汽车电线束设计中容易产生的问题解析

admin

电线束在整车中的作用是将电器系统的电源信号和数据信号及传递和交换，实现电器系统的功能和要求。在汽车的电线束的设计中，应该着重考虑以下几个问题：

电源问题；接地；导线选择；信号间的干扰；其他问题。

对以上问题的处理直接会影响到线束的质量和可靠性。

电源问题

我们知道电路都遵循近路原则，在电源的设计和分配中，必须遵循这一原则，要求在电路设计及其线束设计的过程中，电路的距离尽可能的短，并且尽量不出现绕路的情况。如下图所示：

这样电路中就没有遵循此原则，线路中就存在绕路的情况。同时，我们知道电器元件的工作也会有一定的波动，那么在这样的线路中，在电器1、2、3中产生的波动就可能在主电路上产生叠加，这样就会影响电器件工作的稳定性和准确性。所以在电路和线束的设计中应该避免这种情况的发生。所以应该进行如下图的更改：

这样就不会出现绕路的情况，也提高了电器件工作的稳定性。同时要求电路靠近电源，那么，就会减少在线束中的打卡点，这样就会导致线束的直径不断的增加，从而导致成本和质量的增加。而实际上也不是所有的用电器就要求采用这种接法。因为用电器对电源波动的敏感性是不一样，要就也不尽相同，所以在电路设计中也应该区别对待。比如，一些传感器和执行器对电源波动的要求高，那么我们就有这种方式。还有一些对电源要求特别高传感器和执行器，我们则把电源提供给控制单元，然后经过控制单元处理后，再提供给这些传感器和执行器，比如，空气流量计，电子节气门等。另外，还有一些用电器对电压的波动就没有多大要求，这样就可以用第一种方式，来减少导线的用量，以降低成本和质量，比如，灯，点烟器，加热器等。此外在电源的分配和保护的问题就不在这儿赘述了。

接地问题

汽车使用直流电，采用串联、并联或者串并混联电路，所有电路都有正极和负极。一般汽车电路都采用单线制，即蓄电池正极线直接与各用电设备连接，蓄电池负极线直接搭在车架金属件上，用电设备的负极线也搭在车架金属机件上，利用发动机和汽车底盘的金属体作公共通道，这种负极线与车体相连接的方式就称为搭铁。用负极搭铁具有对电子器件干扰少，对车架及车身电化学腐蚀小，联接牢固的优点，绝大多数汽车是负极搭铁。汽车上一般有两条以上主搭铁线，其中一条是蓄电池负极电线，另一条是发动机与大梁之间的搭铁线。

在接搭铁线的时候我们需要注意二个问题：

1、搭铁线的接法；

2、搭铁点的分布。

我们知道在车上不可能让每个用电器都单独搭铁，必然要把某些用电器的搭铁线合并在一起，那么接法就用如下的两种，简示如下：

在接地的时候有个就近原则，就是在用电器的附近搭铁，这样就可以将在某一范围内的用电器的地合并在一起。就有以上两种方案。在第一种方案（图三）中，我们在线束中设计一个打卡点。然后在连接到车身上，其优点是可以减少导线的使用，降低了线束的直径与质量，但是，这个也会引起和电源在打卡同样的问题，就是接地信号会相互干扰。第二中方案（图四），就可以降低这种干扰，但是他增加了线束的使用量。一般对于控制单元、传感器、仪表等的地使用第二种方法，而对与灯具、风扇等就可以使用第一种方法。

再者在选择搭铁点时，我们必须要将电子地和功率地区分开来，也要将模拟地和数字地分开来接，以避免信号间的相互干扰，因为他们对的冲击是不同的，而这种对地的冲击会影响较敏感的电子电器元件的工作。但是对同一控制器而言，而不能将两者分开太远，因为，如果两者距离过远，那么两者间的电位差就越大，那么对同一控制器而言，地电位就存在比较大的差异，这个也会影响用电器的工作。

我们知道在车身上，控制单元的地和电器负载的功率地是不同，在控制单元中，为了保证各种传感器和执行器的工作，控制单元就引一个地到车身，这个称之为参考地，而其他传感器的地就直接和控制单元相连，然后通过控制器的内部在和参考第相连，这样在控制单元就会把这个参考地的电位钳制在零电位，同时将车身上杂波去除。而其他电器负载就搭铁点作为参考电位。这两者之间是不同的。车身搭铁的分布，在电路中，电源都会由最近的地方回到电源的负极。那么就要求我们在设计搭铁点的时，充分考虑其布置，保证电源都能回到蓄电池的负极，而不会对其他的地造成影响。在图五中，我们表明了蓄电池的位置和A、B、C、D、E五个搭铁点。现在我们用A、B、E三个搭铁点做简单的分析。如果E作为控制单元的参考地，A为电器负载的功率地。分析一下他们回到电源负极的情况。从A到电源负极回路会沿着红色的线1回到负极，E则沿着线2回到电源负极。

图五

如果将E点换成B点,那么就会产生以下的情况，如图六所示：

图六

我们看B会沿着红色的线2回到蓄电池的负极，而A会到什么地方，前面说过，控制单元的参考地的电位也是零位，那么电源就会回到最近的零电位，那么A就沿着红色的线1到B，而这个不是电源的负极，那么就控制单元的地受到A的冲击，这样就影响了B的工作，如果这个电流很大，超过了控制器可以承受的范围，那么就有可能将控制器损坏，所以在整车搭铁点的分布，我们务必要避免这样的分布，也是要求控制单元的地尽量靠近蓄电池负极的原因。

搭铁对整个电路而言非常重要，搭铁不良的现象很容易发生。例如发动机搭铁线紧固螺栓松动，或者重接搭铁线时随便安装，或者搭铁线接头腐蚀电阻增大，这些都会造成接触不良，迫使电流试图通过另外的回路，引起电压下降或工作失效。搭铁不良会造成电气线路许多显性或隐性故障。在点火系统上，如果发动机搭铁不良，就会造成火花塞的火花弱，汽车动力减弱。在现代汽车上，搭铁不良还会造成点火电子模块损坏。在启动电路上，如果发动机搭铁不良，会造成起动机转速减慢，电枢发热，时间稍长还很容易烧毁起动机。在灯光电路上，如果灯具搭铁不良，会造成灯光不亮或者灯光暗淡，便行车增添危险。

导线的选择

在这里我们所说的导线的选择值的是普通导线、双绞线、屏蔽导线的选择。我们知道电线束在整车中的作用是将电器系统的电源信号和数据信号及时传递和交换，而导线就起着连接的作用。通常传输的有，电源信号、频率信号，电阻信号，电压信号等等。对于一般的电源信号或者比较强的，不易受干扰的信号，我们用普通的导线就可以满足信号质量的要求了，但是对于某些弱的信号或者易受干扰的信号，就需要选择双绞线或者屏蔽导线。这两种导线都可以有效地避免信号的干扰，保证信号传输的及时正确，以下简单的介绍一下这两种导线的使用。双绞线和屏蔽线的用途其本相同，一般车上的CAN线，弱信号的线都会用到双绞线，而对于不同的信号我们对绞转的数量有着不同的要求，比如，我们对曲轴位置信号，爆震信号，就要求在一米之内必须有三十三个以上的绞转。如下图所示：

图七

对于屏蔽线而言，一般要求屏蔽层一端接地，一端悬空。在使用的时候我们还应该注意一个问题，我们知道车身地本来就是不干净的地，如果将屏蔽线的地接在车身，那么就会降低甚至破环屏蔽的效果，所以应该将地接在控制单元的参考地上，或者直接用双绞线。对于某些对信号的质量要求特别高的，则可以用屏蔽双绞线。

从成本上而言，由于屏蔽线要比双绞线贵得多，所以在同等的情况下，优先选用双绞线。

信号的干扰

在以上的三个问题中，都会造成信号的干扰，也提出了一些降低干扰的方法，比如更改接线方法，注意搭铁的方法和位置，根据不同的要求选择导线。以下在简单说明以下几种干扰：

A、导线间的电容；

B、导线间相互的感应；

C、导线的自感；

D、导线的电阻；

E、导线和端子间的接触不良。

以下分别介绍：

A、我们知道在两根导线之间是存在电容的，两根导线间的电容可以用以下的公式进行计算：

其中:

C：两导线间的电容；

ε0 ：在真空中的绝缘常量；

ε：相关的绝缘常量（尺寸、材料）

l：导线的长度

a：两导线中心线间的距离；

d：导线的直径。

图八

由以上的公式可以，导线间的电容和导线的长度成正比，和导线间的距离成反比。

B、导线间的相互感应

在导线中传输的电流会由于相邻的导线中电流的突然变化（比如关闭某个用电器）而受影响。从而在传感器的导线中产生这样的一个虚假的信号。互感的系数和电压的幅值成正比。

图九（导线间的相互感应）

以下的计算基于两个平行布置的回路.

在回路中产生的感应电压可以用下面的公式计算：