汽車電線設計選型研究

葉金飛

(安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心電氣集成開發部,安徽合肥 230601)

0 引言

電線是傳輸電信號和電流的載體[1]，導線的規格選型涉及到車輛電器件的正常運行和安全，正常的導線選型是根據查表所得。隨著設計的不斷精細化，導線選型需要考慮周邊環境以及布置等對性能衰退的影響，同時要求較高的特殊系統需要使用特殊規格的導線，以確保性能的可靠性，比如使用雙絞線和屏蔽線對減少電磁干擾對系統的影響。

1 汽車電線作用與規格

1.1 電線的結構

電線是傳輸電信號和電流的載體，其主要由絕緣皮和導線組成，不同規格的導線對應的絕緣皮材料和銅絲結構不同。導線的評價參數主要有導體部分的銅絲直徑、根數、絕緣皮厚度以及外徑尺寸等[2]。為了減少不同信號在傳輸過程的受干擾程度，在汽車上還使用雙絞線和屏蔽線等。由于車輛上電線使用量之大，為了線束生產以及整車售后維修的方便，一般絕緣皮會設置不同的顏色進行區分。

1.2 電線的規格

汽車上用的電線以低壓電線為主，隨著混合動力汽車和純電動汽車的發展，汽車上的高壓線束使用也越來越多，但本文作者主要針對低壓電線進行討論，以目前行業主流的導線規格為日標導線和德標導線。

2 汽車電線的設計選型

2.1 電線載流量

電線載流量是設計過程中必須要考慮的因素，GB 4706.1-2005中對電線的負載電流值進行了規定[3]。導線的載流量和導線截面有關，也與導線的材料、型號、包扎方法和環境溫度等有關，影響因素較多，計算也較復雜。各種導線的載流量通常可以從手冊中查找。

影響載流量的因素可以分為內部因素和外部因素。導線自身屬性是影響電線載流量的內部因素，增大線芯面積、采用高導電材料、采用耐高溫導熱性能好的絕緣材料、減少接觸電阻等都可以提高電線載流量。外部因素可以通過增加導線布置間隙和選擇溫度合適的布置環境來增加載流量。

2.2 電線和連接器及端子的匹配

電線與連接器端子的匹配主要分為載流量的匹配和機械壓接結構的匹配。

2.2.1 端子和電線載流量的匹配

端子和導線的載流量要匹配，確保在使用過程中端子和導線都能夠滿足負載需求。存在雖然滿足了端子的容許電流值,但超過電線容許電流值的情況,要特別注意。導線和端子的載流量可以通過查表和相關資料的方式獲得。

電線的容許電流值:端子材質為黃銅，通電時端子溫度是120 ℃(端子的耐熱溫度)時的電流值；耐熱銅合金,端子溫度140 ℃(端子的耐熱溫度)時的電流值。

2.2.2 端子和電線載流量機械壓接部分的匹配

為保證機械壓接結構部分的匹配，即端子壓接導線后要滿足一定的標準。影響因素主要有如下部分[4]：

(1)電線開線要保證線束的絕緣皮和線芯完整沒有受損，典型的開線后結構如圖1所示。

圖1 開線良好和不良品對照

(2)機械壓接強度、導電性能和壓接力的大小關系如圖2所示。

在利用模具進行端子和導線壓接時，隨著壓接力的增加，壓接高度降低。如圖2所示：在壓接設計范圍前，隨著壓接力增加機械壓接強度增強；同時隨著壓接力的增加，接觸電阻減小，導電性能增加。但壓接力超過壓接設計范圍后會導致電線銅絲壓斷，壓接力和導電性能都會下降。

圖2 端子壓接力與機械強度及導電性特性曲線

(3)在正常的電線開線以及正確的模具壓接后，完整的端子壓接結構如圖3所示。

圖3 常見端子壓接結構

2.3 電線和保險絲的匹配

在線束設計過程中一個重要的工作就是電線和保險絲的匹配[5]，保險絲設置的主要目的就是保護導線在短路情況下不會出現熔化起火的故障。一般電線和保險絲的匹配過程和流程如圖4所示。

圖4 常見電線和保險絲匹配流程圖

在正常設計過程中會通過查表確定保險絲容量和導線的匹配[6]，電線和保險絲匹配基準如圖5所示。

導線3參數因為所有范圍的過電流能力都在保險絲1承受范圍以上，保險絲可以對導線起到保護作用，可以推薦使用；

導線2參數存在導線過流能力在保險絲1承受范圍以外的工況，故判定為不推薦使用。

圖5 電線和保險絲的匹配基準曲線(40 ℃)

3 特殊規格電線選型設計

3.1 雙絞線設計選型

雙絞線是在汽車各種電線配合時，避免電線受到外來干擾時選擇使用的絞合導線，主要用于CAN總線、收音機系統揚聲器、氣囊發生器等信號電路[7]。不同系統信號對絞距的要求也是不同的。常用的雙絞線絞距有20、25 mm等(見圖6)。

圖6 常見雙絞線視圖

3.2 屏蔽線設計選型

3.2.1 屏蔽線的種類

屏蔽線是指對前面敘述的各種汽車電線增加屏蔽體，以使電線不易受外來噪聲干擾。并且避免通信信號等發生不必要的噪聲，主要用于各種傳感器、ECU、聲頻等信號回路[8]。

屏蔽線主要有以下3種：編組屏蔽電線、橫卷屏蔽電線、金屬箱屏蔽電線。

編組屏蔽電線：各汽車用電線的遮蔽體鍍錫軟銅線相互交叉，編織而成。矢崎標志方法：(線心品種)+BS(Braided Shield)，例如AVSBS CAVSBS。圖7所示為編組屏蔽電線結構圖。

圖7 編組屏蔽電線結構圖

橫卷屏蔽電線：各種汽車用電線上的遮蔽體鍍錫軟銅線呈蛇狀纏繞而成。矢崎標志方法：(線心品種)+HS(Helically Wrapped Shield)，例如AVSHS CAVSHS AVXHS。圖8所示為橫卷屏蔽電線結構圖。

圖8 橫卷屏蔽電線結構圖

金屬箱屏蔽電線：各種汽車用電線上的遮蔽體金屬箔膠帶縱向纏繞而成。金屬箔膠帶有鋁箱型和銅箱型，根據用途(環境等)區分使用。并且，接地電線使用消耗線，很容易進行端末連接。矢崎表示方法：鋁箱型：(線心品種)+AS(Aluminum Foil Shield)；銅箱型：(線心品種)+CS(Copper Foil Shield)，例如AVSCS CAVSCS。圖9所示為金屬箱屏蔽電線結構圖。

圖9 金屬箱屏蔽電線結構圖

3.2.2 靜電感應的原理和對策

靜電感應的原理：感應體與大地間存在電壓，因感應體-被感應體間的靜電容量，在被感應體上產生了大地間被感應電壓。

靜電感應對策：全部遮蔽體將電通量線進行屏蔽的方法。根據全部遮蔽體已將電磁力線進行遮蔽，在良導體的遮蔽體上有完全誘導源，原則上若將被誘導源覆蓋，可能100%遮斷。但是，實際上遮蔽體存在接地電阻，防止了100%遮斷。

4 結論

從導線的結構、規格性能以及性能影響因素等多方面對汽車低壓線束設計進行了闡述。普通導線的設計需要考慮周邊環境、布置等外在因素的影響，同步需要考慮電線和端子的匹配配合、電線和保險絲匹配等。同時一些特殊的系統需要使用特殊規格的導線來保證系統性能的穩定，比如雙絞線和屏蔽線等，這些導線對設計以及生產制造的要求更高。