整车线束搭铁设计原理及搭铁分配原则

2019年5月16日12:48:04 评论 1,023

线束搭铁设计是整个线束电路设计中的一个重要环境,直接影响到电器电气性能的好坏,进而直接影响整车性能。但是线束接地该如何进行?线束搭铁点该如何选择?搭铁点合并遵循怎样的原则?要解答这些问题,必须明确线束搭铁设计的原理,这也是小孙今天要分享的内容。

1 整车线束搭铁原理

汽车电气系统采用的是负极搭铁和单线制的设计原则。

负极搭铁是指蓄电池负极接金属车架,单线制是指汽车上所有电气部件的正极均采用导线相互连接,而负极则直接或间接通过导线与金属车架或车身金属部分相连,即搭铁,也称接地。这样就实现了任何—个电路都是从电源正极出发,经导线经用电设备再由负极导线搭铁,通过车架或车身流回电源负极形成回路。

2 搭铁设计的电路原理

这部分的内容是想要表明搭铁设计好坏的电气内部原理,其实质上是指,如何将搭铁的电压降影响降到最小,以便保证电气性能。

理解这部分的内容则需要引入等效电路概念,我们将用电器后端与接地点之间的线阻和搭铁点的接触电阻等效为一个电阻,从而进行电压降的分析。

在电气线束设计中,负极搭铁可以分为多点搭铁,及采用共压的单点搭铁方式。其中负极单点共压搭铁的方式可以分为3种,串联单点共压搭铁,并联单点共压搭铁,混联单点共压搭铁。

2.1 多点搭铁

多点搭铁是指电器部件的各个搭铁点直接就近接到金属车体上,各个部件都是单独搭铁,不与其他电器部件搭铁发生联系的搭铁方式,其等效电路图如图1所示。

整车线束搭铁设计原理及搭铁分配原则

从等效电路中可以看出,此种搭铁方式可使各个部件不受其它电器部件的干扰,但搭铁点比较多,在实际的设计中由于受底盘车身结构限制,现场施工、检修不便等因素影响,采用此方法存在一定困难。

2.2 串联单点共压搭铁

串联单点共压搭铁是指部分电器部件没有直接搭到车身金属大梁,而是间接通过其它电器部件的搭铁线与车身金属大梁相连,其等效电路图如图所示。

整车线束搭铁设计原理及搭铁分配原则

从图中可以看出,

电器部件1搭铁回路产生的电压降为U1=I1xR1+(I1+I2)xR2+(I1+I2+I3)xR3,

电器部件2搭铁回路产生的电压降为U2=(I1+I2)×R2+(I1+I2+I3)xR,,

电器部件3搭铁回路产生的电压降为U3=(I1+12+I3)×R3。

由此可以看出,在负极串联共压搭铁回路中,不同位置搭铁点的电位差不为零,且不同。图中电器部件3最接近低电势部位,搭铁效果最好,电器部件受到干扰的可能性越小。在此种方法中,把低电平电路的电器部件须布置到电器部件3的位置,如果布置到电器部件1位置时,则该电器部件相对于基准电位有较大的电位差,且接地线也最长,最容易受到干扰。

所以在电气线路搭铁线束设计中,应尽量减短搭铁线的长度,降低搭铁回路中的电阻值,减少电势差,选择低电势部位搭铁,从而减少回路干扰,即就近搭铁原则。

2.3 并联单点共压搭铁

并联单点共压搭铁是指各电器部件直接与金属车架相连搭铁,但部分电器部件可能采用共压端子,采用同一个搭铁点与金属车架相连,其等效电路如图所示。

整车线束搭铁设计原理及搭铁分配原则

从图中可以看出,

电器部件1搭铁回路产生的电压降为U1=I1×R1,

电器部件2搭铁回路产生的电压降为U2=I2xR2,

电器部件3搭铁回路产生的电压降为U3=I3xR3。

由此可以看出,在负极并联共压搭铁回路中,各电器部件搭铁电位只与自身的电流I与搭铁点的接触电阻R有关,不受其它电器部件电路的影响,从而避免了其它电器部件的干扰。

此方式对于各电器部件的搭铁效果最好,但会导致一个搭铁点的接线较多,线束体积大,不利于线束布置。所以在实际设计中,需要考虑到搭铁点的整体布置。

2.4 混联单点共压搭铁

混联单点共压搭铁是指在线束搭铁线束设计中,既有串联搭铁方式,又有并联搭铁方式,其等效电路如图所示。

整车线束搭铁设计原理及搭铁分配原则

从图中可以看出,电器部件1与电器部件2是串联搭铁方式,而其与电器部件3又是并联搭铁。

此方式综合了串联搭铁与并联搭铁的优缺点。串联部分电路设计较简单,线束较短,但可能会造成电器部件的相互干扰,尤其有可能干扰安全性的电器部件。并联部分搭铁效果较好,能较好地减少电器部件间的相互干扰,但可能造成接线较长,线束体积增大。所以在实际设计中,须综合考虑是否采用此搭铁方式。

3 线束搭铁设计原则

从本文第2部分,我们已经知晓搭铁等效的一些概念,及各搭铁方式的优缺点。

线束搭铁设计的原则可以参考电源分配的一些思路,即先划分用电器的种类,电气类型(电阻/电感/电容),用电器的重要层度,然后在根据一些基本的设计原则进行搭铁设计。相关的电源分配及保险选型的文章可以参考,如何选择保险丝,保险丝容量计算方法

3.1 接地类型

线束搭铁点在汽车电路中起到重要的作用,不仅应将整车电路串成电气回路,而且应保证各种电器部件的信号完整传递。

搭铁点就其功能可以分为以下几种:

  • 电源地。电源地是指整车电路的地,是将蓄电池负极用导线直接连接到金属车架上(通常是底盘大梁),电源地使整个车身成为电流回路中的负极。
  • 功率地。功率地是指整车电路中大功率用电设备的搭铁,如系统电路中的发动机风扇、控制器风扇、水泵等。这些电器部件的电流一般会比较大,不能和其他弱电流以及信号线搭在一起。
  • 信号地。信号地是指小电流信号的搭铁,包括模拟信号和数字信号等,在系统中通常是一些控制信号。
  • 屏蔽层搭铁。屏蔽层搭铁是指高压电器部件在工作时导致周围电磁场的变化,此时需要采取屏蔽层搭铁来消除影响。由于新能源汽车高压部件较多,在设计时高压线束以及高压部件壳体都需要采用搭铁设计。用于数据传输的CAN信号线以及发动机起动机回路,在设计时都需要采用屏蔽层搭铁,以防止干扰的产生。
  • 防静电搭铁。静电有可能损坏某些精密电子设备,在燃油加油口等也有可能聚集大量静电,这些在设计中也应予以考虑。

3.2 搭铁设计原则

根据以上搭铁点的功能,在设计搭铁点时应遵循以下原则:

  1. 就近搭铁。但要考虑到便于安装、维修方便;
  2. 电源地单独搭铁;
  3. 功率地与信号地分开搭铁;
  4. 对事关安全性或易受干扰的电器设备采取双重搭铁。

参考:《整车线束搭铁设计》 作者: 赵湘衡  张群政  谭志红  胡浩怿  任田良

weinxin
微信公众号:线束工程师(suncve)
免费领取线束设计标准、技术资料,线束建模教程
线束设计资源

发表评论

:?: :razz: :sad: :evil: :!: :smile: :oops: :grin: :eek: :shock: :???: :cool: :lol: :mad: :twisted: :roll: :wink: :idea: :arrow: :neutral: :cry: :mrgreen: