汽車線束設(shè)計可靠性研究

劉冬冬

摘 要：要實(shí)現(xiàn)車輛的各種功能，并對車輛行駛的安全起到良好的保護(hù)，汽車當(dāng)中的線束設(shè)計具有非常重要的作用。就整個汽車的電氣系統(tǒng)來講，線束是整車電路的網(wǎng)絡(luò)主體，而線束當(dāng)中的各個回路則是保證其穩(wěn)定性的基礎(chǔ)，因此在對汽車的電氣回路設(shè)計過程當(dāng)中，必須要對汽車的電氣回路的可靠性有著很高的要求。本文主要針對汽車線束的可靠性問題展開研究，將可靠性知識應(yīng)用到汽車線束設(shè)計中，主要對線束回路、端子可靠性、接插件和線束保護(hù)可靠性進(jìn)行分析，并提出合理解決方案。

關(guān)鍵詞：汽車線束；設(shè)計；可靠性

1提高整車電路設(shè)計的可靠性的方法

就整個汽車的電氣系統(tǒng)來講，線束是整車電路的網(wǎng)絡(luò)主體，在車輛的線束當(dāng)中，應(yīng)將各個線路以并聯(lián)的形式進(jìn)行連接，并以串聯(lián)的整體看待，電氣系統(tǒng)的正常工作，需要各個回路的正常工作。

在汽車的電氣系統(tǒng)當(dāng)中想要完成一項功能，通常需要多個回路的共同參與，例如，要使得倒車指示燈系統(tǒng)能夠正常的工作，就需要電源、儀表、繼電器、開關(guān)等多個系統(tǒng)的參與，只要其中一個出現(xiàn)故障，就會導(dǎo)致倒車指示燈的不正常工作。線束中的每個回路都影響著整個系統(tǒng)的可靠性，因此可以說，減少回路的數(shù)量是能夠降低故障幾率的。那么如果在汽車的線束設(shè)計當(dāng)中減少回路，就可以使得電氣系統(tǒng)的可靠性得到加強(qiáng)，但與此同時我們應(yīng)充分的認(rèn)識到，要減少線束總成當(dāng)中的回路，并不能以犧牲安全、排放或舒適等為代價，而是要做到對系統(tǒng)的合理優(yōu)化，提高其可靠性。在系統(tǒng)當(dāng)中，可以利用減少連接點(diǎn)的方式提高系統(tǒng)的可靠性，但針對不同的情況，應(yīng)有不同的應(yīng)對措施，例如將信號接地線與電機(jī)接地線分開，確保信號讀取準(zhǔn)確等。

在汽車的各種系統(tǒng)當(dāng)中，不同的功能對于可靠性的要求也是不不同的，關(guān)系到車輛行車的安全以及基本功能的，往往需要非常高的可靠性，例如安全氣囊系統(tǒng)、ABS系統(tǒng)等等，而附屬功能的系統(tǒng)，則對可靠性的要求較低，例如音響、空調(diào)等系統(tǒng)，這些系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，并不會對車輛的正常行駛造成嚴(yán)重的影響，因此，根據(jù)車輛的不同系統(tǒng)，也需有區(qū)別的去對可靠性進(jìn)行要求，這樣做的原因是為了有效的降低成本，最大的提升效益。

2 提高端子的可靠性設(shè)計及分析

2.1 電接觸理論

電接觸理論有幾部分組成：接觸電阻和接觸表面膜層；摩擦與摩損；彈性零件設(shè)計；接觸表面鍍層研究；微振動對接觸可靠性的影響。1）觸電阻和接觸表面膜層：連接器的電傳導(dǎo)過程是通過接口之間的接觸實(shí)行的，但實(shí)際上，接觸面并不是完全光滑的，而是表面粗糙不平，導(dǎo)致實(shí)際接觸面積大大減小，除此之外，金屬表面由于會有氧化膜或其他膜層導(dǎo)致不能導(dǎo)電。在實(shí)際接觸面積中，金屬間的接觸或準(zhǔn)金屬接觸在介面膜被壓破或電壓擊穿的地方形成。于是，當(dāng)電流通過接觸件接口時，在導(dǎo)電斑點(diǎn)處會有大量集中電流，引起導(dǎo)電斑點(diǎn)附近的電流發(fā)生收縮，這種現(xiàn)象稱為“收縮電阻”記作Rc。如果電流通過導(dǎo)電斑點(diǎn)時有含有極薄的準(zhǔn)金屬接觸電子通過薄膜時還會遇到另一種附加電阻，稱為“膜層電阻”，用Rf表示。則接觸電阻RK可表示為：Rk=Rc+Rf。2）摩擦與磨損，汽車連接器插針與插孔之間的摩擦和磨損會而導(dǎo)致接觸表面不在光滑，形狀粗糙變形，還會附有熱量產(chǎn)生。隨著將表層的鍍層的磨損，會導(dǎo)致接觸不良。3）接觸表面鍍層，汽車連接器的端子底端通常要進(jìn)行鍍鎳處理，鎳發(fā)生氧化形成的氧化層對端子底層起到了保護(hù)作用。如果對于可靠性要求較高的部位必須鍍金防止過度氧化。

2.2 端子的材料選用

連接器的判斷指標(biāo)為是否具有穩(wěn)定的接觸面積。這些對于端子有幾點(diǎn)要求：（1）插拔壽命要求；（2）在溫度和振動條件下的負(fù)荷要求；（3）在惡劣環(huán)境下工作要求端子的制造材料多種多樣，可以更具具體端子類型、插拔頻度和環(huán)境等因素選擇。

連接器電阻組成如下：R=R1+R2+R3。R1表示導(dǎo)體電阻，是整個端子實(shí)測電阻之和，大小是由端子材料、橫截面積、端子長度決定的。R2為收縮電阻。端子在護(hù)套中進(jìn)行接觸傳遞電信號，導(dǎo)電斑點(diǎn)附近發(fā)生電流收縮，稱為“收縮電阻”。R3為膜層電阻。接觸件表面受腐蝕及灰塵中有害物質(zhì)使接觸表面產(chǎn)生膜層，形成膜層電阻。通過實(shí)驗探討接觸壓力、材料對接觸電阻的影響（1）接觸電阻影響能力研究：實(shí)驗儀器及方案：實(shí)驗所用接觸電阻測試儀器的測量精確度度為1毫歐。實(shí)驗參數(shù)：測試電流10mA，開路電壓20mV。通過改變接觸件相互接觸面大小，并繪制研究了接觸電阻和接觸面大小的關(guān)系圖，得出結(jié)論如下，接觸電阻無法通過正向力的增加而減少，接觸端半徑對接觸電阻大小影響也不大，只和其自身特性有關(guān)。汽車連接器的設(shè)計關(guān)鍵在于降低接觸電阻，可以使用高導(dǎo)電率端子材料，選擇截面積較大的端子等有效方法。（2）影響接觸電阻的生產(chǎn)能力研究：根據(jù)上面的分析，端子表面粗糙度和端子膜層厚度可能影響接觸電阻的因素。根據(jù)實(shí)驗要求，選取兩種相同端子，一組不經(jīng)過處理，其表面粗糙度為Ra0.7，作為樣品1，樣品2使用處理過后表面粗糙度為Ra1.5的端子。采用酸洗除油，提高端子清潔度的樣品作為A，另一組未處理的端子，記為樣品B。用樣品1、樣品2與樣品A、樣品B分別組裝成產(chǎn)品，然后兩兩組合，分別測出相應(yīng)的接觸電阻。并且記錄。根據(jù)數(shù)據(jù)可以分析出以下結(jié)果：端子表面粗糙度和端子膜層厚度對接觸電阻有一定的影響。端子表面粗糙度提高或?qū)⒍俗颖砻嫣幚硎鼓幼儽《伎梢燥@著提高制成能力指數(shù)，從而降低接觸電阻。

3提高線束保護(hù)設(shè)計的可靠性的方法

在車輛的整體環(huán)境當(dāng)中，線束的工作環(huán)境可以說是最為惡劣的，它需要在具有腐蝕性的液體或者是氣體的各種存在，并常常需要經(jīng)受高溫、碰撞等情況，在這種工作環(huán)境之下，常常就會出現(xiàn)絕緣體磨損或者是導(dǎo)線腐蝕等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致短路，而如果想要讓線束能夠進(jìn)行良好的工作，也就需要做好相應(yīng)的保護(hù)設(shè)計。

從整車來講，線束應(yīng)具有防護(hù)措施，在線束布置時，須遠(yuǎn)離熱源并控制好長度與走向。每一段線束都應(yīng)做好固定，以免由于車輛的震動使得線束與周邊零件干涉，而對其穩(wěn)定性帶來不良的影響，尤其是在線束過車身孔處，應(yīng)采用過孔膠塞對其進(jìn)行保護(hù)，防止線束被割傷或者漏水漏灰等問題發(fā)生。

必對線束進(jìn)行外包扎設(shè)計，可起到耐磨、防割、防腐蝕等作用，從而要提高線束的可靠性。線束的包扎材料有多種類型，在環(huán)境比較惡劣且周圍零件較多的高溫區(qū)域，應(yīng)選擇耐溫等級高的波紋管包扎，如發(fā)動機(jī)艙的線束。駕駛艙內(nèi)的線束，環(huán)境相對較好，則可采用PVC膠帶或者絨布膠帶等進(jìn)行包扎。總之，應(yīng)根據(jù)具體環(huán)境采用不同的包扎材料對線束進(jìn)行包裹、保護(hù)。

4結(jié)語

本文通過將可靠性知識融合到汽車線束設(shè)計中，提出汽車線束系統(tǒng)可靠性方法。對于汽車可靠性設(shè)計提出了一些可行性方案。根據(jù)線束所處環(huán)境，確定線束的安裝和固定方式及防護(hù)材料的選擇。汽車產(chǎn)品的可靠性設(shè)計，能保證環(huán)境性能要求和機(jī)械性能要求，電性能，可靠的連接和信號的正確傳輸，以保證電子器件及開關(guān)正常工作。

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