浅谈汽车线束搭铁线设计(基础)

2021年9月24日
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汽车的电器集成化程度越来越高,汽车线束就变得越来越复杂,设计和生产制作过程控制难度越来越大。而汽车电路中最重要的因素之一搭铁点的设计就显得尤为重要 。

1 搭铁分配设计原则

1.1 搭铁种类介绍

整车地:顾名思义就是整车电路的地,它是由蓄电池负极直接接到车身,使整个车身与蓄电池负极相连,所有的搭铁点都是通过车身搭铁,因此汽车电路中的接地又被称之为搭铁。

浅谈汽车线束搭铁线设计(基础)

功率地:主要是指大功率用电设备的搭铁,例如发动机冷却风扇、刮水电动机、玻璃升降电动机、空调鼓风机、座椅调节电动机、天窗电动机、门锁电动机等。这些用电器的电流一般较大,会对其他弱电流或信号线产生干扰。

信号地:一般指有信号传输的电器设备的搭铁,传输信号有模拟信号、数字信号等,信号一般比较敏感,容易被干扰。屏蔽层搭铁:对于娱乐系统天线及高电压工作用电器,由于其工作过程中对周围电磁场影响较大,必须采用单芯屏蔽线,以达到保证接收信号准确,且对周围线束电磁场影响最小作用。而单芯屏蔽线屏蔽层,直接通过搭铁点接到整车地。如发动机点火线圈供电回路,工作过程会产生上万伏高电压,对周围信号线干扰极大,甚至会导致整车EMC不通过,需采用单芯屏蔽线,屏蔽层接车身搭铁。

1.2 搭铁原则

总体来说,搭铁点分配有3个原则。

(1)强弱电分开搭铁原则,如电动机类产品属于大电流用电器,要与信号线及控制回路等小电流搭铁分开。

(2)安全件单独搭铁原则,如安全气囊模块、ABS、ECM 等对整车性能及安全影响大的模块,要采用单独搭铁;针对前照灯搭铁,考虑一个搭铁失效后,另一个可以继续使用,必须将左右前照灯分开搭铁。

(3)就近搭铁原则,考虑到经济性、压降小及最小干扰,搭铁点尽量靠近模块端,这样搭铁线短,导线成本低,线束回路压降小,被干扰的可能性也随之降低,特别是针对弱电信号搭铁,以保证信号的真实传递。

除以上3个基本原则外,根据模块特性还有以下几点情况:

(1)安全气囊模块由于是一个安全级别非常高的模块,除了单独搭铁外还需要有备用搭铁,作为备用方案,确保气囊系统准确及时地工作;

(2)所有搭铁点都要避免喷漆/污染,避免搭铁低于涉水高度;

(3)蓄电池负极线、发动机搭铁线等因导线截面较大,因此一定要控制好线长和走向,减小电压降;

(4)为增加安全性,发动机、车身一般要单独连到蓄电池负极搭铁;同时压接端子大于 10mm2端子要求镀锡点焊。

2 搭铁形式

(1)车身搭铁形式。目前主流车型搭铁的形式主要有 2种,第 1 种是车身焊接螺母,使用带排屑功能螺栓紧固线束搭铁端子;第 2 种是车身焊接搭铁螺栓,用螺母紧固线束搭铁端子。

这 2 种形式各有一定的优缺点。车身焊接螺母多用于日韩系车,工艺比较复杂,装配时需要两手配合,对搭铁螺栓要求也较高,要求螺牙有一定的自攻功能,在紧固搭铁端子时能够将焊接螺母的油漆及氧化层刮掉,实现良好的搭铁性能。采用这种形式的搭铁,一般会对车身焊接螺母进行保护,即在车身电泳前增加工艺螺钉预装配在上面,电泳后,将工艺螺栓取出,确保搭铁点无油漆以保证搭铁性能良好。这种形式装配好后比较美观。

车身焊接螺栓多用于欧美系车,装配工艺较简单;焊接螺栓在进入电泳前使用工艺螺母紧固,装配搭铁端子时再将螺母松掉。这种设计的好处是可以很好地保护搭铁螺栓,搭铁螺栓不会被电泳漆覆盖,可以确保搭铁性能良好。但这种形式由于是焊接螺栓,车身会突出一个零件,不美观,因此在位置的选择上要易于安装,同时又要兼顾美观,在不容易发现的地方设置较好。

(2)线束搭铁端子形式。线束搭铁端子选型主要根据以下几个信息:载流量、搭铁螺钉或螺母尺寸、布置位置、是否需要防转等。下面介绍几种主流的搭铁端子及使用情况。

①蓄电池负极及发动机搭铁等大电流一般会选择大端子,适合大于 10mm2线径,线束压接部位常采用镀锡点焊,使用带胶热缩管。

②一般搭铁端子,一般是组合型为了防止安装时线束搭铁端子跟转,选取一个搭铁片带防转机构。

③同一搭铁点如有多个搭铁回路,可通过以下 3 种形式将搭铁回路拼接,可减少搭铁点数量。

形式 1 同一搭铁点所有搭铁回路通过连接钉合并为一根搭铁回路,仅压接一个搭铁端子,多使用在日韩系车。优点:成本低;缺点:工艺复杂,且回路中小电流回路压降大,可能产生相互干扰。

形式 2 同一搭铁点所有搭铁回路单独压接搭铁片,通过搭铁片组合搭铁,多使用在欧系车。优点:工艺简单,性能可靠;缺点:成本高。形式 3 同一搭铁点将搭铁回路按电流大小区分后,可将小电流搭铁回路合并压接到同一个搭铁片上,再组合搭铁,多使用在美系车。特点:工艺复杂程度适中,成本适中。

3 整车搭铁现状及发动机搭铁设计举例

(1)搭铁现状。在整车线束中,一般发动机舱搭铁点最多,仪表板支架上尽量不要选取搭铁点,因为支架与车身是靠螺栓连接,接触电阻可能会过大,影响搭铁性能。搭铁线约占整车线束所有导线的 15%~20%。根据功能的差异,整车搭铁点约在 18~20 个比较合适,基本上可以涵盖整个电路设计的需要。

(2)发动机搭铁设计举例。由于发动机上的电器件(发电机、起动机等众多用电器件)的负极直接与发
动机缸体刚性对接,发动机缸体通过搭铁电缆搭铁形成一个搭铁回路。发动机搭铁一旦接触不好,将造成停车时起动机搭铁不良,无法起动;行车时,发电机搭铁不良工作不正常,整车亏电以致发动机突然熄火,及部分接触点因接触电阻偏大而烧蚀等等众多风险。最有效的发动机搭铁:直接将发动机缸体与蓄电池负极对接。但由于布置原因,很难直接接到蓄电池负极,因此最好在发动机缸体和变速器壳体上对接,保证良好搭铁性。

对于发动机搭铁选择:

①首选方案为接在发动机悬置上或缸体上,优点:搭铁可靠,搭铁线短,成本低;

②次选方案为接在变速器与发动机对接的缸体上,优点:搭铁可靠,但搭铁线偏长,成本较高。因为此零件是靠 2 个安装螺栓连接到缸体或变速器体上,过多地通过其他零件的装配达到搭铁,会存在搭铁接触不良隐患。若安装螺栓扭矩不到位,或发动机振动过大,或发动机前倾后倾,都会引起发动机与悬置、车身间歇性接触不良,导致电压降过大,部分发动机电器件不工作

4 结语

汽车线束搭铁设计是汽车电路设计中极其重要的环节,它体现了汽车线束设计水平的高低,对实现汽车电路的稳定可靠起着举足轻重的作用。汽车线束搭铁设计要形成一种搭铁设计的策略,形成一种固化的搭铁设计方案,固化的搭铁方案是那些经过车型验证,经过大量试验验证过的,可以直接去使用的设计方案,可以提高线束设计品质,缩短开发和验证周期。

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