淺析汽車線束設(shè)計(jì)對(duì)汽車安全性的影響

劉錦文

（深圳市藍(lán)晟電子有限公司，廣東 深圳 518000）

一、前言

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，汽車設(shè)備也越來(lái)越完善。不可規(guī)避地是由于電子系統(tǒng)在汽車上的廣泛應(yīng)用讓線束愈來(lái)愈復(fù)雜，并且對(duì)于電路和部件的使用愈來(lái)愈多。它提高了電路設(shè)計(jì)和維護(hù)的難度以及線束的復(fù)雜性，從而使整個(gè)電氣和電子系統(tǒng)的可靠性的質(zhì)量下降。汽車連接器用于連接汽車電路的連接點(diǎn)，它是汽車的重要組成部分。其質(zhì)量直接影響電力或信號(hào)的傳輸效果。連接器燒蝕是一種常見的故障模式。它指的是在使用連接器期間護(hù)套熔化和燃燒的現(xiàn)象，這導(dǎo)致連接器功能的喪失。

在整輛汽車電路系統(tǒng)上來(lái)說(shuō)，由于其設(shè)計(jì)的不合理或者是其可靠性未能使客戶滿足，這就使得整輛汽車的電路系統(tǒng)出現(xiàn)各種各樣的問題，就會(huì)引起車輛的自燃至起火等非常嚴(yán)重結(jié)果。在機(jī)動(dòng)車火災(zāi)事故上，經(jīng)消防部門的統(tǒng)計(jì)，接近90%的火災(zāi)事故是由汽車自燃引起的。汽車自燃現(xiàn)象不僅給人和車還給社會(huì)進(jìn)步帶來(lái)了很大對(duì)的安全隱患。汽車電路的故障是導(dǎo)致車輛自燃的主要因素之一。因此，車輛電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)尤為重要。通過對(duì)汽車線束自燃因素進(jìn)行深度剖析，分別對(duì)整輛汽車電路設(shè)計(jì)過程中的導(dǎo)線匹配設(shè)計(jì)和熔斷絲進(jìn)行相關(guān)的闡述。

二、線束燒蝕原因分析

（一）過載

線束過載是指線路或組件過載，其固定額定值超過負(fù)載，導(dǎo)致線束電流過大，導(dǎo)致電氣設(shè)備發(fā)熱。電路線路長(zhǎng)時(shí)間超載就會(huì)使線束的絕緣性能降低，這就會(huì)使汽車設(shè)備或電路短路以至于廢棄。

（二）短路

短路意味著電流不流過通過導(dǎo)線直接連接的電器（稱為閉環(huán)），就等于電源兩極之間的直接連接。電源在短路時(shí)，有一個(gè)非常重要的物理現(xiàn)象，就是使得局部電路上的相關(guān)電流非常大，相應(yīng)的導(dǎo)體溫度就會(huì)升高，當(dāng)情況嚴(yán)重時(shí)，可能會(huì)引起汽車自燃。

（三）熔斷器與線路匹配影響

保險(xiǎn)絲的選擇應(yīng)與電路的線徑進(jìn)行相關(guān)的匹配，并合理布置保險(xiǎn)絲的位置，不然電路的保護(hù)功能就會(huì)丟失。

（四）連接器自身因素

在連接器本身組成上的因素來(lái)說(shuō)，連接器作廢的原因有三個(gè)方面的影響：產(chǎn)品密封，端子的載流能力和材料選擇。

三、熔斷器在車輛線束設(shè)計(jì)中的作用

（一）熔斷器作用

保險(xiǎn)絲主要的功能是保護(hù)汽車電路。它的功能主要是對(duì)汽車的電路和電器進(jìn)行深度保護(hù)，避免電流超載和由此引起的短路現(xiàn)象、接線或汽車電氣設(shè)備的燃燒、電氣過熱和起火。

（二）熔斷器工作原理

保險(xiǎn)絲是一種保護(hù)電路的元件，當(dāng)汽車電路的電流超過其最大電流和時(shí)間承受值時(shí)，可以即時(shí)使電路發(fā)生斷開行為。保險(xiǎn)絲中的熔片或熔絲由具有高電阻率的易熔合金或具有小橫截面積的良導(dǎo)體制成。當(dāng)汽車設(shè)備工作正常時(shí)，保險(xiǎn)絲中的熔絲或熔片不會(huì)有任何不良現(xiàn)象發(fā)生。只要汽車設(shè)備超出電路負(fù)荷時(shí)，其熔片或熔絲就會(huì)立刻斷開，從而使電路和電器設(shè)備得到保護(hù)。因此，如何合理地匹配保險(xiǎn)絲和電線在確保汽車電路故障的安全駕駛和快速診斷方面起著重要作用。

四、熔斷絲及導(dǎo)線匹配原則

電氣保險(xiǎn)和導(dǎo)體的選擇過程如下：首先，根據(jù)負(fù)載的額定功率計(jì)算負(fù)載電流，然后在除以一定的負(fù)載余量率，之后再選擇保險(xiǎn)容量，然后根據(jù)保險(xiǎn)規(guī)模和環(huán)境溫度進(jìn)行導(dǎo)線的選擇。

五、解決方法

汽車連接器通常由護(hù)套和端子組成。端子是連接器的核心組件，負(fù)責(zé)提供對(duì)電信的訪問，并在聯(lián)系接口處形成可靠的聯(lián)系。護(hù)套負(fù)責(zé)固定終端，并為終端提供機(jī)械和環(huán)境保護(hù)。通過分析現(xiàn)有線束插件故障的原因，根據(jù)問題點(diǎn)進(jìn)行護(hù)套和端子結(jié)構(gòu)進(jìn)行插件滿足線束的性能要求的確認(rèn)。

（一）導(dǎo)線材質(zhì)及線徑選擇。

在確定熔絲容量之后，可以首先進(jìn)行計(jì)算和選擇線直徑。首先已知數(shù)據(jù)確定環(huán)境溫度，再根據(jù)導(dǎo)線的環(huán)境溫度確定導(dǎo)線的材質(zhì)，根據(jù)電線電流容量線束減低系數(shù)來(lái)進(jìn)行所需導(dǎo)線材質(zhì)的確定。

（二）材料選擇問題

護(hù)套和端子時(shí)組成汽車連接器的主要部件，所以，其相關(guān)材料的選擇也應(yīng)該以選擇護(hù)套和端子的材料為主。端子材料選擇不當(dāng)可能導(dǎo)致接觸問題，最終影響導(dǎo)電性，或端子本身不能滿足導(dǎo)電性要求。如果沒有正確選擇護(hù)套材料，可能會(huì)出現(xiàn)絕緣，耐電壓和耐溫等問題，使連接器不能滿足使用要求。

（三）端子的材料選擇

在選取端子的材料時(shí)，應(yīng)該需要將實(shí)現(xiàn)功率或信號(hào)傳輸?shù)哪芰紤]進(jìn)去，也就是材料的導(dǎo)電性能。關(guān)于動(dòng)力傳輸，應(yīng)采取具有高導(dǎo)電性能的材料，這樣就可以抑制大量的焦耳熱的產(chǎn)生。關(guān)于信號(hào)傳輸，采取高導(dǎo)電功能的材料可以使汽車電路中的電壓損失達(dá)到最低。當(dāng)汽車連接器用于不同的環(huán)境時(shí)，由于環(huán)境溫度通常變化很大，當(dāng)環(huán)境溫度高時(shí)，對(duì)連接器端子材料的抗應(yīng)力松弛性的要求很高。

（四）護(hù)套材料選擇

汽車連接器護(hù)套的常用材料有聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBT），聚酰胺等。在進(jìn)行護(hù)套材料的選擇時(shí)，應(yīng)對(duì)護(hù)套的主要功能進(jìn)行考量，即對(duì)其絕緣性和耐腐蝕性（終端的固定和保護(hù)）。關(guān)于在高溫環(huán)境下工作的連接器，考慮的應(yīng)該是護(hù)套材料的耐熱性。

通常，普通材料的護(hù)套的絕緣性能夠經(jīng)過準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)來(lái)盡量的滿足連接器的使用要求。利用連接器的應(yīng)用環(huán)境來(lái)進(jìn)行耐腐蝕性的選擇，而耐溫性的選擇應(yīng)以環(huán)境的溫度水平為準(zhǔn)。當(dāng)由于護(hù)套材料選擇不當(dāng)導(dǎo)致連接器燒蝕時(shí)，護(hù)套材料的耐熱性失效是主要原因。在實(shí)踐中，汽車線束設(shè)計(jì)通常選擇利用由連接器制造商限制的額定電流的端子。當(dāng)端子在發(fā)動(dòng)機(jī)艙等高溫環(huán)境下使用時(shí)，由于載流量的變化會(huì)引起異常加熱，最終導(dǎo)致鞘管燒蝕甚至汽車燃燒事故。對(duì)于大電流的情況，應(yīng)考慮連接器的溫升，并應(yīng)根據(jù)溫升曲線確定端子的載流量。

六、結(jié)束語(yǔ)

通過本文可以看，汽車線束的被動(dòng)保護(hù)一直是依靠保險(xiǎn)絲和連接器自身組成，但保險(xiǎn)絲和連接器自身組成有著局限性。在汽車行業(yè)中，隨著CAN網(wǎng)絡(luò)和電力電子技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，利用監(jiān)測(cè)電路的電流、電壓和絕緣數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)的智能分配模塊將日趨成熟和普及。線束故障報(bào)警和故障診斷功能系統(tǒng)的完善，使故障診斷變得簡(jiǎn)單準(zhǔn)確，提高車輛安全性。在汽車線束設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)電路電流、環(huán)境溫度和服務(wù)位置的防水要求選擇連接器，以免在使用過程中出現(xiàn)連接器燒蝕現(xiàn)象。