【技研】汽车线束设计原理及零部件工作原理

一、 汽车线束概述

电线束在整车中的作用是将电器系统的电源信号和数据信号进行传递和交换，实现电器系统的功能和要求。

线束设计是整车电气设计的核心。

线束正确设计是整车用电设备正常工作的前提。

人们常常把线束比喻为汽车的神经系统。

二、 汽车线束设计流程

三、 整车用电负荷计算

1、工作时间系数

用电设备分类根据汽车行驶中用电设备的工作时间长短，将用电设备分为 3 种情况：连续工作制、短时工作制和随机使用的设备。

 连续工作制设备连续工作制设备指汽车在行驶中连续不间断用电的设备，包括：发动机点火系统、行驶系统、散热器电风扇、组合仪表和蓄电池充电等。

 短时工作制设备短时工作制设备指汽车行驶中常使用的用电设备，包括：大灯、夜间灯、转向灯、雾灯、倒车灯、制动灯、牌照灯、喇叭和雨刮器等。

 随机使用的设备随机使用的设备指汽车行驶中使用时间不确定而随机使用的用电设备，包括：车内灯、电动门窗、电动洗涤、空调压缩机、鼓风机、 ABS 控制、点烟器、音响系统、天窗、电动外后视镜和其它用电设备。

2、工况使用系数

 汽车上配置的用电设备在不同场合、气候条件下使用，一般不会在同一时间全部都投入工作，而许多用电设备的工作及工作时间长短，取决于季节和环境的变化。

 对汽车在行驶中的几种较为典型的用电情况进行分析，大致可分为 8 种：平常日间、平常夜间、冬季日间、冬季夜间、冬季雪夜、夏季日间、夏季夜间和夏季雨夜。

3、使用频度系数

电气系统负荷与用电设备的使用和工作状态相关，用电设备工作状态决定于季节、环境、交通状态和个人使用爱好，复杂的使用条件使电气系统负荷的计算变得困难。为了分析计算方便，引入用电设备使用频度系数概念来计算整车的用电量。

汽车用电设备在不同的季节和环境，有着不同的使用频度系数，本文采用μs 、μo 和 μw 分别表示用电设备与夏季、季节气候无关及冬季 3 种情况下的使用频度系数。

该 3 种情况包括的用电设备如下：m

μs （与夏季相关）：散热器电风扇、雨刮器、空调压缩机和鼓风机

μo （与季节气候无关）：连续工作制设备、短时工作制设备（除雨刮器以外）和随机使用的设备（除空调压缩机和鼓风机以外） m

μw （与冬季相关）：散热器风扇、雨刮器和鼓风机

：整车空调系统与EMS系统的控制关系：

从此控制逻辑原理图上可以了解到空调系统与电喷控制系统之间的控制逻辑关系：ECM控制单元接收到空调系统的输入信号后在A2及C1引脚输出地电位信号来控制空调压缩机和冷却风扇的工作，

在此系统中需要确认的参数是：空调控制器的C6、C12引脚输出的信号类型（模拟信号、数字信号（包括开关信号）、脉冲信号）及信号的具体参数，如数字信号是0V、5V还是12V，同时确认EMS的C7/B8/C1/A2引脚输出信号的类型及具体的参数。

四、 线束原理设计

1、将车上所有用电设备通过导线，保险丝，继电器，开关以及控制装置，正确地与汽车电源连接起来，并确保每个电器设备都能正常工作的一种连线方法的设计。

2、 原理设计的实质就是合理配电的设计，是将汽车蓄电池或发电机的电能以怎样的供电方式分配给用电设备的设计。

电源分配：

 常 电——蓄电池直接提供的电

 受控电——满足一定条件才可能导通的电

 点火开关控制

 专用开关控制

 继电器控制

 控制器控制

 例：确定点火开关分电（LOCK、ACC、IG1、IG2、ST）：

 BAT：室内延时灯、防盗系统、行李箱灯、喇叭、小灯（位置灯）、诊断系统、备用电源、制动灯、各控制器的记忆电源、警报灯及各种电器系统的工作电源等

 ACC：电调座椅、音响系统、雨刮喷水系统、点烟器、座椅加热、电动天窗等

 IG1：后视镜调节、组合仪表、安全气囊、定速巡航系统、倒车成像、大灯及各控制系统（ECU、ABS、TCS、BCM、轮胎压力、电动转向等）的控制电源。

 IG2：电加热除霜、空调鼓风机

 规定在启动瞬间卸掉挂在ACC、IG2档的负荷：即：、电调座椅、音响系统、雨刮喷水系统、点烟器、座椅加热、空调鼓风机，天窗、电加热除霜、电动窗。

1、专用开关控制：原则：

地控优于火控:一般情况下，开关控地不控火。

 2、继电器控制：小电流控制大电流

案例：灯光开关通过继电器控制车灯

 3、时序控制

案例：

A：电喷系统中，主继电器通电后，油泵继电器才有电。

B：空调压缩机工作同时，冷凝器风扇必须工作。

按各类控制器接线原理供电：

 弄清控制器各插脚定义

 弄清所需电源及信号类型

 严格遵守供应商提供的原理图接线

注意：

控制器的逻辑功能是我们同供应商共同开发的，线束设计的过程同时也是检验控制器逻辑功能的过程。

五、 保险丝、继电器、导线及接插件规格

继电器规格选取

 根据电气控制原理确定触点型式：

触点常开型

触点常闭型

双触点转换型

 根据电气负载确定继电器电气参数

线圈参数：额定电压、吸合电压、释放电压、线圈电阻。

例：额定电压12V通用继电器线圈参数

工作电压范围9~15V

动作电压（吸合电压）≤7.0V

释放电压（断开电压）2.5V~4.8V

触点参数：

 电寿命的选择：根据继电器负载使用频度合理确定。

例：

常动作的继电器（如闪光继电器）－电寿命≥5×105次

一般的继电器电寿命≥2×105次

 电流负载的选择：

根据用电设备的额定电流选用相应额定电流的继电器，继电器的额定电流取决于触点的负载性能，继电器额定电流的70%不应该小于负载的平时工作电流。

 温度范围：根据负载继电器装配的位置来确定选用继电器的耐温参数。

例：装配在室内，耐温范围：-40℃～ 85℃；

例：装配在前舱，耐温范围：-40℃～ 125℃。

 对没有特殊要求的继电器（喇叭、除霜器、雾灯等）一般优先选用汽车普通继电器（成本底）。

 瞬态抑制型继电器：

例：容易产生堵转的电机电路。

对于有LED照明的驱动电路、电子元件控制电路。

二极管比电阻能更好的消除自感电势,电阻并联在继电器线圈上还消耗功率.但是车上用的继电器大多是采用并联电阻的方式消除自感电压.

 采用二极管的继电器控制绕组有方向性不能接反,一旦接反就会造成控制端短路,对于设计使用维修都不方便。

 成本因素。

并联电阻值确定：

继电器开发商可根据我们在汽车上使用要求做台架试验来确定继电器内电阻并联的阻值。只有并联合理的电阻值可使抑制干扰的效果达到最佳。

由于线圈参数标准不同：

 日本产继电器并联电阻常常用1.0-1.3千欧

 美国产继电器并联电阻常常用300-500欧姆

 德国产继电器并联电阻常常用560-680欧姆

例：

某AT车型设计起初换档装置的一个继电器是普通型的国产继电器，由于继电器动作时反向电压过高，造成组合仪表档位指示灯常常被烧坏，后来在继电器线圈回路中并联一个二级管故障得到彻底排除。

 慢熔、快熔保险丝的选择:

主要考虑负载抑制峰值电流的时间决定。

① 某负载系统瞬间峰值电流的时间很短，也就是说此负载本身抑制峰值电流的时间很短，就可以选择快熔保险丝。

如：灯具、点烟器、仪表等一般小电流回路或一般阻式回路。

② 此负载产生瞬间峰值电流的时间很比较长，也就是说此负载本身抑制峰值电流的时间比较长，就可以选择慢熔保险丝。

如：ABS等电机电路或大电流电路。

负载特性系数（以工作时间系数在于10S为区分界限） ：

连续负载系数0.8；间断负载系数1.1

峰值电流时间系数：

峰值电流的时间＜0.3秒的为1.0、如时间＞0.3秒的为0.7

负载装配区域系数：

布置在驾驶室内为1.0、布置在发动机机舱系数为0.9

保险丝装配区域系数：

保险丝单独连接为1.0、安装在保险丝盒系数为0.9

 计算实例：

某车喇叭峰值电流时间为0.4s，喇叭装配在发动机舱；保险丝装配在保险丝盒，其工作电流是8A，

则：FUSE的容量≥8A÷[1.1×0.7×0.9×0.9]=13A,

根据保险丝的实际规格可以选择15A的保险丝来保护线路。

导线的选择一般按照日标选用，根据车身使用位置的不同，导线型号选择也不同：对于前舱内使用的导线应该是耐高温、耐油、耐震动、耐摩擦性能更好的；对于室内则耐温的要求可以相对低一些；对于门内线束对耐弯曲性能要求需要高一些。

导线颜色选配规则

 导线符合国家颜色标准

 线色唯一性：在附近插座中无相同颜色；若线色唯一有难度，线径区分大的可用同色。

 局限性：即同一系统最好导线基色相同，辅色不同，采用双色线（基色占三分之二，辅色占三分之一）。

 单色黑线定义为搭铁线，单色红色定义为电源线。

 接插件选取的主要因素：

 按电流及线径确认连线端子型式。

 根据插接端子的宽度来定义承载电流的能力

 接插件选取的主要因素：

 依据插件布置位置决定是否采用防水插件。

 依据导线重要性决定插件端子锁止方式（单锁或双锁等）。

 依据线束固定方式确认插件是否需要及其卡扣型式。

 依据工作温度、电流合理确定插件材质。

 按导线根数确定插件型号。

 插件内部导线布置原则：

1）孔位有预留

2）同功能端子：插脚位置相近

3）排列顺序：先外后内

4）预留孔要分散：有利于散热

5）插脚的原则：大小电流间隔开。

六、线束结构设计要点

1、保险回路原则

一个熔断器可以保护一个回路，也可以保护多个回路。但多回路保险共用一定要注意以下原则：

 同一性质的负载回路可以共用一个熔断器，感性负载与阻性负载尽量不共用一个熔断器。

 电子单元回路熔断器尽量单独使用。

 电子单元控制的执行器或传感器尽量不与普通回路共用熔断器。

2、电源分配近路原则

 在电源的设计和分配中，必须遵循近路原则原则，要求在线束设计的过程中，电路的距离尽可能的短，并且尽量不出现绕路的情况。

3、分离原则与节点分线

 对于电源波动要求高的负载（如空气流量计，电子节气门等），应采用分离原则进行连接，可有效降低各用电器之间电源波动。

 对于电源波动要求低的负载（如灯具、点烟器等），可采用节点分线进行连接，可有效降低线阻、成本及重量。

4、合理共地注意要点

 同电源线连接一样，地线连接同样存在分离原则及节点分线。

 对于控制单元、仪表、弱信号传感器等易受波动影响负载，应采用分离原则进行连接，可有效降低各用电器之间电源波动。

 对于电源波动要求低的负载（如灯具、点烟器等），可采用节点分线进行连接，可有效降低线阻、成本及重量。

 地线分离原则的补充说明

 电子地和功率地必须采用分离原则。

 模拟地和数字地必须采用分离原则。

因为他们对地线的冲击是不同的，导致信号间的相互干扰，从而影响一些较敏感的电子电器元件正常工作。

 同一电子系统而言，其控制器、传感器的地线而不能分开太远。

如果两者距离过远，那么两者间的电位差就越大，那么对同一控制器而言，地电位就存在比较大的差异，这个也会影响用电器的工作。

例如：组合仪表与燃油传感器。

5、屏蔽线与双绞线

对于某些弱的信号或者易受干扰的信号，如曲轴位置传感器、爆震传感器等，就需要选择双绞线或者屏蔽导线。这两种导线都可以有效地避免信号的干扰，保证信号传输的及时正确，

屏蔽线连接注意要点：

屏蔽层接地必须连接在控制单元的参考地上。

车身地是不干净的地，如果将屏蔽线的地接在车身，那么就会降低甚至破环屏蔽的效果。

双绞线注意要点：

不同的信号对绞转的数量有着不同的要求。

如摩托罗接电喷系统爆震传感器要求一米必须大于33个绞转

由于屏蔽线要比双绞线贵得多，从成本考虑：在保证满足要求的前提下，优先采用双绞线。

6、导线尺寸设计要点

 干线尺寸：宁短不长，以减少导线电阻。

 支线尺寸：宁长不短，考虑可装配性。

 抽头尺寸：干线负公差 支线正偏差。

 例：

 线束干线公称长度为180mm，支线公称长度为90mm，则抽头尺寸为：

 -10 20＝10mm。