【導(dǎo)讀】隨著人們對汽車的安全性、舒適性、經(jīng)濟性和排放性要求的提高，汽車線束變得越來越復(fù)雜，但車身給予線束的空間卻越來越小。因此，如何提高汽車線束的綜合性能設(shè)計便成為關(guān)注的焦點，而且汽車線束制造廠家不再單純地搞線束后期設(shè)計和制造，和汽車主機廠家聯(lián)合進(jìn)行前期開發(fā)成為必然的趨勢。以下談?wù)劸€束的一般設(shè)計流程和設(shè)計原則。
1 整車電路設(shè)計
（一）電源分配設(shè)計
汽車的供電系統(tǒng)設(shè)計是否合理，直接關(guān)系到汽車電器件的正常工作與否和全車的安全性，因此世界各國的汽車線束設(shè)計出發(fā)點基本都是以安全為主。整車電氣系統(tǒng)基本上由3個部分組成。
蓄電池直接供電系統(tǒng)（一般稱常電或30電）。這部分的電源所接負(fù)載一般都是汽車的安全件或重要件，主要目的是在為這些件提供電能時盡量少的加以控制，確保這些件即使汽車發(fā)動不起來也能短暫正常工作，以方便到站點維修等。如：發(fā)動機ECU及發(fā)動機傳感器的工作電源、燃油泵的工作電源、ABS控制器的電源、診斷接口電源等。
點火開關(guān)控制的供電系統(tǒng)（一般稱為IG檔或巧電）。這部分電器件基本上是在發(fā)動機工作運轉(zhuǎn)的情況下才使用，取自發(fā)電機的電源，避免了為蓄電池充電時爭電源的可能性。如：儀表電源、制動燈電源、安全氣囊電源等。
發(fā)動機起動時卸掉負(fù)載的電源（一般稱為ACC電源）。這部分電器件一般所帶的負(fù)載較大，且在汽車起動時不必工作。一般有點煙器電源、空調(diào)電源、收放機電源、刮水器電源等。
（二）線路保護(hù)設(shè)計
線路保護(hù)就是要對導(dǎo)線加以保護(hù)，兼顧對回路電器件的保護(hù)。保護(hù)裝置主要有熔斷器、斷路順和易熔線。
1.熔斷器的選取原則
發(fā)動機ECU、ABS等對整車性能及安全影響大，另外，易受其他用電設(shè)備千擾的電器件必須單設(shè)熔斷器。
發(fā)動機傳感器、各類報警信號燈和外部照明燈、喇叭等電器件對整車性能及安全影響也較大，但該類電負(fù)荷對相互間的干擾并不敏感。因此，這類電負(fù)荷可以根據(jù)情況相互組合，共同使用一個熔斷器。
對于為增加舒適性而設(shè)置的普通電器件類的電負(fù)荷可以根據(jù)情況相互組合，共同使用一個熔斷器。
熔斷器分快熔式和慢熔式?？烊凼饺蹟嗥鞯闹饕考羌?xì)錫線，其中片式熔斷器結(jié)構(gòu)簡單、可靠性和耐振好、易檢測，所以被廣泛采用；慢熔式熔斷器實際上是錫合金片，這種結(jié)構(gòu)的熔斷器一般串接到感性負(fù)載的電路中，如電機電路。
電阻型的負(fù)載與電感型的負(fù)載盡量避開使用同一個熔斷器。
一般根據(jù)電器件的最大連續(xù)工作電流計算并確定熔斷器容量，可按經(jīng)驗公式：熔斷器額定容量＝電路最大工作電流÷80%（或70%）。
2．?dāng)嗦菲?/div>
斷路器最大的特點是可恢復(fù)性，但其成本較高，使用較少。斷路器一般都是熱敏機械裝置，它利用兩種金屬的不同熱變形，使觸點開閉或自行接通。新型的斷路器，使用PTC固體材料作為過流保護(hù)元件，它是一種正溫度系數(shù)的電阻，根據(jù)電流或溫度的高低斷開或接通。這種保護(hù)元件的最大優(yōu)勢是當(dāng)故障排除后能自動接通，不需人工調(diào)節(jié)和拆換。
3．易熔線
易熔線的特點是當(dāng)線路通過極大的過載電流時，易熔線能在一定的時間內(nèi)（一般≤5s）熔斷，從而切斷電源，防止產(chǎn)生惡性事故。易熔線也是由導(dǎo)體和絕緣層構(gòu)成，絕緣層一般為氯磺化聚乙烯材料，因為絕緣層較厚，所以看。起來比同規(guī)格的導(dǎo)線粗。
易熔線一般接在蓄電池直接引出的電路中。易熔線的常用的公稱截面有0.3mm2、0.5mm2、0.75mm2、1.0mm2、1.5mm2，甚至還有8mm2等更大截面的易熔線。易熔線的導(dǎo)線線段長度分為（50±5）mm、（100±10）mm、（150±15）mm3種。
易熔線應(yīng)有明顯的標(biāo)志，當(dāng)其熔斷后，其標(biāo)志仍應(yīng)存在以便于更換。
（三）繼電器的選取設(shè)計
繼電器分為電流式和電壓式2種。一般根據(jù)用電器的功率和開關(guān)的承載能力來決定是否選用繼電器。常用繼電器的設(shè)備一般有刮水器、喇叭、除霜、前照燈、霧燈、風(fēng)扇、鼓風(fēng)機、轉(zhuǎn)向燈（閃光器）等。繼電器分6V、12V、24V3種，常用的繼電器額定電壓為12V。
選用繼電器要參考的技術(shù)要求：①可靠性好；②性能穩(wěn)定；③質(zhì)量輕、體積小、壽命長，對周圍元器件影響小；④結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好、成本低。
（四）搭鐵分配設(shè)計原則
發(fā)動機ECU、ABS等對整車性能及安全影響大，且易受其他用電設(shè)備干擾，所以這些件的搭鐵點一定要單設(shè)。
對于安全氣囊系統(tǒng)，它的搭鐵點不僅應(yīng)單設(shè)，而且為了確保其安全可靠，最好采用復(fù)式搭鐵。其目的是其中一處搭鐵失效，系統(tǒng)可以通過另一搭鐵點搭鐵，確保系統(tǒng)安全工作。
無線電系統(tǒng)為避免干擾，也要單獨搭鐵。
弱信號傳感器的搭鐵最好獨立，搭鐵點最好是在離傳感器較近的位置，以保證信號的真實傳遞。
其他電器件可根據(jù)具體布置情況相互組合共用搭鐵點。原則是就近搭鐵，避免搭鐵線過長，造成不必要的電壓降。
蓄電池負(fù)極線、發(fā)動機搭鐵線等因?qū)Ь€截面較大，因此一定要控制好線長和走向，減小電壓降；為增加安全性，發(fā)動機、車身一般要單獨連到蓄電池負(fù)極搭鐵；
搭鐵方式：一是通過孔式接頭搭鐵，此法一定要在接頭的尾部烤上熱縮管絕緣；二是通過內(nèi)部短接的護(hù)套直接搭鐵。
2 線束三維布局走向設(shè)計
此流程主要是模擬仿真不同區(qū)域的線束走向、直徑，考慮線束過孔的密封和保護(hù)，模擬線束的固定孔位和固定方式等，如圖1所示。三維布線用的主要軟件有PRO-E、UG和CATIA等。
3 插接件的選取設(shè)計
插接件是線束的核心部件，插接件的性能直接決定著線束整體的性能，而且對全車的電器穩(wěn)定性、安全性起著決定性的作用。
（一）插接件的選取設(shè)計原則
插接件選取要保證與電器件的良好接觸，使接觸電阻降為最低，提高可靠性，優(yōu)先選用雙彈簧式壓緊結(jié)構(gòu)的插接件。
根據(jù)導(dǎo)線的截面積和通過電流的大小合理選擇插接件。
發(fā)動機艙內(nèi)對接的護(hù)套，由于艙內(nèi)溫度、濕度偏大且存在著很多腐蝕性氣體和液體，因此一定要選擇防水性護(hù)套。
在同一條線束中若用同一種護(hù)套，其顏色一定要有區(qū)別。
基于汽車外觀的整體協(xié)調(diào)性，在發(fā)動機艙中應(yīng)優(yōu)先選用黑色或深色的護(hù)套。
為減少線束對接用護(hù)套的種類和數(shù)量，優(yōu)先選用混合型件，使裝配固定方便。
對于要求性能較高的安全氣囊、ABS、ECU等用的端子插接件，應(yīng)優(yōu)先選用鍍金件以保證安全可靠性。
蓄電池接頭（電瓶夾）內(nèi)部為錐體，錐度為1:9；電瓶夾的材料為鍍錫銅、鍍鋅銅或鉛銻合金。
不同規(guī)格的插接件可承載的電流一般如下：1系列，10A左右；2.2或3系列，20A左右；4.8系列，30A左右；6.3系列，45A左右；7.8或9.5系列，60A左右。
（二）插接件原材料（材質(zhì)）性能分析
1．護(hù)套材質(zhì)（塑料件）
常用的材質(zhì)主要有PA6、PA66、ABS、PBT、pp等，筆者總結(jié)了它們的具體性能差異，見表2。設(shè)計插件時可根據(jù)不同的需求選擇不同的材質(zhì)，還可根據(jù)實際情況在塑料中添加阻燃或增強材料，以達(dá)到增強或阻燃的目的，如添加玻璃纖維增強等。
2．端子材質(zhì)（銅件）
插接件用的銅主要是黃銅和青銅（黃銅的硬度比青銅的硬度稍低），其中黃銅占的比重較大。另外，可根據(jù)不同的需求選擇不同的鍍層。
4 導(dǎo)線的選取設(shè)計
（一）導(dǎo)線類型的選擇
線束設(shè)計選用導(dǎo)線類型重點考慮線束所處的環(huán)境和功能。例如：發(fā)動機周圍環(huán)境溫度高，腐蝕性氣體和液體也很多。因此，一定要使用耐高溫、耐油、耐振動、耐摩擦導(dǎo)線；行李廂蓋上的導(dǎo)線要在低溫下保持其彈性，所以要選用冷彈性導(dǎo)線保證其正常工作；自動變速器上的導(dǎo)線一定要耐高溫、耐液壓油，其溫度穩(wěn)定性要好；弱信號傳感器要用屏蔽導(dǎo)線，例如爆震傳感器和曲軸位置傳感器、ABS輪速傳感器等；門內(nèi)線耐彎曲性要求高等。
汽車線束常用的導(dǎo)線通常使用多股絞合銅導(dǎo)線，絕緣皮為PVC絕緣材料。線束用導(dǎo)線要有耐溫、耐油、耐磨、防水、防腐蝕、抗氧化、阻燃等特性。
汽車線束常用的導(dǎo)線種類有日標(biāo)（AVSS等）、國標(biāo)（QVR）、德標(biāo)（FLRY）、美標(biāo)等幾大系列。AVSS（AVS）導(dǎo)線的特點是薄皮絕緣，柔韌性較好；QVR的特點是絕緣皮厚，比較柔軟，延展性好；德標(biāo)導(dǎo)線絕緣皮更薄，柔韌性好；美標(biāo)導(dǎo)線絕緣皮一般為熱塑性或熱固性彈性體，還有經(jīng)過輻照工藝加工的?？筛鶕?jù)用戶的需求和不同的工作環(huán)境選取適當(dāng)類型的導(dǎo)線。
（二）計算選取導(dǎo)線截面積
根據(jù)電器件功率的大小計算流通導(dǎo)線的電流；長時間工作的電氣設(shè)備可選擇實際載流量60%的導(dǎo)線；短時間工作的用電設(shè)備可選用實際載流量60%-100%之間的導(dǎo)線。
根據(jù)不同的工作環(huán)境和溫度大小適當(dāng)改變導(dǎo)線的截面積。
根據(jù)導(dǎo)線的走向、插接件的數(shù)量（即電壓降的大?。┻m當(dāng)改變導(dǎo)線的截面積。
關(guān)于導(dǎo)線截面積的計算，也有一些專家總結(jié)出一些經(jīng)驗公式：
I=P/UsA=IρL/Ud
式中：I——電流；P——功率；Us——系統(tǒng)電壓；A——導(dǎo)線截面積；Ud——允許最大電壓降損失；ρ——銅電阻率；L——導(dǎo)線長度。
或按下面經(jīng)驗公式：
I=A×10+8/2
5 全車線束密封件（橡膠件）的設(shè)計
汽車線束過孔時一般運用橡膠件進(jìn)行過渡，以起到耐磨、防水、密封等作用。主要分布在以下部位：發(fā)動機與駕駛室接口處、前艙與駕駛室接口處（左右共2處）、四門（或有后背門）與車廂接口處、油箱進(jìn)口處。
常用的材質(zhì)一般為天然橡膠、氯丁膠、硅橡膠、三元乙丙等。
天然橡膠的特性：具有良好的彈性和機械強度，有優(yōu)異的耐曲撓性，有較高的撕裂強度和良好的耐寒性。缺點：耐老化性不大好，不耐油和臭氧，易燃。
氯丁膠的特性：耐臭氧、耐熱老化、耐油等性能較好，具有難燃性和自熄性；但耐低溫性不好。
硅橡膠的特性：耐熱性、耐寒性和耐侯性較好；缺點是不耐油。
三元乙丙的特性：耐侯性、耐臭氧、耐熱、耐腐蝕性、耐酸堿等性能都較好，而且擁有高強度和高伸縮率；缺點：粘接性較差，且彈性沒天然橡膠好，耐油性差。
比較而言，三元乙丙的綜合性能較好，所以現(xiàn)在汽車線束用橡膠件一般選用三元乙丙材料。
6 全車線束包扎和固定設(shè)計
（一）線束包扎設(shè)計
線束外包扎起到耐磨、阻燃、防腐蝕、防止干擾、降低噪聲、美化外觀的作用，一般根據(jù)工作環(huán)境和空間大小制定以下包扎設(shè)計方案。
發(fā)動機線束工作環(huán)境惡劣，因此全用高阻燃性、防水、機械強度高的波紋管包扎。
前艙線工作環(huán)境也相對較差，大部分枝干也用阻燃性好的波紋管包扎，部分分支用PVC管包扎。
儀表線工作空間較小，環(huán)境相對較好，可用膠帶全纏或花纏。
門線和頂篷線工作空間較小，可用膠帶全纏，部分枝干可用工業(yè)塑料布包扎；較細(xì)的頂篷線可直接用海綿膠帶粘在車身上。
底盤線因與車體接觸部位較多，因此用波紋管包扎防止線束磨損。
（二）包扎用原材料的性能分析
1．波紋管
波紋管在線束包扎中一般占到60%左右，甚至更多。主要的特點就是耐磨性較好，在高溫區(qū)耐高溫性、阻燃性、耐熱性都很好。波紋管的耐溫在-40-150℃間。它的材質(zhì)一般分PP和PA2種。PA材質(zhì)在阻燃、耐磨方面優(yōu)于PP材質(zhì)；但PP材質(zhì)在抗彎曲疲勞性方面強于PA材質(zhì)。
2．PVC管
PVC管的功用和波紋管差不多。PVC管柔軟性和抗彎曲變形性較好，而且PVC管一般為閉口，所以PVC管主要用于線束拐彎的分支處，以便使導(dǎo)線圓滑過渡。PVC管的耐熱溫度不高，一般在80℃以下。
3．膠帶
膠帶在線束中起到捆扎、耐磨、絕緣、阻燃、降噪、作標(biāo)記等作用，在包扎材料中一般占到30%左右。線束用膠帶一般分PVC膠帶、氣絨布膠帶和布基膠帶3種。PVC膠帶耐磨性、阻燃性較好；耐溫在80℃左右，降噪性不好，價格較便宜。絨布膠帶和布基膠帶材料為PET。絨布膠帶的包扎性和降噪性最好，耐溫在105℃左右；布基膠帶的耐磨性最好，耐溫最高150℃左右。絨布膠帶和布基膠帶共有的缺點是阻燃性不好，價格昂貴。
（三）線束固定設(shè)計
中央電器盒一般用鋼板條、螺栓等固定，或用電器盒本身設(shè)計的固定結(jié)構(gòu)直接安裝在車身上。
各條線束一般用塑料扎帶、扣鉤等固定在車身孔內(nèi)。車身孔大多為圓孔或橢圓孔，一般直徑為5mm、6mm、7mm不等。
各條線束間對接的護(hù)套一般用護(hù)套支架集體固定起來，并安裝在車身上。
7 整車低壓線束搭鐵設(shè)計
整車電源分配和搭鐵設(shè)計是汽車線束設(shè)計中的核心部分。良好的搭鐵設(shè)計是電源傳輸與信號傳遞的重要保證。如果搭鐵點選取不當(dāng)，很容易造成信號干擾，從而影響電器件的功能實現(xiàn)。
單線制與負(fù)極搭鐵
整車搭鐵系統(tǒng)有兩個重要的概念：單線制和負(fù)極搭鐵。單線制指的是在汽車電子系統(tǒng)中從電源到用電設(shè)備只用一根導(dǎo)線相連，而用汽車車身、底盤、發(fā)動機等金屬機體作為另一公用導(dǎo)線。由于單線制節(jié)省導(dǎo)線，線路簡化清晰，安裝和檢修方便，且電器件也不需要與車體絕緣，所以現(xiàn)代汽車電氣系統(tǒng)普遍采用單線制。
汽車電氣系統(tǒng)采用單線制時，蓄電池的一個電極接到車體上，俗稱“搭鐵”。若蓄電池的負(fù)極與車體相接，就稱負(fù)極搭鐵，反之為正極搭鐵。按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，國產(chǎn)汽車電氣系統(tǒng)均采用負(fù)極搭鐵。
搭鐵點的分類與介紹
1） 電源搭鐵蓄電池負(fù)極樁頭上的零電位。
2） 整車搭鐵整車上互相導(dǎo)通的，可導(dǎo)電的車身鈑金、底盤或者發(fā)動機零部件等。
3） 電源信號搭鐵整車上各類電氣元器件的電源饋線。按照回路中的電流的大小/波形，可劃分為“臟搭鐵”或者“干凈搭鐵”。
干凈搭鐵：峰值電流小于1 A的搭鐵，如傳感器信號反饋或者不同零部件之間的控制信號（例如網(wǎng)絡(luò)通信）。
臟搭鐵：峰值電流大于1 A的脈沖寬度調(diào)制負(fù)載和大于1 A的開關(guān)負(fù)載，如電機類和開關(guān)類負(fù)載。
4） 射頻搭鐵經(jīng)常被用作控制射頻干擾的搭鐵。這類搭鐵一般都是通過裝配直接裝在車身鈑金上，不能用作任何搭鐵電流的旁路。
5） 天線搭鐵如收音機天線搭鐵。
搭鐵分配設(shè)計流程圖
搭鐵分配
考慮電器件的整車安裝位置，結(jié)合電器件負(fù)載類型及具體搭鐵類別，對各電器件進(jìn)行搭鐵分配設(shè)計。
4.1 總體原則
1） 就近搭鐵。盡可能縮短搭鐵回路長度，減小回路電壓降、成本和質(zhì)量。
2） 盡可能減少各子系統(tǒng)之間不必要的互相干擾。
4.2 干擾產(chǎn)生的原理
理想情況下，每個電器件都需就近單獨搭鐵，然而這樣會造成整車搭鐵數(shù)量過多，極大地增加裝配復(fù)雜性，增加整車質(zhì)量和成本，因此這種方法并不是最佳選擇。在進(jìn)行搭鐵設(shè)置時，必須考慮對搭鐵進(jìn)行共用、合并。圖2為搭鐵合并干擾圖。
當(dāng)只有零件1工作時，I1=U／（L1+R1）；當(dāng)只有零件2工作時，I2=U／（L1+L2+R2）；當(dāng)2個零件都工作時，I1+I2=U/（L1+R1）+U/（L1+L2+R2），此時如果I2明顯大于I1時，那么零件1與搭鐵之間的電勢差會增加很大，將會影響到其正常工作。
R1—零件1的電阻, L1—鉚接點到搭鐵點的導(dǎo)線電阻, R2—零件2的電阻,L2—零件2到鉚接點的導(dǎo)線電阻
搭鐵合并干擾圖
通常的設(shè)計規(guī)范都會禁止臟搭鐵和干凈搭鐵鉚接在一起。如果高、低搭鐵電流的大小差值超過了1/5的話，這兩個搭鐵回路就不能鉚接在一起。但請注意，這只是相當(dāng)保守的設(shè)計規(guī)范，如果對這兩個回路做了詳盡分析后，就可以鉚接在一起。
從以上分析可以知曉，為了盡可能減少鉚接引起的干擾，應(yīng)該盡可能降低L1的值，即降低鉚接點到搭鐵之間的電阻。因此應(yīng)該盡量將鉚接點靠近搭鐵片，同時若有必要需要增加這段的線徑。
4.3 幾種搭鐵回路的連接方式
4.3.1 采用鉚接點進(jìn)行搭鐵的合并形式
通過鉚接點合并搭鐵方式圖
第1種方式干凈搭鐵回路之間的鉚接是允許的，第2種臟搭鐵回路之間的鉚接，需要按照4.2的方法進(jìn)行分析，若通過也是完全可以接受，對于第3種臟搭鐵與干凈搭鐵回路相互鉚接，通常是不允許這樣的，除非得到專家的評審?fù)ㄟ^才被允許。
4.3.2 采用搭鐵片共同搭鐵合并形式
通過接線片合并搭鐵方式圖
第1種方式干凈搭鐵回路之間的搭鐵端子搭接是允許的；第2種臟搭鐵回路之間的搭鐵端子搭接，也是完全可以接受的；對于第3種臟搭鐵與干凈搭鐵端子搭接，通常是可以接受的，但需要得到相關(guān)專業(yè)的評審?fù)ㄟ^。
4.3.3 在搭鐵末端一并壓接到搭鐵端子的形式
第1種方式干凈搭鐵回路之間的回路并接是允許的；第2種臟搭鐵回路之間的回路并接也是完全可以接受的；對于第3種臟搭鐵與干凈搭鐵回路并接，通常是可以接受的，但需要得到相關(guān)專業(yè)的評審?fù)ㄟ^。
通過并線壓接端子合并搭鐵圖
搭鐵點的要求
1） 搭鐵點的位置應(yīng)該便于安裝和維修，并且搭接面能夠滿足扭矩要求。
2） 每個搭鐵點不應(yīng)該接超過2個接線片。
3） 搭鐵點不應(yīng)布置在強飛濺區(qū)域和積水區(qū)域。
4） 搭鐵點不允許布置在通過螺栓連接的金屬件上，比如車門。儀表臺骨架設(shè)置搭鐵點時，只有當(dāng)其是焊接在車身上才允許。
5） 對于車身鈑金厚度小于3mm的地方，推薦使用焊接螺母解決方案。對于大于3mm的厚板，建議使用自攻螺釘進(jìn)行搭鐵安裝。
一般性的搭鐵分配原則
1） 發(fā)動機ECU、ABS等對整車性能及安全影響大，易受其他用電設(shè)備干擾的電器件（如音響、油位傳感器等），這些件的搭鐵一定要單設(shè)。
2） 安全氣囊系統(tǒng)，搭鐵點不僅要單設(shè)，還需使用復(fù)合搭鐵，其目的是當(dāng)其中一處搭鐵失效時，系統(tǒng)可以通過另一搭鐵點搭鐵，確保系統(tǒng)安全工作。
3） 射頻信號為避免干擾其他系統(tǒng)，需要單獨搭鐵。
4） 弱信號傳感器的搭鐵最好獨立，搭鐵點最好是在離傳感器近的位置，以保證信號的真實傳遞。
5） 其他電器件可以根據(jù)具體的布置情況相互結(jié)合共用搭鐵點。原則就是就近搭鐵，避免搭鐵線過長，造成不必要的電壓降。
6） 蓄電池負(fù)極線，發(fā)動機搭鐵線等因?qū)Ь€截面積較大，因此一定要控制線長和走向，減小電壓降；為增加安全性，發(fā)動機、車身一般都要單獨連到蓄電池負(fù)極。
7） 需要將電子搭鐵和功率搭鐵區(qū)分開來，將模擬信號搭鐵與數(shù)字信號搭鐵分開，避免信號之間的相互干擾。
以上是汽車低壓線束搭鐵設(shè)計的一些內(nèi)容，實際運用過程中，應(yīng)該靈活使用。設(shè)計完畢后，還需要通過一些必要的測試以保證設(shè)計的可靠性。
來源：智享汽車圈
