金保永 孫仁云 張瀟 劉濤

摘 要：本文以某自卸車為例，通過實驗對汽車線束設計過程中極易忽略的瞬態(tài)電流、線束溫度等問題，提出了汽車電路中導線截面積、接插件等線束部件的選取原則和注意事項，為整車運行的可靠性提供參考。

關鍵詞：汽車線束；瞬態(tài)電流；導線截面積

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，電子產(chǎn)品在汽車上得到大量應用。據(jù)統(tǒng)計平均每輛汽車上的電子產(chǎn)品占整車成本的20%-30%，某些高檔車上的電子產(chǎn)品占整車成本的50%以上[ 1 ]。汽車線束作為整車的神經(jīng)網(wǎng)絡為了滿足整車的需求，其數(shù)量、質量和規(guī)格的選取在整車設計過程中顯得越來越重要。

1 汽車線束選取

汽車線束電阻通常很小，整車設計過程中很容易忽略線束本身的影響。隨著各種電子類產(chǎn)品在汽車上的應用，線束特別是一些帶發(fā)熱類阻性負載的回路，其靜態(tài)電阻和工作電阻對整車線束回路影響相差很大。汽車線束的設計主要包括導線的選取、端子和連接件的選取、包扎固定設計以及合理的布線等。其中導線的選取是其中的重點。

1.1 導線類型選取

汽車整車線束通常采用銅質多芯線，絕緣皮通常使用薄壁PVC 絕緣材料，其類型的正確選用要考慮線束的工作環(huán)境和功能。目前國內(nèi)外汽車線束常用的導線種類有AVSS、QVR、FLRY、美標等幾大系列[ 2 ]，這幾種線束各有特點。線束設計應根據(jù)實際情況，合理選用導線類型，避免選取類型不符造成整車運行過程中出現(xiàn)安全隱患。

1.2 導線截面積的選擇

線束設計的首要任務是保證整車運行的可靠性，其次是降低成本。導線橫截面積的確定，首先根據(jù)回路中電氣設備的工作電流、工作時間選擇實際載流量60%-100%的導線；其次，根據(jù)線束回路中連接器數(shù)量、導線長度、電壓降的大小和導線實際工作環(huán)境適當改變導線截面積，這樣確定的導線截面積才能在滿足整車運行可靠的基礎上降低成本。導線的橫截面積確定相關公式：

1）用電設備電流計算公式：

式中：I-用電設備電流；P-負載功率；U-額定電壓。

2）導線橫截面積計算公式：

式中：A-導線截面積，單位 mm2；I-額定電流，單位 A；ρ-導線電阻率，銅芯導線一般取值為 0.0185Ω*mm2/m；L-導線長度，單位 m；UJ-導線允許的電壓降，單位 V。

3）線束在工作過程中常伴隨著發(fā)熱現(xiàn)象，設計線束時常通過控制電流密度的方法限制線束的發(fā)熱問題。

由于計算時需要引入電壓降，因此在實際的設計過程中常常運用經(jīng)驗公式進行計算：

導線截面積的選取和電流是有直接關系的，在實際設計過程中應通過精確的計算。

2 發(fā)熱類阻性負載電流對線束影響

由于汽車運行的需要在許多線束回路中都含有發(fā)熱類阻性負載。對于帶發(fā)熱類阻性負載的線束回路，起動瞬間電氣設備本身電阻值遠遠小于額定電阻值，那么起動瞬間回路中的瞬時電流也將遠遠大于線束回路穩(wěn)定電流值。

以某自卸車為例：整個車身近20個燈具，這些燈具均為本文所說發(fā)熱類阻性負載，在整車通電瞬間各線束回路由于啟動電阻較小，回路中瞬態(tài)電流將會很大，對整個回路電氣設備（例如繼電器等）沖擊很大，特別是在選取線束是沒有考慮發(fā)熱類阻性負載的靜態(tài)特性，導致整個回路導線過細，那么瞬時電流必定超出回路電器的標稱可耐受電流，從而引起相關電器的故障，例如黏連現(xiàn)象、短路、迅速老化等，從而造成安全事故。

以實車測試左近光燈為例：在初始環(huán)境溫度26.4℃，電池組供電電壓實測24V的條件下，對左近光燈線束進行了測量（導線實際采用截面積1mm2）， 圖1為起動瞬間該線束回路瞬態(tài)電流測試結果，圖2為左近光燈線束穩(wěn)定電流測試結果。由圖1、圖2可知通電瞬間瞬態(tài)電流最大值可以達到14.72A，回路工作穩(wěn)定后通過電氣設備的電流僅為2.64A，通過對比兩值相差較大，如此高的瞬態(tài)電流長期使用定會對該回路線束、電器等部件造成損害，實驗過程中通過整車線束進行熱成像測試發(fā)現(xiàn)該回路繼電器溫度較高（如圖3所示），圖4是FLUKE紅外熱像儀對燈光控制繼電器測試的溫度變化趨勢（測試前5分鐘測試間隔為0.5分鐘，5～10分鐘測試間隔為1分鐘，之后測試30和60分鐘），測試溫度整體呈現(xiàn)增高趨勢。那么在回路瞬態(tài)電流多次沖擊和關鍵部件溫度過高的工作環(huán)境下，很容易造成回路中相關部件的黏連短路，進而使該回路長通，出現(xiàn)故障，整車的安全性、可靠性也都會受到影響。

3 實驗結果分析

通過對實驗室測試的相關實驗數(shù)據(jù)結果分析，發(fā)現(xiàn)汽車線束在設計過程中常常會忽略線束回路本身的電阻影響。通過對整車線束的測試分析發(fā)現(xiàn)線束中存在瞬時電流過大、某些部件溫度過高等現(xiàn)象。同時發(fā)現(xiàn)發(fā)熱類阻性負載回路導線截面積絕大多數(shù)選取0.5-0.75mm2，通過圖1、圖2實測電流數(shù)據(jù)和QC/T29106-2002汽車低壓電線束條件進行比較，發(fā)現(xiàn)實測圖1起動瞬態(tài)電流大于標準要求，瞬態(tài)電流雖然在整車運行過程中持續(xù)時間很短，但多次起動情況下仍對線束回路有較大沖擊，在汽車運行過程中將很容易出現(xiàn)故障。

以左近光燈為例，由圖1試驗數(shù)據(jù)可知左近光燈線束通電后瞬態(tài)電流可達14.72A，由公式（4）計算可得A為1.072mm2，由于線束在整車運行工程中伴隨持續(xù)的發(fā)熱考慮運行的安全性線束截面積應留有一定的余量，故A取1.5為好。

實驗同時對汽車近光燈；危險報警燈等回路線束進行測試，瞬態(tài)電流均比回路穩(wěn)定電流大。由此可見瞬態(tài)電流過大是發(fā)熱類阻性負載回路的共性，因此為保證整車運行的安全性，在設計選取汽車此類線束時要充分考慮線束的這種現(xiàn)象。

4 線束設計的選取方法

線束作為整車運行的神經(jīng)網(wǎng)絡，導線的選取一定要通過精確計算并結合實際情況選擇合適的截面積。起動瞬態(tài)電流、回路運行時的溫度這些容易被忽視的細小因素在設計過程中也要引起設計者的重視。汽車起動瞬間電流必定很大，長時間運行線束溫度也一定會升高，所以在設計之初導線截面積可適當取大些，以滿足線束回路運行的需要。

線束回路不僅包括導線還有端子、接插件等保護附件，以及繼電器、熔斷器等電器部件，對于這些部件除了精確的計算還應根據(jù)實際工作環(huán)境進行合理選取。

例如發(fā)動機部位溫度高、腐蝕性大、長期振動，處于這種部位的導線、端子以及接插件極易與其他部件發(fā)生摩擦、碰撞，因此發(fā)動機部位的線束部件就要有耐高溫、耐腐蝕、密封好的特點。

5 結語

本文主要介紹了汽車線束的選取，通過實驗測試表明起動瞬態(tài)電流、線束溫度對整車運行安全也至關重要，提出了線束選取遵循的原則和注意事項。同時瞬態(tài)電流、線束溫度等極易忽略的汽車安全因素在汽車設計時也應進行綜合考慮并滿足相關國家和行業(yè)標準。

參考文獻：

[1] 孫仁云，付百學，等.汽車電器與電子技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012.

[2] 梁磊.汽車線束設計及可靠性研究[D].中北大學，2015.

基金項目：

西華大學研究生創(chuàng)新基金項目（ygj2016088），

西華大學學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目（15208561-3）

作者簡介：金保永（1989-），男，河南開封人，碩士，主要從事汽車電控技術的研究。