一种提升汽车安全性的电路设计

伍祥龙，王宜海，韩勇

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

一种提升汽车安全性的电路设计

伍祥龙，王宜海，韩勇

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章分析了市场上汽车电路短路的主要原因，并阐述了目前汽车电路设计的主要思路。在原有的汽车电路设计基础上提出了一种新的设计方法，通过改进接地设计和增加电源断路控制器，防止电路短路，提升汽车的安全性。

电路设计；接地设计；电源控制器

CLC NO.:U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-154-02

前言

当今社会，随着汽车的普及，自燃事故频发，其中由电路短路引发起火是汽车自燃的主要原因之一。目前汽车电路的设计方法是用车身钣金或车架等金属件作为公用接地，即：将蓄电池的负极线和电器负载的负极线都接到车身钣金或车架等金属件上，利用车身钣金或车架等金属件的导电性，形成了蓄电池正极经电器负载、再由车身钣金或车架等金属件到蓄电池负极的回路。该设计方法的缺陷是电器负载的电源线绝缘层一旦出现磨损，就会通过车身钣金或车架等金属件和蓄电池负极直接导通，造成电路短路，轻则保险熔断，重则起火自燃。

本文提出的汽车电路设计方法，使用负极连接装置取代车身钣金或车架等金属件作为整车公共接地，并且增加了电源断路控制器和断路执行器。断路控制器实时监测整车电路工作状态，在出现短路的情况下，控制断路执行器能够切断整车电源供电，从而避免了由电路短路引发的汽车自燃的危险，提高的汽车的安全性能。

1、目前的汽车电路设计

图1 目前的汽车电路设计原理

如图1所示，目前汽车电路的设计思路是蓄电池正极输出电源，经过电器负载，再由车身钣金或车架等金属件回到蓄电池负极，形成完整的电路回路。

这种电路设计的优点在于汽车车身或车架的任意位置都可以作为公共接地，方便电器负载就近搭铁，既简化了装配流程，又可节约汽车线束成本。但是这种电路设计有一个缺陷，当电器负载的电源线绝缘层磨损后触碰到车身钣金或车架等金属件，蓄电池正负极就会直接连通，导致汽车电路短路。

2、提升汽车安全性的电路设计

2.1 电路原理

如图2所示，本文提出的汽车电路设计在原有电路的基础上，增加了负极连接装置、断路控制器和断路执行器。其工作原理如下，在汽车电路正常工作的情况下，蓄电池正极输出电源，经断路执行器进入电器负载，再由负极连接装置回到蓄电池负极，形成完整的回路。当某个电器负载电源线的绝缘层出现磨损后，碰触到车身钣金或车架等金属件，会将高电平信号传输到断路控制器。断路控制器接收到信号后，控制断路执行器断开蓄电池正极电源，保护汽车电路。

图2 改进后的汽车电路设计原理

2.2 电路实现

如图3所示，负极连接装置中包含螺栓螺母、导电板、绝缘板。导电板和绝缘板固定在一起，通过螺栓螺母装在车身钣金或车架上，绝缘板将导电板和车身钣金或车架进行隔离，导电板作为公共接地将电器负载和蓄电池负极连接在一起。断路执行器是由一个线圈和常闭触点组成。初始状态时，线圈不带电，蓄电池正极通过常闭触点向电器负载提供电源。断路控制器为CD4013双D触发器［1］，控制器针脚A为输入电源，针脚B为NPN三极管的发射极，针脚C接收高电平触发信号，针脚D为NPN三极管的集电极。初始状态时，针脚Q1输出低电平至NPN三极管的基极，集电极和发射极不导通，断路控制器针脚B和针脚D断开；当针脚C接收到高电平并发送给CLOCK1针脚，针脚Q1输出低电平至NPN三极管的基极，集电极和发射极导通，断路控制器针脚B和针脚D导通。

该电路工作逻辑如下：汽车电路正常工作时，断路控制器针脚B和针脚D不导通，断路执行器线圈不带电，蓄电池正极通过常闭触点向电器负载提供电源。当汽车上电器负载的电源线绝缘层磨损碰触到车身钣金或车架等金属件，控制器针脚C会通过信号采集线接收到高电平信号，将断路控制器的阵脚B和针脚D导通，断路执行器线圈得电，常闭触点断开，蓄电池停止为汽车电器负载供电。根据双D触发器CD4013的特性，断路控制器针脚C接收到一次高电平信号后，针脚Q1会一直输出高电平，控制器针脚B和针脚D的导通，保证在破损的电源线更换前，整车始终处在切断电源的状态［2］。在检修汽车故障时，断开蓄电池正极线，断路控制器失去供电电源，双D触发器CD4013的Q1端口恢复到低电平状态，针脚B和针脚D断开，断路执行器触点恢复初始闭合状态。再断开断路控制器的信号采集线，重新接上蓄电池正极线，蓄电池为整车电器负载供电，进行线束漏电检修。当短路问题排查解决后，再将断路控制器的信号采集线重新连接，汽车电路恢复到正常工作状态。

图3 改进后的汽车电路设计

3、结束语

本文提出的汽车电路设计有两个优点：一方面，当电器负载的电源线绝缘层磨破碰触到车身钣金或车架等金属件后，断路控制器可以及时切断整车供电电源，消除发生短路自燃的隐患；另一方面，即使断路控制器不切断整车电源，由于负极连接装置和车身钣金或车架有绝缘板隔离，也不会导致汽车电路短路。当然，对于发动机ECM和变速箱TCU这类不能随便断电的重要零部件可以单独从蓄电池正极直接引电，防止在汽车行驶过程中断路控制器监测到电路短路突然切断电源导致车辆熄火的隐患。

[1] 王卿;浅谈器件CD4013[J];新余高专学报;2005年02期

[2] 江晓安,董秀峰.模拟电子技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2002.

A Circuit Design for Promoting Car Safety

Wu XiangLong, Wang YiHai, Han Yong
（Anhui Jianghuai Automobile Co. Ltd, Anhui Hefei 230601）

This paper analyzes the important reason for the short-circuit of cars on the market, and elaborates the main idea of automobile circuit design at present. Propose a new design method based on the old way, by improving ground connection and plusing power disconnector, to prevent short-circuit and improve car security.

circuit design; grounding design; power controller

U462.1

A

1671-7988(2016)07-154-02

伍祥龙，就职于安徽江淮汽车股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.048