)到，甚至引起汽車線束短路、燒線以至危害到車輛和人員生命安全。根據(jù)本人從事汽車生產(chǎn)、維修、設(shè)計(jì)和汽車專業(yè)教學(xué)二十多年的工作經(jīng)驗(yàn)，提出汽車線束的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)過(guò)程的有關(guān)問(wèn)題，希望可以起到拋磚引玉的作用。

汽車線束；設(shè)計(jì)方法；原則；設(shè)計(jì)過(guò)程

隨著消費(fèi)者對(duì)車輛性能要求提高和環(huán)境保護(hù)意識(shí)增強(qiáng)，化油器式的發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)被淘汰，取而代之的是匹配電噴發(fā)動(dòng)機(jī)的現(xiàn)代汽車。而電噴發(fā)動(dòng)機(jī)與傳統(tǒng)化油器式的發(fā)動(dòng)機(jī)明顯不同的地方就是電路，多了EUC、傳感器和執(zhí)行元件。這些電路元件只有有效連接起來(lái)，才能發(fā)揮相互之間的作用，而把這些電路元件連接起來(lái)的橋梁就是線束，它用多根導(dǎo)線按電路原理圖綁扎或粘合在一起而成。在汽車電路系統(tǒng)中，線束的合理設(shè)計(jì)與否與汽車電氣設(shè)備是否能正常工作起著決定性的作用。據(jù)此，提出汽車線束的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)過(guò)程的有關(guān)問(wèn)題，希望能夠提高車輛電氣系統(tǒng)的使用壽命，從而更加有效保護(hù)車輛和人員的安全。

1　線束在汽車電路系統(tǒng)中的作用與重要性

線束的作用是把整車的電路元件連接起來(lái)，并起到傳輸信號(hào)的作用。若線束中的導(dǎo)線斷路、短路，電路元件就無(wú)法正常工作或被燒壞。信號(hào)就無(wú)法傳遞，造成車輛不能行使的現(xiàn)象，甚至使整車著火而造成財(cái)產(chǎn)的損失、人員的傷亡情況。所以，要保持車輛的正常工作，線束起到很關(guān)鍵的作用。因此，設(shè)計(jì)好線束，對(duì)車輛的正常工作很關(guān)鍵。

2　線束設(shè)計(jì)依據(jù)

線束設(shè)計(jì)主要依據(jù)是整車的尺寸與電路原理圖中所標(biāo)注的電氣設(shè)備的數(shù)量。電路原理圖是一種采用按功能布局法排列的圖形符號(hào)，用來(lái)表示系統(tǒng)、分系統(tǒng)的裝置、部件、設(shè)備和軟件等實(shí)際電路的各組元件的連接關(guān)系，而不需要考慮圖形比例和實(shí)際尺寸、形狀或位置的簡(jiǎn)圖。線束的長(zhǎng)度及走向便是按照車輛實(shí)際尺寸和電路原理圖中的電路元件相應(yīng)的位置來(lái)設(shè)計(jì)的，為了裝配和檢修方便，同時(shí)又能降低成本和減少故障率，大部分國(guó)家采取負(fù)極搭鐵，連接電路元件的導(dǎo)線采取單線制。

3　線束設(shè)計(jì)的一般原則

為了汽車在生產(chǎn)、維修時(shí)工作方便，通常把導(dǎo)線的絕燃層做成不同的顏色。同時(shí)，根據(jù)用電設(shè)備的功率的大小及距離電源長(zhǎng)度，來(lái)決定導(dǎo)線的橫截面積。同時(shí)，應(yīng)充分考慮電路設(shè)備的可靠接地。然后，將走向相同的導(dǎo)線包扎成束，并用不同的材料作線束的保護(hù)層。這樣，對(duì)線束就能夠進(jìn)行合理有效的保護(hù)。此外，線束應(yīng)具備裝拆方便、維修方便的特點(diǎn)。本人在設(shè)計(jì)三星sxz2815的線束時(shí)，把走向相同的起動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的導(dǎo)線包扎在一起，形成一束線束。

3.1導(dǎo)線不同顏色的原則

為了汽車生產(chǎn)和維修方便，不同電路元件之間的連接導(dǎo)線絕燃層，采取不同的顏色。因而，在制造線束時(shí)，應(yīng)購(gòu)置各種不同型號(hào)、不同顏色的導(dǎo)線。

3.2導(dǎo)線合理的橫截面積的原則

導(dǎo)線的橫截面積是指線芯的橫截面積。合理的導(dǎo)線橫截面積是線束設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)考慮的對(duì)象。它是根據(jù)所連接的用電設(shè)備的功率大小來(lái)定，在電壓一定情況下，功率大的用電設(shè)備流過(guò)所連接的導(dǎo)線的電流就大。因此，就應(yīng)該選擇橫截面積大的導(dǎo)線。反之，功率小的用電設(shè)備，流過(guò)所連接的電流就小。因此，就應(yīng)該選擇橫截面積較小的導(dǎo)線。若用小橫截面積的導(dǎo)線來(lái)連接大功率的用電設(shè)備時(shí)，流過(guò)導(dǎo)線的大電流便會(huì)產(chǎn)生較大的熱量而把導(dǎo)線的絕燃層燒毀，造成短路的事故。因此，在設(shè)計(jì)線束時(shí)，應(yīng)充分考慮用電設(shè)備的功率。根據(jù)用電設(shè)備的功率來(lái)確定導(dǎo)線的橫截面積。

3.3導(dǎo)線最短距離的原則

在確定用電設(shè)備之間導(dǎo)線的長(zhǎng)短問(wèn)題時(shí)，盡量考慮最短的距離，因?yàn)檫x用最短的導(dǎo)線既可以節(jié)省材料、降低成本，又可以減少連接設(shè)備之間的電阻，減少電壓降，從而提高用電效率。因此，在設(shè)計(jì)線束時(shí)，是根據(jù)用電設(shè)備之間的距離，來(lái)確定導(dǎo)線的尺寸。

3.4導(dǎo)線保護(hù)層的原則

導(dǎo)線的走向和尺寸確定之后，就要進(jìn)行包扎，線束包扎主要是對(duì)線束進(jìn)行保護(hù)的作用。因?yàn)椋囋谛旭傔^(guò)程中，路面的泥漿和水會(huì)帶著一些化學(xué)物質(zhì)飛濺在線束上，對(duì)線束有一定的腐蝕的作用。同時(shí)，線束也會(huì)與車身產(chǎn)生摩擦，一旦絕燃層被破壞，就會(huì)造成短路，使車輛出現(xiàn)故障。因此，對(duì)線束進(jìn)行包扎保護(hù)和緊固也很重要。

3.5導(dǎo)線便于維修的原則

車輛在行使的過(guò)程中，由于自然的老化的現(xiàn)象或使用不當(dāng)?shù)仍颍豢杀苊獬霈F(xiàn)故障。因此，對(duì)車輛的維修在所難免。當(dāng)涉及到電路的維修時(shí)，就順著線束的走向來(lái)用電設(shè)備進(jìn)行檢修，如：中心保險(xiǎn)絲、繼電路等。因此，在設(shè)計(jì)線束時(shí)，要充分考慮電路元件的安裝位置，把用電元件安裝在容易觸摩得到的地方，以便于檢查和維修。

4　線束設(shè)計(jì)過(guò)程

4.1導(dǎo)線橫截面積的選擇

4.1.1導(dǎo)線許用電流

導(dǎo)線許用電流是指導(dǎo)線本身所允許通過(guò)電流流量能力［1］。許用電流應(yīng)比額定電流要大，一般大20%～40%左右。否則，設(shè)備工作時(shí)導(dǎo)線就會(huì)因?yàn)槌?fù)荷的電流流過(guò)產(chǎn)生的熱量造致絕燃層燒壞。在整個(gè)汽車電系中，電源電路尤其重要。汽車上有兩個(gè)電源：蓄電池和發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)輸出的功率應(yīng)大于全車電路元件的功率之和。這樣，電路元件才能正常工作，否則，用電設(shè)備就會(huì)處于欠壓的情況下而無(wú)法正常工作。

4.1．2導(dǎo)線的電壓降

電壓降是指用電設(shè)備在工作過(guò)程中，當(dāng)電流流過(guò)導(dǎo)線時(shí)，由于導(dǎo)線的電阻對(duì)電流起到一定的阻礙作用［1］。從而，消耗了一定的電量，從而造成用電設(shè)備終端電壓降低，把這個(gè)電壓降低值稱為電壓降。在線束設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)導(dǎo)線長(zhǎng)度定下來(lái)以后，就需要考慮終端用電設(shè)備電壓，以保證達(dá)到額定電壓值。這樣用電設(shè)備才能夠正常工作。在12 V電路系統(tǒng)中，線路所造成的電壓降應(yīng)小于0.5 V，在24 V電路系統(tǒng)中。線路電壓降應(yīng)小于0.6 V.如果電壓降超過(guò)這個(gè)范圍，用電設(shè)備就有可能會(huì)處于欠壓狀況下，而無(wú)法正常工作。在整車用電設(shè)備當(dāng)中，起動(dòng)機(jī)工作時(shí)所消耗的電能最大，造成的電壓降也就最大，起動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，造成電壓降一般達(dá)到1.0 V左右。而蓄電池的額定電壓是有限的，有效電壓在12.4～12.6 V范圍［1］，起動(dòng)機(jī)工作時(shí)，蓄電池電壓便處放電的狀態(tài)，放電電壓只有11.4～11.6 V左右［1］。這時(shí)發(fā)電機(jī)的發(fā)電量又處于未正常狀態(tài)，因此，整車上的其它用電設(shè)備基本上就靠這個(gè)電壓來(lái)維持了。因此，要想用電設(shè)備能正常工作起動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，電壓降越低越好。

導(dǎo)線橫截面積主要是由許用電流及電壓降兩方面來(lái)決定。下面以大燈及大燈線路為例來(lái)進(jìn)一步進(jìn)行論述導(dǎo)線橫截面積的設(shè)計(jì)問(wèn)題。當(dāng)大燈的功率為55W，蓄電池電壓為12 V，導(dǎo)線長(zhǎng)度為6 m時(shí)，需要選擇的導(dǎo)線的線徑可如下確定：

（1）計(jì)算出大燈的額定電流，由功率公式P=IU可以推出I=P/U，所以大燈額定電流I=55W/12 V =4.58 A［1］.

（2）計(jì)算大燈連接導(dǎo)線橫截面積，由電阻率公式R=ρL/S和歐姆定律I=U/R可以推出大燈導(dǎo)線額定橫截面積S=ρIL/U mm2［1］，把銅的電阻率0.0175Ω mm2/m、額定電流4.58A、導(dǎo)線長(zhǎng)度6 m、電壓降0.5 V代入S=ρIL/U mm2［1］，得到大燈導(dǎo)線額定橫截面積S=ρIL/U＝0.0175Ωmm2/m（銅）×4.58A×6m/0.5 V =0.962 mm2［1］.

（3）完整大燈導(dǎo)線橫截面積的計(jì)算值，考慮導(dǎo)線端子、開關(guān)、繼電路、保險(xiǎn)絲所產(chǎn)生的電壓降。再加上開燈瞬間所耗的電量增大約30%左右的情況下，應(yīng)在0.962 mm2基礎(chǔ)上加上0.962 mm2×30%＝0.289 mm2，大燈導(dǎo)線橫截面積為0.962 mm2+0.289 mm2＝1.251 mm2，完整大燈導(dǎo)線橫截面積的計(jì)算值S=1.5 mm2的導(dǎo)線。

4.1．3用電設(shè)備功率較小時(shí)導(dǎo)線橫截面積的確定

當(dāng)用電設(shè)備的功率較小時(shí)，所需要的額定電流也較小。因此，截面也應(yīng)較小，但當(dāng)導(dǎo)線截面較小時(shí)，在汽車在行駛過(guò)程中，由于震動(dòng)，可能會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)線折斷的現(xiàn)象。因此，導(dǎo)線截面不宜過(guò)小。根據(jù)本人多年來(lái)從事專業(yè)的工作經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)額定電流小于3 A時(shí)，導(dǎo)線橫截面為0.75 mm2比較合適。

4.2導(dǎo)線材料、絕燃顏色、導(dǎo)線端子、線束護(hù)套的選擇

（1）導(dǎo)線材料按JB677—71標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定［2］，選用QVR型銅芯聚氯乙烯絕燃低壓電線［3］。此外，由于發(fā)動(dòng)機(jī)表面溫度較高，發(fā)動(dòng)機(jī)線束應(yīng)選用耐熱的QVR—105型銅芯聚氯乙烯絕燃低壓導(dǎo)線［2］。

（2）有關(guān)導(dǎo)線顏色的選用方面［2］，應(yīng)把全車導(dǎo)線顏色進(jìn)行統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，負(fù)極采用一種顏色，一般用黑色線為負(fù)極線。此外，把截面積相同時(shí)的導(dǎo)線采用不同的顏色［2］，以利于安裝和維修。若用同一種顏色截面積又相同的導(dǎo)線來(lái)連接不同的用電設(shè)備時(shí)，在裝配或修理汽車時(shí)，就容易產(chǎn)生混亂。有關(guān)導(dǎo)線的顏色選擇依照《中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》。

（3）導(dǎo)線端子表面需進(jìn)行防腐處理，預(yù)防氧化。當(dāng)用電設(shè)備許用電流低于9 A時(shí)，采用寬度為2～4.8的端子［3］。用電設(shè)備許用電流大于10 A時(shí)，采用用寬度為6.3～9.5 cm或以上的端子［3］。導(dǎo)線端子的尺寸選擇可在《天海電路》查到。

（4）為了方便電設(shè)備的安裝與維修，在盡量在同一組線束采相同規(guī)格與顏色的絕燃防護(hù)套。特別是在線束經(jīng)過(guò)車身孔處，必須加上防護(hù)套，否則，汽車在行駛過(guò)程中，由車輛顛頗，鈑金便會(huì)使導(dǎo)線的絕燃層割穿而出理短路。同時(shí)絕燃防護(hù)套也可以防止高溫、泥水或其它一些酸堿性物質(zhì)的腐蝕破壞，底盤導(dǎo)線采用阻燃和機(jī)械性能好的波紋防護(hù)套。而駕駛室線束采用耐寒、耐熱絕燃塑料粘膠帶包扎。本人在設(shè)計(jì)三星汽車SXZ2815底盤線束時(shí)，導(dǎo)線的材料是選擇銅芯導(dǎo)線耐熱150℃的聚氯烯絕燃低壓電線，在導(dǎo)線顏色的設(shè)計(jì)時(shí)，起動(dòng)機(jī)電源線用B（黑色），控制線用Y（黃色）。

5　結(jié)束語(yǔ)

為了裝配和維修車輛的方便，在設(shè)計(jì)時(shí)，一般把整車線束分成若干段。首先，在整車線束上找到適合的分段點(diǎn)，該分段點(diǎn)必須具備拆裝方便和維修方便的特點(diǎn)。一般在底盤與駕駛室的交界處和駕駛室與發(fā)動(dòng)機(jī)交界處進(jìn)行分段比較合適。把整車線束分成若干段后，畫出分段線束圖，并標(biāo)注出分段線束之間的接插件。因?yàn)椋强窟@些接插件把分段的線束連接起來(lái)成為整車線束的。此外，為了線束的生產(chǎn)的方便，畫出每分段線束相對(duì)應(yīng)的線路走向圖，線路走向圖實(shí)則是線束的解剖圖。圖上清楚注明該線束的導(dǎo)線的數(shù)目、截面積的大小和顏色。這樣，技術(shù)工人就能夠在生產(chǎn)線束時(shí)，根據(jù)線路走向圖，找出實(shí)際導(dǎo)線的數(shù)目，把導(dǎo)線截面積的大小、顏色擺在一起，然后包扎起來(lái)，便形成線束。

［1］王希波．機(jī)械制圖與電氣制圖［M］．第三版.北京：勞動(dòng)出版社，2003．

［2］蔡明德．中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［M］．北京：勞動(dòng)出版社，1989.

［3］河南天海電路公司．天海電路［M］．河南：河南天海電路公司，1998．

The Prin Cip le and Way of Automobile Wiring Harness Design

CHEN Jing-yuan
（Electrical and Mechanical Engineering Institue Lingnan Normal University，Zhanjiang Guandong 524048，China）

The development of new automobile technology，the increase of the electrical components on the vehicle ismore obvious，the car has been developed into a high degree of mechanical and electrical integration by the original simple circuit and mechanical structure.The signal transmission and equipment receiving work instructions on the vehicle are done by the wire harness，and the wire harness plays a role of the bridge in the electrical system of the vehicle.The purpose of harness design is to improve the service life of the vehicle electrical system，which ismore effective to protect the safety of vehicles and personnel.And the design method is correct or not is the key to achieve the ultimate goal of the design，if the design method is not possible to achieve the purpose of design is not possible to achieve.Even causing the car wiring harness short circuit，burn the line even harm to the vehicle and personnel life safety.The according to the work experience I have engaged in automobile production，maintenance，design and automotive professional teaching formore than 20 years of proposed the relevant issues related to the design method and design process of the automotive wiring harness，hope can play a valuable role.

automobile wiring harness；design method；principle；design process

U463.5

A

1672-545X（2016）06-0025-03

2016-03-13

湛江市非資助科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目（2014B01095）資助。

陳敬淵（1968－），男，廣東湛江人，本科，教師，主要從事汽車制造與維修工藝、汽車實(shí)驗(yàn)研究。