浅析整车电路设计的优化及应用

2020年1月16日 评论 510 2349字

随着市场经济的快速发展,汽车工业与电子产品这两个体量巨大的产业也开始相互结合,电子产品越来愈多的应用到汽车上,尤其是一些乘用车,对电子配置的需求尤其大。电子配置的增多,很大程度上影响着汽车线路的设计,不能再按照以前的方法,仅仅增加一些支线路或是熔断器来满足要求。这种做法会造成整车用电的不合理分配,产生很大的安全隐患,导致车辆上市后出现的问题比较多,短路现象频现,甚至还有烧车的可能,影响了车辆的安全。所以,在汽车工业设计的过程中,整车电路的设计就显得尤为重要,需要科学认真地去对待。

1 整车电路设计

1.1 电源分配设计

汽车电器件能否安全正常的工作,与汽车供电系统的设计合理与否有直接的关系,安全是汽车线路设计基本的出发点。汽车的电源分配设计主要从以下三个方面进行。

(1)蓄电池直接供电的系统

通常汽车的重要件或者安全件都是这部分电源的负载,例如,燃油泵工作的电源和重要控制器的电源等。通常称为30 电或者常电。

(2)点火开关控制的供电系统

在发动机启动之后才开始工作的电器件一般都是这部分电源的负载,主要使用发电机电源进行供给。例如,制动灯的电源和转向灯的电源以及安全气囊的电源等。通常称为点火电或者IG 电。

(3)发动机起动时需卸掉的负载电源

这部分电器件工作电流通常比较大,在发动机进行起动时,不需要进行工作。通常有点烟器的电源以及收放机的电源等。通常称为ACC 电源。

1.2 线路保护的设计

线路保护装置的主要作用是保护导线,同时还要保护回路电器件。熔断器和易熔线是常见的线路保护装置。

(1)熔断器

熔断器有慢熔式和快熔式两种。慢熔式熔断器一般是锡合金片,通常与感性的负载电路进行串接;快熔式熔断器一般是细锡线,不但耐振动性和可靠性强,结构也比较简单,容易检测,因此,快熔式熔断器相对应用比较广泛。

(2)易熔线

特殊的导线通过非常大的过载电流一定的时间后,能够及时熔断,将电源切断,从而避免电路事故的发生,这就是易熔线。易熔线由绝缘层和导体组成,通常绝缘层是氯磺化聚乙烯,绝缘层相对比较厚,与同规格导线相比,易熔线一般比较粗。

1.3 回路的设计

以某乘用车为例,在回路设计的时候,保证汽车安全的回路和容易出故障的回路必须要分开设计。保证汽车安全的电路回路一般有制动灯,转向灯等等,而类似室内灯、收放机、12V 电源等等,都是容易出问题的电路回路,这些用电器基本对安全功能没有影响,只是实用型的电路。

那么在设计之前,需要将这两类电路回路分开设计,因为如果这些电路合并设计,则容易出现问题。假设室内灯出现了问题,由于电路都在一个回路上,所以一个室内灯的损坏有可能连带着整个电路有问题,导致烧毁熔断器,那么同一回路的制动灯也会出现故障问题,如果车辆正在行驶,特别是在高速路上行驶出现这种问题的话,就会有很大的安全问题,甚至会引发交通事故,造成不必要的人员伤亡与财产损失。

所以,在设计的过程中,与安全性相关的回路和容易出问题的回路需要分开设计,这样才能够保证在运行的过程中相互不影响,不引发安全问题。

另外就是重要的系统要单独使用自己的回路。例如ABS 是制动防抱死系统,是汽车行驶过程中非常重要的系统,在汽车紧急制动的时候,ABS 系统能够有效的防止车轮抱死而产生翻车事故,是汽车安全系统中重要的组成部分。某乘用车电路回路设计中,在原先的设计里,ABS 回路与空调,组合仪表等回路共同使用了同一个熔断器,这是非常危险的设计行为,因为ABS 的制动防抱死是急刹车过程中最重要的功能,这个功能需要在汽车行驶过程中都保证正常运行。

2 熔断器与线路的选型

2.1 硬件选型

在进行汽车电路的设计时,在保证用电器正常使用的大前提下,尽量采用规模小的熔断器和细的线型,以合理地降低成本。在某汽车电路方案的设计中,优化之前的方案,示宽灯回路采用的是15A 的熔断器加上0.85 的线型,其实这两个数值指标都是相对比较浪费的。

经过优化计算之后,研究人员发现其实只需要10A 的熔断器和0.5 的线型就能够满足要求了,这样就节约了很大一部分成本。需要说明的是,在这里成本的节约并不是对质量缩减,而是在合理的范围内尽量的减少浪费,达到可持续生产的效果。优化之后的0.5 的线型比0.85 的线型每米足足便宜了1 到2 元,这在每月量产几万辆车的生产线上是极大的节约。

2.2 适配性选型

在电路设计的过程中,熔断器与导线的适配是非常重要的概念。在配置上,两者一定要做到合理的搭配,如果两者不匹配,轻则造成成本的浪费,重则有安全风险。如果熔断器选择过小,线束就过粗,造成不必要的浪费;而如果熔断器选择过大,这样熔断器对线束的保护功能就会失效,如果回路上通过了超过线束额定电流的而不会引起熔断器熔断的大电流,时间一长,导线就会被损坏,严重的还有线束冒烟起火的风险,造成很大的安全事故。

在某乘用车整车电路的设计中,后雾灯的控制回路,原设计只有一个21w 的后雾灯,但是却配了一个15A 的熔断器,这个配置存在较大的问题。当后雾灯出现问题导致电流过大时,15A 熔断器并不能感应到电路故障,没有发生熔断,这样,线束就有损坏的风险,熔断器就起不到线路保护的作用了,所以需要对熔断器重新进行选型。

3 电路的合并

在整车电路的优化中,电路的合并也是一种比较有效的方式。对于一些安全等级较低的,负载较小的电路,可以选择合理的合并。合并的好处不仅仅在于能够节约熔断器和电器回路,同时维修时也更容易发现和解决问题。

4 总结

在整车电路的设计过程中,需要进行反复的研究验证,找到最优解,在保证整车电路安全性的前提下,合理的选择熔断器与线型,同时考虑空间和成本上的节约,合并一些回路,使得整车电路的设计更加经济、合理。

作者:张小梅,何筱荣

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