【技研】整车线束搭铁设计
导读：随着汽车技术的高速发展，电器设备的集成化也越来越高，很多自动化和智能化的电器设备被应用在汽车上，以满足人们对汽车的动力性、经济型、可靠性、安全性、舒适性以及排放性的要求，因此车辆上的线束也越来越复杂，在设计和生产过程中控制难度也越来越大。而搭铁线路和搭铁点设计的好坏将影响电气部件的功能，进而影响汽车性能。在常见的电气线束设计问题中，由于搭铁线束或搭铁点的不佳设计而导致发动机ECU不能正常工作、发动机冒黑烟、电气部件的信号受干扰等的情况。所以搭铁线路的设计以及搭铁点选择的成为汽车线束设计的重要环节之一。
1、汽车线束搭铁原理
汽车电气系统采用的是负极搭铁和单线制的设计原则。负极搭铁是指蓄电池负极接金属车架。单线制也称单线连接，是指汽车上所有电气部件的正极均采用导线相互连接，而负极则直接或间接通过导线与金属车架或车身金属部分相连，即搭铁，也称接地。任何—个电路都是从电源正极出发，经导线经用电设备再由负极导线搭铁，通过车架或车身流回电源负极形成回路。
1.1 搭铁等效电路
在电气线束设计中，因受整车结构等限制，除了多点搭铁，很多电器部件负极搭铁点采用共压的单点搭铁方式。负极单点共压搭铁的方式可以分为3种，串联单点共压搭铁，并联单点共压搭铁，混联单点共压搭铁。
a．多点搭铁。多点搭铁是指电器部件的各个搭铁点直接就近接到金属车体上，各个部件都是单独搭铁，不与其他电器部件搭铁发生联系的搭铁方式，其等效电路图如图1所示。
图1 多点搭铁等效电路
从图1中可以看出，电器部件1、电器部件2、电器部件3的电流为，Il、I2、I3，通过搭铁线与金属车架相连，线阻与搭铁点接触电阻等效为R1、R2、R3，各个电器部件未与其它电器部件发生联系。从等效电路中可以看出，此种搭铁方式可使各个部件不受其它电器部件的干扰，但搭铁点比较多，在实际的设计中由于受底盘车身结构限制，现场施工、检修不便等因素影响，采用此方法存在一定困难。故在客车线束搭铁设计中，不采用多点搭铁的方式。
b．串联单点共压搭铁。串联单点共压搭铁是指部分电器部件没有直接搭到车身金属大梁，而是间接通过其它电器部件的搭铁线与车身金属大梁相连，其等效电路图如图2所示。从图2中可以看出，电器部1、电器部件2、电器部件3的回路电流为I1、I2、I3，各搭铁线路上的等效电阻为R1、R2、R3。电器部件1搭铁回路产生的电压降为U1=I1xR1+(I1+I2)xR2+(I1+I2+I3)xR3，电器部件2搭铁回路产生的电压降为U2=(I1+I2)×R2+(I1+I2+I3)xR，，电器部件3搭铁回路产生的电压降为U3=(I1+12+I3)×R3。由此可以看出，在负极串联共压搭铁回路中，不同位置搭铁点的电位差不为零，且不同。图中电器部件3最接近低电势部位，搭铁效果最好，电器部件受到干扰的可能性越小。在此种方法中，把低电平电路的电器部件须布置到电器部件3的位置，如果布置到电器部件1位置时，则该电器部件相对于基准电位有较大的电位差，且接地线也最长，最容易受到干扰。所以在电气线路搭铁线束设计中，应尽量减短搭铁线的长度，降低搭铁回路中的电阻值，减少电势差，选择低电势部位搭铁，从而减少回路干扰，即就近搭铁原则。
此方式的搭铁点较少，但是部分敏感的电器设备采用此方式将受到其它电器部件的干扰。在客车的搭铁线束设计中，可根据实际情况确定是否选用此方式搭铁，但低电平电路的电器部件须布置在电器部件3的位置。
图2 串联单点共压搭铁等效电路
c．并联单点共压搭铁。并联单点共压搭铁是指各电器部件直接与金属车架相连搭铁，但部分电器部件可能采用共压端子，采用同一个搭铁点与金属车架相连，其等效电路如图3所示。从图3中可以看出，电器部件1、电器部件2、电器部件3的回路电流为I1、I2、I3，各搭铁线路上的等效电阻为R1、R2、R3。电器部件1搭铁回路产生的电压降为U1=I1×R1，电器部件2搭铁回路产生的电压降为U2=I2xR2，电器部件3搭铁回路产生的电压降为U3=I3xR3。由此可以看出，在负极并联共压搭铁回路中，各电器部件搭铁电位只与自身的电流I与搭铁点的接触电阻R有关，不受其它电器部件电路的影响，从而避免了其它电器部件的干扰。
此方式对于各电器部件的搭铁效果最好，在实际的客车搭铁线束设计中多采用此种方式搭铁。但此方式会导致一个搭铁点的接线较多，线束体积大，不利于线束布置。所以在实际设计中，需要考虑到搭铁点的整体布置。
图3 并联单点共压搭铁等效电路
d．混联单点共压搭铁。混联单点共压搭铁是指在线束搭铁线束设计中，既有串联搭铁方式，又有并联搭铁方式，其等效电路如图4所示。从图中可以看出，电器部件1与电器部件2是串联搭铁方式，而其与电器部件3又是并联搭铁。此方式综合了串联搭铁与并联搭铁的优缺点。串联部分电路设计较简单，线束较短，但可能会造成电器部件的相互干扰，尤其有可能干扰安全性的电器部件。并联部分搭铁效果较好，能较好地减少电器部件间的相互干扰，但可能造成接线较长，线束体积增大。所以在实际设计中，须综合考虑是否采用此搭铁方式。
1.2 搭铁点功能分类及设计原则
a．功能分类。线束搭铁点在汽车电路中起到重要的作用，不仅应将整车电路串成电气回路，而且应保证各种电器部件的信号完整传递。搭铁点就其功能可以分为以下几种：①电源地。电源地是指整车电路的地，是将蓄电池负极用导线直接连接到金属车架上(通常是底盘大梁)，电源地使整个车身成为电流回路中的负极。②功率地。功率地是指整车电路中大功率用电设备的搭铁，如系统电路中的发动机风扇、控制器风扇、水泵等。这些电器部件的电流一般会比较大，不能和其他弱电流以及信号线搭在一起。③信号地。信号地是指小电流信号的搭铁，包括模拟信号和数字信号等，在系统中通常是一些控制信号。④屏蔽层搭铁。屏蔽层搭铁是指高压电器部件在工作时导致周围电磁场的变化，此时需要采取屏蔽层搭铁来消除影响。由于新能源汽车高压部件较多，在设计时高压线束以及高压部件壳体都需要采用搭铁设计。用于数据传输的CAN信号线以及发动机起动机回路，在设计时都需要采用屏蔽层搭铁，以防止干扰的产生。⑤防静电搭铁。静电有可能损坏某些精密电子设备，在燃油加油口等也有可能聚集大量静电，这些在设计中也应予以考虑。
b．设计遵循原则。根据以上搭铁点的功能，在设计搭铁点时应遵循以下原则：① 电源地单独搭铁；②功率地与信号地分开搭铁；③就近搭铁，但要考虑到便于安装、维修方便；④对事关安全性或易受干扰的电器设备采取双重搭铁。
2、汽车线束搭铁点设计
汽车线束搭铁点设计是汽车线束设计中的较重要环节。在设计过程中不仅应从电气设计角度是行考虑，而且应考虑整车电器部件的布置以及整车结构等因素，综合各方面因素选择合适的搭铁点形式。
针对新能源客车的整车结构以及电器部件多且布置位置多变等情况，并考虑实际线束布置中的可操作性等，在此设计并分析几种搭铁方式，供设计人员在实际施工时参考。
a．自攻螺钉搭铁。此种搭铁是指将搭铁线环用自攻钉固定在底盘大梁或者方钢上的搭铁方式，具体操作时应先磨去底盘或方钢上的油漆，再用自攻钉固定搭铁线坏，然后做防锈处理。此方法较灵活，可以根据线束长度来确定搭铁点，但自攻螺钉长时间使用可能存在松动，且防锈处理并不可靠。在实际设计中尽量少用此搭铁方式。
b．通孔搭铁。通孔搭铁是指对于半承载的底盘，在底盘的纵梁上下翼面开直径为9 mm的孔，用于搭铁与管线固定，如图5所示。此搭铁方式与自攻螺钉搭铁方式相似，也需要先打磨通孔边缘的油漆，再采用螺栓固定搭铁线环，最后做防水防锈处理。其可靠性不佳，在实际设计中尽量少采用此种方式搭铁。
c．螺栓搭铁。螺栓搭铁是指用螺栓来连接搭铁线环与金属大梁的一种搭铁方式，在全承载及半承载的车型中都有应用，如图7所示。此方式是在底盘大梁上焊接一个螺柱，将搭铁点与螺柱用螺帽连接，从而与底盘导通。螺栓搭铁通用性较好，在设计上能较好地实现，但在实际布置中，用螺栓作为搭铁点可能造成固定点与搭铁点混淆。在采用电泳工艺的车型中，采用此搭铁方式则存在搭铁不良的现象。针对采用电泳工艺的车型，螺栓搭铁方式需要给出电泳防护工艺，以保证搭铁点与金属车架间的良好导通性。图8为带帽的螺栓搭铁示意图，用带螺帽的螺柱作为搭铁点，再采用螺栓连接固定搭铁线环。此方式存在两个螺帽未搭接到位的情况，造成对电泳防护不到位。
d．搭铁柱搭铁。搭铁柱搭铁是指将一个有内螺纹的开通孑L的部件作为专用搭铁柱，搭铁线环通过搭铁柱与金属大梁相连接，如图9所示。搭铁柱一端焊接在金属车架上，另外一端用螺栓连接以防电泳漆覆盖搭铁柱表面。采用此方式搭铁有两个优点，一是在现场施工时，能区分搭铁柱与其他固定点，不会出现混淆情况，二是因为不需要带两个螺帽，工人在施工时较带螺帽的螺栓搭铁方式效率高。
3、结束语
分析了电气线束的搭铁原理以及搭铁点在电气线束设计中应要遵循的原则，设计并分析了几种常用搭铁方式，为设计人员提供参考。在实际施工中搭铁线束及搭铁点的设计，不仅应考虑电气原理、搭铁点的机械设计形式，还应考虑电气部件的总体布置、底盘车身结构、线束布置等。只有综合考虑这些因素，才能设计好搭铁线束以及搭铁点，才能保证搭铁点可靠以及整车电器部件功正常运行。
