从汽车整车电气原理到2D线束的转化设计.docx

从汽车整车电气原理到2D线束的转化设计说明书姓 名：杨 艳 华专 业：08车辆工程（2）班指导老师：李 刚 华东交通大学 2011年11月23日摘 要电气原理设计是用符号将整车电气系统合理地连接起来, 可以清楚地反映出电气系统各部件的连接关系以及电路的原理, 对迅速分析排除电气设备的故障非常有利; 线束3D设计是模拟仿真不同区域的线束直径、过孔密封和保护情况、确定基本的固定孔位和固定形式, 目的主要是验证装配是否相互干涉。但电气原理设计和3D设计并不能用于线束的制造和生产, 也不能真正地反映出线束的装配可靠性和匹配性( 3D设计只能粗略地模拟出线束的走向和布局) , 只有转化为2D设计后才能进行指导生产,同时验证线束的装配性能。下面以汽车线束设计为例, 阐述以汽车整车电气原理为基础到2D线束的转化设计过程。【关键词】汽车电气原理线束目录一、汽车电气系统4、汽车电气系统的特点4、汽车电气设备电路组成4二、汽车电线束设计基础51、汽车电线束定义5、汽车电线束设计流程5、全车线路的连接原则5、设计要点5、电线颜色的设定5三、汽车线束设计原则6、电线束的设计流程和制造流程6、二维线束图设计要点6、插接件的选用6、线束包扎方式7、线路保护设计7、供电系统设计8四、线束总体方案设计原则8五、2D线束图的绘制9六、结束语10一、汽车电气系统、汽车电气系统的特点 单线制：所谓单线制，就是利用汽车发动机和底盘、车身等金属机件作为各种用电设备的共用连线（俗称搭铁），而用电设备到电源只需另设一根导线。负极搭铁：所谓搭铁，就是采用单线制时，将蓄电池的一个电极用导线连接到发动机或底盘等金属车体上。两个电源：所谓两个电源，就是指蓄电池和发电机两个供电电源。蓄电池是辅助电源，在汽车未运转时向有关用电设备供电；发电机是主电源，当发动机运转到一定转速后，发电机转速达到规定的发电转速，开始向有关用电设备供电，同时对蓄电池进行充电。两者互补可以有效地使用电设备在不同的情况下都能正常地工作，同时也延长了蓄电池的供电时间。用电设备并联 ：所谓用电设备并联，就是指汽车上的各种用电设备都采用并联方式与电源连接，每个用电设备都由各自串联在其支路中的专用开关控制，互不产生干扰。 低压直流供电：汽车电气设备采用低压直流供电，柴油车大多采用24伏直流供电，汽油车大都采用12伏直流电压供电。 、汽车电气设备电路组成汽车电气系统主要由电源、用电设备和中间装置组成。如图1.1所示是广州本田雅阁轿车点烟器系统电路。 任何电气设备和电控装置要想获得电源供应，中间装置的连接必不可少。常见的连接装置有汽车线束、开关装置、保险装置、继电器、连接端子和连接器等等，这些中间装置的选用和装配直接影响到用电设备的运行状况。 二、汽车电线束设计基础1、汽车电线束定义汽车上的电源和各种电气零件通过线束来实现电路物理连接，线束分布遍布全车。如果把发动机比作汽车心脏的话，那么线束就是汽车的神经网络系统它负责整车各个电器零件之间的信息传递工作。、汽车电线束设计流程2.1 确定整车电器功能，给出相应要求；2.2 确定整车电器负荷要求，并给出相关特殊要求；2.3 绘制整车电器原理图和线路原理图；2.4 整车电源分配（含搭铁线）；2.5 确定导线规格，电线保护、固定、过孔方式；2.6 分配保护装置所含回路并逐一确定容量；2.7 绘制三维线束布置图；2.8 绘制二维线束图；2.9 以三维线束布置图确认二维线束图尺寸；2.10 认可并投产。、全车线路的连接原则（1）汽车上装备的两个电源（发电机与蓄电池）必须并联连接；（2）各种用电设备采用并联连接，并由各自的开关控制；（3）电流表必须能够检测蓄电池充、放电电流的大小。因此，凡是蓄电池供电时，电流都要经过电流表与蓄电池构成的回路。但是，对于用电量大且工作时间较短的起动机电流则例外，即启动电流不经过电流表；（4）各型汽车均陪装保险装置，用以防止发生短路而烧坏用电设备。、设计要点4.1、根据电气功能要求绘制电器原理图和线束功能图；4.2、 根据电气原理图对每个电气子系统及回路进行能源分配，包括搭铁线；4.3、 根据电气子系统电器件的分布情况确定线束布线形式；4.4、 根据线束的走向确定线束保护方式和过孔保护。4.5根据电器负荷确定熔断器或断路器；4.6根据熔断器容量确定电线线径；4.7根据电器的功能确定电线的颜色；4.8 根据电器件的接插件确定线束的接插件。、电线颜色的设定主电源： 红色起动系（点火）：白色搭铁系：黑色（白黑）信号灯系：绿色传感器信号：棕色、黄色三、汽车线束设计原则汽车线束是汽车电路的网络主体，没有线束也就不存在汽车电路。随着人们对汽车的安全性、舒适性、经济性和排放性要求的提高，汽车上的电器配置、功能也越来越多，所以连接各个电器件的线束也越来越复杂，成为当代汽车故障的多发环节，也因此在汽车设计和生产制造中受到越来越多的关注。如何提高汽车线束的综合性能成为关注的焦点，汽车线束制造厂家不再单纯地搞线束后期设计和制造，增加与汽车主机厂联合进行前期开发已成为必然的趋势。、电线束的设计流程和制造流程(1)由电气布置工程师提供整车电气系统的功能，电气负荷及相关的特殊要求。电器件的状态、安装位置、线束与电器件对接的形式。(2)根据电气功能及要求，绘制整车电气原理图及线路图。(3)根据电气原理圈对每个电气子系统及回路进行能源分配，其中包括电源的搭铁线，以及接地点的分配。(4)根据各子系统电气件的分布情况，确定线束的布线形式，每根线束连接的电器件及在汽车上的走向；确定线束的外保护形式及过孔的保护；根据电气负荷确定熔断器或断路器；再根据熔断器或断路器的量确定导线的线径；根据电器件的功能，依据相关标准确定导线的线色；根据电器件本身的接插件确定线束上与其对接的端子和护套的型号。(5)绘制二维线束图和三维线束布置图。(6)根据经核准的三维线束布置图，校核二维线束图，二维线束图准确无误方可发图，经认可后试制、生产。、二维线束图设计要点配电盒(保险和继电器)是整车电气的核心，起到分配负荷、集中供电、节省空间、简化线束、降低成本和方便检修的作用。一般根据需要可设计成23个。一些新开发车型的配电盒已兼有电子控制的功能；并且无触点、无保险丝的中央控制盒也将越来越有市场。导线的选取(1)导线颜色的选用依据汽车用低压电线的颜色执行。(2)发动机周围环境温度高，腐蚀性气体和液体也很多。因此，一定要使用耐高温、耐油、耐振动、耐摩擦导线。(3)行李厢盖上的导线要在低温下保持其弹性，所以要选用冷弹性导线保证其正常工作。(4)自动变速器上的导线一定要耐高温、耐液压油，其温度稳定性要好。(5)弱信号传感器要用屏蔽导线，例如电喷系统中的传感器、CAN回路、ABS中的轮速传感器；收音机的SPEAKER回路、安全气囊中的相关传感器(如碰撞传感器)等。(6)门内线耐弯曲性要求高等。 、插接件的选用(1)插接件选取要保证与电器件的良好接触，使接触电阻降为最低，提高可靠性。(2)根据导线的截面积和通过电流的大小合理选择插接件。 (3)发动机舱内对接的护套，由于舱内温度、湿度偏大且存在着很多腐蚀性气体和液体，因此一定要选择防水性护套。 在同一条线束中若用同一种护套，其颜色一定要有区别。 (4)为减少线束对接用护套的种类和数量，优先选用混合型件，使装配固定方便。对于要求性能较高的安全气囊、ABS、ECU等用的端子插接件，最好选用镀金件以保证安全可靠性。 、线束包扎方式线束外包扎起到耐磨、阻燃、防腐蚀、防止干扰、降低噪声、美化外观的作用，一般根据工作环境和空间大小制定以下包扎设计方案。其选择原则如下： (1)发动机线束工作环境恶劣，因此全用高阻燃性、防水、机械强度高的波纹管包扎。 (2)发动机舱线工作环境也相对较差，大部分枝干也用阻燃性好、耐高温的波纹管包扎，部分分支用PVC管包扎。(3)仪表线工作空间较小，环境相对较好，可用胶带全缠或花缠。 (4)门线和顶篷线工作空间较小，可用胶带全缠；较细的顶篷线可直接用海绵胶带粘在车身上。 (5)底盘线因与车体接触部位较多，因此用波纹管包扎防止线束磨损。 线束设计过程中除要按上述流程进行外。还有很多涉及原则必须考虑。(1)所有布置在运动件附近的线束，应该至少有50mm间隙要求。在线束最大的装配公差条件下，安装在传动系统上的线束与没有装在传动系统上的零件之间的间隙至少为19mm，在线束最大的装配公差条件下，在其它操作条件下，这个间隙是为了保证运动件/总成的运动的整个范围。(2)两个相对运动件之间的线束必须被固定在每个部件上，并且线束的连接长度应该是比这两个零件的最大更换距离大25mm以上。(3)线束与线束不关联的相邻件之间的间隙最小为6mm，除非线束已经被固定在这个部件上，或者线束与附近的运动件之间已经有遮挡物。(4)线束所产生的噪声到驾驶员座椅头枕处，不能大于50dB，频率5015000Hz。(5)为了保证线束上相关的橡胶堵塞功能正常，堵塞的安装孔必须满足相关要求。(6)橡胶堵塞应该设计成在小于100N安装力情况下，就能完全装配到钣金孔内。(7)需要手工装配，要压入座椅的线束固定件，以及那些有线夹插入的孔及槽，应该按照以下最大安装力来设计；对用手指压装的固定件，操作力为45N；对用手工压装的固定件，操作力为75N。(8)线束分支必须有足够的松弛(在线束最小长度条件下大于25mm)，使他们不用给连接的传感器或者其它增加负载。(9)为了阻止接地片破坏主干上的任何线束，装车时线束主干上的接地片到线束主干的最小间隙应维持在25mm。、线路保护设计 导线选取(1)根据电器件功率的大小计算流通导线的电流；长时间工作的电气设备可选择实际载流量60%的导线；短时间工作的用电设备可选用实际载流量60%100%之间的导线。 (2)根据不同的工作环境和温度大小适当改变导线的截面积。 (3)根据导线的走向、插接件的数量(即电压降的大小)适当改变导线的截面积。 整车线路保护装置的确定为了保护汽车的线路和各种电气设备，需要使用各种保护装置，主要有熔断器、断路器和易熔线。这些保护装置在线路短路时立即熔断，防止线束烧坏，起到保护电气部件的作用。熔断器的选取原则 (1)发动机ECU、ABS等对整车性能及安全影响大。另外，易受其他用电设备干扰的电器件必须单设熔断器。 (2)发动机传感器、各类报警信号灯和外部照明灯、喇叭等电器件对整车性能及安全影响也较大，但该类电负荷对相互间的干扰并不敏感。因此，这类电负荷可以根据情况相互组合，共同使用一个熔断器。 (3)对于为增加舒适性而设置的普通电器件类的电负荷可以根据情况相互组合，共同使用一个熔断器。 (4)电阻型的负载与电感型的负载尽量避开使用同一个熔断器。 一般根据电器件的最大连续工作电流计算并确定熔断器容量。经验公式：熔断器额定容量电路最大工作电流80%(或70%)熔断器不仅要保护线束还要保护用电设备，因此选取熔断器的容量值也不要太高。、供电系统设计整车电气系统基本上由3个部分组成。 蓄电池直接供电系统(一般称常电)这部分的能量是靠蓄电池的电化学反应产生的电能供用电器使用。 这部分的电源所接负载一般都是汽车的安全件或重要件，主要目的是在为这些部件提供电能时尽量少地加以控制，确保蓄电池的性能正常发挥。点火开关控制的供电系统(一般称为IG档)这部分电器件基本上是在发动机工作运转的情况下才使用，取自发电机的电源，避免了为蓄电池充电时争电源的可能性。如：仪表电源、制动灯电源、安全气囊电源等。 四、线束总体方案设计原则、根据电气原理要求, 对每个子系统及线路进行能源分配。为了使线束设计尽量做到供电集中、节省空间、降低成本、方便检修等, 设计出的电线束一般要以中央电器盒为中心, 向各个子系统进行能源分配和合理布线。全车线束共设计3个电器盒: 电源总熔断器盒和蓄电池正极夹装配在一起, 总电源通过各个接柱分配到仪表和前舱熔断器盒中, 既减少了大截面电线的长度从而减轻了线束的质量, 同时减小了中央电器盒的负担; 仪表电器盒和发动机舱电器盒保证了全车所有负荷的能源供应, 很大程度上节省了线束安装空间, 而且方便维护和检修。、线束设计安全性和可靠性要好, 不可造成热聚积, 而且要利于生产和装配。所以线束要分组分段分束进行设计, 尽量将同一部位或同一子系统的电器部件划为一组; 同时为了保证电性能, 分段数也不要太多, 以免增大电压降且电器故障发生点会增加。某SUV汽车全车线束共分为仪表板线束、发动机舱线束、发动机线束、电源线束、车身线束、门线束、顶篷线束等。不同的车型也可根据车身结构和空间作适当分配调整, 如把空调线等各种小线分出来, 或者把电源线和发动机线组合在一起等。总之要利于生产和装配, 同时要保证电性能。、线束设计尽量远离热源, 要防水、防油、防工业溶剂、防腐蚀等。、线束走向设计要尽可能短, 将线路压降降到最低; 如果能满足机械强度, 导线尽可能追求细截面设计, 从而降低线束质量。、线束搭铁设计既要安全牢靠又要防止信号干扰, 不同功能的电器件要采用不同的搭铁组合方式。、线束固定和保护设计要保证装配可靠, 防止因固定不良产生噪声; 要避免摩擦和干涉, 防止线束磨损发生短路和断路现象; 同时避免空中配线现象, 防止震动产生的影响。、线束设计要考虑易装配性和易维修性。注意仪表台板贯通处( 通过前壁板) 的装配性, 需要考虑贯通处的弯曲和集合限度; 线束连接处( 插接件) 设置在易操作处等。五、2D线束图的绘制各段线束设计好后, 最后一步就是绘制2D线束图了。图8为其左前门窗2D线束图。目前关于线束图的画法并没有一个统一的标准或要求, 但大多数厂家绘制方法遵循以下原则。1) 图纸设计尺寸不按11, 但图纸必须明确描述线束分支实际走向, 尽量按电器位置在车体上的布局来安排线束走向; 图面要清晰、布局均匀、走向合理; 一般要求使用绘图语言, 当难以完成时,可以用文字或局部详细视图等方法说明, 尽量做到语言简洁容易理解又不会产生歧义。2) 图纸中插接件、熔断丝盒等产品的画法要接近原物的外形, 特别是定位结构必须表示出来,不然装配工人不能正确装配, 如图8各个插接件的画法。3) 插接件一般按插接件前端( 出线端) 的正视投影图绘制; 普通插接件的孔位大小采用810( mm) 、1010 ( mm) 、1012 ( mm) ; 混合型和圆形护套按照真实外形绘制, 尤其是混合护套要分出大小孔位。 4) 插接件内从上到下依次填写线号、颜