汽车线束设计及线束用原材料的选择研究

刘旭杰

[摘    要]汽车线束是汽车电器件、控制系统、刹车系统等的连接手段，影响着汽车的整体性能，线束设计的合理性，与其原材料选择的准确性，是汽车线束设计阶段需要深入探析的问题。文章基于汽车线束的设计及原材料的选择进行了分析，在供电线束设计中，需注重线路保护、保险丝、搭铁接地的设计原则和细节，在插接件设计中，重点关注的是插接件的工作环境、导线种类的选择和导线截面积的计算，而在密封件与包扎固定设计中，需采取因地制宜的设计原则，按照工作环境和设计性能的要求，结合原材料的性能进行设计与选择。

[关键词]汽车线束;汽车线束设计;线束原材料

[中图分类号]U463.6 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2022）03–00–03

Discussion on Design of Automobile Wiring Harness

and Selection of Raw Materials for Wiring Harness

Liu Xu-jie

[Abstract]Automobile wiring harness is the connection method of automobile electrical components， control system， braking system， etc.， which affects the overall performance of the car. The rationality of the wiring harness design and the accuracy of its raw material selection are issues that need to be deeply analyzed in the automotive wiring harness design stage. This paper analyzes the design of automobile wiring harness and the selection of raw materials. In the design of power supply wiring harness， it is necessary to pay attention to the design principles and details of line protection， fuses， and grounding. In the design of connectors， the focus is on connectors The working environment， the selection of wire types and the calculation of wire cross-sectional area， as well as in the design of seals and wrapping fixings， it is necessary to adopt the design principle of adapting to local conditions， according to the requirements of the working environment and design performance， combined with the performance of raw materials. Design and select.

[Keywords]automotive wiring harness; automotive wiring harness design; wiring harness raw materials

目前，汽車的控制系统、用电设备发展智能化与自动化程度较高，功能多且技术先进，线束设计的可操作空间变小，增加了汽车线束设计的复杂性和难度。因此，线束设计与其原材料的选用，需要根据线束实际工作环境的温度、湿度、腐蚀性气体，以及线束本身的功能性，是否处于弯曲、磨损区域等，进行线束设计与原材料性能的选择。

1 汽车线束之线路设计及原材料的选择

1.1 供电线束设计

（1）蓄电池线束，主要的功能是存储电源与输出电源，连接着汽车的发动机、发电机，以及其他的重要件。在汽车发电机停止运行的状态下，也可为汽车内的电器输送电源。

（2）点火开关线束，属于电源控制系统，在发电机正常运行下，将开关移至ST挡时接通电器件，像是仪表、安全气囊等，对发电机的电源进行合理的分配，不会影响到蓄电池的正常充电。

（3）上电档线束，也具有控制电源信号的作用，通常连接电器件的负载较大，主要有车身控制器、汽车天窗、汽车避振系统、刮水器、空调等。在汽车不运行的情况下，将其上移至1挡或2挡时，为其连接的电器供电，但是在电器正常的状态下则无电。

（4）启动挡线束，用于控制启动机，打开点火开关后，接通启动挡电源，促进发电机运转。

1.2 线路保护设计

汽车供电系统在运行过程中，有时会出现电压、电流过大问题，引起线路短路、烧毁等现象，需使用线路保护设计对导线、电器件等进行保护。其中保险丝应用较多，当汽车线路出现电压、电流异常后，首先会熔断保险丝，达到切断线路的目的，形成对线路及线路上元器件的保护作用。

1.2.1 汽车保险丝设计原则

（1）基本原则。应遵循保险丝的额定容量是线路最大电流的1.25倍，电线的额定电流则是其1.25倍的原则。（2）选取原则。线路电流小于30 A的情况下，选择的保险丝是速熔，应用的优点是体积小、结构简单，主要的部件是细锡线，缺点是使用的稳定性不足;大于30 A选择的是慢熔，保险丝的实质是锡合金片，实际应用的稳定性较好，主要连接汽车的感性负载，像防抱死制动电路、冷凝器风扇电路、电机电路等。（3）合并原则。汽车对于线束的安全性有着较高的要求，理论上来说为了保护电源线的安全，需每根电源线上设计1个保险丝，那么整个线路的保险丝数量将超过200个，需要采用合并设计，在保护汽车线路安全的基础上，进行保险丝的合并使用。

1.2.2 汽车继电器设计

由于汽车采用的是蓄电池供电，电压不够稳定，电源通常为12 V，需使用继电器进行电流的控制，维持汽车电器件（转向灯、油泵、前照灯）的安全运行。继电器在设计中，应注重其切换负载功率、抗冲性、抗振性等参数。

1.2.3 搭铁接地设计

①电子控制单元是汽车的控制中心，有车载电脑之称，还有防抱死制动系统、发动机控制器等，都需进行单独接地，防止受到汽车电器件干扰而导致失效，对于汽车的行驶安全至关重要。②汽车的安全气囊在发生危险时保护着车内人员的安全，为了避免其失效，需采取双接地措施，形成双重保险。③汽车的娱乐系统，容易受到环境中其他信号的干扰，应单独搭铁;重要的传感器，为了避免其信号传递遭到干扰，尽可能单独接地。④剩余电器件以就近接地为原则，相邻的器件合并接地，主要是为了防止线路过长导致的电压下降问题。⑤发动机也是单独接地，搭铁线的截面较大，应设计好走向，严格控制接线长度，可以套热缩管后在机舱内接地，也可使用孔式接地片接地。

2 汽车线束之插接件设计及原材料的选择

2.1 设计与选用原则

汽车插接件主要选择对象是双弹簧式压紧结构的插接件，选择的标准是按照导线的截面大小，并结合导线中的电流值进行选用，以此保证电器件的良好接触，减少接触电压，保证电器件运行安全可靠。如果插接件用于发动机舱内，由于舱内高温、湿度大，有着多种腐蚀性物质，对接时要使用防水性护套，出于美观的需要，注意颜色选择以深色为主。建议选择混合型线束，防止护套过多占用空间过大，并且安装较为方便。

2.2 原材料性能

2.2.1 护套材料

护套材料的性能详见表1，每种材料都有着自身的优缺点，根据插接件设计的位置与要求进行灵活的选择。像耐热性差的护套材料不能使用在汽车高温位置，氧化性差的护套则不可应用在湿度大、温度高的位置，而有的材料有着良好的耐腐蚀性，可用于有腐蚀性物质的工作环境中。为了提升护套的防护性能，可在插件护套设计环节根据需要在护套中加入阻燃和增强材料，使材料具备更好的耐磨性、抗冲击性与阻燃能力。

2.2.2 端子材料

基于汽车线束的高要求，在插接件端子材料设计中，通常使用的端子材料为黄铜，青铜也有使用，但是黄铜使用较多。端子在实际的设计中，还需根据端子所处的位置，对端子进行镀层，以提高端子的抗腐蚀性能。

3 汽车线束之导线设计及原材料的选择

3.1 导线类型

导线是汽车线束的主体，在线束导线设计中需慎重考虑线束所处的环境，像是高温、湿度大、存在腐蚀性物质，选用的导线要耐热、耐化学药品、尺寸稳定。比如，行李箱盖位置，选用的是冷弹性导线，即使天气严寒，导线仍然具有良好的弹性;变速器位置温度高且存在液压油，选择的导线要整体稳定、耐热性好。还有就是导线的功能，弱信号传感器对于抗干扰能力有着较高的要求，选用的是屏蔽导线;汽车门经常开关，那么选用的门内线要具备良好的抗弯曲性与耐疲劳性。

3.2 导线截面积设计

长时间与短时间工作的电器件对于导线有着不同的要求，长时间使用的是实际载流量60%的导线，短时间的为60%～100%的导线，还需要根据导线的实际用途进行导线截面积的调整。导线截面积的计算公式为I=P/UsA=IpL/Ud，I是电流，P电器件功率，Us是系统电压，A导线截面积，Ud最大电压降，p铜电阻率，L导线长度。也可使用经验公式确定导线截面积与载流量，计算公式为I=A×10+8/2，理论计算的值通常偏大，具体经验值见表2。

4 汽车线束之密封件设计及原材料的选择

汽车线束在穿过接口时，应采用密封件进行包裹，以避免接口磨损线束，还具有防水的效果。密封件的材料为各种橡胶，橡胶具体特性见表3。整体上来看三元乙丙橡胶各项性能突出，与汽车线束的工作环境有着很好的适配性，所以在线束密封件材料的选择中应用较为普遍。

5 汽车线束之包扎固定设计及原材料的选择

5.1 包扎设计

汽车线束包扎设计为保护措施，包扎的原材料具备良好的抗腐、抗磨、抗燃，以及抗干扰的作用，提高线束的耐久性，延长线束的使用寿命。在线束包扎设计中，在保证包扎效用的基础上，根据线束应用的实际进行设计，针对工作环境恶劣的条件采用波纹管包扎，确保线束的安全可靠运行，像是发动机上的线束;针对环境较差的情况，采取以波纹管为主、PVC管为辅的包扎设计，满足较差工作环境的要求;工作环境较好的区域，像是仪表盘上的线束使用胶带缠绕即可，如果工作空间有限，也可使用胶带，并使用工业塑料布进行补充;底盘线工作条件较差，与车体接触磨损较大，需使用波纹管进行保护。

5.2 原材料性能

5.2.1 胶带

胶带是汽车线束包扎应用较多的材料，包扎较为灵活，操作简单，包扎后起到绝缘、防磨、抗燃的效用。常用的胶带有3种类型：①PVC胶带，经济環保、阻燃、耐候性、耐磨性表现优良;但是当温度达到80 ℃时，降噪性下降。②绒布胶带，使用天然橡胶制作，具有很好的降噪性，抗张强度为55 N/cm，耐温性在-40 ～105 ℃。③布基胶带，使用聚乙烯与纱布纤维混合制作，韧性与耐低温好，粘合力大，且耐高温、耐老化，应用的缺点是阻断性欠佳。

5.2.2 波纹管

波纹管以其优越的综合性能，在汽车线束包扎中的应用占比超过了60%。汽车线束使用的波纹管一般采用三元乙丙橡胶制作，继承了该橡胶综合性能，具有优秀的抗老化、抗氧化、抗磨损性能，弹性好且高低温性能好，耐温性在-40 ～150 ℃，在线束防护中的应用可防尘减震，延长线束的使用寿命。

5.2.3 PVC管

PVC管采用聚氯乙烯树脂制作，耐酸碱、柔软性好，实际的应用中不易变形，在荷载的作用下PVC管产生屈服，不会发生破裂问题。由于PVC管表面光滑和良好的柔软性，可用于线束拐弯处的包扎。使用的缺点是耐温性较差，最高只达80 ℃，不适合用在温度较高的工作环境。

6 结语

汽车线束可以说遍布整个汽车结构，被称之为汽车的神经网络，对于汽车使用的安全性与舒适性有着直接的影响，因此，汽车线束对于设计及其原材料的选择有着非常高的要求。需在线束设计过程中，根据线束的工作条件、功能性、工作空间等，进行线路、插接件、导线以及线束包扎固定的针对性设计，以提高设计的可行性，确保线束原材料与工作环境的最大化适应，以保证汽车投入使用后整体性能的稳定性与可靠性。

参考文献

[1] 高玉成，杨征朕，陈延涛.关于汽车线束系统设计及其可靠性的研究[J].大众汽车，2020，26（1）：2.

[2] 杨淑.ECAD与MCAD协同在汽车线束设计中的应用[J].汽车电器，2021（7）：3.

[3] 张文净.汽车线束设计及线束用材料的选取[J].电子乐园，2019（28）：1.