如何提高汽车线束设计的可靠性

2020年1月15日 评论 883 2694字

随着汽车技术的不断发展,人们对汽车的安全性、舒适性、实用性、排放性能和耗油性能等的要求越来越高,而这些功能的实现几乎都得靠汽车电子系统来完成,这使得越来越多的电子产品应用在了汽车上,造成汽车上导线质量过大、线路庞杂,降低了系统的可靠性。

线束作为汽车电气网络的主体部分,负责传输各种电力和电信号,其可靠性对于汽车上整个电气系统的正常运转非常重要,线束设计也逐渐成为整车设计的重要内容。

1 提高回路设计的可靠性的方法

汽车各个回路的可靠性是整车电气系统可靠性的基础,因为汽车电气系统就是由一个个电气回路组成,所以设计回路时必须考虑可靠性的要求。

在车辆的线束中,应将以并联的形式连接的各个回路当作一个串联线路,只有保证全部线束回路都是正常时,电气系统才能正常工作。

在车辆电气系统中,通常需要多个总成、回路参与才能完成一项功能,如倒车指示灯就要电源、电源保险、倒车灯、倒车灯开关、仪表、ECU控制单元和继电器等的参与,若它们当中的一个总成出现故障,倒车指示灯就不能正常工作。

在一根线束总成中,每个回路的可靠性都关系到整个总成甚至整个汽车电气系统的可靠性。由此可得出———减少回路数可以降低故障率。

老式汽车由于电器少,线路简单,所以电气系统出现故障的机率非常低。因此,在线束设计中减少总成和车辆上的回路数,可使电气系统的可靠性得到较大地提高。

但减少回路不能以牺牲汽车的安全、舒适指标以及耗油、排放等为代价,而要通过合理地改进、合并汽车的线路和元器件,并加以模块化处理,以减少回路,提高车辆电气系统的可靠性。

在整车系统中减少连接点和搭铁,如将多根回路共用搭铁,以减少连接点,这样也可有效地提高整车电气系统的可靠性,但要根据具体情况对待,如将信号接地与大电流及电机接地分开,用以减少反电动势对信号的干扰,以确保信号读取准确。同时这些做法还可减轻整车质量,降低制造维护的成本。

汽车不同的系统和功能对可靠性要求是不同的,车辆的制动系统、转向操控系统、电喷系统以及与安全性相关的ABS、ESP 等,关系到车辆的安全和基本功能的实现,所以一定要非常高的可靠性;

而音响部分、空调电气等附属功能的部分系统的可靠性要求则相对较低,这些部件出现故障对车辆不会造成太大的影响。所以应根据车辆不同系统的可靠性要求进行区别,确定整车系统中各个部分的可靠性分配,有区别的加以不同的设计,以便有效的降低成本。

2 提高端子和连接器的可靠性的方法

端子和连接器是决定系统可靠性的重要内容,也是整个线束的重要组成部分。

由于部分端子和连接器的工作环境恶劣,端子和连接件中容易发生各种各样的故障,如腐蚀、老化以及在振动的作用下松动等问题。由于端子和连接器的损毁、松动、脱落、失效所导致的电气线路故障占整个电气系统的故障的50%以上,所以整车电气系统可靠性设计中应充分重视端子和连接器的可靠性设计。

为提高端子和连接器设计的可靠性,首先应分析其故障模式,以便做好相应的预防工作。

端子和连接器通常有接触不良、绝缘不良和固定脱落这三种主要的故障模式。

其中,针对接触不良,可采用检测静态接触电阻、动态接触电阻、单孔分离力、连接点和元器件的耐振性等指标来加以判断;

对于绝缘不良,可检测绝缘体绝缘电阻、绝缘体时间退化速度、绝缘体、接触件等零件尺寸等指标来加以判断;

对于固定脱落类的可靠性,可检测端子和连接器的装配公差、耐力矩、连接针保持力、连接针插入力、环境应力状况下保持力等指标来加以判断。

分析了端子和连接器的主要故障模式和失效形式之后,可采取以下措施来提高端子和连接器设计的可靠性

1) 选择合适的接插件。接插件的选择不仅要考虑连接电路的类型和数量,还要有利于设备的组成。如圆形连接器受气候和机械因素的影响比矩形连接器小,并且机械磨损较小,与导线或电缆的端接可靠,所以尽可能地选择圆形连接器。

2) 前面已经分析了,连接器中接触件数量越多,系统的可靠性越低,所以在空间、重量允许的情况下,尽量选择接触件数量较少的连接器。

3) 选用连接器时,应考虑设备的工作条件。这是因为连接器的总负载电流和最大工作电流往往是根据在周围环境的最高温度条件下工作时所允许的热量来确定的。同时,为降低连接器的工作温度,应充分考虑连接器的散热条件,如可使用距连接器中心较远的接触件来连接电源,这样就更利于散热。

4) 当插件在有腐蚀性气、液体环境中工作时,为防腐蚀,在安装时应注意尽可能从侧面水平安装,当条件需要而垂直安装时,应防止水顺着引线流入接插件,一般使用防水插接件。

3 提高线束保护设计的可靠性的方法

车辆上线束的工作环境是十分恶劣的,腐蚀性气、液体的存在,潮湿、高温、振动以及与其他部件的摩擦和碰撞,容易出现绝缘体磨损、接头松动、导线腐蚀等现象,进而导致断路、短路。所以要想让线束能够安全可靠的工作,就应做好线路的保护设计,也即是要做好线束的包扎和固定。

整车线束都应有防腐、防潮的保护措施,尤其是发动机舱的线束和插接件,应由耐腐蚀、耐高温、密封性好的保护材料进行包扎;其它部位的线束在采取保护措施后应置于稍微隐蔽的位置,并用线夹固定在车上,防止车辆振动对其造成不利影响;线孔处必须做好保护,如翻边设计,以防线束穿过时对线束摩擦而造成绝缘层破损。

为了提高保护设计可靠性,在装配前对包扎材料应进行环境筛选试验,避免不合格的产品进入下一环节;还应在设计选型时针对不同部位的环境应力,对不同包装材料进行加速寿命试验,以选出综合性能最好的一种。

4 合理确定线路的设计长度

通常汽车上根据用电器在车身上的实际布置位置来确定电线束的各部分的长度,并且所有由线束经过的地方都有固定的扎带或孔位来将线束固定。所以线束可靠性受线束总成上各分支的尺寸的影响也较大。

线束如果过长,不仅浪费了空间和材料,也容易导致在车辆行驶过程中因与其它部件的接触而产生摩擦,加速了线束的磨损,进而引起短路等问题;

如果线束过短,会增加其支配的难度,甚至无法装配,有时线束在只短一点点的情况下,操作人员以为用力将线绷紧就行了,但这实际上给线束的安全留下了非常大的隐患,容易造成单配点、端子处的松脱,端子从护套中松脱,连接不可靠等现象。因此,线束的设计长度一定要比实际长度稍有富余,一般适宜的冗余量为3~5%。

5 结语

提高产品的可靠性是一个复杂的工作,要想切实提高可靠性,就应在产品的设计、制作、装配、运输和使用等各个环节贯彻可靠性要求。

设计是提高产品可靠性的第一个环节,所以应严格在设计中体现可靠性的要求,为后面的制作和生产等各个环节打好基础,真正有效地提高产品的可靠性。

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