刘胜东

摘 要：线束作为汽车的神经网络，是将汽车各ECU用电设备联系起来的桥梁，在整个汽车电器部件的开发工作中，线束开发工作的地位举足轻重。本文主要从线束设计进行分析。

关键词：汽车；线束；设计

引言

线束系统设计是一个很复杂的过程， 要考虑很多因素， 例如： 整车的空间布局， 线束各个位置的环境情况， 各用电器的功率， 整车的安装空间等。以上因素都会制约线束系统的设计， 也就是说影响线束性能和布置的好坏。随着汽车中使用的电子控制系统和通讯系统越来越多， 若仍采用传统的点对点连线方式， 则线束将十分的庞杂， 既占据了大量的空间也使系统的可靠性降低。

一、整车电气原理设计

1.1低压电气设计原则

在进行低压电气设计时，遵循如下基本原则： 单线制利用汽车底盘、车身等金属机件作为各种用电设备的共用连接线（俗称搭铁），而用电设备到电源只需另设一根导线。任何一个电路中的电流都是从电源的正极出发，经导线流入到用电设备后，通过金属车架流回电源负极而形成回路。

采用单线制不仅可以节省材料（铜导线），使电路简化，而且便于安装和检修，降低故障率。但在一些不能形成可靠的电气回路或需要精确电子信号的回路，为了保证其工作可靠，提高灵敏度，仍然采用双线连接方式。

（1）负极搭铁

所谓搭铁，就是采用单线制时，将蓄电池的一个电极用导线连接到车身或底盘等金属车体上。若蓄电池负极连接到金属车体上，则称为负极搭铁；反之若蓄电池的正极连接到金属车体上，称为正极搭铁。我国标准中规定汽车电器必须采用负极搭铁，世界各国生产的汽车大多也采取负极搭铁方式。

（2）两个电源

两个电源指汽车低压有12V蓄电池和DC/DC两个供电电源。12V蓄电池为辅助电源，在汽车未上高压时向有关用电设备供电；DC/DC为主要电源，高压系统上电后，DC/DC开始为低压用电设备供电，同时给12V蓄电池进行充电。两者互补有效地保证了低压设备在不同情况下都能正常工作，同时也可以延长12V蓄电池的供电时间。

（3）用电设备并联

将汽车上的各低压用电设备都采用并联方式与电源连接，各设备由各自串联在其支路的专用继电器、保险控制，互相不产生干扰。

（4）低压直流供电

低压设备统一采用12V直流电压供电。

1.2高压电气设计原则

在进行高压电气设计时，遵循如下基本原则：

（1）双线制

高压电压等级为326V，高压部件有动力电池、空调压缩机、电动暖风和驱动电机、充电机和DC/DC。由于高压部件多为大功率器件，为保证运转良好、安全无漏电，高压电气系统设计均采用双线制。

（2）高低压系统分离式设计

将高低压线束分离开来，避免将高压系统产生的电磁干扰引入低压系统，保证低压系统通讯、控制信号不受干扰。

二、整车高低压线束设计

2.1导线截面积计算

根据各用电设备的负载电流大小确定导线的截面积，计算原则为长时间工作的用电设备选用实际载流量的60%的导线，短时间工作的用电设备则可选用实际载流量60%-100%之间的导线。同时，还需要考虑电路中的电压降和导线发热等情况，以免影响用电设备的电气性能和超过导线的允许温度。

铜导线的安全载流量的推荐值为5-8A/ mm2，选择7A。铜芯导线截面积S的上下限计算公式为：S =< I /（5-8） >= 0.125 I-0.2 I。 其中，S为铜导线截面积（mm2），I为负载电流（A）。

2.2导线颜色选择

为便于安装和检修，汽车采用双色导线，主色为基础色，辅色为环布导线的色条带或螺旋色带，且标注时主色在前，辅色在后。以双色为基础选用时，各用电系统的电源线为单色，其余为双色。

2.3汽车线束

为使汽车线路规整，安装方便及保护导线的绝缘，汽车上的全部低压线路，一般将不同区域的不同规格的导线用棉纱或薄聚氯乙烯带包扎成束，这就是线束。在设计中，还需将局部塑料包扎后的线束放入侧切口的塑料波纹管内，使其强度更高，保护性能更好，查找线路故障也更便捷。

三、碰撞与高压电安全防护设计

碰撞与高压安全防护设计研究包括开展整车高压电气安全技术研究，高压电缆布局、防护、干扰抑制设计，高压部件设计、匹配及控制技术，高压电安全管理技术研究，以提高汽车防尘、防水及防爆等级，实现漏电自检和保护功能等。

3.1 高压电气系统分析

汽车高压系统由动力电池、电机控制器、驱动电机、高压控制盒、DC/DC变换器、车载充电机、电空调系统（电动压缩机制冷+PTC制热）等部件组成。其中动力电池、电机控制器、驱动电机为车辆唯一的能量源和动力源，驱动车辆行驶，输出功率较大。高压控制盒作用是通过低压信号对高压继电器进行控制来实现对高压电器件的上电下电功能，将动力电池的电能分配到各高压辅助系统，并对分系统分别设置熔断器进行保护。DC/DC变换器的主要功能是将高压电转换为12V的低压电，为车辆灯光、音响、控制器等低压设备供电同时给铅酸电池进行充电，其作用等同于传统车中的发电机。

3.2 高压线束设计原则

C30DB高压线束设计，遵循如下基本原则：

（1）采用双线制：即高压正、负极各自走线，正、负极导线之间及正、负极导线与底盘（车体）之间要保证绝缘。根据国家标准，绝缘电阻应大于500Ω/V；

（2）高低压系统分离式设计：将高低压线束分离开来，避免将高压系统产生的电干扰引入低压系统，保证低压系统通讯、控制信号不受干扰；

（3）颜色区别：采用橙色醒目的線束外覆盖件进行包裹，以警示高压危险；

（4）电路保护装置：为防止电流过载或短路，各支路中必须设置保护装置，如熔断器、断电器等；

（5）安全电路：为避免车辆在充电过程中误操作行车，在充电口设置充电开关，实现物理切断主继电器。

3.3 高压连接器选择

高压连接器必须具有安全性、防水性、耐用性，具有防止震动而松脱的功能。安全性包括防手指触碰、防带电插拔、绝缘、机械强度；高压连接器多数布置在机舱内部，要求防水性能不低于IP67。

3.4 高压导线选型

汽车的高压电缆工作在高电压大电流的情况下，要求具有严格规定，如漏电特性、防水特性、耐热特性、耐燃烧特性、屏蔽特性、强度特性；上述特性直接决定高压线缆的外径、柔软度、绝缘皮的材质，常用高压电缆的绝缘材质有硅橡胶和TPE，硅橡胶具有耐燃烧特性优越，但耐磨、机械性能较差，综合考虑TPE材料的电缆综合性能较强；高压导线的各种性能参数按ISO6722标准来执行。 考虑到线缆尺寸引起的压降问题、工作温度、环境温度等问题，为避免电缆发热，根据导线截面积计算公式。

四、结束语

随着汽车电子的飞速发展，汽车线束行业也在发生日新月异的变化。在不断完善传统设计的基础上，对新技术的不断探索与学习显得尤为重要。可以预见的是，在国家大力倡导新能源汽车以及汽车轻量化的背景下，整个汽车线束行业将迎来重大发展机遇。

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