汽車電線設(shè)計選型研究

葉金飛

(安徽江淮汽車集團股份有限公司技術(shù)中心電氣集成開發(fā)部,安徽合肥 230601)

0 引言

電線是傳輸電信號和電流的載體[1]，導(dǎo)線的規(guī)格選型涉及到車輛電器件的正常運行和安全，正常的導(dǎo)線選型是根據(jù)查表所得。隨著設(shè)計的不斷精細化，導(dǎo)線選型需要考慮周邊環(huán)境以及布置等對性能衰退的影響，同時要求較高的特殊系統(tǒng)需要使用特殊規(guī)格的導(dǎo)線，以確保性能的可靠性，比如使用雙絞線和屏蔽線對減少電磁干擾對系統(tǒng)的影響。

1 汽車電線作用與規(guī)格

1.1 電線的結(jié)構(gòu)

電線是傳輸電信號和電流的載體，其主要由絕緣皮和導(dǎo)線組成，不同規(guī)格的導(dǎo)線對應(yīng)的絕緣皮材料和銅絲結(jié)構(gòu)不同。導(dǎo)線的評價參數(shù)主要有導(dǎo)體部分的銅絲直徑、根數(shù)、絕緣皮厚度以及外徑尺寸等[2]。為了減少不同信號在傳輸過程的受干擾程度，在汽車上還使用雙絞線和屏蔽線等。由于車輛上電線使用量之大，為了線束生產(chǎn)以及整車售后維修的方便，一般絕緣皮會設(shè)置不同的顏色進行區(qū)分。

1.2 電線的規(guī)格

汽車上用的電線以低壓電線為主，隨著混合動力汽車和純電動汽車的發(fā)展，汽車上的高壓線束使用也越來越多，但本文作者主要針對低壓電線進行討論，以目前行業(yè)主流的導(dǎo)線規(guī)格為日標導(dǎo)線和德標導(dǎo)線。

2 汽車電線的設(shè)計選型

2.1 電線載流量

電線載流量是設(shè)計過程中必須要考慮的因素，GB 4706.1-2005中對電線的負載電流值進行了規(guī)定[3]。導(dǎo)線的載流量和導(dǎo)線截面有關(guān)，也與導(dǎo)線的材料、型號、包扎方法和環(huán)境溫度等有關(guān)，影響因素較多，計算也較復(fù)雜。各種導(dǎo)線的載流量通常可以從手冊中查找。

影響載流量的因素可以分為內(nèi)部因素和外部因素。導(dǎo)線自身屬性是影響電線載流量的內(nèi)部因素，增大線芯面積、采用高導(dǎo)電材料、采用耐高溫導(dǎo)熱性能好的絕緣材料、減少接觸電阻等都可以提高電線載流量。外部因素可以通過增加導(dǎo)線布置間隙和選擇溫度合適的布置環(huán)境來增加載流量。

2.2 電線和連接器及端子的匹配

電線與連接器端子的匹配主要分為載流量的匹配和機械壓接結(jié)構(gòu)的匹配。

2.2.1 端子和電線載流量的匹配

端子和導(dǎo)線的載流量要匹配，確保在使用過程中端子和導(dǎo)線都能夠滿足負載需求。存在雖然滿足了端子的容許電流值,但超過電線容許電流值的情況,要特別注意。導(dǎo)線和端子的載流量可以通過查表和相關(guān)資料的方式獲得。

電線的容許電流值:端子材質(zhì)為黃銅，通電時端子溫度是120 ℃(端子的耐熱溫度)時的電流值；耐熱銅合金,端子溫度140 ℃(端子的耐熱溫度)時的電流值。

2.2.2 端子和電線載流量機械壓接部分的匹配

為保證機械壓接結(jié)構(gòu)部分的匹配，即端子壓接導(dǎo)線后要滿足一定的標準。影響因素主要有如下部分[4]：

(1)電線開線要保證線束的絕緣皮和線芯完整沒有受損，典型的開線后結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 開線良好和不良品對照

(2)機械壓接強度、導(dǎo)電性能和壓接力的大小關(guān)系如圖2所示。

在利用模具進行端子和導(dǎo)線壓接時，隨著壓接力的增加，壓接高度降低。如圖2所示：在壓接設(shè)計范圍前，隨著壓接力增加機械壓接強度增強；同時隨著壓接力的增加，接觸電阻減小，導(dǎo)電性能增加。但壓接力超過壓接設(shè)計范圍后會導(dǎo)致電線銅絲壓斷，壓接力和導(dǎo)電性能都會下降。

圖2 端子壓接力與機械強度及導(dǎo)電性特性曲線

(3)在正常的電線開線以及正確的模具壓接后，完整的端子壓接結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 常見端子壓接結(jié)構(gòu)

2.3 電線和保險絲的匹配

在線束設(shè)計過程中一個重要的工作就是電線和保險絲的匹配[5]，保險絲設(shè)置的主要目的就是保護導(dǎo)線在短路情況下不會出現(xiàn)熔化起火的故障。一般電線和保險絲的匹配過程和流程如圖4所示。

圖4 常見電線和保險絲匹配流程圖

在正常設(shè)計過程中會通過查表確定保險絲容量和導(dǎo)線的匹配[6]，電線和保險絲匹配基準如圖5所示。

導(dǎo)線3參數(shù)因為所有范圍的過電流能力都在保險絲1承受范圍以上，保險絲可以對導(dǎo)線起到保護作用，可以推薦使用；

導(dǎo)線2參數(shù)存在導(dǎo)線過流能力在保險絲1承受范圍以外的工況，故判定為不推薦使用。

圖5 電線和保險絲的匹配基準曲線(40 ℃)

3 特殊規(guī)格電線選型設(shè)計

3.1 雙絞線設(shè)計選型

雙絞線是在汽車各種電線配合時，避免電線受到外來干擾時選擇使用的絞合導(dǎo)線，主要用于CAN總線、收音機系統(tǒng)揚聲器、氣囊發(fā)生器等信號電路[7]。不同系統(tǒng)信號對絞距的要求也是不同的。常用的雙絞線絞距有20、25 mm等(見圖6)。

圖6 常見雙絞線視圖

3.2 屏蔽線設(shè)計選型

3.2.1 屏蔽線的種類

屏蔽線是指對前面敘述的各種汽車電線增加屏蔽體，以使電線不易受外來噪聲干擾。并且避免通信信號等發(fā)生不必要的噪聲，主要用于各種傳感器、ECU、聲頻等信號回路[8]。

屏蔽線主要有以下3種：編組屏蔽電線、橫卷屏蔽電線、金屬箱屏蔽電線。

編組屏蔽電線：各汽車用電線的遮蔽體鍍錫軟銅線相互交叉，編織而成。矢崎標志方法：(線心品種)+BS(Braided Shield)，例如AVSBS CAVSBS。圖7所示為編組屏蔽電線結(jié)構(gòu)圖。

圖7 編組屏蔽電線結(jié)構(gòu)圖

橫卷屏蔽電線：各種汽車用電線上的遮蔽體鍍錫軟銅線呈蛇狀纏繞而成。矢崎標志方法：(線心品種)+HS(Helically Wrapped Shield)，例如AVSHS CAVSHS AVXHS。圖8所示為橫卷屏蔽電線結(jié)構(gòu)圖。

圖8 橫卷屏蔽電線結(jié)構(gòu)圖

金屬箱屏蔽電線：各種汽車用電線上的遮蔽體金屬箔膠帶縱向纏繞而成。金屬箔膠帶有鋁箱型和銅箱型，根據(jù)用途(環(huán)境等)區(qū)分使用。并且，接地電線使用消耗線，很容易進行端末連接。矢崎表示方法：鋁箱型：(線心品種)+AS(Aluminum Foil Shield)；銅箱型：(線心品種)+CS(Copper Foil Shield)，例如AVSCS CAVSCS。圖9所示為金屬箱屏蔽電線結(jié)構(gòu)圖。

圖9 金屬箱屏蔽電線結(jié)構(gòu)圖

3.2.2 靜電感應(yīng)的原理和對策

靜電感應(yīng)的原理：感應(yīng)體與大地間存在電壓，因感應(yīng)體-被感應(yīng)體間的靜電容量，在被感應(yīng)體上產(chǎn)生了大地間被感應(yīng)電壓。

靜電感應(yīng)對策：全部遮蔽體將電通量線進行屏蔽的方法。根據(jù)全部遮蔽體已將電磁力線進行遮蔽，在良導(dǎo)體的遮蔽體上有完全誘導(dǎo)源，原則上若將被誘導(dǎo)源覆蓋，可能100%遮斷。但是，實際上遮蔽體存在接地電阻，防止了100%遮斷。

4 結(jié)論

從導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)、規(guī)格性能以及性能影響因素等多方面對汽車低壓線束設(shè)計進行了闡述。普通導(dǎo)線的設(shè)計需要考慮周邊環(huán)境、布置等外在因素的影響，同步需要考慮電線和端子的匹配配合、電線和保險絲匹配等。同時一些特殊的系統(tǒng)需要使用特殊規(guī)格的導(dǎo)線來保證系統(tǒng)性能的穩(wěn)定，比如雙絞線和屏蔽線等，這些導(dǎo)線對設(shè)計以及生產(chǎn)制造的要求更高。