Eq6380汽车部分电线束的设计计算书毕业论文.doc

摘要本文对汽车电线束和连接器的设计进行了研究。根据汽车电线束的发展趋势，对电线束和连接器的设计方案进行了研究；对电源的分配及线路保护装置的确定、线束模块化设计的划分、汽车电线及线束附件的选择进行了详细的分析；运用电接触理论对汽车连接器接触件主要性能参数的设计进行了研究；对汽车连接器基座材料的选择、接触件固定方式的确定及固定点强度的计算、连接器附件的选择及连接器配合间隙和尺寸公差的确定进行了详细的分析和研究；最后，对EQ6380汽车部分电线束进行了设计计算。关键词：线束，连接器，接触件，基座AbstractThe design of this text to electrical wiring harness of the automobile and connector has carried on research. According to the development trend of the electrical wiring harness of the automobile , have carried on research to the design plans of electrical wiring harness and connector ; Distribution, sureness of the circuit protector , line a bunch of module division , automobile electric wire and choice of one bunch of enclosures of line that are designed to the power have carried on detailed analysis; Used the electricitying , the design exposed to the theory the main performance parameter of one of contact to the automobile connector has carried on research; Choice to the automobile connector base material , exposed to the sureness of a regular way and calculation of the intensity of fixing point, the choice and connector of the connector enclosure cooperate with the sureness of the interval and dimensional tolerance to carry on detailed analysis and study；Finally , designed calculating to some electrical wiring harnesses of EQ6380 automobile. Keywords: wiring harness, connector, contact piece, foundation目录摘要IAbstractII目录III1 概论12 汽车电线束的总体设计方案32.1 汽车电线束的基本组成32.2 汽车电线束的功能和结构型式42.3 汽车连接器的功能和结构型式52.4 汽车电线束的设计方法62.4.1 根据样品仿制62.4.2 根据整车的接线图和电器总成进行设计62.5 汽车连接器的设计方法73 汽车电线束和连接器的设计83.1 汽车电线束的设计83.1.1 设计原则83.1.2 电源分配及线路保护装置的确定83.1.3 线束模块化设计的划分和附件的确定113.1.4 汽车电线的选择123.2 连接器的设计173.2.1 汽车连接器接触件的设计183.2.2 连接器基座的设计243.3 EQ6380汽车部分电线束设计273.3.1 部分电路熔断器容量的确定273.3.2 线束的走向布置及分段设计283.3.3 导线的选择294 总结31致谢32参考文献331 概论电器与电子设备是汽车的重要组成部分，其性能的好坏会直接影响到汽车的经济性、可靠性与安全性。在现代科学技术高速发展的今天，对汽车性能也提出了更高的要求，为此现代汽车上大量地应用了电子化设备。电子化设备的应用不仅提高了传统汽车的性能和水平，而且也开拓了电子技术的应用领域，开创了当今的汽车电子时代。汽车的电子化程度已成为衡量汽车技术水平高低的重要标志1。汽车电线束则是连接汽车各个电器与电子设备的重要部件，在电源、开关、电器和电子设备之间传递电信号，有“血液供给”之称，是对汽车进行电信号控制的载体。汽车电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。如图1.1所示。图1.1 汽车电线束分布示意图汽车电子化设备技术的应用是从70年代末开始的，大致上经历了4个发展阶段：第一阶段为1974年以前，生产技术起点较低，如交流发电机、电子点火装置等；第二阶段为19741982年，以集成电路以及16位以下微处理器在汽车上的应用为标志。其产品有电子燃油喷射系统、自动门锁、防抱死系统、车辆导航等。这期间最主要的是汽车电子燃油喷射技术的发展和防抱死（ABS）技术的成熟；第三阶段为19821990年，微机应用日趋可靠成熟，并向智能化方向发展。此期间的产品主要有胎压控制、全轮转向控制等。第四阶段为1990年后，出现车用微波系统、多路传输系统等。此时的产品主要有：动力最优化系统、自动驾驶与电子地图等，智能化的汽车已经出现2。汽车电线束连接了汽车开关、用电器、传感器、电源及所有的电器与电子设备，遍布在汽车的发动机舱、驾驶室内、驶室室外和底盘。由于汽车本身的使用特点，如它必须重复经历炎热的夏天、寒冷的冬天、颠簸等恶劣的环境和使用条件，就决定了汽车电器与电子设备的技术要求，因此汽车电线束的技术要求主要是：电路的正确性和连续性、能耐震动、冲击、交变湿热、高温、低温、盐雾和工业溶剂等。 细看近几十年来汽车技术方面的重大成就，几乎无一例外地是在汽车上应用了电子技术的成果，而且20世纪80年代以来，汽车工业的长足进步，也是以电子技术（特别是计算机、集成电路技术）为动力而实现的。采用电子技术是解决汽车所面临的诸多技术问题的最佳方案。因此，一个国家电子产品水平及其在汽车工业领域的应用情况如何，就决定了它在未来的世界汽车行业竞争中能否掌握主动权。汽车电线束也就伴随着汽车电子技术的发展和进步而取得发展和进步3。2 汽车电线束的总体设计方案2.1 汽车电线束的基本组成在目前，不管是高级豪华汽车还是经济性普通汽车，汽车电线束的形式基本上是一样的。汽车电线束的组成是：电线、连接器（包括基座、端子、锁紧块和密封件）波纹管和胶带等保护附件。根据安装环境和使用条件不同，汽车电线束的组成有些细微变化。随着汽车功能的增加，电子控制技术的普遍应用，电器件越来越多，电线也越来越多。图2.1是一个简单的常规布线方式图：图2.1 常规布线图电线、继电器和保险片已经是符合相应标准的通用材料或零件。但不同车型和不同功能的电器所用的连接器却差别很多。连接器的基本组成是：接触件；绝缘体；附件。接触件是完成电连接功能的核心零件，一般由阳性接触件和阴性接触件组成接触对，通过阴、阳接触件的接合完成电连接。接触件的插合是刚性接触件和弹性接触件配对插合。绝缘体又称基座或护套，支撑和固定接触件，使之按照需要的位置和顺序排列，并保证接触件之间的绝缘性能。附件可分为结构附件和安装附件。结构附件如卡圈、锁紧块、密封圈和密封塞等。安装附件如螺钉、螺母和弹簧卡圈等。附件虽小，但必不可少，密封塞、螺钉和螺母一般为通用件或标准件4。2.2 汽车电线束的功能和结构型式汽车电线束是连接汽车各个开关、电器与电子设备的网络，是对汽车进行电信号传递和控制的载体。在传统汽车电线束中，线束的每根电线一端与开关相接，另一端与用电设备相通，实际上是一根或多段电线(为了便于安装，需要转接)传递一个电信号。这种结构型式将导致汽车上的电线数目急剧增加。电控系统的增加虽然提高了汽车的动力性，经济性和舒适性，但随之增加的复杂电路也降低了汽车的可靠性，增加了维修难度。粗大的线束不但占用了汽车上的宝贵的空间资源还增加了汽车的重量。例如传统方式供电控制系统，全车所用电线的长度、根数、接点都与用电器的数量成正比，如果在一条电力控制回路再增加继电器二次控制，整个线束系统则显得更加复杂，使用寿命有限的继电器，熔断器等元器件，接点多、电磁辐射强，且每一条电线的每个接点都可能形成一个故障点，操作开关的电流与用电器负载电流一般都在安培级，容易引起触电烧蚀等故障，所以说传统布线方式供电系统已逐渐不适应汽车发展的要求5。为了解决以上问题，就出现了汽车电气数据总线这一结构型式。所谓的数据总线，就是指在一条数据线上传递的信号可以被多个系统共享，从而最大限度地提高系统整体效率，充分利用有限资源。例如，常见的电脑键盘有104位键，能发出百多条不同的指令，但键盘与主机之间的数据连接线却只有7根，键盘正是依靠这7根数据连接线上不同的电平组合（编码信号）来传递信号的。如果把这种方式应用在汽车电气系统上，就可以大大的简化目前的汽车电线束。可以通过不同的编码信号来表示不同的开关动作，信号解码后，根据指令接通或断开对应的用电设备(前照灯，刮水器，电动座椅等)。这样，就能将过去一线一用的专线制改为一线多用制，大大的减少了汽车上电线数目。缩小了线束的直径。当然，数据总线还将使计算机技术融入整个汽车系统中，加速汽车智能化的发展。如CAN(Controller Area Network)总线控制系统5。CAN即控制器局域网络，属多路传输系统的一种，是德国Bosch公司20世纪80年代为汽车中应用越来越多的控制器而提出的一种网络概念，随着集成电路和单片机的高速发展，世界各大汽车电气公司纷纷以单片机为主，相继研究和开发了各种汽车多路总线传输系统，并制定了J1792、J1939、J1850等总线规范和相关标准。因其良好的性价比和可靠性，近年来得到广泛的应用6。采用CAN总线各ECU之间的信号传输虽然简化了一部分线束，但执行器终端仍在使用继电器。而且数据总线是允许所有的电子模块互相通讯，并与外部诊断接口通讯，因此在查找故障时需要诊断仪器设备。因此，CAN总线比较适合电器设备系统较多、整车价格比较昂贵、维修比较复杂的车辆。鉴于以上两种结构型式的特点和国外先进经验并结合我国国情，一些科技公司开发了一线多路控制的结构型式，其特点是由多个模块组成的电路控制系统，各模块之间只用一根电线传送控制信号，从而达到开、关电器的目的，替代传统的汽车电线束，继电器和熔断器等。其工作原理是：把操作开关的闭合作为指令信号，经过模块内部电路处理后转变为一定格式的编码信号，当驾驶员需要某个或多个用电器工作时，可通过操作开关或组合开关给中央控制器一个或多个指令(即低电平信号)，经内部电路处理后，中央控制器依次调制出相应的数字信号，并以一定的格式在同一根信号控制线上传输给所有的终端接收模块，终端接收模块接收到的信号如果与自身设定的控制信号相同，则立即触发内部开关器件，用电器通电工作。否则不予理睬自行切断，所以一根信号控制线可以传输多路信号，且无干扰无错乱6。不过，目前该系统正处于推广过程，只是在批量车上试装，对此系统的可靠性及环境的适应性有待于进一步研究考核。总之，“一线多控线束系统”具有很好的开发和应用前景，在不断完善的基础上，可以作为电器系统及线束的一个很好地设计发展方向。2.3 汽车连接器的功能和结构型式简单点说，汽车连接器的功能是为实现电线束和电线束之间以及电线束和开关、电器及电子设备之间提供快速连接和断开的装置。实质上就是保证导体与导体之间的正确连接、绝缘、安装和固定，实现电信号的可靠传递和有效控制的部件。汽车连接器的结构型式多种多样。由于汽车电器和电子技术的蓬勃发展，连接器的结构日益多样化，新结构不断出现，应用不断扩展。从使用角度可以简单分为普通连接器、锁紧连接器和密封连接器7。2.4 汽车电线束的设计方法在常规的整车线束设计中，设计依据是整车厂产品部绘制的整车电器原理图、线束专用件清单、用电设备的负荷、基座和端子的型号进行设计。汽车电线束的设计主要有两种方式：一种是按照样品和技术协议进行仿制，另一种方式是根据整车的线路图和电器总成进行设计。2.4.1 根据样品仿制根据样品仿制的设计输入是原装的线束样品一套，有时包括需要改进的技术要求。这中方式在进口车进行国产化时应用较多，由于中国轿车工业的发展基本建立在引进的基础上，所以这种方式目前在大多数线束企业居主导地位。随着中国汽车工业的发展，车型和电子配置的多元化，开发周期也越来越短，这就要求汽车线束的设计和开发与整车开发保持同步。这种设计方式已越来越跟不上这种发展趋势。按照样品进行仿制的主要工作是测绘。测试过程中可能按协议或整车厂的要求进行改动，这些改动主要是为了适应整车的电器和电子设备的要求进行。测试完后的设计输出是线束装配图和材料以及零件的配套清单。2.4.2 根据整车的接线图和电器总成进行设计根据整车的接线图和电器总成进行设计的设计输入是该车型的各种电器设备的规格、特性和技术参数。主要包括：（1）工作电压范围；（2）额定电流（功率）；（3）整车电气原理图；（4）线束专用件清单；（5）基座（护套）和端子（接触件）的型号；（6）每个端子在基座位置上的含义。设计完后的输出是：（1）根据整车厂的整车电气原理图、线束专用件清单进行设计，完整正确的体现整车电气系统的功能，根据原理图分配用电设备的电源类型、保险丝（片）容量、搭铁位置；（2）根据用电设备的负荷及保险丝（片）容量选择正确的电线线径和颜色；有特殊要求的用电设备必须采用特殊电线，发动机舱内的电线要考虑耐高温、耐腐蚀性，发动机传感器及ABS线必须采用抗干扰的屏蔽电线；（3）根据用电设备上的基座及端子类型，合理选用线束的墓座和端子，机舱内发动机线束的基座要带有防水功能，驾驶室内的基座、端子要保证连接的可靠性。在同一线束中尽量不选用同一规格的基座，如果选用同一类型和规格的基座，必须用不同的颜色或其它方法加以区分，起到防误作用，以免整车厂装配时发生混淆8；（4）根据线束所处的工作环境及在汽车内的空间布置合理选择电线的保护层和固定方式。在发动机舱内的线束，要考虑用耐热性好、耐磨的绝缘套管、波纹管或PVC套管，保证线束在整机上装配后不露出电线；（5）根据各个独立子系统的电气件在整车的分布情况，确定线束的布线形式，确定每根线束连接的电器件及每根在汽车上的具体走向。发动机线束、车身线束、仪表板线束及驾驶室内的线束的走向和固定是根据各自的位置和环境决定的。2.5 汽车连接器的设计方法汽车连接器目前主要有仿制和依据电接触理论两种设计方法。目前中国约有数百家企业在从事汽车连接器生产或加工，但大部分厂商规模都较小，产品类型也很单一。民营连接器制造企业近几年虽然发展很快，它们主要采取仿制和测绘的方法进行设计制造，帮助汽车厂商生产国外品牌连接器的替代产品，以达到降低成本的目的。近年来，随着汽车市场的配套需求越来越大，部分民营股份制企业、合资企业的规模越做越大，投资每年递增并迅速占领了国内汽车配套市场的大量份额。其中以Molex、 Tyco等为首的国际连接器制造企业不但几乎全部占领了汽车终端电子(主要是ECU和各类传感器)端的连接器市场，还引领着汽车连接器产业的的设计技术，它们的产品基本上代表了该领域的最新技术水平9。汽车连接器作为线束的关键组件，而接触件(端子)又是汽车连接器完成电连接的核心零件，因此设计工作的重心是应用电接触理论设计端子，主要是以下几个方面：金属材料选用、关键参数如：插拔力确定、正压力设计、最大应力设计、接触电阻设计、尺寸设计和图纸绘制。其次是绝缘体(基座)的设计和附件的选择。3 汽车电线束和连接器的设计随着现代汽车的发展，对汽车电线束及连接器设计的要求也越来越高，尤其是连接器，护套（基座）外型复杂，多为异形，其内部结构与端子的配合精度要求也高，所以设计阶段非常重要，包括其涉及的模具设计和制作。3.1 汽车电线束的设计3.1.1 设计原则电线束的设计原则就是以最短的电线、最少的电线根数、最合适的电线截面，选择合适的基座和端子加以正确可靠的连接，保证所有汽车电器、电子设备和开关正常的工作。3.1.2 电源分配及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；在用电设备发生过载时，在一定时间内保护装置断路，也能起到保护电气部件的作用。3.1.2.1 熔断器熔断器一般分为快动作式熔断器和慢动作式熔断器，两种形式的熔断器其熔断参数差别较大，同一熔断值的不同熔断器所保护的导线线径不同，例如30A的慢动作式熔断器可保护3.0的导线，而30A的快动作式熔断器可保护2.0的导线。快动作式熔断器的主要部件是细锡线，它封装在玻璃管、陶瓷管或片式塑料板内，按此封装结构现有3种形式即玻璃管式、陶瓷管式和片式。其结构见图3.1，片式熔断器结构简单可靠、耐振性好、易检测10。一个熔断器可以只保护一条线路，也可保护很多线路，多的可达10条以上。究竟哪几条线路由一个熔断器来保护，其分配的原则如下：（1）同一性质的负载分配到同一个熔断器，即电阻型与电感型的负载尽量避开使用同一个熔断器；（2）为电控单元提供电能的线路最好使用单独的熔断器，以防止其他负载影响电控单元的工作；（3）电控单元控制的执行器或传感器所需电能的线路保护，最好不与常规用电器件合用一个熔断器。例如喷嘴、炭罐电磁阀、油泵、氧传感器的加热器件、点火线圈等主要电气部件一定要慎重考虑线路的保护措施。慢动作式熔断器实际上就是锡合金片，其容量的大小决定其结构的厚薄或宽窄。由于其有宽度和厚度，要熔断它需要比快动作式熔断器的时间长。这种结构的熔断器一般串接到感性负载的电路中。如电机电路，而不布置在中央配电盒当中。如果中央配电盒的空间允许也可与快动作熔断器集中到一起，也可将其安装在独立的电源盒内10。3.1.2.2 断路器断路器是一种热敏机械装置，它利用2种金属的不同热变形，使触点开闭，其结构示意图见图3.2。当电路过载时，断路器流过电流增大，温度升高，双金属片弯曲，使触点打开，电路断开。温度降低后，双金属片又恢复原状，自动接通电路。新型的断路器用正温度系数的PTC固体材料作为过流保护元件，其结构坚固不易损坏。当电流或温度高于某一特定值时，其电阻呈指数增加，可达几十兆欧，电路内的电流被限制在几十毫安之内，相当于线路断开；当温度降低，PTC 保护片的阻值几乎为零，电路被自动接通。当PTC过流保护元件“起跳”后，由本身流过徽弱的几十毫安电流使其发热，维持高阻状态。只有当故障排除，等PTC过流保护元件冷却以后，元件才能重新接通，避免了反复起跳造成电路的损坏。这种保护元件的最大优势是当故障排除后自动接通，不需人工调节和拆换。但其成本较高，因此它通常只用于影响行车安全的电路中。例如前照灯电路就应使用断路器，而不宜使用熔断器。因断路器在电路断开后能自动接通，在意外情况下还能在短时间内，短时或间断地保护前照灯的工作。还有一些电路，如电动座椅、门锁、车窗等，由于其受机械负载的影响，容易造成较大的电流波动，也应使用断路器。3.1.2.3 易熔线易熔线是另一种形式的线路保护装置，它实际上就是一小段标准的铜绞线，其线径通常要比所保护的导线小很多，但在它的表面有比较厚的不易燃烧的绝缘层，所以看起来要比同规格的导线粗。易熔线在它和被保护线路的接头处装有标牌，注明“熔线”，以便于识别。10年前，易熔线使用的较为普遍，特别是日本车喜欢在蓄电池直接引出的线路中靠近蓄电池敷设易熔线。甚至将熔断器或断路器布置得较隐秘，且认为较重要的线路中敷设两道保护，易熔线为第1道，熔断器或断路器为第2道。将易熔线敷设在较方便拆卸的位置，让电流先通过易熔线，再通过熔断器或断路器。线路发生过载时，由于易熔线的阻值大于该回路导线阻值，易熔线先熔断，从而保护了线路，也保护了不易拆卸的熔断器或断路器。可见易熔线保护了熔断器或断路器10。3.1.2.4 熔断器和断路器容量的计算和确定容量计算有2种方法：第1种方法：根据每一路用电器的最大连续工作电流计算熔断器的容量。在确定容量时，通常要比计算出的熔断值高出一个等级。如:某轿车远光灯的功率为60 W，计算出最大连续电流值为5A,但确定其容量应选为10A。按此方法逐一将整车的熔断器确定好。第2种方法：根据每一路的最大工作电流来选定熔断器的额定容量，其关系式为：熔断器额定容量=电路最大工作电流/(80%)如某轿车的2个前雾灯为55 W, 1个后雾灯为21 W（这3个灯被同一个熔断器控制），其最大工作电流为11A，用此关系式计算出该路熔断器的容量为13.7A，圆整为15A。 汽车上有许多感性元件，其自感电动势产生的峰值电流远远超过稳态时的连续工作电流。在选取熔断器时，其容量不应小于最大连续工作电流。片式和陶瓷管式熔断器的容量和颜色通常有标准规定11。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。例如刮水器电路中的熔断器，其值选取如果太高，只能在线路短路时起保护作用。当刮水器摆杆发卡电动机堵转，造成电流过大时，熔断器便起不到保护作用了。有些设计者在线束设计时，还在蓄电池正极与供电线路之间加一个大容量的熔断器，用以保护由于供电线路短路或线束连接有误造成的短路。大容量熔断片要根据具体情况选取不同容量，一般为50,100, 150A。当上述的工作都完成后，就可以出一份整车电力负荷分配表了。3.1.3 线束模块化设计的划分和附件的确定汽车上的电器件几乎遍布于汽车的每个角落，将这些电器件连接起来就靠电线束来体现。电线束在设计过程中如何进行模块化设计，并将走向设计十分合理；每根电线束所接的电器部件与电气子系统的功能作得协调-致；这就体现出线束设计师的水平。3.1.3.1 中央配电盒中央配电盒是多功能电子化控制器件，它几乎将全车的熔断器、断路器、继电器集中为一体，可以说它是整车电气、电子线路的控制中心12。汽车上安装中央配电盒，做到了集中供电；减少了接线回路；简化了线束；减少了插接件；节省了空间；减轻了整车质量；又降低了线束成本。与中央配电盒对接的线束插接件与其对接的插拔力要求非常严格，保证接触电阻几乎为零。它还有良好的散热、导电、抗干扰、绝缘等性能。由于线束与其对接的护套及端子是专用器件又有颜色加以区别，既不致于造成误插，又能加快生产的节拍，适合集团化、批量化生产。3.1.3.2 确定线束走向，合理分段设计电线束的分段式设计，就是根据电器件的类型和在汽车上的位置，将电线束分成若干根。因为将整车电器件用一根电线束连接起来的整体设计给制造、装配都带来很多不便，当今世界范围内大部分汽车（特别是轿车）线束，一般都设计成H型、E型，简单一些的设计成T型，H和E这2种类型的示意图见图3.3。在布置线束走向时要注意以下几点：（1）一般从仪表、组合开关和保险处向外延伸； （2）伸向车门的线束应从车门铰链处穿过。线束在穿越金属孔洞时应加绝缘护套，防止线束受机械损伤，并起到密封作用； （3）线束以悬挂连接的方式与汽车电器总成对接时，要考虑因制动或震动而带来的相对位移，让电线束处于自然松弛状态；（4）电线束分段（组）的原则是装配和维修方便。选择分段（组）接口的位置时应该注意：不易磕碰的地方、易于隐藏的地方和人员可以接触的地方才是合理的。模块化设计的电线束优点很多，如：线束的设计图纸简单，易于阅读和绘制；一根线束内导线颜色不易重复，同一根线束中可采用不同方式加以保护；适合批量生产；节省装配工时；某段线损坏更换容易，维修也方便。但采用模块化设计的线束增加了导线间的相互连接，必须将连接端子上的电阻降为最小，插接件间拉拔力要足够大，还要考虑整车的电源分配。3.1.4 汽车电线的选择3.1.4.1 选择导线类型汽车线束中的导线通常使用多股绞合铜电线，导线的绝缘层仍为PVC绝缘塑料。汽车上一般都选用这种薄壁绝缘层多股绞合铜导线作为低电压信号的传输。常用的各类电线型号如附录1所示。线束设计时选用的导线必须考虑其所处的环境及功能。例如：发动机周围环境温度高，腐蚀性气体和液体也很多，此时，一定要使用高于150的耐高温导线。行李箱盖上的导线要在低温下保持其弹性，要选用冷弹性导线保证低温下正常工作。转向柱上使用的导线一定要耐磨、耐切割、胶合力高。自动变速器上的导线一定要耐液压油、耐高温，其温度稳定性要好。可在-550环境温度下正常工作，甚至有的还要在导线线心内充满硅材料，防止毛细现象。增压发动机上传感器一定要使用耐200高温的导线12。ABS总成线要使用耐150200高温、外保护绝缘层硬、耐磨，但线心要大于133根的胶合导线，以便增加线体的柔韧性。制动蹄片线由于其处在车轮附近，经常遭到泥水、沙石的飞溅，必须使用外部有较厚、耐磨的橡胶材料的导线。还有一些特殊导线，如动力线即起动机线、交流发电机输出线、蓄电池线，由于其功能的特殊要求，必须承受大电流，所以要求其绝缘层的散热性要好。特别是起动机、交流发电机都处在发动机舱内的高温环境下，离排气管又近，要求其绝缘层一般要达到耐200高温，甚至更高。导线上的电压降还要求相当低，为满足这么多的性能要求，一般都采用特殊导线。汽车上的电控产品增加，微弱信号增多，为保证数据传递的可靠性，一般是采用屏蔽线加以保护。传统的屏蔽方法是在导线外加一层编织线，但也只能防止100 MHz以下频率的干扰源。现在已有新的防干扰屏蔽线诞生，新型屏蔽导线在铜胶合外层多加了一层高分子滤波线层，再外层才是编织层。其原理是靠分子相互运动将高频干扰波作为能量吸收，再变成热量散发出去。一般的干扰由外层的屏蔽线起作用，高频段的干扰由滤波线层起作用。要防止电磁干扰对微弱信号的影响，在设计过程中有2种因素必须加以考虑：一是对屏蔽线路要做到整体屏蔽，即屏蔽要连续；二是要对整个回路加以屏蔽，即信号的正、负端都要屏蔽，而且正、负信号线还要作在一个屏蔽层中，所以一般都采用两心或更多心线的屏蔽线。国外对汽车电线束的要求越来越严格，特别是德国，在绿色环保运动的要求下，汽车报废后，所有的东西都要回收，所以德国要求不能用PVC导线，而使用了一种叫Duralite的汽车导线，专为高性能汽车设计的，它由坚固的聚醋材料制成，比传统的PVC导线或铰链聚乙烯导线具有质量轻、体积小、纵向强度高的特点13。3.1.4.2 选择导线截面积选择时，应按照加载后产生的电流进行选择。这就要求在小的电压降和轻的线束质最之间作出最佳选择。国外一些厂家经过大量试验总结出了各种电路的电压损失，在线束设计时作为确定导线截面积的参考。甚至是计算的依据。表3.1给出了典型电路允许最大电压损失的相关参数。通常传送到零部件的电能应该不小于系统提供能量的90% (即电压降损失小于10%)，如果系统使用24 V电压系统，则表3.1的值应增加1倍。导线截面积可按如下公式3.1计算： I= A= （3.1）式中: I电流，A；P用电设备的功率，W；系统提供的电压，V ；允许最大电压降损失，V； 铜电阻率(约为0.0185)；L导线长度，m；A导线截面积，。计算出A值进行校核，表3.2是25时单根电线的允许载流量。表3.2 单根电线允许载流电线截面（）0.511.522.53456810允许载流量（A）7.511142022253337415163某轿车前照灯近光灯丝的功率为55 W,系统电压为12V，计算出电流值为4.6 A。前照灯的供电端到灯丝的距离为5m。根据表3.1给出的线路允许最大电压损失为0.3 V，计算出导线截面积为1.4。按表3.1给出的端子及线路允许最大电压损失为0.6 V，计算出导线截面积为0.7。为了避免温升对线路的影响，计算导线截面积后，还要根据该器件所处工作环境温度下连续工作时的电流密度并经校核后，才能最后确定导线的截面积。因为随温度的升高，导线的载荷能力在下降，博世(BOSCH)公司归纳出汽车用不同规格的铜导线承受电流的相关数据见表3.3。表3.3 汽车用铜导线规格及相关参数（单心，未镀锡，PVC绝缘）按表3.3的规定对计算出的2种截面积进行校核：其公式为P=I/A 。截面积为1.4的导线的电流密度为3.3 A/；面积为0.7的导线的电流密度为6.6 A/。可见，这2种截面积的导线，其电流密度都在允许的范围内。综合多方因素，并折中考虑将这段导线截面积圆整为1。3.1.4.3 选取导线颜色导线的颜色代号及选用的顺序在ZB-T35-002汽车用低压电线的颜色中已作规定，并在GB-9328公路车辆用低压电缆(电线)中对双色线的组合也作了规定3。选用顺序以单色线为主，选用双线色时以组序在前的为优先级13。3.1.4.4 选择线束护套绝缘护套的作用一是将插接件进行绝缘；二是利用护套的限位自锁对插接件定位，防止对接时插接件产生轴向运动；三是保证与电器件的良好对接。护套既可与电器设备对接，又可相互连接。近些年绝缘护套发展很快，其结构在不断改进：增加了防水措施，不同结构采用了不同的防水橡胶密封塞，有的是整体密封，有的是单孔密封；增加了护套对接后的卡锁结构，使线与线间或线与器件间的接触电阻降为最小；增加了护套的挂接结构，使护套的固定更为方便，也避免了由于护套无固定而产生的噪声；增加了护套的压线盖，以保证护套中插人的插接件尾部压接的导线不在护套根部时出现不必要的晃动，以减少导线的剪切力，提高线束的品质；插接件改进成双弹摘式的结构，从而增加了对接后的接触压力，减小了接触电阻。护套的这些技术改进既给线束设计者提供了更充分的选择余地，也为提高线束的品质提供了可靠的保证。线束上护套的结构要根据电器件的护套及其所处的环境，选择合理的密封形式，在没有对护套固定的位置处，还必须考虑使用带有挂接结构的护套。如与发动机舱内电器件对接的护套，应选择带防水橡胶密封塞的。防水的形式是用整体式的还是用单孔式的取决于电器件的结构。由于单孔式较整体式防水橡胶密封塞的护套有更大的优越性，它对单根电线进行密封可使装配及维修更加灵活，可靠性也大大提高。在条件差的环境中应优先选用此种护套，而在驾驶室对接的护套，可不必采取防水措施。线束与线束对接还要根据位置及固定方式合理选择护套结构。如某些汽车，线束对接基本上集中在继电器支架上，这就要选用与继电器支架相匹配的长方形护套。而发动机室左电线束上与雾灯电线对接的护套，其固定结构是一种圆形夹子，因此必须选用能卡到夹子里的圆形护套。选用同一种护套时其颜色一定要有区别，特别是在同一根线束中选择同种类型的护套是不可避免的，但如果使用颜色加以区分，会给线束的制造、装配和维修带来很大的方便。此外，线束与线束对接的一对护套一定要选用相同的颜色，避免装配和维修时出现对接错误。在中央配电盒上集中了大量的对接护套，为设计中央配电盒接口的方向并满足规范的要求，中央配电盒与线束对接的护套只设计了很少的几种规格。为避免线束与其对接时发生混淆，同一种护套便采用不同颜色加以区分，这样就解决了制造和装配间的矛盾。另外基于汽车外观的整体协调性，在发动机舱内应优先选用黑色或深色的护套。3.1.4.5 电源的搭铁设计和导线的集中压接电源的搭铁设计是非常重要的，它直接影响着信号的正常传递，如果搭铁不合理可能会造成信号的减弱。一般情况下，控制器与为控制器服务的传感器的搭铁不应与汽车常规电器件，特别是汽车上的电感器件的搭铁合为一体。弱信号传感器的搭铁最好独立，搭铁点最好是在离器件较近的位置，以保证信号的真实传递。带有绝缘漆层的搭铁位置一定要加以去漆处理，最好在车身钣金件上焊接排式的焊接螺母，多根线束的搭铁都可在此处连接。这样即解决了多处搭铁零乱的问题，又解决了多处搭铁位置对绝缘漆层进行处理的复杂工艺。这种处理方式有可能出现线束搭铁的引出点不十分合理的现象。这些相互矛盾的间题可根据具体情况采取不同的搭铁处理方式。线束在设计过程中导线的集中压接绝不能忽视。压接点的选择第一要满足线路原理的要求；第二要考虑线束的分支是否从此压接点处经过；第三还要考虑导线的走向，应以最短为宜。如果压接点过于集中，可能在这些点处同时流过电流，造成电流过于集中，使线束过热。过热点处出现绝缘层的老化、龟裂，时间长久可能会使线束短路，造成烧线。还有，线束中的合股压接一般是压接点相隔应在20mm以上,不能过密。线束内部压接，还要在压接处加以保护。对于要求严格的线段，压接后用热缩管套入，最大直径的热缩管可连接50根电线。此热缩管在加热几秒钟后，其内层的聚烃胶便会渗人到每根导线当中，从而起到了万无一失的保护作用。3.1.4.6 导线的外保护导线组成电线束有多种多样的结构形式，最普遍的一种是使用PVC胶带将线束捆扎起来。这种结构具有柔性，便于布线，一般在仪表板及弯脚较多的地方使用。第2种方式是采用塑料粘接将导线一根一根排起来。此方法可将线束作成扁平结构，易于穿过狭窄区域，如地毯下或内饰里。东风小康这款车在天棚内就采用了此结构的线束，方便了内饰板与车身金属板的配合。第3种方式是将线束放在PVC套管内。此结构的最大优点是耐磨，如果密封胶的效果好，还能起到防水作用。这种结构的线束一般使用在发动机舱内，如在高温热源附近还应使用耐高温的PVC套管。EQ6380LF-02汽车发动机舱内的线束就使用了这种结构，而且在排气管附近的起动机和交流发电机电线束上使用了耐200高温的PVC套管，对线束加以保护。3.2 连接器的设计图3.4是一套汽车连接器的插头和插座的组件图，由插座(图3.5)和插头(图3.6)的装配而成。图中：1是电线，2是锁紧块，3是端子(插片)，4是基座(插座端)，5是端子(插孔)，6是基座(插头端)14。图3.4 插头和插座的组件图图3.5 插座组件图图3.6 插头组件图连接器设计的关键是接触件和基座的设计，其中接触件与接触件之间和接触件与基座之间配合固定又是设计的核心。3.2.1 汽车连接器接触件的设计在进行接触件设计时应该了解有关基本的连接方法、所使用的基体金属、镀层和膜层电阻作用等知识，主要是电接触理论。3.2.1.1 电接触理论简介电接触理论是与电连接器、开关、继电器等产品有关的一门基础研究理论，它以材料科学为基础，以现代电子为手段，研究金属与金属之间、金属与气体、液体之间通电后，其接触界面的微观机理和宏观状态。接触有静止接触和滑动摩擦两种情况，后者与机械学中的摩擦和磨损有关。由于通电后情况显得更加复杂，再加上大气环境中有害物质的影响，使电接触的研究涉及到很多方面，比如：接触表面微观形貌对电接触的影响；环境因数对接触表面膜层的生成作用机理；接触表面的金属镀覆层的作用；滑动接触表面的润滑及润滑材料研究；接触表面的微震腐蚀等14。电接触理论主要涉及以下几个方面：接触电阻和接触表面膜层；摩擦与磨损；润滑作用机理；弹性零件设计；接触表面镀层研究；微震对接触可靠性的影响。现对接触电阻和接触表面膜层、摩擦与磨损、弹性零件设计、接触表面镀层作简要介绍。（1）接触电阻和接触表面膜层电接触学对接触电阻的形成和影响因素进行了广泛深入的研究。当两个洁净的金属表面接触时，从微观上看，是多个微小“凸起”接触，这些点形象的被称为“A”点，当电流通过此点时，电流线发生弯曲和收缩，使电流通过的路径增长，而截面缩小，形成一个附加电阻，叫收缩电阻或集束电阻。总收缩电阻等于多个这种小收缩电阻的并联值。如果在接触时施加外力，则还要考虑微观粗糙接触点即上述A点会产生弹性变形甚至塑性变形。如图3.7所示14。图3.7 接触界面实际接触表面会受到大气有害物质的腐蚀，如气体吸附在表面形成氧化物， 、等造成电化学腐蚀，灰尘中的有害物质生成盐类等将会在接触表面生成膜层，形成膜层电阻。因而收缩电阻与膜层电阻形成接触面处实际的合成电阻。可用式3.2来表示：=K/（N+） （3.2）式中，接触面处的实际合成电阻； K常数，与接触面形状与涂覆有关； 体积电阻率； 引起塑性流动的接触压力； 将接触表面保持在一起的总的外加力，垂直于接触表面测量； N表面常数，通常用实验方法对每种结构分别确定； 膜层的实际电阻，清洁表面为0。在连接器设计中的接触电阻还应包括接触件自身的导体电阻和连接电线产生的电阻。（2）摩擦与磨损连接器的插入与拔出实际上是一种接触件之间的滑动摩擦，而磨损则是接触表面之间由滑动摩擦导致表面材料损失的现象。连接器的寿命与摩擦和磨损密切相关。连接器的插入力往往大于拔出力，这是因为插入时，插针要用力张开插孔，如针、孔之间同心度不好时则更需要额外的力，这两种力与滑动摩擦力叠加在一起形成形成插入力。拔出力包括粘结（接触力作用下的局部塑性变形）和擦伤形成的摩擦力15。粘结磨损是滑动摩擦的主要磨损现象，其他还有擦伤磨损、微动磨损等。（3）弹性零件设计从电接触的观点来看，要保证良好的电接触，必须有低而稳定的接触电阻，其中弹性零件的结构设计至关重要。接触件的插合是刚性接触件与弹性接触件配对插合，弹性零件一般为插孔，是接触对的关键零件，它依靠弹性结构与刚性零件（一般是插针）插合时发生弹性变形而产生接触压力与插针形成紧密接触，完成连接。如图3.9所示。图3.8 插合前图3.9 插合后插孔的结构很多，有圆筒型、音叉型、悬臂梁型、折叠型、盒型（方插孔）等。弹性插孔应具有良好的弹性性能和抗疲劳、抗蠕变特性，一般用磷青铜制成，冲压是其主要的加工工艺15。在连接器接触件的设计中，悬臂梁结构，包括简单的悬臂梁、变截面悬臂梁等用的很多。设计中应该遵循的原则是：弹性零件的最大变形不应达到屈服极限。常用的磷青铜材料在其应力应变图中，屈服极限不明显，通常以应变为0.2%处的应力作为屈服极限；接触时的最大压力不应造成过大的插拔力。在电接触研究中，比较具有实用价值的是接触电阻与正压力（即垂直于接触面的力）的关系。正压力增大，其接触电阻减小，且耐振动和冲击能力强，但插拔力会增大，因而设计合适的正压力十分重要。另外，接触电阻与接触面镀层结构和电镀质量也有关系。（4）接触表面镀层电接触研究表明，接触面镀层结构和电镀质量对电接触影响比较明显。汽车连接器的接触件大量使用锡镀层。锡镀层最大的优越性是价格低廉，且质地很软，虽然在空气中容易生成氧化锡，但氧化锡很脆，在压力下很容易破裂，可重新生成接触。实际应用中为防止产生锡须而造成相邻的接触件短路，常采用锡铅镀层（铅含量低于4%）。进几年，随着对环保要求的提高，锡铅镀层中铅含量越来越少，逐渐使用纯锡镀层。而且锡铅合金镀层与镀金层接触时会在潮气作用下产生腐蚀，故应避免采用锡铅合金与镀金层接触。在汽车的一些传感器和ECU的接触件中，需要采用金镀层。金镀层容易产生微孔腐蚀。为了防止或减轻微孔腐蚀，首先要防止灰尘、氧化物等沉积在待镀表面，如清除镀液中的杂质；在镀前清洁表面；定期过滤镀液等减少形成微孔的机会。其次，提高基底表面光洁度也是减小微孔率的有效方法。另外，基底材料的铜原子在较高温度时会扩散到金镀层表面，产生氧化，使接触失效，可以用镍作底镀层，致密的镍镀层起阻挡和隔离作用，才能防止铜扩散到镀层表面。3.2.1.2 连接器接触件的设计要领接触件是电连接器中的重要元件，它直接影响着电连接器的可靠性。因此，对接触件的设计应满足以下要求：其一保证在震动、冲击环境中良好的电接触；其二应插合和分离方便；其三具有足够的插拔寿命；其四必须保证当接触件个部分尺寸及其在基座（护套）中安装位置的公差关系处于极限时，其电气和机械性能仍能满足使用要求。接触件的设计关键是弹性部分即插孔的设计。（1）选择接触件的材料接触件可用几种合金中的任何一种材料或两种复合制成，具体选择要根据端子的类型、插拔的频度以及连接器所工作的电气条件和环境而定。常用的材料有黄铜、鳞青铜等。（2）接触件的主要性能参数设计插拨力：插拨力是重要的机械性能，也是连接器所独有的性能指标。对接触件而言，分为插入力和分离力（又称拔出力），是制弹性插孔用标准插针插入和拨出检测到的因插孔变形而产生的力，其中也包括滑动摩擦力，有时称为单脚插入力和分离力，它是正压力的一种反应17。一般规定是最大插入力和最小分离力，因为从使用角度来说，插入力要小，分离力要大。因为如果插入力太大，而且不易到位；如果分离力太小，则会影响接触的可靠性。但分离力太大，则拨出困难，影响连接器的正常维护。设计时应注意：连接器的总插入（分离）力并不是简单地等于单脚插入（分离）力与接触对总数的乘积。接触件的插拨力与接触件的结构（正压力大小，是否带紧锁机构）、接触部分镀层质量（滑动摩擦系数）、以及接触件排列尺寸精度（对准度）有关。同时，接触件的插拨力又会影响连接器的电气性能如接触电阻15。正压力设计：正压力是垂直于接触界面的力，它与接触件的接触电阻和弹性变形有密切关系，而且正压力与产品的可靠性有绝对的关系。材料选定后，影响正压力的主要因素是接触件的结构，尤其弹性插孔的结构，设计时依据的电接触理论。如前面所说，汽车端子大部分使用镀锡铅，镀锡铅端子正向力必须大于15