汽车电线束防水区域划分和防水等级设定

2022年7月24日产品开发评论442字数 3470阅读模式

电器的安装位置和周边环境是整车防水区域划分的重要依据, 本文线束工程师之家网结合整车常见工况以及线束的安装环境进行防水等级设定, 为线束设计初期的零部件选型、线束布置以及防水设计验证提供参考依据。

汽车的防水性能作为影响汽车舒适性和可靠性的重要因素, 其设计的好坏, 直接影响着消费者的直观感受。日常生活中, 车辆接触到水冲击的情况很多, 比如雨雪天行车、驶过过水路面、洗车等,尤其是当前的城市内涝对于汽车的防水性能带来了更加严峻的考验。汽车线束作为连接汽车电器的神经系统, 承载着电流和信号的传输任务, 所以电线束防水一旦失效, 轻者造成电器功能失效, 严重的会引起短路造成烧车等灾难。所以线束的防水性能设计在汽车整车电气系统设计中显得尤为重要。

1 电线束水密性要求

整车防水性也就是整车水密性, 包括淋雨、涉水、高压清洗等工况下对整车、制动系统及部分电器性能的综合评价。

在分析汽车电气设备的防水性能要求时, 我们通常参照ISO-20653 《道路车辆-防护等级(IP代码) -电气设备对外来物、水和接触的防护》中的防水等级和分区, 见表1。但此表格对于安装位置的划分比较宽泛, 所以其对应的防水等级对于线束并不完全适用, 比如车外部灯具, 虽然灯是直接受到喷水和溅水的冲击, 但是线束一般是处于灯后部, 不会受到水的直接冲击, 所以直接使用该表中的防护等级就会造成设计冗余过高。另外,有些处于湿区的电气设备的安装区域, 在本表格中是未涉及或未详细描述的, 比如处于侧门内的设备, 雨天时侧窗上水会沿玻璃泥槽密封条处渗入到内部, 对设备造成滴溅水, 导致功能降级或失效。

汽车电线束防水区域划分和防水等级设定

在我国的汽车行业标准中, 也对电气设备的防水性进行分区。例如, QC / T 413—1999 《汽车电气设备基本技术条件》中3.6.3条款“产品防水性能” 中规定:

①对于装在发动机罩下或外露的产品宜采用的防护等级为IPX4, 进行防溅水试验。

②对于安装在驾驶室和乘员室及行李舱内的产品宜采用的防护等级为IPX3, 进行防淋水试验。很明显, 机舱内部和外露产品的防护等级的设定是低于国际标准的, 而室内的防护等级的设定是高于国际标准的, 标准要求出现了不统一问题。

汽车电线束防水区域划分和防水等级设定

对于汽车线束的行业标准, 一般只对插接器和接点做出了防水要求。在QC / T29106—2004 《汽车低压电线束技术条件》中规定接点的防水试验方法和要求, 对接点采用浸水测量绝缘电阻的方式测试防水性能。

对于插接器的防水性能, 在QC/T 417.1—2001 《车用电线束插接器》第1部分《定义,试验方法和一般性能要求》“4.9防水性能” 条款中提供了3种测试方法:浸水试验;防溅水试验;高压水喷射。

而具体的适用位置是不做明确要求的, 且试验方法需要由制造者和汽车制造商协商选择, 这就使在设计时对于线束插接器的防水要求不易把握。在美国通用汽车公司的GMW 3191 《插接器测试和验证规范》中对于插接器的密封等级做了相关规定,按照安装位置划分为3个水密等级, 分别进行相应测试(表2), 这种方法相对比较科学, 但是划分的区域也是比较宽泛的。

线束的防水等级要求与安装环境有密切关系。而汽车线束在整车上的布置可以说是无处不在, 所处的环境和工况也并不是通过简单宽泛的区域划分就能区分出来, 所以有必要对线束分区进行细化。

2 电线束防水区域划分和等级设定

在做防水区域划分之前, 我们需要引入“涉水线” 的概念。涉水线指汽车以10 km / h车速行驶时所能通过的最深水域的水平面。可以说汽车的涉水能力取决于涉水线的高度, 所以在做电气系统的设计时, 要参考整车的涉水深度, 使关键电器如点火系统、进气系统、配电系统等处于涉水线以上的整车安装状态, 同时有针对性地对涉水线下电气系统采取防浪涌、防喷溅的防水措施。根据车辆的涉水深度和电器的分布区域, 把整车线束的布置区域划分为11个典型安装部位, 见图1。

汽车电线束防水区域划分和防水等级设定

1) 区域①:驾驶室及乘员舱。位于此区域的线束一般布置在仪表板及控制台内部、座椅内、地板上、4门防水膜内侧、顶棚内等区域, 是典型的干区。此区域一般不会直接接触到水, 所以不做IPX4以上的防水要求。但是考虑到人为因素, 如用湿布擦拭内饰时水的渗入、水杯倾倒洒水、雨雪天气鞋带入水等因素, 需要对特殊部位进行防潮气、防滴溅的防水处理。例如布置在门槛部位的车身线束的插接器不能垂直安装, 线束内部的中间接点使用双层热缩管进行防护。

2) 区域②、③:4门等开闭件部位。4门是比较特殊的部位。在防水膜的外侧, 一方面由于密封不严, 侧窗上的水会沿着玻璃泥槽进入到车门内饰内部;另一方面在车辆涉水时, 水会通过门下方的排水孔进入车门内腔, 所以该区域属于湿区。以涉水线划分, 即处于涉水线以上的线束部件要满足防溅水要求, 涉水线以下的线束部件除需满足防溅水要求外, 还要满足防浸水的要求。而在防水膜内侧则属于干区, 但是此区域在特殊情况时也会受到水的影响, 如用湿布擦拭门内饰、雨天开门等情况, 此种情况一般持续时间较短, 且水溅部位多为整车小开关区域并不与线束直接接触, 除有特殊需求外, 一般不做防水处理, 见图2。

汽车电线束防水区域划分和防水等级设定

3) 区域④:后背门或者行李厢盖。此区域分为两部分:尾门门腔内部一般会有刮水电动机、除霜、背门锁等电器设备;外部有牌照灯、摄像头、后尾灯等电器设备。位于内部的线束一般不做水密性要求, 而外部的线束则会受到水冲击影响, 尤其在洗车时会间接受到高速水流的冲击, 所以需要满足防增强溅水的要求。

4) 区域⑤、⑥:后保险杠部位。后保险杠位于涉水线以上部分通常会安装尾灯, 以下部分有倒车雷达、雾灯、倒车灯等电器。线束的安装环境与后背门外部的环境类似, 同样需要满足防增强溅水要求, 涉水线下的还应同时满足防短时浸水IPX7的要求。

5) 区域⑦:顶棚区域。车顶外很少有电器设备, 天线的线束一般不会外露, 所以对于线束来说不必做防水要求。但是对于特殊或改装车辆, 如警灯、警笛、加装的高位探照灯等线束会有外露, 这就需要线束满足防增强溅水IPX4或以上的要求。

6) 区域⑧:发动机上。位于发动机上的线束工作环境非常恶劣, 发动机属于高温和高振动设备, 温度变化会使有密封结构的腔体电器件如氧传感器的线束插件内外产生气压差, 振动会对插接器对接部位的密封性造成影响。处于涉水线下的部位除承受短时浸水外, 还会在车辆行驶过水时承受溅水的冲击。并且发动机线束部分暴露在进气格栅下, 高压水枪洗车时会对线束造成高压水冲击。所以发动机上线束的水密性要求应相对提高, 至少应满足防增强溅水和防浸水的要求。

7) 区域⑨:前舱内发动机周边。发动机周边的环境温度和振动情况相对于发动机好一些。位于散热器后线束会直接受到水的冲击, 在线束布置时应避开直接冲击区域, 使插接器位于设备下方的遮挡区, 并采用低位布线, 形成倒水弯(图3), 且禁止在线束的回水弯折处设置接点(图4)。另外, 前舱内线束的非防水部件和关键设备如熔断丝盒、电喷ECU、ABS-ECU等必须布置在涉水线以上的相对发动机高位。涉水线以上部件需要满足防溅水要求, 以下部件应满足防增强溅水和防浸水要求。

汽车电线束防水区域划分和防水等级设定

汽车电线束防水区域划分和防水等级设定

8) 区域⑩:前保险杠。在雨天和涉水时前保险杠区域直接面对水的强烈冲击, 所以位于此区域的用电设备的水密性要特别重视, 例如电喇叭必须位于涉水线以上, 以防止进水喇叭失真。位于前格栅后、散热器前的线束应能承受强烈喷水的冲击。位于涉水线以下的设备, 如前雷达、前雾灯等还需满足防浸水要求。灯具线束位于灯具后方, 虽然不会受到水的直接冲击, 但是灯具属于高低温交叉变化的部件。直接安装到灯上的插接器内部也会在灯冷却时形成负压, 所以一定要选择高水密性的插接器, 或者采取更好的防水措施,如在防水堵上增加加强筋以提高防水耐压等级。

9) 区域⑾:底盘和4轮簧下区域。底盘和4轮部位的环境非常严酷, 是接触水冲击最频繁、冲击强度最大的区域。由于车轮高速旋转, 周围的线束会受到强烈的水冲击, 线束应满足防高压水喷射的要求。而且该区域的线束均处于涉水线以下, 所以必须同时满足防短时浸水要求。

3 总结

整车的防水设计是一项非常复杂和重要的工程。线束的水密性是电气系统可靠性的重要组成部分。线束是汽车的关键部件, 基本功能是承载电流和信号。而防水性能不好直接影响着基本功能的实现。对于线束来说, 其布置和安装位置不像其他零部件在整车上的位置是比较规矩的。线束的布置和走向、插接器选型、工艺设计、外防护选型等都会对线束的水密性产生影响。所以线束的水密性设计是相当复杂的, 在线束设计时要综合考虑周边环境和工况因素, 选择最优的防水措施。

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