汽车线束是将汽车上各个用电设备连接起来的电线捆扎成束,它是汽车电路的主体。随着人们对汽车安全、舒适、排放等要求的提高,汽车线束所包含的功能越来越多,也越来越复杂。线束是由导线、插接件、包裹胶带、波纹管、卡扣、橡胶件等构成的。汽车线束是汽车电气系统的重要组成部分,在汽车线束电路的设计过程中,需要同步考虑导线的选取。作者根据多年工作经验,将导线从类型、零件要求特性、线号、线色、线径、轻量化、与熔断丝的匹配 7 个方面进行阐述。
 
1 导线类型
导线类型又称为导线线种。在线束布置设计过程中,工程师会根据作用不同选择不同的导线类型。由于汽车选取 12V 蓄电池进行供电,汽车电线也称为低压电线。
 
1)按标准分类 汽车线束根据导线标准分为国标、日标、德标、美标等。德标是德国工业标准的简称,主要包括:DIN72550、 DIN72551、 DIN76772。德标导线绝缘皮薄,柔韧性好。由于我国汽车行业的特殊性,我国各汽车公司主要参考的还是德标。
 
2)按用途分类从用途上分,汽车导线可分为普通导线、双绞线和屏蔽线,如图 1 所示。
 
图 1 汽车导线
 
普通导线应用最广泛,不再赘述。双绞线原理是: 若外界电磁信号在 2 条导线上产生的干扰大小相等且相位相反,这个干扰信号就会相互抵消。 双绞是消除干扰最简单的一种方式,在一些要求不是很严格的情况下可以使用双绞线, 但在重要的地方,比如安全气囊传感器回路等需要用到屏蔽线。屏蔽是避免电磁干扰的最有效措施, 因为外界的干扰电磁波在传播过程中, 若遇到金属材料不会穿过, 而是被迫改变方向沿着金属行进。 若将金属材料包覆在所要屏蔽的设备或导线外边进行屏蔽, 并通过接地线与大地连接, 干扰电磁波会通过接地线流向大地, 被屏蔽导线中的信号就能被正常传输。屏蔽线一般要求屏蔽层一端搭铁一端悬空。 屏蔽线分为铝箔屏蔽线和编织网屏蔽线, 铝箔屏蔽线中的黑色电线是搭铁线, 编织网屏蔽线中的编织网是搭铁线, 现在一般用的都是铝箔屏蔽线, 因为其线束加工过程操作相对简单。
 
双绞线和屏蔽线从定义、 成本、 加工、 功能和运用 5 个方面的异同点对比见表 1。
 
表 1 双绞线和屏蔽线的异同点对比
 
 
2 特性
1)耐热性根据线束导线的工作环境温度, 选用不同耐温等级的电线。乘客舱的电线可选用耐温等级为 90℃的导线;发动机舱线束可选择耐温等级为 180℃的导线; 横穿上述 2 个区域的导线应选用耐温等级同时满足 2 个区域温度要求的导线, 可以通过温度场获得该区域的耐温要求, 再从各导线耐温等级确定选用的导线类型。 线束导线工作温度分布见图 2。
 
图 2 线束导线工作温度分布
 
2)耐磨性 导线本身就应该具备防止配线部位由于磨损而引起的绝缘体损坏、 漏电。 在设计时,导线应尽量避免与容易发生震动的零件接触,以防止线束发生磨损、 断裂。如不可避免,可采用包裹胶带或者外加波纹管。
 
3)阻燃性 阻燃性是指零件在着火后将燃烧时间 (速度)、 范围控制在一定范围内的规定。
 
4)弯折性规定设计中要求具有弯曲性的零件的反复弯曲性。 零件的弯曲程度、 允许弯曲次数、 环境温度要根据使用情况来设定。 如车门用的胶套要求达到 180°/10 万次/-30~80℃。
 
3 线号
线号即导线在线束图纸中的编号, 它是线束图纸中导线之间互相区分的一个名字特性。 线束图纸中导线的编号一般与整车线路电气原理图中的电气回路编号相对应, 目前对于线束中导线编号还没有统一的标准, 以某车厂线束举例, 其线束导线代号为 31, YS,0.35, 600, ETC。 31 是该导线的代号;
 
YS 代表导线的颜色为黄灰色, 主色为黄色, 灰色为辅色; 0.35 表示导线的线径为 0.35 mm2; 600 表示该导线长度为 600 mm;ETC 则表示该导线连接的是自动空调。
 
图 3 插接件端面示意图
 
图 3 为插接件端面的正视图, 数字 1、 2 表示的是插接件孔位号, BLACK 表示该插接件颜色为黑色。插接件中导线的具体信息见表 2。 CoyID 表示的是插接件中的孔位号,Wire ID 为导线在线束图所有导线中的代号, Color 为导线的颜色, Size 为尺寸,Option 为导线实现导通的功能, Terminal 为插接件端导线所用的端子型号, Seal 为导线所用的密封堵, 一字线表示该处不用密封。
 
表 2 插接件中导线具体信息
 

 

 
4 线色
随着汽车用电设备的增加, 线束中的导线数量也越来越多, 为了便于识别和检测汽车电器设备, 通常将电线束中的低压线采用不同的线色。 目前在选择配线时一般采用两种方式: 单色线和双色线。
 
1)单色线 以单色线为基础选用时,可参考表 3 的单色线线色。 各用电系统的电源线为单色。
 
表 3 线束导线线色
 
 
2)双色线 由于整车回路越来越多,目前线束中大部分导线采用的是双色线,既将上述单色组合得到双色线。对于双色线是有要求的,以上文中的导线为例, YS 代表该导线的主色为黄色,占据导线的绝大部分面积,辅色为灰色,只占据导线的一小部分面积。
 
线色是线束中导线的最直观要素之一,导线颜色选取得当,对于工程师后期处理线束问题起到很好的作用。 同一根线束设计中,不能出现相同的线色, 且在选用颜色时, 也尽量选择具有明显对比度、 肉眼容易分辨的颜色组合。
 
5 线径
线径是指导线的标称截面。 德标中导线线径主要有 0.35、 0.5、 0.75、 1.0、 2.0 等。 导线的线径在线束图纸中都有明确的定义,线束图纸标明线径有两种方式: 通过列表注明和在插接件的视图孔位中注明,如上文所述。导线线径选取是否合理,不但关系到线束的安全,还能有效降低成本。 导线的截面积是根据用电设备的工作电流来选择的。 根据电器件功率的大小,计算流通导线的电流, 长时间工作的电器设备可选择实际载流量 60%的导线, 短时间工作的用电设备可选用实际载流量 60%~100%之间的导线。 由于导线的允许载流量随着温度的升高而下降, 故要根据不同的工作环境和温度大小以及导线的走向、 插接件的数量 (电压降的大小) 适当改变导线的截面积。
 
6 导线的轻量化选取
1)导线截面积选择时考虑轻量化线束导线的外层绝缘皮也在不断进行革新, 以使导线在质量减轻的同时性能也得以提高。 在众多的标准中, 德标 (FLRY)导线的绝缘皮更薄些,柔韧性好, 同样线径的导线质量也是最轻的。 这也是众多汽车厂商选用德标导线的原因之一。
 
2)线束布置时考虑轻量化 整车线束布置基本可分为整体式、 功能分段式、 区域分段式这 3 种。从布置轻量化的角度来讲, 整体式的线束设计比较有优势。 但是随着汽车的尺寸增加, 整体式布置给装配和维修带来不便, 为此就需要考虑其它 2 种布置方式。 比如日系车在区域分段布置上就做得比较成熟, 车身的设计趋于模块化, 线束的固定、 连接等也都采用了轻量化的设计思路。
 
线束的布置在形状上还可分为 H 型布置、 h 型布置和 E 型布置等。 每种布置对线束的轻量化也有一定的影响, 其中 H 型布置是较好的一种布置方式, 因为 H 型的线束能最大范围照顾到整车的用电器。
 
线束轻量化的发展趋势为广泛采用 CAN 总线, 简化线束接线使其更紧凑, 在减轻质量的同时也降低了成本。
 
7 导线与熔断丝的匹配
熔断丝是一个热能响应元件, 是为了保护线束而有意设计和制造成线路中最弱的一部分。 当选定电路的熔断丝元件后, 应确认与熔断丝相连电路的导线规格, 选用原则为导线的电流 - 时间特性必须高于串接在其内的熔断丝电流 - 时间特性曲线。 熔断丝在通过过载电流熔断后, 外形要保持完好, 能正常从固定座上取下。熔断丝按可承受电流分类可分为 mini、 midi、 Jcase、 mega 等, 熔断丝的每一个电流值都对应一定范围的电阻, 并由此定义其过载的特性。 熔断丝的时间 - 电流特性曲线如图 4 所示。
 
建议持续工作负载为熔断丝额定电流的 75%, 实际熔断丝额定值的选用可参考公式
 
 
图 4 熔断丝时间 - 电流特性曲线
 
式中:If—— 理想的熔断丝额定值; In—— 额定工作电流;RR—— 环境温度修正系数。
 
在导线线路设计过程中, 第一选择是不共用熔断丝。 但是随着汽车线路增加的同时, 留给线束的空间越来越小, 不共用熔断丝需要付出成本和空间的代价。 综合各种因素考虑, 在电路设计中整合熔断丝是一个不错的选择。 现简单介绍一些熔断丝的整合原则。
 
1)安全件最好使用独立熔断丝。安全件既包含国标定义的, 还有各主机厂自行定义的, 如位置灯、 示宽灯、 近光灯等。 需要为这样的零件单独配置熔断丝。
 
2)安全件、非安全件不可共用熔断丝。这是为了防止因非安全件回路短路导致熔断丝熔断,造成安全件不可工作的不良后果。
 
3)功率不大的非安全件可以共用熔断丝。 这在设计中非常常见,例如将 2 个远光灯共用一个熔断丝等。
 
4)不同时工作的负载可以共用熔断丝。车辆上有些设备不会同时工作, 这时共用熔断丝可以提高熔断丝的利用率。
 
8 总结
导线的类型、 零件要求特性、 线号、 线色、 线径、 导线的轻量化与熔断丝的匹配是汽车线束导线选取需要重点考虑的 7 个方面。 工程师需掌握这 7 个方面的相关知识, 才能够设计出高品质、 低成本的线束, 并对线束做出一定的改进。