乘用車電線束設計驗證方法

劉 毅

（一汽轎車股份有限公司奔騰開發院，吉林 長春 130012）

隨著汽車電氣裝備的增加，整車的電氣功能和功能配置日益復雜，對電線束的設計是否合理最優要求逐漸提高。同時，在整車成本逐漸下降的趨勢下，電線束的成本壓力也逐漸增大。鑒于上述原因，驗證電線束設計是否合理，如何優化電線束系統使之達到最優化設計，這兩項工作的關注度逐漸提高。

本文分別從電線束設計驗證的必要性、設計驗證的幾種方式、電線束系統設計驗證的主要方法3個方面重點論述，同時結合實例，對電線束設計驗證進行部分深入講解。由于具體的驗證方法和評估標準細節很多，限于篇幅，某些方面只能簡要說明。

1 電線束系統設計驗證的必要性

電線束連接車輛上所有的控制器、執行器、傳感器，在整車中承擔著電源分配、信號傳遞的作用。拿人體做類比，電線束相當于車輛中的血管和神經系統，因此，電線束設計是否合理，直接影響到整車的電氣功能安全性及車輛使用可靠性。

如果電線束設計不合理，無法滿足實車負載的要求，那么會出現熔斷絲壽命過短、熔斷絲異常熔斷、導線過載發煙甚至起火等事故。如果電線束設計冗余量過大，則不利于整車成本控制，不利于整車質量及燃油經濟性。

綜上，電線束設計合理、合適，電線束設計最優化，成為越來越多的主機廠和線束廠商關注的重點。結合產品正向開發模式，通過設計-驗證-優化的閉環方式 （圖1），使整個設計過程完整、可控、最優。

圖1 設計過程示意圖

2 電線束設計驗證發展及分類

設計驗證也可稱作“DV試驗”，DV，即Design Verification。電線束的設計驗證，主要通過測試來驗證設計方案的合理性，而隨著CATIA、CHS、IPS等軟件的普及和利用率逐漸提高，部分驗證工作也可以通過系統仿真實現。

按測試工具分類，設計驗證可以分為：軟件仿真、臺架試驗、實車測試3種方式。

1）軟件仿真，優勢是可以在正向設計階段實施。通過軟件仿真驗證線束裝配性是否合理，整車線束拓撲結構是否合適，配電原理設計及電器件布置是否合理等。但是軟件仿真都是通過計算的參數進行模擬仿真，無法實現實車情況和實際車輛使用各類工況的測試驗證。

2）臺架測試，一般在電器件C樣件階段實施，此時電器件的功能完善，狀態接近于量產樣件，性能比較穩定，測試結果可靠性高。在電氣臺架上，通過臺架模擬實車用電器的使用工況，來針對實際零件測試，具有測試結果可靠性高、接近實車工況的優點，但是在臺架上無法完成線束走向布置檢查，部分實車條件無法模擬 （例如整車搭鐵點電流分布情況）。

3）實車測試，一般在電器件C樣件且整車OTS狀態時實施。實車測試兼顧了線束布置驗證和配電設計驗證兩方面，可以實現電線束系統的實車布置合理性評估、配電設計驗證、搭鐵點電流分布等設計驗證。但是實車測試需要整車資源，在投資上也是最高的。實車測試中，會發生過載或濫用電氣功能等情況，對車輛也有損害，測試后車輛一般都會報廢，資源重復使用率不高。

表1總結了各個測試方法的優劣，目前大多數主機廠都會采取臺架測試，少數主機廠會采用實車測試。

表1 3種設計驗證方法對比

3 電線束設計驗證測試項目介紹

電線束設計驗證測試項目主要可以分為兩大類：線束布置方案驗證、配電原理設計驗證。再根據測試項目細化，形成圖2形式的測試項目列表。

3.1 走向檢查

在軟件仿真或實車狀態下進行線束走向檢查，主要檢查線束外保護設計合理性，可以通過整車分區，分別對各區域展開針對性內容的檢查。表2為線束走向檢查項目舉例。

表2 線束走向檢查項目舉例

3.2 裝配性

針對某些存在線束連接裝配的位置檢查線束裝配性（例如保險杠線束與車身連接的過程、發動機線束與前艙線束連接的過程），整車電線束方便裝配，經常維修處便于拆卸為裝配性合理的表現。

3.3 電氣負載測試

電氣負載測試主要驗證負載與導線、熔斷絲的匹配關系是否合適。通常在臺架或實車上測試，在車輛起動后發電機穩態輸出電壓的情況下 （智能發電機可按額定電壓輸出范圍的平均值設定或按商討而定），不同的工況下，記錄各個負載正常工作的電流，部分電機類負載要額外記錄堵轉電流、PTC保護時間等。通過實際測試得到的結果，與導線線徑、熔斷絲類型進行對比，確認熔斷絲、導線的選擇是否合適。

舉例：在某車型項目中，測得喇叭的正常工作電流為10.3 A，最大電流為11.88 A。喇叭的供電回路設計狀態為：MINI熔斷絲10 A，配1.0 mm2的導線。

查閱喇叭ICD文件，文件中提供的測算工作電流為6 A，遠小于實測電流10 A。

通過實際測試，發現喇叭工作的正常電流已經超過MINI熔斷絲的額定容量了，但是由于喇叭是短時工作負載，根據I2t的熱量積分，熔斷絲不會在喇叭工作一次后馬上熔斷，而會在喇叭工作若干次，累積效果達到熔斷條件后，熔斷絲再熔斷。這樣設計的直接后果是：熔斷絲的壽命非常短，用戶在實際使用車輛過程中要頻繁更換熔斷絲。

綜上，結合測試結果對配電設計進行優化，選用MINI型15 A熔斷絲，以規避上述問題。

3.4 電線短路測試

電線短路測試主要驗證導線與熔斷絲的匹配關系是否合適。通常在臺架或實車上測試，在負載正常工作的條件下，對供電回路直接短路或過載，檢查在測試過程中熔斷絲是否及時熔斷，保護導線。

過載測試時，使用電氣負載正常工作電流值的135%和200%作為過載電流測試，同樣需要確保導線溫升在合理范圍內的時期內，熔斷絲需及時熔斷；或在過載過程中，控制器／執行器及時啟動過載保護，避免過載電流持續出現。

舉例：在某車型項目中，在進行鼓風機回路135%過載時，發現在熔斷絲熔斷前，鼓風機調速模塊被燒壞。

經檢查，調速模塊內部僅為調速電阻，而鼓風機和調速模塊均沒有過載保護裝置，在過載時，調速電阻溫升速度比導線快很多，在導線發煙和熔斷絲熔斷前，調速電阻燒毀。

出現上述問題后，在鼓風機內設置過載檢測裝置，出現過載時及時切斷電流，避免調速電阻燒毀。

3.5 搭鐵系統測試

搭鐵系統測試主要驗證線束搭鐵點的電流分布情況，搭鐵點出現松動時的故障現象，是否存在反向電流或潛通路，是否出現嚴重的電氣功能故障，避免發生蝴蝶效應或嚴重危害駕駛安全的故障現象。

通常在實車上測試，在負載正常工作的條件下，對各個搭鐵點的電流分布進行測試，記錄電流分布情況，分析電流與導線的匹配關系，各個搭鐵點的電勢是否相等。

上述測試完成后，打開整車所有負載，單獨拆除每個搭鐵點，觀察車輛在搭鐵失效時是否存在異常現象，測量被拆除搭鐵點上是否存在反向電流，如果存在反向電流，結合電氣原理圖分析電流產生的原因。

對于預防搭鐵松動，可以采用加強裝配工藝檢查，或使用環路搭鐵的方式進行預防，這里篇幅有限，就不展開說明了。

3.6 電壓降測試

電壓降測試主要驗證配電回路到用電器的接口處的電壓是否符合用電器的電壓要求。一般來說，汽車上的用電器電壓范圍比較寬泛，例如9～16 V都可以正常工作，此時電壓降測試的意義并不能很好體現。但是對于具有怠速啟停的車輛，停機后再起動時電壓會急劇下降，此時就要確認好所有的用電器都能正常工作而不掉電。

對于滿足用電器的供電電壓需求，但是壓降過大的線束回路，也要進行檢查，盡可能消除壓降，盡可能減少因線束回路引起的電能損耗。

4 總結

從產品正向開發的角度出發，電線束設計驗證的相關測試工作可以使開發設計工作形成閉環；從產品優化的角度出發，結合實際零件和實車的測試，可以有效實現產品設計驗證及設計優化工作。隨著設計品質的不斷提高，設計驗證工作逐漸向前期驗證、系統仿真驗證的方向發展。