摘要:本文从电源和搭铁的分配设计、线路保护设计、电磁屏蔽设计这几个角度,阐述了汽车发动机线束精益设计的方法;并结合实际,阐述发动机线束布置时,为达到最佳性能需要注意的事项。
汽车发动机上的电子控制系统可分为传感器、控制器和执行器3个部分,传感器采集各种信号,然后输入控制器,控制器在接收到信号后,经过分析处理,会及时发出指令给执行器。而发动机线束就是连接发动机各传感器、执行器、控制器之间的电线路,如果发动机线束出现故障,就会导致控制器无法正常工作,影响发动机运转,进而影响整车工作。目前,发动机上电器件越来越多,发动机线束随之也越来越复杂,因此,线束设计在汽车设计、生产和制造中受到越来越多的关注。
1 电源和搭铁的分配设计
1.1发动机的供电系统和搭铁
发动机的供电系统主要包括控制器ECU供电、传感器供电、起动机供电和蓄电池充电。
1) ECU供电ECU (Engine Control Unit)是发动机控制单元,其功能是采集各传感器输入信息,进行运算、处理、判断,然后输出指令控制执行器工作,使发动机处在最佳的工作状态,被称为发动机的“大脑”。为保证ECU工作可靠性,ECU的供电线路中应该尽量少的加以控制,确保即使发动机或者整车电路其他部位出现故障时,也能保证ECU不断电。因此,ECU一般是从蓄电池直接供24 V电(称为常电),不受电源总开关和整车其他开关的控制。
2)传感器供电目前应用的传感器基本为5V供电,均为ECU内部产生,供电线路从ECU直接到传感器相应引脚,不需要外部接入。
3)起动机供电发动机起动的时候,由起动机工作带动发动机转动。由于起动机内阻很小,起动电流往往很大,这个电流由蓄电池直接向起动机提供。因此,起动机的供电线路是蓄电池直接连接起动机正极接线柱。
4)蓄电池充电车辆起动时,由蓄电池向起动机供电。车辆正常运行过程中,发动机带动发电机工作,发电机发出来的电,一部分会对蓄电池充电,一部分提供给整车驾驶室供电。充电线路上,可根据需要,串接熔断器或者继电器加以保护。
搭铁,实际上就是选定整车车身为零电位点。搭铁线是构成汽车电路回路的一部分,在汽车电路中起着十分重要的作用。由于发动机控制器ECU对整车性能和安全影响很大,且易受其他用电设备的干扰,因此它的搭铁点一定要单独设定。同时,为减少导线的电压降,应选择就近搭铁。目前,根据上述要求,在发动机缸体上设置了专门的搭铁点,发动机线束中ECU搭铁线通过孔式接头,直接接到搭铁点上,并通过底盘相应线束,直接过渡到蓄电池负极。图1为电源和搭铁分配图。
1.2线路保护设计
针对目前应用的发动机线束,线路保护设计主要指导线的合理选择、线路上防护材料的应用,以及线路上串接熔断丝的选择。
1)导线线种的选择根据整车应用市场的标准选择合适的线种,目前,发动机线束大多选择德标线束,类型为FLR9Y-B单芯无屏蔽薄壁聚丙烯绝缘低压电线,导体为多股绞合软裸铜线,绝缘采用无卤阻燃材料,具有优良的耐油性及可靠性。
2)导线截面积的选择在确定线种之后,要根据导线电压降、负载功率和导线发热等因素,确定导线的截面积。导线截面积的计算公式为:
表1为德标FLR9Y-B导线结构及电流密度。
当然,在平时的线束设计中,可以根据经验直接选择导线的截面积,一般长时间工作的电器设备可选择实际载流量60%的导线,短时间工作的电器设备可选择实际载流量60%~100%的导线。即普通的传感器信号线,一般选择截面积0.5 mm2的导线;电源线或者搭铁线,一般选择截面积2.5 mm2的导线。