原理设计8:整车接地分配系统设计方法

2020年10月14日 评论 226 2309字

整车电源分配和搭铁设计是汽车线束设计中的核心部分。良好的线束搭铁设计是电源传输与信号传递的重要保证。如果搭铁点选取不当,很容易造成信号干扰,从而影响电器件的功能实现。本节将针对线束搭铁设计进行详细阐述。

1单线制与负极搭铁

整车搭铁系统有两个重要的概念:单线制和负极搭铁。

单线制指的是在汽车电子系统中从电源到用电设备只用一根导线相连,而用汽车车身、底盘、发动机等金属机体作为另一公用导线。由于单线制节省导线,线路简化清晰,安装和检修方便,且电器件也不需要与车体绝缘,所以现代汽车电气系统普遍采用单线制。

汽车电气系统采用单线制时,蓄电池的一个电极接到车体上,俗称“搭铁”。若蓄电池的负极与车体相接,就称负极搭铁,反之为正极搭铁。按照国家标准规定,国产汽车电气系统均采用负极搭铁。

2搭铁点的分类与介绍

1)电源搭铁蓄电池负极桩头上的零电位。

2)整车搭铁整车上互相导通的,可导电的车身钣金、底盘或者发动机零部件等。

3)电源信号搭铁整车上各类电气元器件的电源馈线。按照回路中的电流的大小/波形,可划分为“脏搭铁”或者“干净搭铁”。

干净搭铁:峰值电流小于1A的搭铁,如传感器信号反馈或者不同零部件之间的控制信号(例如网络通信)。

脏搭铁:峰值电流大于1A的脉冲宽度调制负载和大于1A的开关负载,如电机类和开关类负载。

4)射频搭铁经常被用作控制射频干扰的搭铁。这类搭铁一般都是通过装配直接装在车身钣金上,不能用作任何搭铁电流的旁路。

5)天线搭铁如收音机天线搭铁。

3搭铁分配设计流程

原理设计8:整车接地分配系统设计方法

图:搭铁分配设计流程

4搭铁分配

考虑电器件的整车安装位置,结合电器件负载类型及具体搭铁类别,对各电器件进行搭铁分配设计。

4.1总体原则

1)就近搭铁。尽可能缩短搭铁回路长度,减小回路电压降、成本和质量。

2)尽可能减少各子系统之间不必要的互相干扰。

4.2干扰产生的原理

理想情况下,每个电器件都需就近单独搭铁,然而这样会造成整车搭铁数量过多,极大地增加装配复杂性,增加整车质量和成本,因此这种方法并不是最佳选择。在进行搭铁设置时,必须考虑对搭铁进行共用、合并。

原理设计8:整车接地分配系统设计方法

图2为搭铁合并干扰图

当只有零件1工作时,I1=U/(L1+R1);

当只有零件2工作时,I2=U/(L1+L2+R2);

当2个零件都工作时,I1+I2=U/(L1+R1)+U/(L1+L2+R2),此时如果I2明显大于I1时,那么零件1与搭铁之间的电势差会增加很大,将会影响到其正常工作。

通常的设计规范都会禁止脏地和干净地铆接在一起。如果高、低接地电流的大小差值超过了1/5的话,这两个接地回路就不能铆接在一起。但请注意,这只是相当保守的设计规范,如果对这两个回路的做了详尽的分析后,就可以铆接在一起。

从以上的分析,我们可以知晓,为了尽可能减少铆接引起的干扰,应该尽可能降低L1的值,即降低铆接点到接地之间的电阻。因此应该尽量将铆接点靠近接地片,同时若有必要需要增加这段的线径

4.3几种接地回路的连接方式

介绍几种常见的接地分配的连接形式及建议。

4.3.1采用铆接点进行搭铁的合并形式

原理设计8:整车接地分配系统设计方法

图3通过铆接点合并搭铁方式图

第一种方式干净地回路之间的铆接是允许的,第二种脏地回路之间的铆接,需要按照4.2的方法进行分析,若通过也是完全可以接受,对于第三种脏地与干净地回路相互铆接,通常是不允许这样的,除非得到专家的评审通过才被允许。

4.3.2采用搭铁片共同搭铁合并形式

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图4通过接线片合并搭铁方式图

第一种方式干净地回路之间的搭铁端子搭接是允许的;第二种脏地回路之间的搭铁端子搭接,也是完全可以接受的;对于第三种脏地与干净地搭铁端子搭接,通常是可以接受的,但需要得到相关专业的评审通过。

4.3.3在搭铁末端一并压接到搭铁端子的形式

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图5通过并线压接端子合并搭铁图

第一种方式干净地回路之间的回路并接是允许的;第二种脏地回路之间的回路并接也是完全可以接受的;对于第三种脏地与干净地回路并接,通常是可以接受的,但需要得到相关专业的评审通过。

5接地点的要求

  • 接地点的位置应该便于安装和维修,并且搭接面能过满足扭矩要求。
  • 每个接地点不应该接超过两个接线片。
  • 接地点不应布置在强飞溅区域和积水区域。
  • 搭铁点不允许布置在通过螺栓连接的金属件上,比如车门。仪表台骨架设置搭铁点时,只有当其是焊接在车身上才允许。
  • 对于车身钣金厚度小于3mm的地方,推荐使用焊接螺母解决方案。对于大于3mm的厚板,建议使用自攻行螺钉进行搭铁安装。

6一般性的搭铁分配原则

1)发动机ECU,ABS等对整车性能及安全影响大,易受其他用电设备干扰的电器件(如音响、油位传感器等),这些件的搭铁一定要单设。

2)安全气囊系统,搭铁点不仅要单设,还需使用复合搭铁,其目的是当其中一处搭铁失效时,系统可以通过另一搭铁点搭铁,确保系统安全工作。

3)射频信号为避免干扰其他系统,需要单独搭铁。

4)弱信号传感器的搭铁最好独立,搭铁点最好是在离传感器近的位置,以保证信号的真实传递。

5)其他电器件可以根据具体的布置情况相互结合同用搭铁点。原则就是就近搭铁,避免搭铁线过长,造成不必要的电压降。

6)蓄电池负极线,发动机搭铁线等因导线截面积较大,因此一定要控制线长和走向,减小电压降;为增加安全性,发动机、车身一般都要单独连到蓄电池负极。

7)需要将电子搭铁和功率搭铁区分开来,将模拟信号搭铁与数字信号搭铁分开,避免信号之间的相互干扰。

7结束语

以上是汽车低压线束搭铁设计的一些内容,实际运用过程中,应该灵活使用。设计完毕后,还需要通过一些必要的测试以保证设计的可靠性。

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