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汽车电线设计选型

2019-06-09 20:40:13·  来源:EDC电驱未来  作者:叶金飞  
 
电线是传输电信号和电流的载体[1],导线的规格选型涉及到车辆电器件的正常运行和安全,正常的导线选型是根据查表所得。随着设计的不断精细化,导线选型需要考虑
电线是传输电信号和电流的载体[1],导线的规格选型涉及到车辆电器件的正常运行和安全,正常的导线选型是根据查表所得。随着设计的不断精细化,导线选型需要考虑周边环境以及布置等对性能衰退的影响,同时要求较高的特殊系统需要使用特殊规格的导线,以确保性能的可靠性,比如使用双绞线和屏蔽线对减少电磁干扰对系统的影响。

1 汽车电线作用与规格
1.1 电线的结构
电线是传输电信号和电流的载体,其主要由绝缘皮和导线组成,不同规格的导线对应的绝缘皮材料和铜丝结构不同。导线的评价参数主要有导体部分的铜丝直径、根数、绝缘皮厚度以及外径尺寸等[2]。为了减少不同信号在传输过程的受干扰程度,在汽车上还使用双绞线和屏蔽线等。由于车辆上电线使用量之大,为了线束生产以及整车售后维修的方便,一般绝缘皮会设置不同的颜色进行区分。
1.2 电线的规格
汽车上用的电线以低压电线为主,随着混合动力汽车和纯电动汽车的发展,汽车上的高压线束使用也越来越多,但本文作者主要针对低压电线进行讨论,以目前行业主流的导线规格为日标导线和德标导线。
2 汽车电线的设计选型
2.1 电线载流量
电线载流量是设计过程中必须要考虑的因素,GB 4706.1-2005中对电线的负载电流值进行了规定[3]。导线的载流量和导线截面有关,也与导线的材料、型号、包扎方法和环境温度等有关,影响因素较多,计算也较复杂。各种导线的载流量通常可以从手册中查找。
影响载流量的因素可以分为内部因素和外部因素。导线自身属性是影响电线载流量的内部因素,增大线芯面积、采用高导电材料、采用耐高温导热性能好的绝缘材料、减少接触电阻等都可以提高电线载流量。外部因素可以通过增加导线布置间隙和选择温度合适的布置环境来增加载流量。
2.2 电线和连接器及端子的匹配
电线与连接器端子的匹配主要分为载流量的匹配和机械压接结构的匹配。
2.2.1 端子和电线载流量的匹配
端子和导线的载流量要匹配,确保在使用过程中端子和导线都能够满足负载需求。存在虽然满足了端子的容许电流值,但超过电线容许电流值的情况,要特别注意。导线和端子的载流量可以通过查表和相关资料的方式获得。
电线的容许电流值:端子材质为黄铜,通电时端子温度是120 ℃(端子的耐热温度)时的电流值;耐热铜合金,端子温度140 ℃(端子的耐热温度)时的电流值。
2.2.2 端子和电线载流量机械压接部分的匹配
为保证机械压接结构部分的匹配,即端子压接导线后要满足一定的标准。影响因素主要有如下部分[4]:
(1)电线开线要保证线束的绝缘皮和线芯完整没有受损,典型的开线后结构如图1所示。
图1 开线良好和不良品对照
(2)机械压接强度、导电性能和压接力的大小关系如图2所示。
在利用模具进行端子和导线压接时,随着压接力的增加,压接高度降低。如图2所示:在压接设计范围前,随着压接力增加机械压接强度增强;同时随着压接力的增加,接触电阻减小,导电性能增加。但压接力超过压接设计范围后会导致电线铜丝压断,压接力和导电性能都会下降。
图2 端子压接力与机械强度及导电性特性曲线
(3)在正常的电线开线以及正确的模具压接后,完整的端子压接结构如图3所示。
图3 常见端子压接结构
2.3 电线和保险丝的匹配
在线束设计过程中一个重要的工作就是电线和保险丝的匹配[5],保险丝设置的主要目的就是保护导线在短路情况下不会出现熔化起火的故障。一般电线和保险丝的匹配过程和流程如图4所示。
图4 常见电线和保险丝匹配流程图
在正常设计过程中会通过查表确定保险丝容量和导线的匹配[6],电线和保险丝匹配基准如图5所示。
导线3参数因为所有范围的过电流能力都在保险丝1承受范围以上,保险丝可以对导线起到保护作用,可以推荐使用;
导线2参数存在导线过流能力在保险丝1承受范围以外的工况,故判定为不推荐使用。
图5 电线和保险丝的匹配基准曲线(40 ℃)
3 特殊规格电线选型设计
3.1 双绞线设计选型
双绞线是在汽车各种电线配合时,避免电线受到外来干扰时选择使用的绞合导线,主要用于CAN总线、收音机系统扬声器、气囊发生器等信号电路[7]。不同系统信号对绞距的要求也是不同的。常用的双绞线绞距有20、25 mm等(见图6)。
图6 常见双绞线视图
3.2 屏蔽线设计选型
3.2.1 屏蔽线的种类
屏蔽线是指对前面叙述的各种汽车电线增加屏蔽体,以使电线不易受外来噪声干扰。并且避免通信信号等发生不必要的噪声,主要用于各种传感器、ECU、声频等信号回路[8]。
屏蔽线主要有以下3种:编组屏蔽电线、横卷屏蔽电线、金属箱屏蔽电线。
编组屏蔽电线:各汽车用电线的遮蔽体镀锡软铜线相互交叉,编织而成。矢崎标志方法:(线心品种)+BS(Braided Shield),例如AVSBS CAVSBS。图7所示为编组屏蔽电线结构图。
图7 编组屏蔽电线结构图
横卷屏蔽电线:各种汽车用电线上的遮蔽体镀锡软铜线呈蛇状缠绕而成。矢崎标志方法:(线心品种)+HS(Helically Wrapped Shield),例如AVSHS CAVSHS AVXHS。图8所示为横卷屏蔽电线结构图。
图8 横卷屏蔽电线结构图
金属箱屏蔽电线:各种汽车用电线上的遮蔽体金属箔胶带纵向缠绕而成。金属箔胶带有铝箱型和铜箱型,根据用途(环境等)区分使用。并且,接地电线使用消耗线,很容易进行端末连接。矢崎表示方法:铝箱型:(线心品种)+AS(Aluminum Foil Shield);铜箱型:(线心品种)+CS(Copper Foil Shield),例如AVSCS CAVSCS。图9所示为金属箱屏蔽电线结构图。
图9 金属箱屏蔽电线结构图
3.2.2 静电感应的原理和对策
静电感应的原理:感应体与大地间存在电压,因感应体-被感应体间的静电容量,在被感应体上产生了大地间被感应电压。
静电感应对策:全部遮蔽体将电通量线进行屏蔽的方法。根据全部遮蔽体已将电磁力线进行遮蔽,在良导体的遮蔽体上有完全诱导源,原则上若将被诱导源覆盖,可能100%遮断。但是,实际上遮蔽体存在接地电阻,防止了100%遮断。
4 结论
从导线的结构、规格性能以及性能影响因素等多方面对汽车低压线束设计进行了阐述。普通导线的设计需要考虑周边环境、布置等外在因素的影响,同步需要考虑电线和端子的匹配配合、电线和保险丝匹配等。同时一些特殊的系统需要使用特殊规格的导线来保证系统性能的稳定,比如双绞线和屏蔽线等,这些导线对设计以及生产制造的要求更高。
 
 
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