淺談汽車線束設計及搭鐵分析

汽車線束是汽車電路各部件聯絡的載體，有人曾經做過一個形象的比喻，汽車線束是血管，汽車引擎是心臟，心臟因血管而跳動

，引擎因線束而運轉，可見汽車線束對於汽車整 車電路正常穩定的重要性，故瞭解汽車線束設計中的一些設計原則是很有必要的。然而，搭鐵設計尤為重要，首先是搭鐵的迴路增加，其次是需要搭鐵的功能越來越多，因搭鐵不 良而導致流經電氣裝置的電流發生變化，產生電位差，從而影響裝置的效能。因此，汽車線束設計在電器系統設計開發中尤為重要。

1 負載分配設計原則 汽車的供電系統設計是否合理，直接關係到汽車正常執行及駕駛員的安全性，因此世界各國的汽車線束設計原則基 本都是以安全為主。點火開關工作結構即整車電器負載分 配如圖 1 所示。

圖 1 點火開關工作結構原理

LOCK 檔

： 鑰匙只有在該檔位才能拔出來，此時方向 盤被鎖定且發動機停止工作。

ACC 檔:

鑰匙旋到該檔位時受該檔位控制的用電器 均能操作，如收音機和點菸器。

IG1、IG2 檔:

此時是 ON 檔，除啟動機不受控制外，其 他用電器均能啟動正常工作。

START 檔:

啟動發動機，在此時 ACC 檔和 IG2 檔用電 器均斷電停止使用，以便有足夠的電量用以啟動，但鬆開鑰 匙後鑰匙將自動回到 ON 檔，所有用電器均可正常使用。

目前國內汽車設計一般要求的電源分配如下：

1) 常電:

控制備用電源、制動燈、喇叭、室內頂燈及門控 燈、腳踏燈、行李箱燈、防盜系統和診斷系統等用電裝置，即這些用電裝置的取電方式是由蓄電池直接供給。

2) ACC 電

： 主要控制音響系統、點菸器、座椅加熱和電動天窗等裝置。

3) ON 電:

主要控制組合儀表、安全氣囊、電動外後視鏡 調節、電動玻璃升降、空調鼓風機、倒車影像和大 燈 以 及 ECU、ABS、BCM、ESP 等控制系統。

4) ST 電

： 啟動機，規定啟動瞬間切斷ACC 和 IG2 上的 所有控制負載。

2 線路保護設計原則 線路保護就是對線束的導線加以保護，併兼顧對迴路電器件的保護，其保護裝置主要有熔斷器和斷路器，選取時一定要按照實際情況分析，不能馬虎。

2.1 熔斷器的選取原則

汽車用熔斷器就是平常所說的保險絲，當汽車電路發生故障和異常時，伴隨著電流不斷升高，並且升高的電流有可 能損壞電路中的某些重要器件或貴重器件，也有可能燒燬電 路甚至造成火災時，熔斷器將會自身熔斷切斷電流，從而保護整車電路的安全執行。熔斷器按形狀分可分為片式熔斷器、方形熔斷器或玻璃管式熔斷器等； 按額定電壓可分為高 壓熔斷器和低壓熔斷器； 按熔斷速度可分為快熔和慢熔； 選取時需考慮負載的型別、工作環境溫度及電流的範圍。熔斷 器的容量可根據下述經驗公式推算：

公式 1:

在常溫（ 25 ℃ ） 下選擇保險絲額定電流的 75% 為工作 單位，當環境溫度升高時，保險絲的載流能力會下降，溫度下降的係數為 0。15% /℃ ：

I保 = I工作 /( 0.75* K)

其中： K = 1 -（ T-25 ℃ ） * 0。15% /℃，即溫度係數； I保為保 險絲的額定電流，即保險絲的容量； I工作 為負載工作的實際 電流； T 和負載工作的環境溫度。

說明： 公式中的溫度係數（ K） 可以根據不同型別的保險 絲溫度效能曲線來確定。

公式 2: 保險絲的額定容量 = 電路最大工作電流/80%

公式 3:保險絲容量( F) ≥ 正常工作電流/（負載特性* 峰值電流時間* 負載裝配區域* 保險絲裝配區域 ）

負載特性包括連續負載和間斷負載，連續負載是指工作 時間在 10 s 以上的用電裝置，間斷負載是指工作時間在 10 s 以下的用電裝置。

峰值電流時間： 如出現峰值電流的時間 ＜0。2 s 的為 1。 0、如時間＞0。3 s 的為 0。7。（ 說明： 結合現在電器件的設計水平，暫定出現峰值電流時間 ＞ 0。3）

負載裝配區域： 如佈置在室內則係數為 1。 0、如佈置 在發動機艙則係數為 0。9。

保險絲 的 安 裝 區 域： 如保險絲單獨連線則係數為 1。0、如安裝在保險絲盒內則係數為 0。9。

例： 喇叭 保 險 絲： 工 作 電 流 是 8 A，則： FUSE 的 容 量 ≥8 A/［1。1* 0。7* 0。9* 0。9］= 13 A，根據保險絲的實際規 格可選擇 15A 的保險絲來保護線路。

在電路設計過程中有關保險絲的選擇可以結合上面的 經驗公式來選定。

2.2 繼電器的選取原則

汽車常用的繼電器一般是透過小電流來控制大電流，從而達到保護用電器的作用。選取繼電器時必須根據用電器 的功率和開關的承載能力來決定，如果開關的觸點耐電流能 滿足負載的額定電流就可以不用選擇繼電器來保護。常用 繼電器的裝置一般有刮水器、喇叭、前照燈、霧燈、除霜、風扇 和鼓風機等，目前乘用車設計所選用的繼電器一般為 12 V， 其選擇的相關技術要求如下： 1） 繼電器線圈： 額定電壓為 12 V，工作電壓範圍 9 V ～ 15 V，觸點吸合電壓一般不大於 8 V，觸點斷開電壓一般不小 於 2． 5 V。

2） 繼電器觸點： 根據整車電器控制邏輯確定觸點型別 （ 常開、常閉和雙觸點等） ，觸點材料一般有 AgSnO、AgNiO 或 銀合金，觸點負載性質一般有電阻性負載、電感性負載、點選 負載和燈具負載等； 觸點額定容量有 15 A、20 A、30 A、40 A、 60 A、70 A、80 A 等，其機械壽命不小於 1 × 107 次。

3） 線圈額定電流的選擇： 對沒有特殊要求的繼電器（ 喇 叭、除霜器、霧燈等） 一般優先選用汽車普通繼電器（ 成本 底） ，對一些固定在 PCB 電路板上及控制模組系統中的繼電 器需選用線圈上並聯瞬態抑制（ 又叫削峰） 二極體或電阻的 繼電器（ 成本高） ，此線圈的額定電流可根據相應的控制系 統來確定。

4） 環境溫度範圍： 一般繼電器的耐溫範圍在-40 ℃ ～ 85 ℃，部分耐高溫繼電器的耐溫範圍在-40 ℃ ～ 125 ℃。設計時考慮到設計成本，對繼電器的耐溫要求應根據繼電器 所裝配位置進行確定，如裝配在室內，耐溫範圍-40 ℃ ～ 85 ℃ ； 如裝配在前艙，耐溫範圍 -40 ℃ ～ 125 ℃。

3 導線選取原則 設計時首先應重點考慮線束所處的環境和功能，如： 發動機艙周圍環境溫度高，腐蝕性氣體和液體也很多，因此，一定要選用耐高溫、耐油、耐振動和耐摩擦的導線，行李箱蓋上的導線要在低溫下保持彈性，門內導線耐彎曲度要求高； 同 時選用不同標準的導線其效能也有很大區別，德標導線絕緣 皮薄柔韌性好，國標導線絕緣皮厚、延伸性好，日標導線絕緣 皮薄、柔韌性較好，美標導線絕緣皮一般為熱塑性和熱固性 彈性體，還有經過輻照工藝加工的，這些均可根據不同需求 和工作環境進行合理的選擇。

3.1 導線截面積的選取原則

1） 根據電器件功率的大小計算流通導線的電流，長時 間工作的電氣裝置可選擇實際載流量 60% ～ 100% 之間的 導線。

2） 根據不同的工作環境和溫度大小適當改變導線的截 面積。

3） 根據導線的走向、聯結器的數量（ 即電壓降的大小） 適當改變導線的截面積。截面積的選擇計算可根據經驗公式：I =（ S* 10 + 8 ）/2

注： I—導線中透過的電流，S—導線截面積。導線截面積常用規格有 0。3 mm2 、0。 5 mm2 、0。75 mm2 、 1。0 mm2 、1。5 mm2 、2。0 mm2 、2。5 mm2 、4。0 mm2 、6。0 mm2 、 10 mm2 等，它們各自都有負載電流值，配用於不同功率用電 裝置。以開瑞綠卡整車線束為例，0。5 mm2 規格線適用於儀 表燈、指示燈等； 0。75 mm2 規格線適用於牌照燈、前後小燈 等； 1。0 mm2 規格線適用於喇叭、轉向燈、霧燈等。

3.2 導線顏色的選取原則

為了便於識別和檢修汽車電器裝置，在設計時通常將電 線束中的低壓線採用不同顏色，而線色的選配應

優先選用單色，再選用雙色

，雙色線的導線顏色由兩種顏色組合而成，其 標註的第一色為主色，第二色為輔助色。

在各種汽車電器中功率搭鐵線應用黑色電線，黑色電線 除作功率搭鐵線外，不作其它用途； 而電子搭鐵線應用棕色 電線，棕色電線除作電子搭鐵線外，不作其它用途； 雙絞線的 顏色在黃/黃棕、黃白/黃紅、黃黑/黃綠、黃藍/綠黃四組中選取； CAN 雙絞線的顏色為綠/黃、綠黑/黃黑、綠紅/黃紅表 1 線束的顏色及代號

表 2 雙色線的選用順序

4 線束佈置 汽車線束佈置是一個複雜的過程，需要考慮的方方面面很多，佈置時注意事項如下：

1） 線束佈置要順其自然，在視覺上不感覺走向牽強，在裝配中不和其他零部件干涉，在維修中不感覺難於操作。

2） 接地線要按照假想的迴路設定搭鐵點，且搭鐵點要 佈置在大的構件上。

3） 線束要避免與周圍部件干涉，線束和周圍零部件間 隙均勻，和熱源保持足夠距離，同時避開油路。

4） 訊號線儘可能避開大電流導線和干擾源，防止電磁 干擾。

5） 在滿足功能的情況下，儘量避免重複走線，儘可能地 減少導線的長度和根數，從而達到減輕重量及降低成本，同時要保證線束質量，安全可靠。

6） 透過利用防護橡膠套來保證線束穿過金屬孔時避免 被切斷或割裂。

7） 與運動零部件之間的間隙應大於 25 mm。

8） 保險絲和繼電器更換的方便性，使用頻率高的用電 器，其保險絲和繼電器在保險絲盒內的位置佈置在易尋找、 易操作的位置，在保險絲盒內的佈置，要將其散熱量大小和 其工作時間考慮在內，避免區域性早期失效。

9） 利用 CATIA 軟體中的 Electrical Harness Assembly 模 塊進行整車線束走向的模擬，明確固定點和避免干涉點並確 定線束長度。

5 汽車搭鐵設計分析 搭鐵設計在汽車線束設計中尤為重要，否則會造成訊號 干擾，從而影響某些電器件的正常功能實現，下面將具體論 述汽車搭鐵的型別、功能及在整車中的分配：

1) 整車地:

顧名思義就是整車電路的地，它是由蓄電池 負極直接接到車身，使車身成為一個大的負極，所有的搭鐵 點都是透過車身搭鐵，因此汽車電路中的接地又被稱之為 搭鐵。

2) 功率地

： 主要是指大功率用電裝置的搭鐵，例如發動 機冷卻風扇、刮水電機、玻璃升降電動機、空調鼓風機等，這 些用電器的電流一般較大，會對其他弱電流或訊號線產生 干擾。

3) 訊號地:

一般指小電流訊號的搭鐵，有模擬訊號、數 字訊號等，訊號一般比較敏感，容易被幹擾。

4) 遮蔽層搭鐵

： 對於娛樂系統天線及高壓工作用電器， 由於其工作過程中對周圍電磁場影響較大，必須採用單芯屏 蔽線，以達到保證接收訊號準確，且對周圍線束電磁場影響 最小作用。

上述搭鐵點的設計均要遵循強弱電分開搭鐵原則、安全 件單獨搭鐵原則和就近搭鐵原則，避免搭鐵線過長，造成不 必要的電壓降。

6 結論 汽車線束設計的是否合理在很大程度上影響著汽車的 整體效能，目前開瑞綠卡所研發車型的整車線束設計方法及 搭鐵點佈置均按照上述設計原則進行，首先根據整車配置進 行合理的電源分配，其次按照用電器的功率大小而合理地選擇導線線徑、保險絲容量和繼電器大小，最後透過三維線束 佈置模擬出線束的基本走向、固定位置、固定方式和線束分 支的長短，從而保證線束滿足汽車的環境效能、電氣效能和 機械效能等要求，實現電訊號的傳遞，確保用電裝置的正常 工作