汽車線束的設計分析

劉勝東

摘 要：線束作為汽車的神經網絡，是將汽車各ECU用電設備聯系起來的橋梁，在整個汽車電器部件的開發工作中，線束開發工作的地位舉足輕重。本文主要從線束設計進行分析。

關鍵詞：汽車；線束；設計

引言

線束系統設計是一個很復雜的過程， 要考慮很多因素， 例如： 整車的空間布局， 線束各個位置的環境情況， 各用電器的功率， 整車的安裝空間等。以上因素都會制約線束系統的設計， 也就是說影響線束性能和布置的好壞。隨著汽車中使用的電子控制系統和通訊系統越來越多， 若仍采用傳統的點對點連線方式， 則線束將十分的龐雜， 既占據了大量的空間也使系統的可靠性降低。

一、整車電氣原理設計

1.1低壓電氣設計原則

在進行低壓電氣設計時，遵循如下基本原則： 單線制利用汽車底盤、車身等金屬機件作為各種用電設備的共用連接線（俗稱搭鐵），而用電設備到電源只需另設一根導線。任何一個電路中的電流都是從電源的正極出發，經導線流入到用電設備后，通過金屬車架流回電源負極而形成回路。

采用單線制不僅可以節省材料（銅導線），使電路簡化，而且便于安裝和檢修，降低故障率。但在一些不能形成可靠的電氣回路或需要精確電子信號的回路，為了保證其工作可靠，提高靈敏度，仍然采用雙線連接方式。

（1）負極搭鐵

所謂搭鐵，就是采用單線制時，將蓄電池的一個電極用導線連接到車身或底盤等金屬車體上。若蓄電池負極連接到金屬車體上，則稱為負極搭鐵；反之若蓄電池的正極連接到金屬車體上，稱為正極搭鐵。我國標準中規定汽車電器必須采用負極搭鐵，世界各國生產的汽車大多也采取負極搭鐵方式。

（2）兩個電源

兩個電源指汽車低壓有12V蓄電池和DC/DC兩個供電電源。12V蓄電池為輔助電源，在汽車未上高壓時向有關用電設備供電；DC/DC為主要電源，高壓系統上電后，DC/DC開始為低壓用電設備供電，同時給12V蓄電池進行充電。兩者互補有效地保證了低壓設備在不同情況下都能正常工作，同時也可以延長12V蓄電池的供電時間。

（3）用電設備并聯

將汽車上的各低壓用電設備都采用并聯方式與電源連接，各設備由各自串聯在其支路的專用繼電器、保險控制，互相不產生干擾。

（4）低壓直流供電

低壓設備統一采用12V直流電壓供電。

1.2高壓電氣設計原則

在進行高壓電氣設計時，遵循如下基本原則：

（1）雙線制

高壓電壓等級為326V，高壓部件有動力電池、空調壓縮機、電動暖風和驅動電機、充電機和DC/DC。由于高壓部件多為大功率器件，為保證運轉良好、安全無漏電，高壓電氣系統設計均采用雙線制。

（2）高低壓系統分離式設計

將高低壓線束分離開來，避免將高壓系統產生的電磁干擾引入低壓系統，保證低壓系統通訊、控制信號不受干擾。

二、整車高低壓線束設計

2.1導線截面積計算

根據各用電設備的負載電流大小確定導線的截面積，計算原則為長時間工作的用電設備選用實際載流量的60%的導線，短時間工作的用電設備則可選用實際載流量60%-100%之間的導線。同時，還需要考慮電路中的電壓降和導線發熱等情況，以免影響用電設備的電氣性能和超過導線的允許溫度。

銅導線的安全載流量的推薦值為5-8A/ mm2，選擇7A。銅芯導線截面積S的上下限計算公式為：S =< I /（5-8） >= 0.125 I-0.2 I。 其中，S為銅導線截面積（mm2），I為負載電流（A）。

2.2導線顏色選擇

為便于安裝和檢修，汽車采用雙色導線，主色為基礎色，輔色為環布導線的色條帶或螺旋色帶，且標注時主色在前，輔色在后。以雙色為基礎選用時，各用電系統的電源線為單色，其余為雙色。

2.3汽車線束

為使汽車線路規整，安裝方便及保護導線的絕緣，汽車上的全部低壓線路，一般將不同區域的不同規格的導線用棉紗或薄聚氯乙烯帶包扎成束，這就是線束。在設計中，還需將局部塑料包扎后的線束放入側切口的塑料波紋管內，使其強度更高，保護性能更好，查找線路故障也更便捷。

三、碰撞與高壓電安全防護設計

碰撞與高壓安全防護設計研究包括開展整車高壓電氣安全技術研究，高壓電纜布局、防護、干擾抑制設計，高壓部件設計、匹配及控制技術，高壓電安全管理技術研究，以提高汽車防塵、防水及防爆等級，實現漏電自檢和保護功能等。

3.1 高壓電氣系統分析

汽車高壓系統由動力電池、電機控制器、驅動電機、高壓控制盒、DC/DC變換器、車載充電機、電空調系統（電動壓縮機制冷+PTC制熱）等部件組成。其中動力電池、電機控制器、驅動電機為車輛唯一的能量源和動力源，驅動車輛行駛，輸出功率較大。高壓控制盒作用是通過低壓信號對高壓繼電器進行控制來實現對高壓電器件的上電下電功能，將動力電池的電能分配到各高壓輔助系統，并對分系統分別設置熔斷器進行保護。DC/DC變換器的主要功能是將高壓電轉換為12V的低壓電，為車輛燈光、音響、控制器等低壓設備供電同時給鉛酸電池進行充電，其作用等同于傳統車中的發電機。

3.2 高壓線束設計原則

C30DB高壓線束設計，遵循如下基本原則：

（1）采用雙線制：即高壓正、負極各自走線，正、負極導線之間及正、負極導線與底盤（車體）之間要保證絕緣。根據國家標準，絕緣電阻應大于500Ω/V；

（2）高低壓系統分離式設計：將高低壓線束分離開來，避免將高壓系統產生的電干擾引入低壓系統，保證低壓系統通訊、控制信號不受干擾；

（3）顏色區別：采用橙色醒目的線束外覆蓋件進行包裹，以警示高壓危險；

（4）電路保護裝置：為防止電流過載或短路，各支路中必須設置保護裝置，如熔斷器、斷電器等；

（5）安全電路：為避免車輛在充電過程中誤操作行車，在充電口設置充電開關，實現物理切斷主繼電器。

3.3 高壓連接器選擇

高壓連接器必須具有安全性、防水性、耐用性，具有防止震動而松脫的功能。安全性包括防手指觸碰、防帶電插拔、絕緣、機械強度；高壓連接器多數布置在機艙內部，要求防水性能不低于IP67。

3.4 高壓導線選型

汽車的高壓電纜工作在高電壓大電流的情況下，要求具有嚴格規定，如漏電特性、防水特性、耐熱特性、耐燃燒特性、屏蔽特性、強度特性；上述特性直接決定高壓線纜的外徑、柔軟度、絕緣皮的材質，常用高壓電纜的絕緣材質有硅橡膠和TPE，硅橡膠具有耐燃燒特性優越，但耐磨、機械性能較差，綜合考慮TPE材料的電纜綜合性能較強；高壓導線的各種性能參數按ISO6722標準來執行。 考慮到線纜尺寸引起的壓降問題、工作溫度、環境溫度等問題，為避免電纜發熱，根據導線截面積計算公式。

四、結束語

隨著汽車電子的飛速發展，汽車線束行業也在發生日新月異的變化。在不斷完善傳統設計的基礎上，對新技術的不斷探索與學習顯得尤為重要。可以預見的是，在國家大力倡導新能源汽車以及汽車輕量化的背景下，整個汽車線束行業將迎來重大發展機遇。

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