摘要:本文阐述搭铁设计策略,介绍各种搭铁设计原则,分析不同搭铁安装工艺产生的不同效果。
汽车上装备的用电器越来越多,使得整车中搭铁点和搭铁导线也越来越多。如何保证用电器可靠搭铁成为线束设计中的一项重要工作。设计过程中一定要根据用电器的性质、功能的不同,合理设计搭铁点和搭铁线,才能最大限度地保证汽车电器的良好工作状态。
1 搭铁的概念及作用
汽车上的用电器均采用并联连接,所有电路都有正极和负极。大多数是蓄电池正极线直接与各用电器连接,蓄电池负极线直接搭在发动机和车身金属件上,各用电器的负极线通过线束就近搭在发动机和车身金属零件上,利用发动机和车身金属零件作公共通道,回到蓄电池负极,形成闭环回路。这种负极与发动机和车身金属零件相连接的方式就称为搭铁,俗称为接地。汽车上的负极导线通常称为搭铁线。
整车电路中,搭铁对整个电路而言非常重要。搭铁回路的优劣是汽车电器工作好坏的关键。搭铁点分布在汽车全身,主要集中在仪表板管梁、车身底板、前机舱等部位,有些搭铁部位容易沾泥水、油污或生锈,这些情况都可能引起搭铁不良,从而出现功能故障。例如搭铁点处的车身上有漆、发动机搭铁线紧固螺栓松动,或者搭铁端子腐蚀电阻增大等,这些都会导致搭铁不良,严重影响用电器的正常工作。因此,线束搭铁设计必须保证其合理性和优良性。
2 搭铁设计策略
搭铁点数量、位置及每个搭铁点连接的负载就是搭铁设计核心。整车线束中搭铁设计要合理,保证线束中的所有搭铁线均要可靠搭铁。搭铁设计除要遵守就近搭铁的基本原则外,还要遵循各系统的搭铁设计原则,无特殊搭铁要求的系统也要根据负载的类型考虑搭铁点合并问题;搭铁线及搭铁端子的设计也至关重要;工艺方面,为保证搭铁的可靠性,带有绝缘漆层的搭铁位置的去漆处理同样不可忽略。
2.1搭铁设计原则
在搭铁位置的选取中,要遵守就近搭铁的原则,且由于搭铁点需要维护,应尽量布置在易维护的地方。就搭铁点位置而言,优先选择在车身各主要的梁上。除特殊情况外,不允许使用支架搭铁。在遵守就近搭铁基本原则的前提下,还要考虑各子系统对搭铁的特殊要求,无特殊搭铁要求的系统也要根据负载的类型考虑搭铁点合并问题。若电气子系统有特殊搭铁要求,应优先遵守其特殊的要求。根据各控制器及子系统要求,进行合理搭铁设计,一般遵循以下原则。
2.1.1独立搭铁
1)重要系统独立搭铁。发动机控制单元、制动控制单元(ABS)等对整车性能、安全影响较大,且易受其他用电器干扰,因此这些系统的搭铁点一定要单独设置。
2)安全系统独立搭铁。安全气囊控制单元要求独立搭铁,为提高安全可靠性,保障功能可靠发挥,其搭铁要求是不允许与其他用电器合用搭铁点及搭铁回路。
3)弱信号传感器独立搭铁。弱信号传感器搭铁点最好是在离传感器较近的位置,以保证信号的可靠传递。
4)无线电系统独立搭铁。为避免干扰,音响系统中需将音响独立搭铁,保证收音状态的电磁兼容通过性。
2.1.2同系统同搭铁
同一系统同一搭铁点,避免不同搭铁带来的悬浮电位对系统可靠性及准确性的影响。
同一系统负载组合到同一搭铁回路,如仪表与燃油传感器尽管距离很远或有对接,但仍要组合到同一搭铁回路,防止仪表燃油指示发生偏差。其他还有几处可以组合到同一搭铁回路,如主继电器和ECU;点火线圈和行车必带的感性负载(二次空气泵、真空助力泵、起动继电器、鼓风继电器和压缩机);前部各种灯具等。
2.1.3关键系统复式搭铁
重要的用电器采用复式搭铁,目的是如果其中一处搭铁失效,系统可以通过另一搭铁点搭铁,确保重要用电器工作的可靠性、准确性。如ECU、TCU、BCM、ABS、仪表、空调、LCD等,需采用复式搭铁。对于安全气囊系统,它的搭铁点不仅应单独设置,而且为了确保其安全可靠,最好采用复式搭铁。
2.1.4电磁兼容(EMC)搭铁
整车用电器数量不断增加,且使用频率逐渐提高,功率逐渐增大,使得汽车工作环境中充斥着电磁波,导致汽车电磁兼容(EMC)问题日益凸现。单就整车电线束系统来说,是不好用EMC标准来衡量的,线束只有和各用电器组成系统后,才能有EMC方面一些特性。因此,EMC问题解决需要从整车电子系统层面进行考虑。重点要在各电器件功能设计的同时进行EMC设计,关注有源器件的选型和印制板设计等。同时,搭铁设计也是EMC设计的重要环节。良好的搭铁布置和改进的搭铁线对整车的电磁兼容性有所帮助。
线束设计中,要重视EMC影响的相关搭铁设计,借鉴以往设计经验,并采取相应措施,如使用屏蔽线、搭铁位置变换、将存在可能相互干扰的信号线分开成束等。另外,也可通过EMC测试,根据不同搭铁线设计的测试结果,进行优选,反复试验验证。在EMC问题中,尤其是发动机点火系统,面临着电磁兼容的巨大挑战。在某车型进行整车EMC测试过程中,一开始测试未通过,之后对搭铁点进行更改,搭铁点增加或位置改变,经过反复多次的搭铁改进,EMC测试通过,最终确认的方案是在点火线圈分支处增加两处搭铁点搭在发动机上,使电磁兼容性得到了改善,见图1实例。