引言

汽車(chē)線(xiàn)束設(shè)計(jì)的驗(yàn)證工作隨著設(shè)計(jì)研發(fā)的不斷細(xì)化也越來(lái)越精準(zhǔn)化，從最初的采用實(shí)車(chē)路試驗(yàn)證匹配情況；到針對(duì)各電器件的單負(fù)載測(cè)試和全負(fù)載測(cè)試，用于修正完善設(shè)計(jì)；最后發(fā)展到模擬不同的電器工作工況下電氣參數(shù)的測(cè)量，進(jìn)行更加完整細(xì)化的設(shè)計(jì)，甚至在各種失效工況下都要確保線(xiàn)束的安全。本文作者旨在從設(shè)計(jì)角度保證各種工況下車(chē)輛的安全使用，同時(shí)也通過(guò)各種工況下電器參數(shù)的采集，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行精準(zhǔn)設(shè)計(jì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)余，提高安全系數(shù)。

一、汽車(chē)線(xiàn)束安全測(cè)試發(fā)展歷程

隨著汽車(chē)的普及以及汽車(chē)上電器件的逐漸增多，汽車(chē)安全越來(lái)越得到重視。汽車(chē)線(xiàn)束安全首當(dāng)其沖引起大家的注意。汽車(chē)設(shè)計(jì)的V模型在此同樣適用，在設(shè)計(jì)結(jié)束后就需要進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試驗(yàn)證(見(jiàn)圖1) 。

隨著測(cè)試手段完善以及研究的不斷深入，測(cè)試的項(xiàng)目不斷增多，測(cè)試的內(nèi)容也不斷完善。

1. 1 汽車(chē)線(xiàn)束安全測(cè)試發(fā)展歷程

圖 2 所示為某主機(jī)廠的線(xiàn)束安全性測(cè)試的發(fā)展歷程。

1. 2 汽車(chē)線(xiàn)束安全測(cè)試介紹

整車(chē)電氣系統(tǒng)的電性能測(cè)試主要包括電源系統(tǒng)測(cè)試、接地系統(tǒng)測(cè)試和線(xiàn)束零部件測(cè)試，總體可以將所有的測(cè)試分為系統(tǒng)穩(wěn)定性測(cè)試和線(xiàn)束安全性測(cè)試。

汽車(chē)線(xiàn)束的安全測(cè)試項(xiàng)目主要有負(fù)載測(cè)試、短路測(cè)試和失效測(cè)試。

負(fù)載測(cè)試主要是對(duì)整車(chē)電器件在不同工況下工作電流、電壓等電參數(shù)的測(cè)試，目的是為了核實(shí)設(shè)計(jì)狀態(tài)下電參數(shù)的準(zhǔn)確程度，根據(jù)實(shí)測(cè)電參數(shù)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化和修正。根據(jù)測(cè)試的負(fù)載多少又分為單負(fù)載測(cè)試和全負(fù)載測(cè)試: 單負(fù)載測(cè)試為單個(gè)電器件的電氣參數(shù); 全負(fù)載測(cè)試指某個(gè)保險(xiǎn)絲下所有負(fù)載的電氣參數(shù)。

短路測(cè)試主要分3部分: 絕對(duì)短路和部分短路 ( 負(fù)載保險(xiǎn)容量的200%加載和負(fù)載保險(xiǎn)容量的135%加載) 。主要考察保險(xiǎn)和導(dǎo)線(xiàn)的匹配情況 ( 以導(dǎo)線(xiàn)溫升和保險(xiǎn)絲熔斷時(shí)間為判斷基準(zhǔn)) 。

失效測(cè)試主要考察保險(xiǎn)絲和接地失效后是否會(huì)出現(xiàn)共電源或共接地點(diǎn)模塊之間存在潛在回路，以及出現(xiàn)潛在回路后功能是否正常、導(dǎo)線(xiàn)能否承載潛在電流。

二、汽車(chē)線(xiàn)束安全測(cè)試方案研究

測(cè)試作為汽車(chē)設(shè)計(jì)過(guò)程中的重要組成部分，包括的內(nèi)容也很多，此處重點(diǎn)討論線(xiàn)束安全測(cè)試方案，具體的測(cè)試結(jié)果匹配計(jì)算等過(guò)程文中不進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2. 1 負(fù)載測(cè)試

負(fù)載測(cè)試包括單負(fù)載測(cè)試和全負(fù)載測(cè)試，需要的設(shè)備有：可編程直流電源、混合信號(hào)示波器等。

單負(fù)載測(cè)試是針對(duì)整車(chē)所有的負(fù)載在負(fù)載位置附近對(duì)負(fù)載的電氣參數(shù)進(jìn)行逐一測(cè)試，包括瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)。瞬態(tài)包括其瞬態(tài)電壓、電流，以及持續(xù)時(shí)間等，穩(wěn)態(tài)包括電器負(fù)載工作穩(wěn)定后的電壓、電流值等。該測(cè)試為負(fù)載保險(xiǎn)絲和導(dǎo)線(xiàn)選擇提供數(shù)據(jù)支撐。

圖 3 為某負(fù)載測(cè)試的特性曲線(xiàn)，通道 1 測(cè)試的為電流隨時(shí)間的變化，在負(fù)載打開(kāi)的瞬間 ( 60 ms 時(shí)) 出現(xiàn)接近30 A的沖擊，在80 ms時(shí)恢復(fù)到5 A左右。根據(jù)此特性在選擇保險(xiǎn)絲時(shí)需要考慮能否承受30 A的沖擊電流，還要長(zhǎng)時(shí)間承受5 A的穩(wěn)定負(fù)載。

圖 3   負(fù)載測(cè)試全過(guò)程監(jiān)測(cè)曲線(xiàn)

通道2為電壓隨時(shí)間的變化，也是在60 ms時(shí)電壓由0 V迅速增加到14 V左右，隨之一直穩(wěn)定在此參數(shù)范圍內(nèi)，說(shuō)明系統(tǒng)一直維持在零部件能夠接受的 9 ～ 16 V 范圍內(nèi)，系統(tǒng)穩(wěn)定合理。

全負(fù)載測(cè)試在保險(xiǎn)絲位置測(cè)試保險(xiǎn)絲下級(jí)負(fù)載逐一開(kāi)啟整個(gè)過(guò)程中通過(guò)保險(xiǎn)絲的電流值。整個(gè)測(cè)試過(guò)程包括靜態(tài)測(cè)試和動(dòng)態(tài)測(cè)試，可以進(jìn)行正常工作的負(fù)載直接進(jìn)行靜態(tài)測(cè)試即可，但如ABS、EPS等在車(chē)輛靜態(tài)和動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)有較大差異的負(fù)載需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試。確保測(cè)試參數(shù)能夠反映正常使用車(chē)輛時(shí)負(fù)載的實(shí)際情況。

2. 2 短路測(cè)試

短路是整車(chē)電器安全中危害等級(jí)最高的故障模式，導(dǎo)線(xiàn)出現(xiàn)磨損或者老化后可能會(huì)和車(chē)身金屬部位產(chǎn)生接觸導(dǎo)致短路，輕則保險(xiǎn)絲熔斷，電器負(fù)載失效，重則導(dǎo)線(xiàn)融化出現(xiàn)火災(zāi)。短路按照其和車(chē)身接觸程度將其分為絕對(duì)短路和部分短路。

絕對(duì)短路即導(dǎo)線(xiàn)完全和車(chē)身接觸，此種工況下短路電流大，保險(xiǎn)絲一般會(huì)在較短時(shí)間內(nèi)熔斷，起到保護(hù)導(dǎo)線(xiàn)的作用。

部分短路是由于導(dǎo)線(xiàn)和車(chē)身未完全接觸或者在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)間歇性接觸的情況，此種工況危害性較大，由于短路的非完全性會(huì)導(dǎo)致局 部持續(xù)發(fā)熱，同時(shí)也一直未達(dá)到保險(xiǎn)絲的熔斷條件，一段時(shí)間 后會(huì)出現(xiàn)由于發(fā)熱導(dǎo)致導(dǎo)線(xiàn)燒蝕，甚至出現(xiàn)火災(zāi)。

短路測(cè)試通過(guò)模擬電器負(fù)載的絕對(duì)短路和部分短路，測(cè)試導(dǎo)線(xiàn)溫升和保險(xiǎn)絲熔斷時(shí)間等參數(shù)來(lái)實(shí)測(cè)保險(xiǎn)絲和導(dǎo)線(xiàn)的匹配是否合理。需要的設(shè)備主要有：可編程直流電源、混合信號(hào)示波器、帶測(cè)溫功能萬(wàn)用表、熱偶測(cè)溫探頭等。短路測(cè)試整個(gè)流程如圖 4 所示。

圖 4   短路測(cè)試全流程圖

絕對(duì)短路的測(cè)試方法為在負(fù)載處將負(fù)載的電源線(xiàn)和接地線(xiàn)直接短接，觀察記錄保險(xiǎn)熔斷時(shí)間和導(dǎo)線(xiàn)發(fā)熱溫度參數(shù)和絕緣表皮融化情況。判斷標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)圖 4。

部分短路的測(cè)試方法為在電器負(fù)載接插件處施加保險(xiǎn)絲容量的 200% 和 135% 的模擬負(fù)載，觀察記錄保險(xiǎn)熔斷時(shí)間和導(dǎo) 線(xiàn)發(fā)熱溫度參數(shù)和絕緣表皮融化情況。

對(duì)短路測(cè)試方法作兩點(diǎn)補(bǔ)充說(shuō)明：

( 1) 選擇在電器負(fù)載最終點(diǎn)進(jìn)行短路測(cè)試的原因?yàn)樵谡麄€(gè)導(dǎo)線(xiàn)回路中，電源到負(fù)載最終點(diǎn)的阻值最大，針對(duì)相同的短路情況如果在此點(diǎn)進(jìn)行短路測(cè)試保險(xiǎn)絲都能有效保護(hù)導(dǎo)線(xiàn)，那么保險(xiǎn)絲在此種特定短路情況下任何點(diǎn)發(fā)生短路都能有效保護(hù)導(dǎo)線(xiàn)。

( 2) 部分短路測(cè)試選擇施加保險(xiǎn)絲容量的200%和135%的模擬負(fù)載是因?yàn)楸ｋU(xiǎn)絲標(biāo)準(zhǔn) ISO 8820 － 3 － 2015有如下要求: 當(dāng)保險(xiǎn)出現(xiàn)200%和135%過(guò)載時(shí)必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)熔斷，便于有判斷標(biāo)準(zhǔn)。

表 1 為緩熔保險(xiǎn)絲過(guò)載熔斷時(shí)間對(duì)應(yīng)表。

2. 3    失效測(cè)試

失效測(cè)試主要分為保險(xiǎn)絲失效和接地失效兩種。主要考察保險(xiǎn)絲和接地失效后是否會(huì)出現(xiàn)共用保險(xiǎn)以及共用接地點(diǎn)的模塊之間存在潛在回路，以及出現(xiàn)潛在回路后功能是否正常、導(dǎo)線(xiàn)能否承載潛在電流。如圖 5 中接地失效后，電流方向即由 a、b 走向變更為 c 走向。圖 6 中電源 FS1 失效后，電流走向可能由 a 變?yōu)?b。

判斷內(nèi)容如下:

(1) 主要考察的功能有：正常的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行、自動(dòng)擋換擋是否正常、燈光使用是否正常等影響安全的功能; 若安全性功能被影響，需從設(shè)計(jì)上規(guī)避這種情況的出現(xiàn)。

(2) 若導(dǎo)線(xiàn)能夠承載潛在電流，則認(rèn)為沒(méi)有風(fēng)險(xiǎn); 若導(dǎo)線(xiàn) 不能承載潛在電流，則需要修改設(shè)計(jì)。如圖 5 和圖 6 均需判斷 是否存在電線(xiàn)承載能力的情況。

三、汽車(chē)線(xiàn)束測(cè)試案例分析

圖 7 導(dǎo)線(xiàn)融化示意圖。

某車(chē)型進(jìn)行 EPS 電機(jī)回路短路測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)：EPS 電源使用60 A保險(xiǎn)匹配6 m2 FLＲY-B 導(dǎo)線(xiàn)。在做 200% 過(guò)載測(cè)試 ＞ 50 s 時(shí)，導(dǎo)體溫度從25 ℃升至 138. 4 ℃ 保險(xiǎn)絲未熔斷，導(dǎo)線(xiàn)絕緣層 出現(xiàn)熔化;  在時(shí)間尚未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)上保險(xiǎn)的熔斷判斷上極限 60 s，保險(xiǎn)絲未出現(xiàn)熔斷，說(shuō)明保險(xiǎn)絲質(zhì)量合格，但在保險(xiǎn)絲熔斷前 導(dǎo)線(xiàn)溫度由25℃升至138. 4 ℃ ，超過(guò)了FLＲY-B  的承受溫度，導(dǎo)線(xiàn)開(kāi)始融化，說(shuō)明導(dǎo)線(xiàn)也是合格的。之所以會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)線(xiàn)融化只能說(shuō)明在實(shí)際的匹配過(guò)程中導(dǎo)線(xiàn)偏細(xì)或者過(guò)流能力不足，需重新匹配，建議導(dǎo)線(xiàn)更改為 8 m²。

四、結(jié)論

主要論述了設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中線(xiàn)束安全測(cè)試的方法，通過(guò)測(cè)試出來(lái)的數(shù)據(jù)和結(jié)果驗(yàn)證線(xiàn)束設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)性，修正優(yōu)化該設(shè)計(jì)方案，確保線(xiàn)束以及整車(chē)的安全。此測(cè)試方案對(duì)負(fù)載測(cè)試進(jìn)行細(xì)化，分為不同工況等級(jí)下整車(chē)的工作情況，增加了車(chē)輛的安全系數(shù)，強(qiáng)化了冗余設(shè)計(jì)的理念。

注：

本文作者：葉金飛

安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心電氣集成開(kāi)發(fā)部