汽车尾门线束接地设计

2020年9月16日 评论 325 2597字
摘要:本文介绍了汽车线束接地设计重要性,说明了线束设计常用的几种接地方式,进一步阐述了尾门线束接地的设计方法、要求,如接地点位置选择、接地螺栓的要求等,为设计师提供经验参考。

0 引言

在汽车上,线束是汽车的中枢神经系统,它是汽车蓄电池、各种信号分配传输的载体。线束在整车电气中,扮演着重要角色,所有电器设备都要依靠线束传递电信号,实现电路的连接。在线束设计中,接地设计是很重要的,在线束设计初期需充分考虑接地设计。接地方式、接地点位置的选取不合理,会影响某些电器功能实现,甚至会造成信号干扰等,直接影响车辆使用的安全性、可靠性和稳定性。

1 汽车线束接地概述

目前世界各国生产的汽车大多数采用的单线制负极接地,就是利用汽车发动机和底盘、车身等金属件作为各种用电设备的共用连接线,把蓄电池和用电设备的负极通过线束、螺栓、螺母与底盘、车身的金属架紧固在一起,以车体本身代替导线,这样用电设备到蓄电池只需设一根导线。电流从蓄电池的正极出发,经导线流入到用电设备后,再经过金属车架流回蓄电池负极而形成回路。使用单线制负极接地不仅可以节省材料,并且使得电路更加简化,方便装配、维修。

在汽车的电子及电气系统中,接地点意味着一个共同的参考点。各接地点与蓄电池负极之间及各接地点之间的电压差理论上应为0V,但实际是不可能做到的。因为采用单线制负极接地,是利用车身为导体,电气系统工作时电流必须经过汽车车身(钢材)、车身上的焊点,焊点又将车身的钢板从一个接地点传到下一个接地点,钢的电阻率无法和铜相比的,所以汽车车身上不同位置的导电性能是有差异的。另外,因震动引起钣金焊接配合度降低及腐蚀导致钣金件电阻率升高,都会导致接地点与蓄电池负极的电压差变化。尽可能将电压差设计小是接地设计最主要的目标。

2 线束接地方式的分类

2.1 单点单独接地用电设备的地线及接地点是独立的,直接接到车身上,不与任何电器设备共用,见图1。

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图1 单点单独接地

2.2 单点串联接地几个用电设备的地线先接到共同地线上,再通过共同地线接到一个接地点上进行接地,见图2。

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图2 单点串联接地

2.3 单点并联接地用电设备的地线分别接到同一个接地点上进行接地,见图3。

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图3 单点并联接地

2.4 单点混合接地串联和并联混合接地,用电设备先通过串联方式连成一组或自成一组,组与组之间再采用并联的方式进行接地,见图4。

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图4 单点混合接地

2.5 复式接地通过两个接地点进行接地,两个接地点之间用导线连接起来,两个接地点回路是并联设计,电阻值最小,又分单点串联复式接地、单点并联复式接地、单点混合复式接地,见图5。

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图5 复式接地

接地设计是汽车线束设计中最为复杂的一项工作,接地的好坏直接影响到电器的性能、整车电磁兼容性,线束接地设计并不是以上四种接地方式单独运用的,而是将以上四种接地方式综合的、系统的运用。

3 接地线设计原则

①分信号地/模拟地、功率地两种类型,两种类型分开接地;②按就近原则,采用单点混合接地;③安全类、容易受干扰电器(如ECU、ABS)须采用单点独立接地;④对于安全等级更高的电器(如安全气囊),其接地点须单点独立接地外,还应采用复式接地。

4 尾门接地设计

以某一车型为例,说明尾门线束设计方案。

4.1 电器类型及功率统计根据表1,得出长时工作电器电流总计:20.92A,短时工作电器电流总计:9.25A。

表1 电器类型及功率统计

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4.2 尾门线束接地方式确定尾门上的电器全部为负载类型,因此可以选用单点混合接地。乘用车尾门线束接地一般有两种方法,一种是就近原则,直接在尾门上接地,另外一种是将尾门接地线拉到尾门之外的地方接地。由于乘用车尾门是通过活动的铰链与车身连接的,铰链使用的铆接工艺,导电性能相对较差。而将尾门接地线拉到尾门之外的地方接地,由于路径较长,电压降不满足电气性能要求。因此尾门接地需采用冗余做法,除了铰链金属接地之外,还应增加额外的电线做作为地线拉到尾门之外的钣金进行复式接地。即尾门线束除了采用单点混合接地外,还须采用复式接地。

4.3 尾门线束接地线径确定各用电器地线线径大小参考电线选取规则进行选取;对于复式接地对于两个接地点之间线径大小根据长时工作电器和短时器短时器电流来计算。长时间工作的电器要在实际电流的60%以内选择电线,即20.92÷60%=34.87A;短时间工作的电器要在实际电流的60%~100%范围来选择电线,由于尾门的短时工作电器工作时间短,我们选择10%,即9.25÷100%=9.25A。得出尾门电线需承载电流为34.87A+9.25A=44.12A。根据电流与线径的对应关系,环境温度选取40℃,参考表2,同时需考虑电线产生的电压降影响,最后线径选取2.5mm相对较合适。

表2 FLRY 型电线载流量

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4.4 尾门接地点位置的确定接地点位置选取首先需考虑装配空间,接地点钣金平面需平整,以保接地端子与钣金件接触良好,接地处一般采用孔式接头方式,在车身上打孔,焊接螺母或螺栓,不可用铆接螺母或螺栓。在一个接地螺钉或螺栓上不可重叠3 个以上的接地端子,接地端子与钣金配合需有防转结构防止装配时转动,见图6。

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图6 线束接地端子及防转结构

4.5 接地端子选取接地端子采用的是孔式接头,材料厚度在0.5-1.5mm,一般用M6、M8的孔式接头,根据尾门上所有用电器的电流大小选用多大孔径的接头,以端子最窄处的截面积,截面积与电流的对应关系可参考电线截面积与电流的对应关系。

4.6 接地螺栓选取及扭矩值确定接地螺栓需选取具有刮漆功能类型的螺栓,见图7。接地用螺栓表面要使用镉、镍等导电性能良好的材料进行处理,紧固时扭矩范围M6:7.5-10.5N·m,M8:18-22N·m。

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图7 接地螺栓

5 接地性能验证

由于尾门上的电器为负载类型,属于功率地,对于功率地只需要简单测试接地点的电阻,一般采用毫欧表进行测量。测量时须断电操作,也就是断开蓄电池负极后再测量蓄电池负极桩头到接地点之间的电阻值,电阻要求:≤2mΩ。

6 总结

随着汽车上的电器配置、功能越来越多,连接各个电器件的线束也越来越复杂。线束导致的电器问题已成为当代汽车故障的多发环节,因此在汽车设计中受到越来越多的关注。汽车线束接地设计是线束设计重要环节,是用电器能否正常工作关键,所以接地设计必须要根据电器的特性采用不同的接地类型,选取合适的接地点位置、接地端子、接地螺栓以及扭矩,这样才能确保用电器安全、可靠工作。

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