一種提升汽車安全性的電路設計

伍祥龍，王宜海，韓勇

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

一種提升汽車安全性的電路設計

伍祥龍，王宜海，韓勇

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章分析了市場上汽車電路短路的主要原因，并闡述了目前汽車電路設計的主要思路。在原有的汽車電路設計基礎上提出了一種新的設計方法，通過改進接地設計和增加電源斷路控制器，防止電路短路，提升汽車的安全性。

電路設計；接地設計；電源控制器

CLC NO.:U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-154-02

前言

當今社會，隨著汽車的普及，自燃事故頻發，其中由電路短路引發起火是汽車自燃的主要原因之一。目前汽車電路的設計方法是用車身鈑金或車架等金屬件作為公用接地，即：將蓄電池的負極線和電器負載的負極線都接到車身鈑金或車架等金屬件上，利用車身鈑金或車架等金屬件的導電性，形成了蓄電池正極經電器負載、再由車身鈑金或車架等金屬件到蓄電池負極的回路。該設計方法的缺陷是電器負載的電源線絕緣層一旦出現磨損，就會通過車身鈑金或車架等金屬件和蓄電池負極直接導通，造成電路短路，輕則保險熔斷，重則起火自燃。

本文提出的汽車電路設計方法，使用負極連接裝置取代車身鈑金或車架等金屬件作為整車公共接地，并且增加了電源斷路控制器和斷路執行器。斷路控制器實時監測整車電路工作狀態，在出現短路的情況下，控制斷路執行器能夠切斷整車電源供電，從而避免了由電路短路引發的汽車自燃的危險，提高的汽車的安全性能。

1、目前的汽車電路設計

圖1 目前的汽車電路設計原理

如圖1所示，目前汽車電路的設計思路是蓄電池正極輸出電源，經過電器負載，再由車身鈑金或車架等金屬件回到蓄電池負極，形成完整的電路回路。

這種電路設計的優點在于汽車車身或車架的任意位置都可以作為公共接地，方便電器負載就近搭鐵，既簡化了裝配流程，又可節約汽車線束成本。但是這種電路設計有一個缺陷，當電器負載的電源線絕緣層磨損后觸碰到車身鈑金或車架等金屬件，蓄電池正負極就會直接連通，導致汽車電路短路。

2、提升汽車安全性的電路設計

2.1 電路原理

如圖2所示，本文提出的汽車電路設計在原有電路的基礎上，增加了負極連接裝置、斷路控制器和斷路執行器。其工作原理如下，在汽車電路正常工作的情況下，蓄電池正極輸出電源，經斷路執行器進入電器負載，再由負極連接裝置回到蓄電池負極，形成完整的回路。當某個電器負載電源線的絕緣層出現磨損后，碰觸到車身鈑金或車架等金屬件，會將高電平信號傳輸到斷路控制器。斷路控制器接收到信號后，控制斷路執行器斷開蓄電池正極電源，保護汽車電路。

圖2 改進后的汽車電路設計原理

2.2 電路實現

如圖3所示，負極連接裝置中包含螺栓螺母、導電板、絕緣板。導電板和絕緣板固定在一起，通過螺栓螺母裝在車身鈑金或車架上，絕緣板將導電板和車身鈑金或車架進行隔離，導電板作為公共接地將電器負載和蓄電池負極連接在一起。斷路執行器是由一個線圈和常閉觸點組成。初始狀態時，線圈不帶電，蓄電池正極通過常閉觸點向電器負載提供電源。斷路控制器為CD4013雙D觸發器［1］，控制器針腳A為輸入電源，針腳B為NPN三極管的發射極，針腳C接收高電平觸發信號，針腳D為NPN三極管的集電極。初始狀態時，針腳Q1輸出低電平至NPN三極管的基極，集電極和發射極不導通，斷路控制器針腳B和針腳D斷開；當針腳C接收到高電平并發送給CLOCK1針腳，針腳Q1輸出低電平至NPN三極管的基極，集電極和發射極導通，斷路控制器針腳B和針腳D導通。

該電路工作邏輯如下：汽車電路正常工作時，斷路控制器針腳B和針腳D不導通，斷路執行器線圈不帶電，蓄電池正極通過常閉觸點向電器負載提供電源。當汽車上電器負載的電源線絕緣層磨損碰觸到車身鈑金或車架等金屬件，控制器針腳C會通過信號采集線接收到高電平信號，將斷路控制器的陣腳B和針腳D導通，斷路執行器線圈得電，常閉觸點斷開，蓄電池停止為汽車電器負載供電。根據雙D觸發器CD4013的特性，斷路控制器針腳C接收到一次高電平信號后，針腳Q1會一直輸出高電平，控制器針腳B和針腳D的導通，保證在破損的電源線更換前，整車始終處在切斷電源的狀態［2］。在檢修汽車故障時，斷開蓄電池正極線，斷路控制器失去供電電源，雙D觸發器CD4013的Q1端口恢復到低電平狀態，針腳B和針腳D斷開，斷路執行器觸點恢復初始閉合狀態。再斷開斷路控制器的信號采集線，重新接上蓄電池正極線，蓄電池為整車電器負載供電，進行線束漏電檢修。當短路問題排查解決后，再將斷路控制器的信號采集線重新連接，汽車電路恢復到正常工作狀態。

圖3 改進后的汽車電路設計

3、結束語

本文提出的汽車電路設計有兩個優點：一方面，當電器負載的電源線絕緣層磨破碰觸到車身鈑金或車架等金屬件后，斷路控制器可以及時切斷整車供電電源，消除發生短路自燃的隱患；另一方面，即使斷路控制器不切斷整車電源，由于負極連接裝置和車身鈑金或車架有絕緣板隔離，也不會導致汽車電路短路。當然，對于發動機ECM和變速箱TCU這類不能隨便斷電的重要零部件可以單獨從蓄電池正極直接引電，防止在汽車行駛過程中斷路控制器監測到電路短路突然切斷電源導致車輛熄火的隱患。

[1] 王卿;淺談器件CD4013[J];新余高專學報;2005年02期

[2] 江曉安,董秀峰.模擬電子技術[M].西安:西安電子科技大學出版社,2002.

A Circuit Design for Promoting Car Safety

Wu XiangLong, Wang YiHai, Han Yong
（Anhui Jianghuai Automobile Co. Ltd, Anhui Hefei 230601）

This paper analyzes the important reason for the short-circuit of cars on the market, and elaborates the main idea of automobile circuit design at present. Propose a new design method based on the old way, by improving ground connection and plusing power disconnector, to prevent short-circuit and improve car security.

circuit design; grounding design; power controller

U462.1

A

1671-7988(2016)07-154-02

伍祥龍，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.048