大学生方程式赛车线束的优化与加工

2021-01-16赵杰刘新田陈卫挺安耀塨上海工程技术大学

环球市场 2021年19期

赵杰刘新田陈卫挺安耀塨上海工程技术大学

一、设计背景

中国大学生方程式汽车大赛（简称“中国FSC”）是一项由高等院校汽车工程或汽车相关专业在校学生组队参加的汽车设计与制造比赛。各家车队为了提高比赛成绩，大多将新车的优化中心偏向与机械机构的设计以及发动机调校上，往往忽略在高强度比赛中一套可靠、稳定的线束的重要性本文提出对整车线束进行加工方法设计思路上的优化，来提高赛车线束的寿命和稳定性，通过Altium Designer软件进行绘制原理图，在Catia软件中进行线束建模，使用新加工方法进行加工完成制作，并与上一年整车线束做对比，验证此次设计的合理性与创新性。

二、线束组成部分以及设计流程

（一）传感器

氧传感器；是汽车行驶中对汽车工况进行反馈的重要传感器，ECU通过氧传感期反馈的数据判断赛车行驶过程中所处的工况，从而通过对喷油量以及其他相关数据的控制，使赛车能够正常行驶；曲轴传感器/凸轮轴位置传感：这两种传感器能够反馈汽车在启动阶段所处的工况，CEU根据这两种传感器反馈的数据来调整喷油量和点火提前角，使赛车能够顺利启动发车；节气门位置传感器：ECU通过该传感器反馈的数据判断节气门的开度，从而调整该工况下的基本喷油量。车上所有的传感器反馈的数据都对赛车的控制有着重要影响，在线束制作时，传感器的正确标定也是很重要的工作之一，然后将传感器的各接口准确的接入到对应的端口才能保证传感器的正常工作。

（二）熄火电路

根据赛规定要求，赛车上除了主开关以外，还另外接了3个熄火开关，分别装在赛车主环两边以及座舱内方向盘旁，座舱内的碰撞开关以及制动踏板下的超行程开关，都属于同一熄火电路，其中任一开关发生作用都能直接使整车断电，保证赛车的安全性。

BSPD，一个独立的熄火系统，也属于熄火回路中的一部分，其作用是当车手在制动踏板与油门同时踩下到一定的开度，板子会自主断电。应主委会要求，所有参赛高校必须有此系统才能够进行比赛。根据主委会发的原理图，通过Altium Designer软件进行PCB的制作，之后找厂家进行加工，再通过自主完成板子的焊接与调试，方可将其接入熄火回路中。

（三）线束建模

首先确定各个传感器，执行件以及开关的位置，然后在赛车总装图中进行线束建模，建模过程中，要十分注意与运动部件和高温部件之间的干涉，例如在对发动机区域的点火线圈以及在发动机上启动电机和搭铁线的建模时，需要让线束尽量避开排气管以及水路，否则将会导致线束长期处于高温环境从而使用寿命缩短，影响线束使用时的稳定性；在进行座舱内的线束建模是，需要尽量让线束走在同一条线路上，要避免多个单支电路，否则将导致线束太过杂乱，线束的抗拉扯能力减弱，使用寿命缩短。在对实物进行加工时，首先需要进行线束材料进行选择，线束材料需要根据线束所处的不同区域以及不用的作用选择不同的线，不然会增加线束的制作成本，例如发动周围的线束属于高温区域，而且通过走线无法避开，则需要选择耐高温的防火线；使用线束需要秉承着能细则细的原则，不仅满足了轻量化的设计理念，也节约了线束制作成本线。

三、线束的选材以及加工

（一）线束材料

线束采用日标汽车线束专用电线，分别选用了截面直径为0.3、0.5、0.75、4.0平方毫米的AVSS CAVS纯铜线；接插件分别选用德驰的2p、3p、4p、12p的防水线束接头；热缩管分别选用了3mm、4mm、10mm、12mm、20mm的电工黑色环保热缩套管；热缩管分别选用了阻燃PA-7.5（内径5.5mm）、阻燃PA-11.6（内径8mm）、阻燃PA-25（内径20mm）。

（二）线束加工

今年的线束材料上要改进在将一些受力比较小的地方将粗线改选为选用细线代替线束加工除了延续了部分螺线法和防火胶布法外，还增加了压线帽法，此种加工方法的引入，增加了线束的防水性能，再加上热缩管和波纹管的使用，线束的防水性能有了明显的改进。此外，同一走向的电线使用了同轴绞线法的加工方法，增加了线束的抗拉扯能力，在线束过程中尽量做到一线到底，中间线束断开的地方越少，线束出故障的概率越小，线束的性能将会越稳定。规避此问题的最好方法就是根据参考线束模型进行该过程，会减少很多的工作量。