车辆在现代生活中有着不可或缺的地位和作用, 人们通过电气系统了解车辆的运行状况对车辆进行控制。随着人们对车辆安全性、舒适性、经济性、排放性等要求的提高, 车辆上的用电设备增多, 自动化程度的提高而且要求这些操作简便快捷, 使车辆电气系统越复杂。
车辆上的电气系统由用电设备及线束组成。用电设备的供电系统如何设计, 设计的是否合理, 直接关系到车辆用电设备的正常工作及行车的安全性。车辆电气系统中线束是车辆线路的网络主体, 所以线束变的越来越重要, 但车身给予线束的空间却越来越小, 所以车辆线束的质量也是车辆电气系统的另一个关键所在。
1 整车电路设计
整车电路设计主要包括: (1) 电源分配设计; (2) 线路的保护设计。
1.1 电源分配设计
世界各国的车辆线路设计的出发点基本上都是以安全为主。划分不同的供电方式就是为确保电源系统及用电设备的正常工作。 (1) 蓄电池直接供电系统。蓄电池通过自身存储的电能直接供给电器使用, 蓄电池与发电机连接, 能确保蓄电池储存的电能被消耗的情况下能通过发电机充电而得到补充, 从而发挥蓄电池的正常功能, 使车辆能保持正常的工作状态。能使用蓄电池直接供电的设备有两种, 首先是启动车辆所用的启动设备, 只能用蓄电池的电能, 一旦发动机正常工作, 设备即完成工作;第二种设备的特点是可以使用蓄电池提供的电能也可以使用发电机提供的电能, 这部分用电设备一般为汽车的安全部件和重要部件。当车辆行驶或者发动机怠速以上运转时, 发电机为蓄电池充电的同时为车上的这些用电设备供电, 当发动机停止工作时这些用电设备的供电便由蓄电池提供, 这时要避免使用过大电流的用电设备, 以确保蓄电池的性能正常发挥。
1.2 线路保护
线路保护主要是对线路及用电设备加以保护。线路保护设备常用的有熔断器和易熔线以及安全搭铁。一般的线路保护用熔断器。常用的片式快熔性熔断器 (即通常称为保险片) , 有结构简单、可靠性好、耐震性强、易检测、更换简单等许多优点。其额定电流值通常有5A、10A、15A、20A、30A等。其额定容量根据用电设备的最大连续工作电流计算, 经验公式:熔断器额定容量=电路最大工作电流/80% (或70%) 。线路中应尽量避免电阻型用电设备与电感型用电设备共用一路熔断器。发动机的ECU、ABS等对整车性能及安全影响较大且易受其他用电设备的干扰, 需单设熔断器, 发动机传感器类、各类报警器、信号灯及外部照明灯、喇叭等用电设备对整车性能及安全影响也较大, 但该类用电设备对相互间的干扰不是很敏感, 可以根据情况选择共用熔断器。而为了增加车辆舒适性而设置的普通用电设备可根据情况选择共用一路熔断器。蓄电池直接引出的线路保护一般用易熔线, 其特点是当线路通过极大的过载电流时, 易熔线能在较短时间内 (一般≤5s) 熔断, 从而切断电源, 防止发生恶性事故。易熔线的线路长度常用的有 (50±5) mm、 (100±10) mm、 (150±15) mm三种。车辆电气系统线路中的搭铁一般通过电路中的孔式接头实现的, 也有通过用电设备内部短接实现的。内部直接短接实现的一般为发电机, 电子调节器等。为增加安全性, 发动机、车身一般要单独连接到蓄电池的负极。发动机搭铁线、蓄电池负极线导线截面积较大, 应尽量控制好线长, 减少电压降。
易熔线常用的截面积及其对应颜色分别为表1。
2 线束的设计
车辆电路连接功能的实现是通过线束来完成的, 线束的质量直接关系到车辆的安全及性能。线束主要由导线、接插件、护套以及线束外的包扎材料组成。车辆线束的使用环境及作用决定线束所用的导线、波纹管、橡塑管以及胶带、护套等原材料需要耐磨、阻燃、耐热等, 而导线绝缘层和胶带更是在绝缘性能上有更高的要求。在线路设计安全合理的前提下影响线束质量的关键有导线的选取及接插件的选取。 (1) 车辆线束用导线为多芯软线又称低压电线, 常用的导线种类有日标 (AVS) 、国标 (QVR) 、德标 (FLRY) 、美标等系列。常用的导线规格有标称截面积0.5mm2、0.75mm2、1.0mm2、1.5mm2、2.0mm2、2.5mm2、4.0mm2等, 不同截面积的导线允许负载电流值不同, 用于连接不同功率的用电设备。线束用导线的截面积根据工作电流的大小不同来选取。对于一些电流特别小的用电设备, 为了保证应有的机械强度, 导线的截面积不得小于0.5mm2。当导线过长或导线经多个接插件转接后到用电设备时电压降较大, 可适当将线径放大。导线的截面积标注在颜色代码前, 单位为1mm2时不标注。导线的颜色分为单色和双色两种。单色线绝缘层表面为一种颜色, 主要有黑 (B) 、白 (W) 、红 (R) 、绿 (G) 、黄 (Y) 、棕 (Br) 、蓝 (Bu) 、灰 (Gr) 、紫 (V) 、橙 (O) 等, 双色线绝缘层表面两种颜色, 导线颜色中面积比例大的称为主色, 代号用两种颜色的代号一起表示, 主色在前。如:黄白 (YW) 。 (2) 线束接插件及护套也是影响线束质量的关键因素, 接插件的性能直接关系到线束整体的性能, 对全车的电器稳定性、安全性起着关键的作用。接插件首先要保证接触良好, 接触电阻小, 可靠性好, 在选用时要根据流过导线的电流和允许的接插件规格选用合适的插接件。接插件端子材质一般用黄铜或紫铜, 还可根据不同需要选择不同的镀层。通常用的插接件分圆柱式和片式两种:圆柱式有1系列、2.2系列和3系列;片式有4.8系列、6.3系列、7.8或9.5系列等。在护套类型的选择上一般在驾驶室内的护套对密封防护要求不是很高, 可自主选取普通型的, 而在发动机仓内及车身外部的的护套则要求必须选用带防水结构的, 尤其对电子控制单元多采用全密封式结构。蓄电池电缆接头 (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。 (3) 波纹管在线束包扎中一般占到60%左右, 甚至更多, 对其耐磨性、耐高温性、阻燃性及耐热性都有较高要求, 所用材质一般分PP、PA两种, PA材质在阻燃、耐磨方面优于PP材质, PP材质在抗弯曲疲劳性方面更有优势。
允许通过电流与导线截面积的关系经验理论值表2。
摘要：本文阐述了车辆电气系统电路设计及线束设计的基本原则, 以及元器件、材料的选用规范。
关键词：电气系统,电路,线束,设计
参考文献
[1] QC/T 29106-2004汽车用低压电线束技术条件[S].
[2] QC/T 417.1-5-2001车用电线束接插器[S].
[3] QC/T 420-2004汽车用熔断器[S].
[4] QC/T 220-1996汽车用易熔线[S].
[5] 罗锦陵, 章一舫, 关友康.汽车电器产品手册[M].上海:上海交通大学出版社, 1994:682～687.