硬線式中央配電盒設計規范及故障樹分析

熊 潔，楊天峰，張 帆

（神龍汽車有限公司技術中心，湖北 武漢 430056）

隨著科技進步不斷發展，車載電控單元數量不斷增加，傳感器數量也劇增，因此需要配電盒具有很多的回路集中，以實現對電控單元和電器設備的初步電源的分配以及電路保護。下文介紹AEE 2010電器架構硬線式電源分配盒設計原理以及典型案例分析。

1 AEE 2010電器架構電源分配系統

1.1 AEE 2010 ECO電器架構電源分配框圖

圖1 AEE 2010 ECO電源分配框圖

從圖1中可以看出，整車電控單元基本都是通過BFRM（Bo?tierFusiblesRelaisMoteur發動機艙繼電器熔斷絲盒）以及MFRH （MatriceFusibles Relay Habitacle座艙繼電器熔斷絲盒）這2個配電盒進行電源分配管理的。BFRM主要負責發動機艙電器控制單元和電器設備電路保護、電源分配和管理，BSI車身電腦／MFRH主要負責座艙電器控制單元和電器設備控制和電源分配。整車電源分為6種不同種類：+BAT：蓄電池供電；+BAT PERM：蓄電池常電供電；+APC：+APrès Contact點火開關通電后；+ACC：+ACCessoirie附件通電；+CAN：CAN網絡供電；+CPC：集成在電源管理與保護控制盒中的中央集控功率轉換器輸出電源。

1.2 硬線式繼電器熔斷絲盒產品定義

對于AEE 2010 ECO 架構車型，BFRM／MFRH僅僅起到電路保護、電源分配管理以及電源切換作用，因此采用的硬線式設計，直接集成在線束總成中，成本上更有優勢。

從結構形式上，可以把熔斷絲盒分為直插式熔斷絲盒（PCB式）、匯流條式 （barbus硬線式）熔斷絲盒、布線式熔斷絲盒和電子集成式熔斷絲盒［1］。下面將重點介紹AEE2010 ECO電源分配系統中BFRM以及MFRH兩個硬線式熔斷絲盒。

BFRM以及MFRH可以起到電保護以及電源分配作用，主要依靠其上的熔斷絲和繼電器給設備供電。BFRM以及MFRH需要保證以下功能：①向部件和功能進行初步電源分配；②切換某些部件和功能的供電；③通過切換部件和功能的供電，進行二次分配；④保護下游直接連接的功率電纜；⑤與車輛的其他部件進行機械對接，比如集成在主線束上、座艙線束上，如圖2所示。

1.3 硬線式繼電器熔斷絲盒構成

硬線式繼電器熔斷絲盒由如下幾個部分構成。

1）熔斷絲：主要起到保護下游回路、避免短路的作用，在線束廠進行裝配。主要有幾種規格：JCASE、MIDI、MAX和MINI，如圖3所示。

圖2 線束接口圖示

圖3 幾種規格熔斷絲

2）繼電器：主要用于電流切換，在線束廠進行裝配。如圖4所示。

圖4 繼電器

3）塑料件：外殼、二次鎖和底座。

4）BUSBAR：主要用于傳導電流，如圖5所示。

5）螺柱螺母：用于固定MIDI熔斷絲以及線束。

6）線束端子：與線束進行機械對接集成在線束上，在線束廠進行裝配。

繼電器熔斷絲盒爆炸圖如圖6所示。

1.4 未來發展趨勢

硬線式繼電器熔斷絲盒技術發展總體趨勢瞄準世界先進水平發展大趨勢，向著小型化、集成化、模塊化、多功能化方向發展，同時要提高產品的環境適應性、高可靠性、品質一致性等。

對于熔斷絲盒小型化、輕量化主要依靠繼電器和熔斷絲的小型化，比如熔斷絲演變ATO熔斷絲-Mini熔斷絲-LP Mini-Micro熔斷絲；JCASE慢熔熔斷絲-LP JCASE-Micro CASE。熔斷絲體積目前都在往小型化發展。

圖5 BUSBAR

圖6 繼電器熔斷絲盒爆炸圖

繼電器小型化案例介紹見表1。

表1 繼電器參數對比

2 硬線式繼電器熔斷絲盒設計準則

2.1 設計輸入

對于熔斷絲設計輸入主要包含以下幾個方面：①電源分配原理圖：輸入／輸出特性，電壓，電流，負載類型等；②物理接口：與外部部件接口，比如與線束的接口，以及與車身接口；③使用環境要求：熱學CEM分析［2］；④概念準則：車載網絡分布品質；⑤售后市場：考慮售后返修可行性；⑥移植性：對于模塊件需要考慮在其他車型和平臺上的移植性、裝配性；⑦制造：考慮生產制造精度和生產工藝可行性。如圖7所示。

圖7 熔斷絲盒設計要求

2.2 設計流程

熔斷絲盒的設計開發流程一般分為以下幾個步驟。

1）產品概念設計：根據電源分配圖，對3D layout布局進行設計 （busbar數量／連接），線束端子選型等，2D圖紙生成 （尺寸、內部原理、熔斷絲型號、端子型號等）。

2）工藝流程概念設計：根據產品設計圖設計初版的工藝流程。

3）手工樣件：開硬模之前，需要制作手工樣件，進行設計驗證。

4）設計驗證：根據設計標準進行相應的試驗，驗證設計可靠性。

5）產品設計：根據設計驗證結果，進行最終產品設計，具體的2D／3D圖紙，進行CAE仿真 （溫升／應力等），定義凍結之前必須經過設計審核 （硬件審核以及機械審核）對定義進行固化。同時不斷更新和完善DFEMA。針對塑料件開展模流分析，進行模具設計。

6）過程設計：根據產品圖紙，對工藝流程進行設計，制定產品控制計劃，同時更新PFEMA。

7）設計固化：設計審核后對設計定義進行固化。

8）工業化開發：模具制作，生產線／裝配線建立以及調試。

9）產品過程驗證：對出自最終工裝的零件進行試驗驗證，滿足工業化量產要求后就可以進行量產了。

3 故障模式分析以及故障處理

硬線式熔斷絲盒失效模式有很多種，如下列舉出典型故障原因分析，有助于更加系統清晰了解引起硬線時熔斷絲盒故障的原因。

1）線束端子退出：繼電器引腳尺寸公差與熔斷絲盒基座引腳尺寸公差不匹配，造成繼電器插入力過大，從而將線束端子頂出。

2）Busbar音叉間隙偏大，導致零部件引腳與Busbar音叉接觸不良從而導致對應功能失效。

3）繼電器失效：繼電器安裝力過大或者外部沖擊導致繼電器結構破壞，功能失效。

4）線束廠裝配問題：繼電器和熔斷絲虛裝，導致功能缺失。

圖8為熔斷絲盒故障樹分析。

圖8 熔斷絲盒故障樹分析

4 典型案例分析

下文具體介紹硬線式熔斷絲盒線束端子退出以及繼電器引腳潰縮問題的分析。

4.1 故障現象

自2014年起，工廠零公里持續出現功能失效問題：比如發動機無法啟動、雨刮無法工作等問題，經過排查發現是由硬線式繼電器熔斷絲盒BFRM端子退出以及繼電器引腳潰縮而導致繼電器失效。

4.2 原因分析

根據測量數據分析，發現繼電器引腳公差與BFRM基座尺寸不匹配，造成繼電器安裝力過大，再加上熔斷絲盒基座端子導向設計不合理，繼電器引腳插入時左右傾斜的角度會變大。通過模擬分析可以看出，如果當繼電器引腳非垂直插入熔斷絲盒底座孔位時，情況會更惡劣，繼電器引腳會頂住線束端子頂部，無法順利插入線束端子內部，導致線束端子將熔斷絲盒孔位中端子一次鎖破壞直至端子退出，詳見圖9現象1，或者繼電器結構較弱導致繼電器引腳潰縮，詳見圖9現象2。

圖9 熔斷絲盒故障

4.3 結論總結

設計初期對于熔斷絲盒與繼電器引腳之間尺寸公差配合沒有考慮到位，沒有進行軟件模擬，導致出現裝配問題。

對于熔斷絲盒孔位端子導向設計結構需要進一步優化，減小導向角度，同時加高導向結構與線束端子的距離，減小繼電器引腳在插入熔斷絲盒基座時左右晃動的角度。

4.4 行動方案

優化導向結構，在繼電器底座端子孔位處增加凸臺以便增加導向結構高度；同時調整熔斷絲盒基座上繼電器引腳孔位之間的公差來匹配繼電器公差。

5 結論

硬線式熔斷絲盒，由于其價格低廉深受廣大主機廠偏愛，作為回路保護、電源分配以及二次分配的部件，在PSA AEE2010電器架構整車電源分配中起著至關重要的作用。本文主要通過講述硬線式熔斷絲盒技術原理、設計流程，并通過典型案例講解掌握熔斷絲盒故障模式以及分析方法，解決供應商處由于產品或者生產過程不滿足標準定義要求的符合性問題，全面掌握熔斷絲盒技術原理、結構組成、故障分析解決等技術。