汽车线束的三维布局设计可靠性研究

2020年3月3日 评论 954 3527字

本文系统地介绍了汽车线束的三维布局设计方法,并对汽车线束三维设计中相关设计原则与接地策略进行了详细深入的研究和分析。以求能够总结出一套行之有效的方法指导设计。为后续车型的开发作参考。

1   概述

汽车线束是汽车电路的网络主体,没有线束也就不存在汽车电路。随着人们对汽车的安全性、舒适性、经济性和排放性要求的提高,汽车上的电器配置、功能也越来越多,所以连接各个电器件的线束也越来越复杂,成为当代汽车故障的多发环节,也因此在汽车设计和生产制造中受到越来越多的关注。如何提高汽车线束的综合性能成为关注的焦点。在汽车线束的整体设计中,三维布局是前提,本文将重点阐述这部分。

1.1 汽车线束的设计流程

汽车线束的设计流程见图1。详细分析如下。

汽车线束的三维布局设计可靠性研究

  图1   线束设计和制造流程

1)由主机厂电气工程师提供整车电气系统的功能,电气负荷及相关的特殊要求,电器件的状态、安装位置,线束与电器件对接的形式。

2)根据电气原理图对每个电气子系统及回路进行电源分配,其中包括接地点的分配,并绘制相应的整车电气原理图。

3)绘制三维线束布置图。

4)根据各子系统电气件的分布情况,确定线束的布线形式及在汽车上的走向;确定线束的外保护形式及过孔的保护;并根据电器件本身的接插件确定线束上与其对接的端子和护套的型号。绘制二维线束图。

5)根据冻结的三维线束布置图和原理图,校核二维线束图;确认无误后方可发图,经认可后试制、生产。

 2     线束三维布局走向设计

线束的走向布局及分段,是根据车身钣金的具体情况,结合全车电器件的分布综合来考虑的,线束的走向分段不可拘泥某种形式,而是要在车身钣金能够满足线束布置的前提下,从整车电气角度来考虑其分布走向。下面详细介绍下线束三维布局走向中需要考虑的主要原则:

1)装配工艺性好

线束的走向分段设计一定要满足易于装配这个前提,尽量不要给总装增加过多的工序,可考虑分装,如门线,仪表台线等;同时,要考虑最好不要使用特殊工具就可以完成装配。

2)可维护性好

这一点是与上面一点相呼应的,不仅仅要易于装配,在售后维修方面,也要易于拆卸,不可以因为要维修某个电器件需要拆下某段线束,而拆除其他多个零部件,否则就将增加不必要的维修工时。基于这一点,在线束设计时需要考虑如下几点:

①所有线束的接插件应该布置在手可以触及的地方,或简单拆卸一些零部件后,可以触及接插件;

②对于只能用一只手插拔的接插件,另一端接插件应该固定在车身上;

③同一部位的接插件应该应用颜色,大小,内部定位等方法,防止错装;

④接插件末端的线束应该预留一定的长度,以便于插接件的插拔。对于开关端的线束建议预留80-100mm。仪表,音响,空调面板等维修率比较高的电器件,其后端线束预留到可以容易插拔的长度;

⑤保险盒的线束要留有足够的余量,以便于保险盒的拆卸。

3)回路尽可能的短

在拆装工艺都考虑后,需要考虑如何布线能使电线回路尽可能的短,因为回路短有如下好处:

①电线上面的压降小,电器件获得的电压高或者得到的信号衰减小;

②可以减轻整车质量;

③可以降低线束成本;

 4)尽可能的减少线束分段。

这一点有的时候是和装配工艺性是矛盾的,因为有的时候为了方便安装便要将原本可以是一条的线束分成两段,这是需要在实际线束三维设计中需要权衡的。因为增加线束分段,势必要增加线束间的对接接插件,而增加对接件则会存在以下几点需要考量:

①增加了线束上面的电压降,或是增大了信号的衰减;

②增加了电气连接的潜在的不可靠点;

③需要增加安装点或安装支架,以固定对接件;

④增加线束组装工时,和物料成本。

所以我们经常会在在一些德系的车子能看到贯穿发动机舱、乘客舱、行李舱的一根大线,这就是少分段的典型设计。

5)要考虑电磁兼容与抗电磁干扰

对于这方面,不仅仅是要从线材的选择上来做,如采用双绞线、屏蔽线等,更要从线束的布线走向上来考虑。如某些欧系的蓄电池后置行李箱的车型,因为要将电流传输给发动机舱电气盒及起动机,所以会有一根纵贯全车的大线径导线,时刻通以较强电流,这个时候,如何还是按照传统布线,将此大电流导线与其他信号线不加以区别一并放在同一束线中,势必会对信号线产生干扰,所以通常会将此大电流导线单独布置走向,并与普通线束留出足够远的距离,同时要求钣金做出一条凹槽以盛放导线,并可起来一定电磁屏蔽作用,虽然如此处理会增加成本,可是这成本是必要的。

除上述5点基本原则之外内,在线束的布置时还有如下的细节需要注意,以保证线束布置的可靠性:

(1)在线束最大的装配公差条件下,所有布置在运动件附近的线束,应该和运动件之间保留足够的距离,此距离由运动件的运动量来决定。

(2)在线束最大的装配公差条件下,线束与相对静止的部件之间需要保留最少为6mm的间隙,除非线束已经被固定在这个部件上。

(3)线束分支必须有足够的松弛,以使线束不会与其连接的器件增加应力。其我们应在线束的3D数模上将此松弛度表现出来,以使3D状态更加接近于实际状态。

(4)为了阻止接地片破坏主干上的任何线束,装车时线束主干上的接地片到线束主干上的任何线束最小间隙应维持在25mm以上。

(5)通常情况下,距离线束接插件的120mm处需要增设固定点,目的是尽可能减少接插件内的端子所承受线束震动和重量所带来的负担。

(6)从发动机本体上往车身上布置的线束分支,要尽量布置在比较开阔的地方,且要留出足够的长度余量,以防止发动机运转过程中给线束造成磨损或拉应力损伤。

(7)线束布置时应避开燃油管路,线束上两固定点之间的长度小于300mm。另外,拐角处需要增设固定点。

3    接地策略

接地点的分配在汽车线束设计中尤为重要,因为它是保证信号传递的完整性的重要组成部分,如果接地点选择不当,就易造成信号干扰,从而影响某些电器的正常功能实现。因此在汽车线束的设计过程中一定要根据用电设备的性质、功能的不同,对接地线和接地点作合理的分配,才能最大限度地保证汽车上各电气设备的良好工作状态。

通常按照接地回路的功能来划分的话,将电气设备分为 2 类。一类为重要件,一类为普通件。其中重要件包括发动机控制单元(ECU)、刹车防抱死系统控制单元(ABS)及安全气囊系统控制单元(SRS)及其它涉及整车安全的控制单元。该类电负荷不仅对于整车性能及安全至关重要,而且该类电气设备属敏感设备,易受其它用电设备干扰。

因此,对于重要件的接地点必须单设,而不能和其它电气设备共用接地点,以免受其它电气件的干扰,对汽车的性能及安全性造成影响。但在有些车辆的设计中,为提高其接地可靠性,会对某些重要器件进行复式接地,如安全气囊。这样做的目的是如果其中一处接地失效,系统可以通过另一接地点接地,以确保系统安全工作,同时还可以降低接近阻抗。

此外,EMC/RFI地也需要单独设立接地点。如音响,目的是保证收音状态的电磁兼容通过性。至于普通件,该类设备对于整车而言,重要性并不是很大。一般为增进司乘人员的舒适性而加设的电气设备。因此,对于该类器件可以根据情况相互组合,共同铆接接地。还有一点需要提醒的是:一定要保证全车接地点与蓄电池负极可靠连接。

最后,着重谈谈防静电接地。静电对汽车安全和驾乘人员的危害也不容忽视,静电对汽车上较精密电子及无线电设备的影响是显而易见,有时可能会损坏这些精密电子元器件。另外,轮胎在运动过程中也产生大量的静电,燃油箱在加油口上也会聚集大量的静电,因此必须将静电安全释放出去,保证汽车的安全。其次,汽车内的驾乘人员袖口附近、衣物及座椅等处都会产生静电,因此在底座内安装防静电搭铁线以保护驾乘人员的安全。此类接地线较为简单,常采用一根单导线或单根屏蔽线,直接将容易产生静电并对车辆有损害和对人员舒适、安全等有影响的部件,与车架连接释放静电。

下图2是典型的轿车的接地分配方式:

汽车线束的三维布局设计可靠性研究     图2  典型轿车的接地分配方式

汽车线束的三维布局设计可靠性研究 汽车线束的三维布局设计可靠性研究

3      结束语

以上是线束开发过程中的3D设计的一些基本原则,需要在实际设计中灵活运用;待在设计完毕做出样品后,需要用一系列的测试来验证(包括实验室的测试和实车道路测试等),以确保设计的可靠性。

参考文献:

[1]和龙,智海峰等.柴油机电控系统线束设计与防护研究[J].现代车用动力,2010

[2]魏春源等译. BOSCH———汽车电气与电子 [M]. 北京: 北京理工大学出版社,

[3]孙玉德,汤曼如等.汽车标准汇编[M].中国汽车技术研究中心标准化研究所,2004

[4]吴建刚. 设计控制电路应注意的问题[J] . 低压电器,1991( 4)

[5]张震华,杨三军.浅谈汽车线束搭铁线设计[J].汽车电器,2010(1)

[6]张卫红.运用技术分析降低线束成本[J].汽车电器,2007(5)

本文来自:特约作者:邱伟

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