前言 　　

　　

　　它是汽车线束汽车电路的网络主体，没有它就没有汽车电路。随着人们对汽车安全性、舒适性、经济性和排放性要求的提高，汽车线束变得越来越复杂，但车身给予线束的空间却越来越小。因此，如何提高汽车线束的综合性能设计成为人们关注的焦点。而且汽车线束厂商不再单纯从事线束的后期设计制造，前期与汽车主机厂商联合开发也是必然趋势。本文根据边肖多年从事线束设计和制造的经验，谈谈线束设计的一般过程和设计原则。 　　

　　

　　一、整车电路设计 　　

　　

　　（一）电源分配设计 　　

　　

　　汽车供电系统设计的合理与否，直接关系到汽车电器元件的正常工作和整车的安全。所以世界各国汽车线束设计的出发点基本都是以安全为导向。整车电气系统基本由三部分组成。 　　

　　

　　直接电池供电系统(一般称为恒功率或30功率)。这部分电源连接的负载一般都是汽车的安全部件或者重要部件。主要目的是在提供电能时尽量少的控制这些部件，保证这些部件即使在汽车无法启动的情况下也能短时间正常工作，方便现场维修。如发动机ECU和发动机传感器的工作电源、燃油泵的工作电源、ABS控制器的电源、诊断接口的电源等。 　　

　　

　　由点火开关控制的供电系统(一般称为IG档或智能电)。这部分用电设备基本都是在发动机运转的时候使用，取自发电机的电源，避免了给电池充电时争夺电源的可能。如仪表电源、刹车灯电源、安全气囊电源等。 　　

　　

　　发动机启动时，去掉负载的电源(一般称为ACC电源)。一般这部分电器负载较重，汽车启动时不一定要工作。一般有点烟器电源、空调电源、收音机播放器电源、雨刮器电源等。 　　

　　

　　（二）线路保护设计 　　

　　

　　线路保护是保护导线并兼顾保护线路电气设备。保护装置主要包括保险丝、断路器和熔断丝。 　　

　　

　　 1熔断器的选取原则 　　

　　

　　发动机ECU、ABS等。对整车的性能和安全性有很大的影响。此外，易受其他电气设备干扰的电气元件必须配备保险丝。 　　

　　

　　传感器、各种报警信号灯、外灯、喇叭等电器对整车的性能和安全也有很大影响，但这类用电负荷对相互干扰并不敏感。所以这类用电负荷可以根据情况相互组合，一根保险丝可以一起使用。 　　

　　

　　为了增加舒适性而设置的普通电器的电气负载可以根据情况相互组合，并且可以一起使用一个保险丝。 　　

　　

　　保险丝分为快熔型和慢熔型。快熔熔断器的主要部件是细锡丝，其中片式熔断器因其结构简单、可靠性好、耐振动、易于检测而被广泛使用。慢熔引信其实就是锡合金片。具有这种结构的熔断器通常串联连接到具有感性负载的电路，例如电机电路。 　　

　　

　　电阻型负载和电感型负载应尽可能避免使用同一根保险丝。 　　

　　

　　熔断器的容量可以根据一般电气装置的最大连续工作电流，按照经验公式计算确定：熔断器的额定容量=电路的最大工作电流80%(或70%)。 　　

　　

　　2断路器 　　

　　

　　断路器最大的特点是可回收，但成本较高，使用较少。断路器通常是热机械装置，它利用两种金属的不同热变形来使触点断开、闭合或自行接通。新型断路器采用PTC固体材料作为过电流保护元件，它是一种正温度系数电阻 　　

　　

　　易熔线一般连接在直接从蓄电池引出的电路中。常用的熔断丝标称截面有0.3mm2、0.5mm2、0.75mm2、1.0mm2、1.5mm2，甚至还有8mm2等截面更大的熔断丝。熔断丝的长度分为(505)毫米、(10010)毫米和(15015)毫米 　　

　　

　　易熔线应有明显的标记，熔断后，其标记仍应存在，便于更换。易熔线的熔断特性如表1所示。 　　

　　

　　3易熔线 　　

　　

　　继电器分为电流型和电压型。一般根据电器的功率和开关的载流量来决定是否选择继电器。常用的继电器装置一般有雨刷、喇叭、除霜、大灯、雾灯、风扇、鼓风机、转向灯(闪光器)等。继电器有6V、12V、24V3三种，常用继电器的额定电压为12V。 　　

　　

　　选择继电器的技术要求：可靠性好；性能稳定；重量轻，体积小，使用寿命长，对周围部件影响小；结构简单，工艺性好，成本低。 　　

　　

　　（三）继电器的选取设计 　　

　　

　　发动机ECU、ABS等。对整车的性能和安全有很大的影响，并且容易受到其他电气设备的干扰，所以这些部件的接地点必须分开设置。 　　

　　

　　对于安全气囊系统，其接地点不仅要单一，而且为了保证其安全性和可靠性，最好采用多重接地。目的是其中一个接地点发生故障，可以通过另一个接地点对系统进行接地，保证系统的安全运行。 　　

　　

　　为了避免干扰，无线电系统应单独接地。 　　

p>弱信号传感器的搭铁最好独立，搭铁点最好是在离传感器较近的位置，以保证信号的真实传递。

　　

其他电器件可根据具体布置情况相互组合共用搭铁点。原则是就近搭铁，避免搭铁线过长，造成不必要的电压降。

　　

蓄电池负极线、发动机搭铁线等因导线截面较大，因此一定要控制好线长和走向，减小电压降；为增加安全性，发动机、车身一般要单独连到蓄电池负极搭铁；

　　

搭铁方式：一是通过孔式接头搭铁，此法一定要在接头的尾部烤上热缩管绝缘；二是通过内部短接的护套直接搭铁。

　　

　　

二、线束三维布局走向设计

　　

此流程主要是模拟仿真不同区域的线束走向、直径，考虑线束过孔的密封和保护，模拟线束的固定孔位和固定方式等，如图1所示。三维布线用的主要软件有PRO-E、UG和CATIA等。

　　

　　

三、插接件的选取设计

　　

插接件是线束的核心部件，插接件的性能直接决定着线束整体的性能，而且对全车的电器稳定性、安全性起着决定性的作用。

　　

（一）插接件的选取设计原则

　　

插接件选取要保证与电器件的良好接触，使接触电阻降为最低，提高可靠性，优先选用双弹簧式压紧结构的插接件。

　　

根据导线的截面积和通过电流的大小合理选择插接件。

　　

发动机舱内对接的护套，由于舱内温度、湿度偏大且存在着很多腐蚀性气体和液体，因此一定要选择防水性护套。

　　

在同一条线束中若用同一种护套，其颜色一定要有区别。

　　

基于汽车外观的整体协调性，在发动机舱中应优先选用黑色或深色的护套。

　　

为减少线束对接用护套的种类和数量，优先选用混合型件，使装配固定方便。

　　

对于要求性能较高的安全气囊、ABS、ECU等用的端子插接件，应优先选用镀金件以保证安全可靠性。

　　

蓄电池接头（电瓶夹）内部为锥体，锥度为1:9；电瓶夹的材料为镀锡铜、镀锌铜或铅锑合金。

　　

不同规格的插接件可承载的电流一般如下：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（材质）性能分析

　　

1．护套材质（塑料件）

　　

常用的材质主要有PA6、PA66、ABS、PBT、pp等，笔者总结了它们的具体性能差异，见表2。设计插件时可根据不同的需求选择不同的材质，还可根据实际情况在塑料中添加阻燃或增强材料，以达到增强或阻燃的目的，如添加玻璃纤维增强等。

　　

　　

　　

　　

　　

　　

2．端子材质（铜件）

　　

插接件用的铜主要是黄铜和青铜（黄铜的硬度比青铜的硬度稍低），其中黄铜占的比重较大。另外，可根据不同的需求选择不同的镀层。

　　

　　

四、导线的选取设计

　　

（一）导线类型的选择

　　

线束设计选用导线类型重点考虑线束所处的环境和功能。例如：发动机周围环境温度高，腐蚀性气体和液体也很多。因此，一定要使用耐高温、耐油、耐振动、耐摩擦导线；行李厢盖上的导线要在低温下保持其弹性，所以要选用冷弹性导线保证其正常工作；自动变速器上的导线一定要耐高温、耐液压油，其温度稳定性要好；弱信号传感器要用屏蔽导线，例如爆震传感器和曲轴位置传感器、ABS轮速传感器等；门内线耐弯曲性要求高等。

　　

汽车线束常用的导线通常使用多股绞合铜导线，绝缘皮为PVC绝缘材料。线束用导线要有耐温、耐油、耐磨、防水、防腐蚀、抗氧化、阻燃等特性。

　　

汽车线束常用的导线种类有日标（AVSS等）、国标（QVR）、德标（FLRY）、美标等几大系列。AVSS（AVS）导线的特点是薄皮绝缘，柔韧性较好；QVR的特点是绝缘皮厚，比较柔软，延展性好；德标导线绝缘皮更薄，柔韧性好；美标导线绝缘皮一般为热塑性或热固性弹性体，还有经过辐照工艺加工的。可根据用户的需求和不同的工作环境选取适当类型的导线。

　　

（二）计算选取导线截面积

　　

根据电器件功率的大小计算流通导线的电流；长时间工作的电气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。

　　

根据不同的工作环境和温度大小适当改变导线的截面积。

　　

根据导线的走向、插接件的数量（即电压降的大小）适当改变导线的截面积。

　　

关于导线截面积的计算，也有一些专家总结出一些经验公式：

　　

I=P/UsA=IρL/Ud

　　

式中：I――电流；P――功率；Us――系统电压；A――导线截面积；Ud――允许最大电压降损失；ρ――铜电阻率；L――导线长度。

　　

或按下面经验公式：

　　

I=A×10+8/2

　　

允许流通电流与导线截面积关系经验理论值（比按上面公式计算值偏大）如下表所示。

　　

　　

　　

　　

　　

五、全车线束密封件（橡胶件）的设计

　　

汽车线束过孔时一般运用橡胶件进行过渡，以起到耐磨、防水、密封等作用。主要分布在以下部位：发动机与驾驶室接口处、前舱与驾驶室接口处（左右共2处）、四门（或有后背门）与车厢接口处、油箱进口处。

　　

常用的材质一般为天然橡胶、氯丁胶、硅橡胶、三元乙丙等。

　　

天然橡胶的特性：具有良好的弹性和机械强度，有优异的耐曲挠性，有较高的撕裂强度和良好的耐寒性。缺点：耐老化性不大好，不耐油和臭氧，易燃。

　　

氯丁胶的特性：耐臭氧、耐热老化、耐油等性能较好，具有难燃性和自熄性；但耐低温性不好。

　　

硅橡胶的特性：耐热性、耐寒性和耐侯性较好；缺点是不耐油。三元乙丙的特性：耐侯性、耐臭氧、耐热、耐腐蚀性、耐酸碱等性能都较好，而且拥有高强度和高伸缩率；缺点：粘接性较差，且弹性没天然橡胶好，耐油性差。

　　

比较而言，三元乙丙的综合性能较好，所以现在汽车线束用橡胶件一般选用三元乙丙材料。

　　

六、全车线束包扎和固定设计

　　

（一）线束包扎设计

　　

线束外包扎起到耐磨、阻燃、防腐蚀、防止干扰、降低噪声、美化外观的作用，一般根据工作环境和空间大小制定以下包扎设计方案。

　　

发动机线束工作环境恶劣，因此全用高阻燃性、防水、机械强度高的波纹管包扎。

　　

前舱线工作环境也相对较差，大部分枝干也用阻燃性好的波纹管包扎，部分分支用PVC管包扎。

　　

仪表线工作空间较小，环境相对较好，可用胶带全缠或花缠。

　　

门线和顶篷线工作空间较小，可用胶带全缠，部分枝干可用工业塑料布包扎；较细的顶篷线可直接用海绵胶带粘在车身上。

　　

底盘线因与车体接触部位较多，因此用波纹管包扎防止线束磨损。

　　

（二）包扎用原材料的性能分析

　　

1．波纹管

　　

波纹管在线束包扎中一般占到60%左右，甚至更多。主要的特点就是耐磨性较好，在高温区耐高温性、阻燃性、耐热性都很好。波纹管的耐温在-40-150℃间。它的材质一般分PP和PA2种。PA材质在阻燃、耐磨方面优于PP材质；但PP材质在抗弯曲疲劳性方面强于PA材质。

　　

2．PVC管

　　

PVC管的功用和波纹管差不多。PVC管柔软性和抗弯曲变形性较好，而且PVC管一般为闭口，所以PVC管主要用于线束拐弯的分支处，以便使导线圆滑过渡。PVC管的耐热温度不高，一般在80℃以下。

　　

3．胶带

　　

胶带在线束中起到捆扎、耐磨、绝缘、阻燃、降噪、作标记等作用，在包扎材料中一般占到30%左右。线束用胶带一般分PVC胶带、气绒布胶带和布基胶带3种。PVC胶带耐磨性、阻燃性较好；耐温在80℃左右，降噪性不好，价格较便宜。绒布胶带和布基胶带材料为PET。绒布胶带的包扎性和降噪性最好，耐温在105℃左右；布基胶带的耐磨性最好，耐温最高150℃左右。绒布胶带和布基胶带共有的缺点是阻燃性不好，价格昂贵。

　　

4．线束固定设计

　　

中央电器盒一般用钢板条、螺栓等固定，或用电器盒本身设计的固定结构直接安装在车身上。

　　

各条线束一般用塑料扎带、扣钩等固定在车身孔内。车身孔大多为圆孔或椭圆孔，一般直径为5mm、6mm、7mm不等。

　　

各条线束间对接的护套一般用护套支架集体固定起来，并安装在车身上。