机场除冰车底盘部分线束设计研究

2013-05-03李剑涛

中国测试 2013年2期

李剑涛，唐岚，杨桃，唐伟

（1.中国飞行试验研究院车辆大队，陕西阎良 710089；2.西华大学交通与汽车工程学院，四川成都 610039）

0 引言

机场除冰车属于专用车辆，专用汽车线束是车辆电气系统组成的关键部件之一，其质量和可靠性对专用汽车的燃油经济性、排放性能、安全及舒适性有很重要的影响。如果车辆线束失效，就会造成信号传递失效，功能设备失去作用，或者接触电阻过大发热，甚至造成短路失火等事故，因此在整车制造过程中十分需要对车辆的线束设计与可靠性进行研究。

1 机场除冰车底盘电气图

车辆底盘电气图是根据机场除冰车电气系统的设计要求，将整车的电源、用电设备等组成系统，按照各自电路的连接关系，通过开关、导线、熔丝、继电器等配电装置连接起来构成的完整电路，并用电路图的形式表达出来，是电气系统设计、制造、装配和维修的依据[1-3]。其设计流程如图1所示。

在设计过程中利用CHS（capital harness systems）软件绘制底盘部分线束图，该软件是具有绘图、仿真、分析等多种功能，专用于电气系统设计的软件，其功能强大，界面清晰，同时除自带的元器件库外，还可以根据需要绘制和定义新的电气元件，为绘图和仿真分析提供了不少方便。由于线束在专用车整车电气系统中起关键作用，其截面积、长短、材料等的选用与整车电气系统的负载有直接关系，因此利用Matlab软件编制了计算导线截面积的程序[4]，其界面如图2所示。

图1 线束设计流程图

图2 导线设计界面图

2 线束与熔断器匹配的原则

在车辆底盘线束设计中，线束与熔断器之间的匹配关系需遵循以下原则：

（1）电缆在工作环境温度下的容许电流，大于熔断器在工作环境温度下的最佳负载电流。

（2）极限要求为选择电缆的烟化时间和电流的曲线，应在熔断器的融化时间和电流的曲线之上。如果遇到熔断器和电缆不在同一工作温度下的情况时，应保证熔断器在该温度下200%额定电流时的熔断时间，小于线束在该电流下的烟化时间。

（3）在线束短路时，为了让熔断器快速断开，线束的短路电流应大于熔断器在其工作温度下额定电流的200%（慢熔断器为500%）。所以要求熔断器匹配的电缆的电阻小于等于熔断器容许的电阻[5-6]。

3 汽车线束与熔断器的匹配计算

由前面需遵循的原则可知，熔断器的额定电流与线束的额定电流有一定的关系，它们的关系决定熔断器有多大的承载性能，同时也决定了其熔断时间。由此可见计算线束的负载电流与熔断器的额定电流是线束设计的重要步骤之一。

3.1 计算负载电流

线束负载确定依据是整车电气性能需要确定的，其经验计算式如下：

式中：P——整车负载功率。

根据计算出的负载电流，选择允许提供负载电流的连接导线的截面积。在选择电缆截面积时，应考虑到线束的环境温度和导体容许温度。

3.2 根据负载电流确定熔断器的额定电流

熔断器的最佳电流计算如公式为

负载特性系数：建议选择0.7～0.75（高电流型选择 0.5）。

负载峰值电流系数：如果峰值电流时间小于0.3s，选择系数为1，如果峰值电流时间大于等于0.3 s，选择系数为0.7。

熔断器的最佳电流即为负载的额定电流，但因为熔断器的额定电流根据环境温度变化而变化，所以需要根据表1来修正熔断器的额定电流[7-8]。

表1 熔断器与温度变化率1）

4 匹配的电缆长度计算

其电缆长度计算公式为

式中：r线——与熔断器匹配电缆的容许阻值，mΩ；

L——与熔断器匹配电缆的长度，m；

r20——20℃时的电缆导体电阻，mΩ；

I——熔断器在T温度下的额定电流，A；

T——熔断器工作环境温度；

I23——已经选定的熔断器的值。

5 计算选取导线截面积

计算选取导线截面积时应遵循以下规则：

（1）根据用电器件功率的大小计算流通导线的电流，为避免导线过渡发热，应该检查电流密度，在允许的电流密度范围内，否则应加大导线线径。

（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。

（4）在确定导线截面积时要考虑电压降和导线的发热。

导线截面积计算步骤如下：

（1）用电设备的电流强度为

线束长度：

式中：P——负载功率；

UN——额定电压。

（2）导线截面积计算公式为

式中：UVL——导线允许的电压降，v。

（3）为避免导线过渡发热，应该检查电流密度，其公式为

6 汽车线束图与机场除冰车底盘部分线束图

线束图是将有关电器的线束汇合在一起组成线束，以便于在汽车上安装。线束图主要表明线束各用电器的连接部位、接线柱、线头、接插件的形状及位置等，它是人们在汽车上能够实际接触到的汽车电路图。这种图一般不去详细描绘线束内部的电线走向，只将露在线束外面的线头与插接器详细编号或用字母标记。它是一种突出装配记号的电路表现形式，非常便于安装、配线、检测与维修[9-10]。在绘制线束图时，要以该车型的发动机型号[11-12]、底盘和车身模型为依据，绘图时先主干后支线、先复杂后简单、先电力线后控制线的顺序，在图上要表明线束的长度、接插件的形状、包扎的材料等以便于生产。

本机场除冰车设计中选择的是潍柴WP6.210蓝擎电控发动机，直列六缸，排量是6.23L。对于柴油机，传统的机械供油系统越来越难以满足日趋苛刻的排放法规、经济性以及舒适性的要求，正逐步被功能完善的电控燃油系统取代[13-14]。机场除冰车发动机原理如图3所示。

ECU上有3个插槽，分别是发动机传感器线束、喷油器线束及整车线束，其中传感器线束、喷油器线束在发动机出厂已带好。