某车型电动座椅线束烧蚀机理探析
2021-11-26石红伟张广勇林贞亮
石红伟， 张广勇， 卢 云， 林贞亮
（吉利汽车研究院 （宁波） 有限公司， 浙江 宁波 315315）
随着技术的发展，乘用车的电器功能越来越多，线束作为电器功能的必要连接部件，其使用环境越来越多样，这对线束的电器性能提出了很高的要求。线束的烧蚀故障在实车使用中时有发生，对整车的电器安全造成了一定影响，甚至可能引发烧车的损失。本文将通过某车型座椅线束烧蚀的案例，探析线束烧蚀的机理，以规避线束潜在的设计隐患。
1 问题描述
某车型在做强化耐久试验的过程中，试车员反馈主驾电动座椅无法调节。通过实车拆解座椅线束发现：其与整车对接的座椅侧插件热熔变形，其里面的一个端子（模块消除静电搭铁回路用） 有发黑烧蚀现象 （图1），座椅后背的线束过渡的部分黄色波纹管烧蚀变形，包覆波纹管的海绵碳化现象（图2）。另外通过座椅线束的外观排查，发现座椅线束中的电源分支存在与支架磨损的破皮现象 （图3）。
图1 烧蚀点
图2 线束部分碳化
图3 线束与支架磨损点
2 问题调查
通过故障车上的整车地板线束、座椅和座椅线束的实车拆解，结合整车上座椅相关的装配状态可以发现座椅自带线束有破损 （与座椅支架磨损）、座椅自带线束的模块消除静电回路导线线皮过热碳化、地板线束剖解分析也发现有消除静电回路导线热熔。结合整车原理设计初步锁定问题原因为：座椅自带线束与座椅支架磨损导致的短路，从而引发线束的烧蚀。初判问题路径如图4所示。
图4 初判问题路径
3 烧蚀机理
3.1 理论计算
导线和熔断丝是汽车线束的重要组成部分，两者都起到连接电器的作用［1］。通过熔断丝的选项，熔断丝与导线匹配进行理论的计算分析。
1） 熔断丝选项计算
根据座椅电机定义标明：额定电流20A，需单独熔断丝30A；熔断丝的选择规范如下，电器原理设计标准参考QJLY J70110832C-2019，选择30A熔断丝满足设计规范。
式中：If——理想的熔断丝额定值；In——电器负载的额定工作电流；RR——温度修正系数。
2） 熔断丝与导线匹配计算
30A熔断丝可以匹配2.0mm2导线，无法保护0.5mm2导线。匹配关系如图5所示。
3.2 烧蚀机理
受布置结构及磨损影响，将0.5mm2的导线串入到了座椅电机电源回路里面。30A熔断丝保护不了0.5mm2的导线，导致导线发烟。如图6所示。
图6 烧蚀原理图
设计状态熔断丝使用太平洋熔断丝：MINI 30A，座椅电源导线线径为日标：AVSS 2.0mm2，模块静电消除回路导线为日标：AVSS 0.5mm2。按照严格的条件进行理论计算：熔断丝的环境温度为室温23℃，导线的环境温度为40℃。需要进行熔断丝和导线的匹配校核，即导线的发烟特性曲线位于熔断丝的熔断特性曲线之上并且无交叉，保证导线在任意发烟电流下的发烟时间大于熔断丝的熔断时间［2］。简单总结为：设计要求为熔断丝熔断时间t1＜t2导线发烟时间。
通过测试对座椅支架短路的电流：I=41.5A，结合MINI 30A熔断丝的熔断特征曲线图 （图7） 和0.5mm2导线的发烟曲线图 （图8） 得出时间：MINI 30A熔断丝熔断时间：I1=18s；0.5mm2导线的发烟时间：I2=8.5s。
经比较t1＞t2，不符合要求，即熔断丝无法保护导线，从而发生烧蚀现象。
3.3 实车模拟
通过实车测试可以复现故障车现象，个别车发生30A 熔断丝熔断的情况，具体原因如下。
1） 座椅骨架油漆的存在，骨架是绝缘的。故障车因线束与座椅骨架的长期摩擦，已将油漆层磨破，从而发生短路。
图7 熔断曲线
图8 发烟曲线
2） 车身和座椅骨架油漆的存在，座椅与车身是绝缘的。但座椅安装螺栓在与车身的安装中会破坏部分车的油漆层，从而发生对搭铁短路。
综上，可以发现该座椅线束发生烧蚀的条件为如下2点：①线束与座椅骨架干涉且油漆层被磨损与回路联通；②模块消除静电搭铁回路的存在。
4 采取措施
针对线束烧蚀的机理，分别采取如下两个措施进行问题解决。
1） 座椅自带的线束布置重新优化，座椅支架上为线束分支提供固定点，保证线束固定牢固，布置整齐；座椅线束不得在座椅的弹簧上进行固定，避免座椅受乘客挤压从而压迫线束与周边件干涉，并将该要求加入线束布置设计规范中。
2） 模块消除静电搭铁的回路取消；通过分析确认该搭铁回路为冗余设计，回路取消并不影响功能。
5 总结
结合故障现象的描述和故障件的拆解，某车型座椅烧蚀的路径得到初步判定。通过回路设计的理论分析，进一步锁定该烧蚀的发生机理，为最终解决问题提供了依据，也为新车型的设计提供了指导。
1） 座椅线束布置规范针对座椅下的线束布置进行更新，明确座椅下线束布置的规避点并作为今后数据设计的依据。
2） 将模块消除静电搭铁的冗余回路失效模式加入历史经验库，并将冗余的搭铁回路取消，从而获得提升电器安全和降低成本的收益。
