汽車線束回路設計方法研究及應用

龍昭燈，王 強，茍榮非

（重慶長安汽車股份有限公司 長安汽車工程研究院，重慶 401120）

1 引言

線束產品作為汽車電器功能的連接載體，實現各電器零部件之間的電路連接。而各電路連接的起點和終點則構成了線束產品內的回路。可以說線束回路是線束產品的核心，線束產品的回路設計的品質直接決定整車線束的安全與可靠性。

隨著車輛電氣化程度的提高，電器部件數據增加，各電器之間的信號交互也越來越密切，汽車線束回路的數量也急劇增加，一般車型的線束回路數據已達近1000條 （圖1）。如何優化統籌如此眾多的回路數，是汽車線束設計所面臨的難題。

現有的汽車線束設計技術資料主要在線束物料選擇及制造加工環節對線束設計提供設計指導，但對線束回路的規劃及設計理念缺少系統的分析，本文從成本和性能兩個方面，對線束回路設計的相關重點進行了說明，并提供了具體的控制路徑，對線束回路設計具有一定指導作用。

2 基于成本的回路設計方法

圖1 各級別車型回路數概況

線束回路約占線束物料成本的90%，包含導線及接插件，要控制線束設計成本，必須從線束回路設計優化著手。

針對導線使用而言，如何用最少的導線長度實現回路連接功能，是回路設計首先要考慮的問題。這其中涉及兩個方面的設計要素：電器零部件的布置位置和線束布置路徑的選擇。這兩個要素獨立而又相互關聯，對導線長度的使用影響重大。

首先需要基于零部件原理確定其回路的連接方式，進而確定在整車環境下各零部件布置的初步位置，而線束布置路徑的選擇則是基于零部件布置位置的基礎上，用最短的線束長度覆蓋盡量多的零部件布置區域，這也是整車電器拓撲的雛形。在完成整車拓撲搭建后，就需要對其進行設計校核，通過核算具體的導線用量來判斷零部件的布置位置和線束布置路徑是否合理 （目前市面上已有大量軟件可實現該功能），具體方法為通過對零部件逐一調整的方式來進行對比，如圖2和圖3中對比BCM不同布置位置的設計，來校核整車導線使用長度用量，進而確定BCM布置在哪個位置更優。

圖2 BCM布置在儀表臺板右側拓撲

圖3 BCM布置在儀表臺板左側拓撲

在這個過程中往往會出現相互影響的情況：零部件A布置調整會影響到零部件B位置的選擇。所以在逐一確定完各零部件及線束路徑對導線使用長度的影響后，將對導線長度影響較大的作為首輪優選方案，在此基礎上重新搭建拓撲，再次對其它次要方案進行對比分析，從而實現導線長度最省的拓撲設計平臺。

完善的拓撲可以確保導線用量最省，同時針對導線使用而言，傳統的設計理念中對導線的選用有明確的要求，為了避免端子插接的混淆，往往會采用較多的線色來進行區分，但隨著制造水平及檢驗方式的不斷完善，其實導線的線色可以進行適當的設計調整，以最少的導線種類來實現回路功能，也是從設計角度減少回路設計成本的方法。

針對接插件而言，如何最少的使用接插件和減少轉接回路是回路設計中需要重點關注的內容。在這里線束設計工程師需要轉變成系統設計工程師，需要將減少接插件使用和轉接回路的設計工作前移到電器零部件的設計與規劃中，主要有兩個方面需要考慮。

一方面是可以根據車型配置進行電器零部件功能回路區分，比如安全氣囊控制器，可以將基本的功能回路設計在同一接插件內，而高配或擴展功能布置在另一接插件中，這樣就可以在低配車型上僅用一個接插件，也可實現電器回路功能。

另一方面也可根據回路的連接區域進行規劃，比如同樣是安全氣囊控制器，有的設計人員會考慮將底盤的功能設計在同一接插件中，將接儀表臺板的功能設計在另一接插件中，這樣的規劃就可以減少各區域回路的相互轉接。這種基于區域的功能回路設計對于連接引腳較多的電器部件 （例如BCM控制器）效果尤為顯著。

3 基于性能的回路設計方法

線束回路是實現電路連接的核心，其電路連接的安全與可靠性是必須要滿足的要求，回路設計中的導線和接插件都必須遵循負載、環境的要求，這些內容在其它的設計資料上已有詳細的描述，本文僅從回路的路徑選擇上說明如何確保回路性能的設計。

首先回路的設計必須要對無法探測的失效模式進行規避，如圖4所示的熔斷絲后部與繼電器線圈端和觸點端并接的回路，這樣的設計在整車電路設計中很普遍，當繼電器線圈端和觸點端端子不同時，這樣的設計顯然是合理的，但當繼電器線圈端和觸點端端子相同時，這樣的設計在端子插入繼電器孔位插錯的情況下，目前的電檢設備還無法識別這樣的失效方式。所以這種回路設計方式在某些情況下是不能采用的。當然不同的設計工程師面臨的設計環境和制造環境有差異，具體的失效模式也會有所不同，但回路設計中失效模式的規避是首先要考慮的。

另一個方面，目前汽車電子化水平顯著提高，作為一個電子載體，汽車上面臨的電磁環境也更復雜，而線束回路設計如何減少電磁干擾是一個不可避免的課題。導線耦合干擾 （圖5）、電源干擾、搭鐵干擾、輻射干擾等都會對電器件正常工作產生不利影響，而線束中各回路捆扎在一起，線束回路之間，線束與金屬導體之間產生的導線耦合干擾在線束上表現得尤為突出。

圖4 熔斷絲盒繼電器回路連接邏輯

圖5 整車導線耦合干擾形式

在回路設計中要減少導線耦合干擾，首先要區分干擾回路和敏感回路。簡單點說，感性類負載回路比如點火線圈、喇叭、電機等屬于干擾回路，而影像、雷達探頭、低功率的LED燈、各類傳感器等回路屬于敏感回路，在設計過程中干擾回路和敏感回路需要分開布置。試驗表明，增加導線間距可降低高頻干擾 （圖6），在無法進行區分的情況下，需通過導線注入干擾的方式進行功能測試，以判斷回路設計的正確。

圖6 高頻干擾與導線間距的關系

同時為降低線束輻射及耦合的影響，應盡可能降低電路回路面積和線束長度。在汽車整車設計中，需要盡量縮小線束的回路面積，特別是電源線與搭鐵線，要求回路中線束盡量并行走線，同時盡量緊貼金屬車身固定，減少回路面積，分開走線距離不超過50cm。

除了干擾回路和敏感回路的布置考慮外，對于線束上使用的抗干擾部件雙絞線和屏蔽線也需要在回路設計中予以重視，以達到屏蔽預期：絞合雙絞線的兩根電線線徑、長度應相同，絞距最好為10～20mm，具體絞距以試驗測試為準；屏蔽層搭鐵端子應在始末兩端將屏蔽層360°與屏蔽外殼進行連接，屏蔽層與屏蔽外殼對信號線形成完全屏蔽。對于屏蔽線纜連接的部件外殼不是金屬結構的，可以使用金屬導電卡子將屏蔽層壓裝在與車身可靠連接的金屬板上，屏蔽效能應達到60dB。

4 結論

本文從成本和性能兩個方面，對汽車線束回路設計方法進行分析，并結合工作實踐對具體方法的應用進行了說明，提煉出線束回路設計的關重點，對線束設計工程師在回路設計過程中具有指導意義。