大型客车搭铁电路设计

解为荣，安亚飞，陈利峰，何黎明

（郑州宇通客车股份有限公司，郑州 450016）

根据QC/T 413-2002《汽车电器设备基本技术条件》规定，汽车电器设备可做成单线制或双线制[1]。做成单线制时，应使其负极搭铁。目前客车电路设计主要采用单线制，从电源到用电设备只用一根导线连接，而用车身骨架、底盘车架、发动机等金属导体作为公共通道构成从用电设备到电源的回路。在客车电路设计过程中，一半以上的电磁干扰问题是由于搭铁造成的。

1 单线制电路中负极电位差问题

客车电路设计通常采用按功率对负极搭铁进行区分，包括信号搭铁、电源搭铁、功率搭铁。实际设计过程中，因车身底盘结构限制，不同类型负极有共压的情况，导致不同类型搭铁回路相互产生电磁干扰，造成整车故障。正确的做法：在负极电路设计中，同类型的负极可以考虑共压，功率大、电流大的回路必须单独搭铁。按电路中负极搭铁方式区分，包括负极串联搭铁、负极并联搭铁、负极混合搭铁，每种方式中都可能出现单点搭铁和多点搭铁的情况。设计中需考虑的问题：尽量选择电势点的部位进行搭铁，尽量选择并联搭铁方式[2]。

1.1 负极串联搭铁

等效电路图如图1所示。图1中电器件1、电器件2、电器件 3 回路中的电流分别为 I1、I2、I3，各段搭铁线路上的电阻分别为 R1、R2、R3。

电器件1搭铁回路产生的电压降为U1＝（I1＋I2＋I3）×R1；电器件2搭铁回路产生的电压降为U2＝（I1＋I2＋I3）×R1＋（I2＋I3）×R2；电器件 3 搭铁回路产生的电压降为 U3＝（I1＋I2＋I3）×R1＋（I2＋I3）×R2＋I3×R3；电压降大小关系为 U1＜ U2＜ U3。

由上可见，负极串联搭铁回路中不同位置搭铁点的电位差不为零，且越接近低电势部位，搭铁效果越明显，电路受干扰的可能性越小。在线束设计中，要注意尽量减短搭铁线长度（降低搭铁回路中电阻值），尽量选择低电势部位搭铁，减少电路中各回路的相互干扰。

1.2 负极并联搭铁

等效电路图如图2所示。图2中电器件4、电器件5、电器件 6 回路中的电流分别为 I4、I5、I6，各段搭铁线路上的电阻分别为 R4、R5、R6。

A点产生的电压降为UA＝I4×R4；B点产生的电压降为 UB＝I5×R5；C 点产生的电压降为 UC＝I6×R6。

由上可见，负极并联搭铁回路中各搭铁点电位只与该回路中的地电流和地阻抗有关，不受其它电路影响，可有效避免电路中各回路的相互干扰。但搭铁线既多且长，会导致线束体积增大[3-4]。

1.3 负极混合搭铁

等效电路图如图3所示。图3中负极混合搭铁回路中包含有负极串联搭铁和负极并联搭铁，其中负极串联搭铁优点是设计简单，但可能引起电路干扰；负极并联搭铁优点是可有效减少电路干扰，但造成搭铁线过多、过长，线束包裹体积增加。

2 单线制电路中短路电流问题

正常基本电路的等效电路图如图4所示。客车线束布置环境中，线束容易出现被磨破、刺穿、夹断等失效模式，导致线束短路。短路后形成短路电流，通过短接的线路或车架等导体形成回路。

2.1 搭铁短路后形成的回路

等效电路图如图5所示。如图5假设B点短路，若损坏的线束与就近线束短接，则整车会出现电路故障，表现出相应的故障现象。

若损坏的线束与车架导体短接，图5中BC、CD段将变成导体，电路中电流从A点到B点、从B点到C点、从C点到D点。而B点因接触不牢固会出现发热，发热量Q＝K×I×I×R×T不断累计增加[5]，最后从B点开始熔化线束，BC段、CD段为车架导体满足散热条件，热量将在B点到A点之间汇聚，形成从磨损点到电源正极熔化导线的现象。

同时，B点出现短路情况后，原电路中的用电器将没有电流流过。这种情况的短路对用电器没有危害，电流都集中在短路回路中流过。

由于负载电阻短路，电源处于短路所在的回路中，由于电压源的内阻阻值通常很小，此时的回路电流会很大，该电流称为短路电流。由于短路时流过电源的电流很大，这一电流是电源输出的，它全部流过电源内部的内电阻，电源起初会发热，温度高到一定程度后就会超出电源的承受能力，最终会烧坏电源，该状态称为电源短路[6]。

2.2 线束设计过程中应考虑的问题

为解决此类问题，整车线路要固定规范，保险设置与匹配要规范，具体要求如下：

1）每个电气设备的供电线路都应有保险。但对于低耗电设备的供电线路，如额定电流总和不超过16 A，可设置公共保险丝或公共断路器来保护[7-8]。

2）线路中保险要匹配合理。保险丝是为了保护线束而有意设计和制造成线路中最弱的一部分[5]。

3）保险位置要设置合理，尽量设置在回路中最接近电源的位置。

4）导线应妥善防护，固定在不会被划伤、磨损、腐蚀的位置[9]。

3 客车电路中的负极搭铁特点

1）搭铁点位置主要集中分布在发动机舱体和驾驶区。发动机舱体搭铁点位置有发动机壳体上、发动机飞轮壳体上、发动机左右两侧车架大梁上、发动机附件的电瓶舱蓄电池负极上；驾驶区搭铁点位置有仪表台内前围型材上、驾驶员下舱体型材上、左右大灯附件型材上；其它部位主要有大顶空调回风口处的空调电源负极搭铁。

2）负极搭铁需连接在发动机飞轮壳上。起动机、发电机、进气预热通过连接发动机壳体搭铁，发动机通过橡胶件与车架相连不导电，发动机壳体上的大电流搭铁回路需就近与电瓶负极形成回路。缓速器搭铁和蓄电池负极搭铁均连接在发动机飞轮壳上，整车搭铁通过车架与发动机壳体连接，形成大电流回路搭铁的良好状态。

3）负极搭铁需连接蓄电池负极。主要包括电控发动机ECU控制线束、自动变速器ECU控制线束，此类配置包含多个检测电信号的传感器，参考电压在3～5 V（整车电压24 V）。负极回路中搭铁位置不同，造成的电位差很可能导致电压信号检测错误。

4）负极搭铁需单独搭铁。一种情况是ABS ECU控制线束，若采用多点共用搭铁，容易造成电压不稳定和瞬时电压过高，导致ABS ECU板失效；另一种情况是大电流回路搭铁，一般采用Y8、Y10、Y12圆柄端子单独搭铁固定，主要原因是保证搭铁螺栓紧固力矩。

5）负极搭铁采用混合搭铁。该方式为整车搭铁回路中的主要形式，同时采用串联、并联、混合搭铁的方式，配合使用单点搭铁和多点搭铁，避免搭铁线过长，造成不必要的电压降[10]。其中感性负载搭铁回路尽量减少与其它回路串联方式，避免引起信号干扰。

4 结束语

搭铁线束设计是汽车线束设计中很重要的部分，汽车搭铁线在汽车电路中起着重要作用。一是保证各电器申报形成良好的电气回路，使其能够正常工作；二是保证信号完整不失真的传递。因此，汽车电路中各电器设备搭铁点的设计，要根据用电设备的性质、功能进行合理的布置，以保证汽车上各电器设备的良好工作状态[11]。

[1]QC/T 413-2002，汽车电器设备基本技术条件[S].

[2]赵五芹.汽车电子电磁兼容（EMC）整改与设计报告[R].

[3]林富昌，李化.电磁兼容原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2009.

[4]罗峰，孙泽昌.汽车CAN总线系统原理、设计与应用[M].北京：电子工业出版社，2010.1.

[5]宁静.力特线路保险特性报告[R].

[6]胡斌，刘超，胡松.电子工程师必备－元器件应用宝典[M].北京：人民邮电出版社，2011.1.

[7]GB 13094-2007，客车结构安全要求[S].北京：中国标准出版社，2007.

[8]GB 18986-2003，轻型客车结构安全要求[S].北京：中国标准出版社，2003.

[9]GB 13094-2007，客车结构安全要求[S].北京：中国标准出版社，2007.

[10]林占辉，赵继琛.整车电路搭铁点设计[J].客车技术与研究，2012，34（4）：39-40.

[11]仵艳.客车电气系统的设计原则和安装要求[J].客车技术与研究，2006，28（4）：34-35.